{"id":811,"date":"2019-05-22T17:05:25","date_gmt":"2019-05-22T17:05:25","guid":{"rendered":"http:\/\/techgoggler.com\/?p=811"},"modified":"2022-11-15T15:43:22","modified_gmt":"2022-11-15T15:43:22","slug":"i-motori-passo-passo","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/techgoggler.com\/it\/i-motori-passo-passo\/","title":{"rendered":"Come funzionano i motori passo-passo"},"content":{"rendered":"
I motori passo-passo rientrano nella categoria dei motori a commutazione elettronica e tuttavia differiscono in modo sostanziale dai motori brushless sia dal punto di vista dei principi di funzionamento sia dal punto di vista delle modalit\u00e0 operative.<\/h4>\n
Scopo di questi motori passo-passo, infatti, \u00e8 quello di realizzare movimenti di tipo incrementale, cio\u00e8 movimenti programmati per ottenere spostamenti del carico di modesta entit\u00e0. Fino all’avvento dei componenti elettronici allo stato solido, questo tipo di movimenti veniva generalmente realizzato mediante azionamenti meccanici, idraulici o pneumatici con l’ausilio di rel\u00e9 ed elettrovalvole.<\/p>\n
Origini dei motori passo-passo<\/h2>\n
I primi tentativi di realizzare un motore elettrico che permettesse movimenti di tipo incrementale con controllo in catena aperta risalgono ai primi anni del secolo, ma \u00e8 solo nel 1935 che apparve la prima realizzazione industriale (prodotta dalla Generai Electric) di un motore di questo tipo.<\/p>\n
Tuttavia, questi motori presero piede soltanto alla fine degli anni 50, in seguito alla comparsa sul mercato dei componenti elettronici allo stato solido che resero facile ed economicamente conveniente la realizzazione dei sistemi di controllo per questi motori.<\/p>\n
Verso la met\u00e0 degli anni 70, con l’ingresso sul mercato dei microprocessori, questi motori ebbero una ulteriore spinta alla loro adozione per la nuova possibilit\u00e0 di realizzare azionamenti a basso costo anche assai complessi per il controllo di pi\u00f9 motori con movimenti coordinati tra loro.<\/p>\n
La produzione globale dei motori passo-passo \u00e8 utilizzata per il 60% nell’azionamento di periferiche per calcolatori (stampanti, plotter, ecc.) ed il rimanente 40% in dispositivi di controllo a bassa potenza per altre applicazioni quali la movimentazione dei bracci dei robot, il controllo di processi particolari come la miscelazione e la dosatura di liquidi, le macchine a controllo numerico (C.N.), alcuni tipi di macchine per la stampa, ecc ..<\/p>\n
Le potenze interessate nei motori passo-passo raramente superano le centinaia di Watt, mentre la velocit\u00e0 massima ottenibile \u00e8 di qualche migliaia di giri al minuto con coppia massima dell’ordine di 15-20 N m.<\/p>\n
I motori passo-passo in estrema sintesi sono dispositivi in grado di convertire impulsi di comando di tipo elettronico (e quindi di natura digitale) in spostamenti meccanici di elevata precisione, senza \nl’utilizzo di alcuna forma di retroazione. Ulteriore differenza dagli altri motori elettrici \u00e8 data dalla capacit\u00e0 che essi hanno di tenere posizionato il carico sviluppando una coppia di tenuta anche in assenza di alimentazione.<\/p>\n
Le tipiche applicazioni dei motori passo-passo sono quelle che richiedono:<\/p>\n
\n
controlli di posizione di basso costo nei quali siano richieste piccole potenze;<\/li>\n
moti incrementali;<\/li>\n
applicazioni che richiedano rotazioni di valore angolare prestabilito con alta velocit\u00e0 \ndi esecuzione, arresti bruschi con posizionamenti precisi e coppie di mantenimento della posizione di arresto relattvamente alte.<\/li>\n<\/ul>\n
Questo tipo di esigenze, in realt\u00e0, potrebbero essere ottenute anche utilizzando altri tipi di motori elettrici in c.c. (a collettore, brushless e altri); questi ultimi tuttavia richiedono un controllo a retroazione e quindi rappresentano una soluzione, a parit\u00e0 di precisione, pi\u00f9 complessa e costosa.<\/p>\n
Inoltre, particolare non secondario, il motore passo-passo \u00e8 l’unico attuatore a ingresso numerico e quindi utilizzabile senza conversioni nei sistemi di controllo digitali.<\/p>\n
Funzionamento<\/h2>\n
I motori passo-passo presentano molteplici modalit\u00e0 costruttive e principi di funzionamento non del tutto uguali. Facendo quindi riferimento a un particolare motore passo-passo, quello a magneti permanenti, possiamo dire (v. fig. 1) che esso \u00e8 composto dalle seguenti parti:<\/p>\n
\n
uno statore, posto nella parte esterna del motore, che presenta pi\u00f9 coppie di espansioni polari attorno alle quali sono disposti gli avvogimenti del circuito di armatura (indotto);<\/li>\n
un rotore, posto internamente allo statore e a esso coassiale, che fornisce il flusso di eccitazione (induttore);<\/li>\n
un sistema d\u00ec alimentazione che provvede ad alimentare, in opportuna successione, gli avvolgimenti relativi alle diverse espansioni polari di statore; nella figura questo sistema di alimentazione \u00e8 schematizzato con interruttori meccanici, ma, in realt\u00e0, esso \u00e8 realizzato con transistor comandati da impulsi di tensione di durata e frequenza opportune.<\/li>\n<\/ul>\nFig.1 Schema del motore passo-passo nel caso di alimentazione bipolare<\/figcaption><\/figure>\n
Il funzionamento del motore passo-passo del tipo ora visto \u00e8 analogo a quello del motore brushless; unica importante differenza \u00e8 che non vi \u00e8 alcun sensore atto a segnalare al dispositivo di generazione degli impulsi che fa commutare l’alimentazione sulle diverse fasi che il rotore ha raggiunto la posizione cui il campo magnetico di eccitazione, interagendo con il campo magnetico di statore, fornisce coppia nulla.<\/p>\n
In questo tipo di motori, infatti, l’attrito sui cuscinetti e l’inerzia applicata all’albero \nmotore sono modesti (in relazione alla coppia motrice sviluppata) per cui il tempo che il rotore impiega a passare da una posizione di coppia nulla all’altra \u00e8 sempre inferiore all’intervallo di tempo tra gli impulsi forniti per ottenere l’alimentazione successiva di due fasi (almeno fin quando la velocit\u00e0 richiesta rimane entro certi limiti).<\/p>\n
Per quanto detto, e questo vale per tutti i tipi di motore passo-passo, le modalit\u00e0 di funzionamento sono le seguenti: inviando un impulso al sistema di alimentazione si ottiene la presenza o assenza e\/o l’inversione di corrente su uno o pi\u00f9 avvolgimenti (opportunamente collegati con la tensione continua di alimentazione). Ad ogni impulso si ottiene uno spostamento angolare del rotore; l’entit\u00e0 di tali spostamenti costituisce il passo angolare, uno dei parametri caratteristici del motore.<\/p>\n
A ogni assegnata sequenza di imgulsi in ingresso al circuito elettronico, corrisponde un dato numero di passi compiuti dal rotore; il tempo impiegato per effettuare ungiro completo dell’albero dipende soltanto dalla velocit\u00e0 della sequenza di impulsi di ingresso.<\/p>\n
I sistemi di alimentazione si possono raggruppare, fondamentalmente, in due categone:<\/p>\n
\n
alimentatori unipolari;<\/li>\n
alimentatori bipolari.<\/li>\n<\/ul>\n
Negli alimentatori unipolari ogni avvolgimento \u00e8 munito di una presa centrale che viene collegata a un polo della sorgente di alimentazione. La direzione della corrente nell’avvolgimento dipende quindi da quale dei due terminali dell’avvolgimento stesso \u00e8 collegato all’altro polo della sorgente di alimentazione. Di fatto, le due parti degli avvolgimenti unipolari sono quasi sempre avvolte in parallelo.<\/p>\n
In un sistema di alimentazione bipolare, invece, gli avvolgimenti di statore non possiedono la presa centrale: in questo \u00e7aso l’inversione della direzione-della corrente negli avvolgimenti si ottiene scambiando entrambe le polarit\u00e0 della tensione di alimentazione applicate ai terminali degli avvolgimenti stessi.<\/p>\n
Parametri caratteristici<\/h2>\n
Come per tutti i motori, anche per i motori passo-passo \u00e8 importante conoscere la caratteristica meccanica che, in questo caso, viene data in funzione del numero di passi al secondo; per la verit\u00e0, per i motori passo-passo si usa fornire due caratteristiche distinte, come mostrato in figura 2.<\/p>\n
La caratteristica pi\u00f9 interna (IN in figura) \u00e8 relativa alla cosiddetta coppia sincronizzante (pull-in torque), grandezza che rappresenta la massima coppia di carico in presenza della quale il motore, alimentato a frequenza fissata, pu\u00f2 partire, mantenersi in movimento e fermarsi senza perdere passi.<\/p>\nFigura 2. Caratteristica meccanica di un motore passo-passo<\/figcaption><\/figure>\n
L’altra caratteristica, pi\u00f9 esterna (OUT in figura), \u00e8 relativa alla cosiddetta coppia sincrona (pull-out torque), grandezza che rappresenta la massima coppia che pu\u00f2 essere applicata a un motore che gi\u00e0 ruota a una data velocit\u00e0 senza fargli perdere il passo. Lo spazio compreso tra le due caratteristiche (slew-range) \u00e8 il campo di funzionamento del motore gi\u00e0 avviato.<\/p>\n
In pratica, ci\u00f2 significa che, in generale, occorre utilizzare il motore mantenendosi all’interno della caratteristica pi\u00f9 interna (zona di start-range). Per poter utilizzare il campo di funzionamento tra le due caratteristiche occorre un alimentatore in grado di produrre un ciclo di impulsi di avviamento a frequenza progressivamente crescente (o, come si dice anche, a frequenze progressive): questi alimentatori si chiamano a rampa.<\/p>\n
Altri parametri significativi sono:<\/p>\n
\n
massima velocit\u00e0 sincronizzante vin (maximum pull-in rate): rappresenta la massima velocit\u00e0 relativamente alla caratteristica pi\u00f9 interna (per motori con passo non superiore a 15\u00b0 essa varia mediamente fra 140 e 1200 passi\/s)<\/li>\n
massima velocit\u00e0 sincrona vout (maximum pull-out rate): rappresenta la massima velocit\u00e0 in relazione alla caratteristica pi\u00f9 esterna (essa varia mediamente tra 320 e 20.000 passi\/s)<\/li>\n
coppia residua (detent torque): \u00e8 la massima coppia che si pu\u00f2 applicare al motore non alimentato senza che questo si ponga in rotazione<\/li>\n
coppia statica o di mantenimento o di tenuta (holding torque): \u00e8 la massima coppia che si pu\u00f2 applicare al motore, alimentato, ma fermo, senza che questo si ponga in rotazione nel senso della coppia applicata<\/li>\n
massima elongazione attorno alla posizione di arresto (al cessare degli impulsi di alimentazione)<\/li>\n
numero di passi per giro (nella maggior parte dei casi si arriva a un massimo di 200 passi\/giro)<\/li>\n
momento di inerzia del rotore<\/li>\n
tolleranza nella definizione del passo<\/li>\n
errore angolare: \u00e8 il massimo scostamento (in percentuale del passo) rispetto al posizionamento teorico relativo a un qualunque passo.<\/li>\n<\/ul>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
![\"Fig.1](\"http:\/\/techgoggler.com\/wp-content\/uploads\/2019\/05\/step-motor.jpg\")
![\"Figura](\"http:\/\/techgoggler.com\/wp-content\/uploads\/2019\/05\/step.jpg\")