Trabalho sobre acionamento de motor de passo com temporizador

Trabalho sobre acionamento de motor de passo com temporizador

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Relatório do trabalho

Alimentador de Aquário

Acionado por Motor de Passo

Ano Letivo: 2007

Curso: Engenharia Mecatrônica.

Realizado pelos alunos:

Nome: Lucas Eduardo Vischi Nº 707319-4

Nome: Daniel Jesus Gomes Nº 639102-8

Nome: David Dennis de Souza Nº 708013-1

Nome: Marcelo Moura Nº 700072-3

Nome: Thiago de Freitas Nº 707123-0

Nome: Welton Ulle Benith Nº 636822-0

Nome: Diogo Rodrigo de Oliveira Nº 638361-0

Nome: Andre Ricardo Franchini Nº 691346-6

Orientado pelo Docente:

Prof. Davis Rodrigues Pangrassio

Sumário

Assunto Página

1- Objetivo 04

2- Introdução 05

3- Desenvolvimento 08

4- Circuitos Integrados 12

5- Circuito Eletrônico 19

5.1 – Temporizador 19

5.2 – Controlador do motor de passo 20

5.2.1 – Gerador de pulsos 20

5.2.2 – Inicializador 22

5.2.3 – Acionamento do motor de passo 23

6- Problemas encontrados 24

7- Conclusão 26

8 - Referencias Bibliográfica 27

9 – Anexos 28

Diagrama esquemático do circuito

Lista de componentes

Datasheets

Desenho do recipiente

1- Objetivo

O objetivo deste trabalho é desenvolver um alimentador automático de aquários domésticos, este que por sua vez será movido por um motor de passo. O circuito de acionamento do motor de passo é composto de temporizadores 555, deslocadores de bits 74194 e transistores Darlington ULN2803.

2 – Introdução teórica

MOTORES ELÉTRICOSUm motor elétrico é um dispositivo que transforma energia elétrica em energia mecânica, em geral energia cinética. Ou seja, num motor, a simples presença da corrente elétrica, seja cc ou ac, nos garante movimento em um eixo, que pode ser aproveitado de diversas maneiras dependendo da aplicação do motor. O acionamento de máquinas e equipamentos mecânicos por motores elétricos é um assunto de grande importância econômica.

Estima-se que o mercado mundial de motores elétricos de todos os tipos seja da ordem de uma dezena de bilhões de dólares por ano. No campo dos acionamentos industriais, avalia-se que de 70 a 80% da energia elétrica consumida pelo conjunto de todas as indústrias seja transformada em energia mecânica através de motores elétricos. Isto significa que, admitindo-se um rendimento médio da ordem de 80% do universo de motores em aplicações industriais, cerca de 15% da energia elétrica industrial transforma-se em perdas nos motores. No Brasil, a fabricação de motores elétricos é um segmento relevante da atividade econômica. No início da década de 80 a indústria brasileira de motores produziu em torno de três milhões de unidades por ano, tendo mais do que 80 mil unidades acima de 20cv.

Entre o fabricante e o usuário final deve existir uma estreita comunicação, de forma que seja feita uma correta seleção do motor a ser utilizado em determinada aplicação. Fundamentalmente o processo de seleção de um acionamento elétrico, corresponde à escolha de um motor que possa atender a, pelo menos, três requisitos do utilizador: · Fonte de alimentação: tipo, tensão, freqüência, simetria, equilíbrio, etc. · Condições ambientais: agressividade, periculosidade, altitude, temperatura, etc. · Exigências da carga e condições de serviço: potência solicitada, rotação, esforços mecânicos, configuração física, ciclos de operação, confiabilidade, etc. A divisão em motores de corrente contínua e de corrente alternada é devida, obviamente, ao tipo de tensão de alimentação. Porém a grande desvantagem dos motores AC e DC é que estes necessitam de um complexo circuito de sensores que informem a posição do mecanismo movido por esses motores, ou seja, um feedback. Para esses casos, podem ser utilizados também motores de passo, conforme a seguir.

MOTOR DE PASSO

O motor de passo é um transdutor que converte energia elétrica em movimento controlado através de pulsos, o que possibilita o deslocamento por passo, onde passo é o menor deslocamento angular.Com o passar dos anos houve um aumento na popularidade deste motor, principalmente pelo seu tamanho e custo reduzidos e também a total adaptação por controle digitais. Outra vantagem do motor de passos em relação aos outros motores é a estabilidade. Quando quisermos obter uma rotação específica de um certo grau, calcularemos o número de rotação por pulsos o que nos possibilita uma boa precisão no movimento. Os antigos motores passavam do ponto e, para voltar, precisavam da realimentação negativa. Por não girar por passos a inércia destes é maior e assim são mais instáveis.

Segue abaixo exemplo:

O solenóide do topo (1) esta ativado, atraindo o dente superior do eixo.

O solenóide do topo (1) é desativado, e o solenóide da direita (2) é ativado, movendo o quarto dente mais próximo à direita. Isto resulta em uma rotação de 3.6°.

O solenóide inferior (3) é ativado; outra rotação de 3.6° ocorre.

O solenóide à esquerda (4) é ativado, rodando novamente o eixo em 3.6°. Quando o solenóide do topo (1) for ativado novamente, o eixo terá rodado em um dente de posição, como existem 25 dentes, serão necessários 100 passos para uma rotação completa.

3 - Desenvolvimento

Normalmente os motores de passo são projetados com enrolamento de estator polifásico o que não foge muito dos demais motores. O número de pólos é determinado pelo passo angular desejado por pulsos de entrada. Os motores de passo têm alimentação externa. Conforme os pulsos na entrada do circuito de alimentação, este oferece correntes aos enrolamentos certos para fornecer o deslocamento desejado, como veremos em breve.Falaremos agora então, mais um pouco sobre motores com imã permanente. Além do número de fases do motor, existe outra subdivisão entre estes componentes, a sua polaridade.Motores de passo unipolares são caracterizados por possuírem um center-tape entre o enrolamento de suas bobinas. Normalmente utiliza--se este center-tape para alimentar o motor, que é controlado aterrando-se as extremidades dos enrolamentos. Abaixo segue uma figura ilustrativa onde podemos ver que tal motor possui duas bobinas e quatro fases.

Diferentes dos unipolares, os motores bipolares exigem circuitos mais complexos. A grande vantagem em se usar os bipolares é prover maior torque, além de ter uma maior proporção entre tamanho e torque. Fisicamente os motores têm enrolamentos separados, sendo necessário uma polarização reversa durante a operação para o passo acontecer. Em seguida vemos uma ilustração do motor bipolar.

Um motor de corrente contínua, quando alimentado, gira no mesmo sentido e com rotação constante, ou seja, para que estes motores funcionem, é necessário apenas estabelecer sua alimentação. Com o auxilio de circuitos externos de controle, estes motores de corrente contínua poderão inverter o sentido de rotação ou variar sua velocidade.Para que um motor de passo funcione, é necessário que sua alimentação seja feita de forma seqüencial e repetida. Não basta apenas ligar os fios do motor de passo a uma fonte de energia e sim ligá-los a um circuito que execute a seqüência requerida pelo motor.Existem três tipos básicos de movimentos o de passo inteiro e o de meio passo e o micropasso, tanto para o motor bipolar como para o unipolar. O de micropasso tem sua tecnologia não muito divulgada, e baseia-se no controle da corrente que flui por cada bobina multiplicado pelo numero de passos por revolução.Internamente, os motores têm seus enrolamentos similares à figura.

A energização de uma e somente uma bobina de cada vez produz um pequeno deslocamento no rotor. Este deslocamento ocorre simplesmente pelo fato de o rotor ser magneticamente ativo e a energização das bobinas criar um campo magnético intenso que atua no sentido de se alinhar com as pás do rotor. Assim, polarizando de forma adequada às bobinas, podemos movimentar o rotor somente entre as bobinas (passo inteiro), ou entre as bobinas e alinhadas com as mesmas. Abaixo segue os movimentos executados.

Motor unipolar com passo inteiro

Abaixo segue uma tabela com a seqüência que deve ser alimentada às bobinas do motor.

Para que se obtenha uma rotação constante é necessário que a energização das bobinas seja periódica. Esta periodicidade é proporcionada por circuitos eletrônicos que controlam a velocidade e o sentido de rotação do motor.O pequeno ângulo deslocado pelo rotor depende do número de dentes do mesmo assim como o número de fases do motor. Preferimos não explicar mais detalhadamente este tópico minuciosamente, por ser de grande dificuldade de se explicar à movimentação dos dentes do rotor pelo estator bidimensionalmente. Em geral, o número de dentes do rotor multiplicado pelo número de fases revela o número de passos por revolução.

Por se tratar de sinais digitais, fica fácil compreender a versatilidade dos motores de passo. São motores que apresentam uma gama de rotação muito ampla que pode variar de zero até 7200 rpm; apresentam boa relação peso/potência; permitem a inversão de rotação em pleno funcionamento; alguns motores possuem precisão de 97%; possuem ótima frenagem do rotor e podem mover-se passo-a-passo. Mover o motor passo-a-passo resume-se ao seguinte: se um determinado motor de passo possuir 170 passos, isto significa que cada volta do eixo do motor é dividida 170 vezes, ou seja, cada passo corresponde a 2,1 graus e o rotor tem a capacidade para moverem-se apenas estes 2,1 graus.

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