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6º Encontro Nacional de Estudantes de Engenharia de Controle e Automação3 a 7 de setembro de 2006 - PUCPR Campus Curitiba

DRIVE DE CORRENTE BIPOLAR PARA ACIONAMENTO DEMOTORES DE PASSO (ENECA06-4502)

Ana Paula de S. Ferreira1; Éder A. Coelho2, Eloiza S. Rodrigues3 & Gabriel de F. Camacho4

1 Nelso Gauze Bonacorso (Orientador)

Eletrônica Industrial / Curso Superior de Tecnologia em Automação Industrial /Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa Catarina – CEFET/SC

Resumo Os processos automatizados em sua maioria exigem movimentos lineares e precisos.Devido a essas características os motores de passo têm uma alta empregabilidade na indústria, epara seu melhor desempenho utiliza-se acionamento através de driver corrente bipolar, já que aimposição da corrente na bobinas do motor de passo possibilita maiores velocidades e torques. Opresente artigo descreve o projeto de um drive de corrente bipolar para acionamento de motor depassos baseado no CI L6208N.

(Palavras-chave: Driver de corrente, motor de passo, acionamento bipolar, L6208N)

Introdução

Na automatização de processos exige-

se eficiência quanto à qualidade e agilidadedos sistemas móveis. Para melhoresresultados nestas aplicações utilizam-semotores de passo, que permitem alta precisãono posicionamento.

O driver de corrente de acionamentobidirecional é a maneira mais eficienteencontrada, de acionar motores de passo commelhore desempenho. Seu projeto foi deextrema importância dentro do CEFET-SC,uma vez que os trabalhos integradoresrealizado durante o curso de AutomaçãoIndustrial necessitavam de acionamentos comtorque e velocidade mais elevada paraobtenção de melhores resultados dostrabalhos.

Método

O projeto do driver foi desenvolvidodentro do CEFET-SC e teve como ponto departida as características apresentadas nafigura 1.

Figura 1 - Diagrama de Blocos

Foi utilizado neste drive o chip (conversor)L6208, o qual atendia às característicastécnicas necessárias para o projeto, tais comoa tensão de operação entre 8V a 52V,freqüência superior a 100Khz, possibilidade dese trabalhar com micropasso, meio passo oupasso completo, opção de decaimento lento edecaimento rápido e ajuste de corrente de 0 a3A. Devido ao elevado aquecimento do chipdurante a utilização da placa, é acoplado aomesmo um dissipador cilíndrico de alumínioprojetado com 10 aletas de 1mm de espessuracada, 50mm de diâmetro e 40mm de altura.Este dissipador foi soldado, através de umabucha com rosca, entre os pinos do GND: 6, 7,18 e 19. Visto que sem a inclusão dodissipador só poderia obter-se corrente de até

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0,9A, pois o aquecimento do chip impossibilitaimpor correntes mais elevadas. Foi utilizadotambém optoacopladores, para obter-se umisolamento dos sinais de comando (Passo,direção e habilitação).

Figura 2 - Esquema elétrico do circuito do

driver

O circuito do driver possui umaentrada alternada de 0Vac, +18Vac e -18Vac,essa tensão passa por um retificador de ondacompleta, caracterizando uma fonte de corren-te continua implícita no próprio driver, a tensãoretificada em um barramento de 50Vcc nospontos extremos e passando por um reguladorde tensão gerando um barramento de 5Vccentre extremo e centro do barramento deentrada.

O barramento de 50Vcc servirá paraalimentar o chip, o barramento de 5Vccalimenta os opto acopladores, inibe o reset dochip (habilitado em 0V), além dos sinais decontrole do driver e uma saída para outrosperiféricos como o circuito 555. Esse tipo decircuitos pode ser implantado em ocasiões emque não seja viável ou mesmo necessário ouso de um CLP para o controle.

O driver possui três opto acopladoresque servem para isolar o driver desobrecargas ocorridas no motor através dassaídas de sinais, dando uma maior segurançaao próprio circuito e CLP’s que possam estarligados ao driver. Na entrada dos barramentosé conectado um transformador, portanto hátambém isolação na entrada de alimentaçãodo circuito.

Quanto às saídas, o driver de correntepossui a saída de alimentação para circuitoexterno como o 555 (alimentação), a saídacomandos de sinais de passo, direção,habilitação (ENABLE) e GND, as saídas dealimentação das bobinas do motor de passo(A e B) e saída de micropasso. A placa

também possui um potenciômetro Rv1 onde épossível ajustar a corrente entregue ao motorde uma escala de 0 a 3A.

Abaixo encontra-se o Layout da placadesenvolvida.

Figura 3 – Layout da placa

Resultados

Após a confecção da placa foimontado o esquema de ligação onde eranecessário a utilização de um transformadorcom saídas simétricas de 18V (Figura 3). Asbobinas do motor acionado foram alimentadaspelas saídas Out1a, Out2a e Out1b, Out2b. Omotor de passo alimentado tem as seguintes

características: 6,0V/Fase, corrente de 1,2A e1,8°por passo.

Figura 4 - Esquema de ligação do driver

Antes de se ligar o driver, se feznecessário zerar o potenciômetro de ajuste decorrente para logo após ajustar próximo aos1,2A do motor em questão. Após essa etapaligou-se o driver e o gerador de função,ajustando-se na freqüência de aproxima-damente 60Hz, muito acima dessa faixa

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causaria perda de passos no motor devido acarga e as próprias características do motor.

Com esses fatores ajustados omotor funcionou corretamente, girando comcerta velocidade e mantendo o torquenecessário para acionar o eixo angular do

manipulador cartesiano de quatro eixos (Ondefoi feito os testes com a placa).A corrente imposta no teste foi de 1,2A

sendo esta a máxima corrente suportada pelomotor. Embora seja possível impor correnteaté 3A uma vez que o dissipador projetado éconfiável e já fora testado em outras situaçõese comparando com drive de tensão unipolar, odrive de corrente bipolar desenvolveu maiorvelocidade, devido ao maior torque geradopela imposição de corrente nas bobinas aoinvés de tensão.

Discussões e Conclusões

Em relação ao acionamento do motorpor driver de tensão, o acionamento por driverde corrente bipolar, atingiu um ganhoconsiderável de torque no motor, alcançandoos objetivos do trabalho. No caso domanipulador com o acionamento por tensão, omotor não conseguia girar o eixo do motor juntamente com o peso da tocha, já com oacionamento por corrente, conseguiu-serealizar o movimento da tocha corretamente ecom continuidade de movimento, issodemonstra a qualidade do acionamento poreste driver.

Figura 5 - Foto do driver montado

Quanto à questão de dissipação decalor, o chip L6208N, exigia uma área paradissipação de calor. Como o modelo dedissipador utilizado (Também desenvolvidodentro do CEFET-SC pelo Professor NelsoGauze Bonacorso) foi satisfatório e que o

motor usado era de 1,2A, não exigindo toda acorrente que o driver pode fornecer (3A),constatou-se que o dissipador variou poucoacima da temperatura ambiente.

Caracterizando, nestas condições,uma boa dissipação de calor, tanto é que em

nenhum momento a proteção de sobretemperatura do L6208 atuou.O driver se mostrou bastante versátil

devido a algumas características como: seutamanho reduzido, entrada alternada de 18Vsimétrico, por possuir uma fonte interna queretifica a tensão para 50Vcc e 5Vcc. Suaaplicabilidade é ampla na automação emgeral, por permitir vários comandos (passopleno, meio passo, micropasso, direção,enable). Enfim esse driver facilitará bastanteos acionamentos dos motores de passo,trazendo qualidade e confiabilidade aosprojetos desenvolvidos dentro do CEFET-SC.

Referências

1 http://www.iguanalabs.com

2 http://www.mikroelektronika.co.yu/portuguese/

3 http://www.novatecetitora.com.br

Agradecimentos

Aos colegas, autores do trabalho, pelodesempenho durante ao desenvolvimento doprojeto.

Ao professor Nelso, pela suapaciência e colaboração durante todaexecução do trabalho.