Dacă lucrezi de ceva vreme la proiecte ce au la bază echipamente electronice DIY și te simți destul de încrezător în abilitățile dobândite, atunci cu siguranță ai nevoie de o nouă provocare. Așa că, dacă a venit momentul să treci la construcții mai avansate, invenții mai mari și mai complexe, creațiile bazate pe motoare, cum ar fi roboții cu Arduino, sunt printre cele mai populare proiecte. 

Există mai multe tipuri diferite de motoare electrice dintre care să alegi și fiecare are propriile sale puncte forte și puncte slabe. Din acest motiv, vei vedea că nu orice motor este ideal pentru orice tip de sarcină, unele excelând în anumite zone, dar fiind cu adevărat nepotrivite în altele. Astăzi vom arunca o privire asupra unora dintre cel mai des întâlnite tipuri de motoare electrice pe care este posibil să le întâlnești în produsele electronice pe care le folosești zi de zi, și de care ai nevoie în construirea noului tău proiect motorizat.

Din punct de vedere științific, energia este o mărime care indică capacitatea unui sistem fizic de a efectua lucru mecanic când trece printr-o transformare din starea sa într-o altă stare aleasă ca stare de referință. Motoarele electrice, denumite și electromotoare, sunt dispozitive care se ocupă exact de acest lucru, adică au rolul de a transforma energia electrică în energie mecanică. Dacă ești pasionat de proiecte cu Arduino, atunci ar trebui să cunoști mai multe despre cum poți controla motoarele electrice. 

Tipuri de motoare electrice: caracteristici și diferențe

Multe electronice pe care le folosim în prezent au piese care funcționează datorită acestor motoare și în această categorie se numără imprimantele, periuțele electrice de dinți sau mașinile de jucărie. Deși există mai multe tipuri de motoare electrice, în general vei găsi următoarele trei tipuri de motoare electrice:

Motoare cu curent continuu (DC)

Motorul cu curent continuu a fost inventat în 1873 de Zénobe Gramme prin conectarea unui generator de curent continuu la un generator asemănător. Astfel, a putut observa că mașina se rotește, realizând conversia energiei electrice absorbite de la generator. 

Ventilatorul din computerul pe care îl folosești este un exemplu de motor DC. Poți găsi, de asemenea, un astfel de motor, dar foarte mic, în telefonul mobil. Un motor cu curent continuu poate rula liber în ambele direcții, dar este foarte dificil de controlat atunci când vine vorba de viteză sau poziție. Nu este ușor să-l oprești cu o precizie exactă. Un motor DC este livrat cu două cabluri: power și ground. 

Pentru a obține o precizie mai mare cerută în aplicațiile moderne, motoarele cu curent continuu pot fi asociate cu un dispozitiv numit codificator pentru roți / codificator rotativ. Aceste dispozitive sunt capabile să citească și să determine poziția unghiulară a osiei unui motor și mai târziu microcontrolerul transformă semnalul de ieșire în informații digitale. Aceste date pot fi utilizate pentru a determina locația, viteza motorului și accelerarea motorului de care este atașat.

Motoare stepper (pas cu pas)

Motoarele stepper (cunoscute și sub numele de motoare pas cu pas) sunt tot un tip de motoare cu curent continuu, ce pot fi găsite în electronicele unde este nevoie de înaltă precizie în execuție, cum sunt scanerele și imprimantele, precum și în roboți simpli (brațele robotice din fabrici, configurate pentru sarcini specifice). Un motor stepper, prin comparație cu motorul cu curent continuu, poate fi foarte precis în executarea mișcărilor, indiferent de viteză. 

Funcţionarea motorului stepper, ca şi cea a oricărui alt motor electric, constă în crearea unui câmp magnetic care, acţionând asupra unei bobine, determină rotirea rotorului. Spre deosebire de alte motoare electrice, rotorul motorului pas cu pas, după aplicarea impulsului de alimen­tare, execută o rotaţie cu un unghi strict determinat.  Fiecare încărcare a motorului asigură suficientă putere pentru un singur pas. În funcție de cât de mică este fiecare etapă, acest lucru arată capacitatea generală de precizie a motorului. Mo­durile de alimentare (comandă) depind de tipurile de motoare stepper, însă în fiecare dintre acestea, pentru obţinerea unei rotaţii continue (dar în salturi), este necesară aplicarea unei serii de impulsuri.

Rotirea completă a motoarelor stepper este împărțită în pași la fel de mari și poți controla motorul să se oprească la fiecare dintre acești pași. Etapele sunt măsurate în grade, de obicei între 0,72 şi 3,6°. Cu cât sunt mai mici pașii, cu atât sunt mai precise. Acest lucru îl face foarte util atunci când este nevoie de poziționare repetată.

Cu toate acestea, motoarele stepper nu vor fi niciodată foarte rapide în comparație cu un motor cu curent continuu. În general are 4 sau mai multe fire și de obicei are nevoie de mai mult de 5 volți pentru a funcționa. 

Servomotoare

Servomotoarele sunt printre cele mai populare motoare folosite de pasionații de electronică pentru proiecte cu Arduino. Motivul popularității lor este faptul că motoarele servo sunt motoare electrice extrem de versatile, fiind ușor de conectat și de controlat. De aceea, sunt adesea folosite în robotică, dar și la producerea jucăriilor. 

Controlul unui servomotor se face folosind un semnal PWM generat de Arduino. În fucnție de factorul de umplere al semnalului PWM, servomotorul se deplasează la o poziție exactă. De obicei un servomotor are un fir negru care se conectează la pinul Arduino GND, un fir roșu care se va conecta la 5 V de a Arduino și un fir de semnal galben sau portocaliu care se conectează la un pin Arduino PWM (pentru ARduino UNO pinii PWM sunt 3, 5, 6, 9, 10 și 11).

Există două tipuri: un servo de rotație standard și un servodirecție de rotație continuă. Servomotorul standard de rotație se poate roti cu 180 de grade cu precizie precum motoarele pas cu pas. Servomotorul de rotație continuă este similar cu un motor cu curent continuu și poate roti în ambele direcții, dar nu la fel de rapid. Cu ajutorul lor poți controla atât viteza, cât și direcția fără a utiliza tranzistoare.

Alegerea motorului potrivit pentru proiectul tău va depinde adesea de tipul de proiect pe care vrei să îl construiești și ce indicatori de performanță îți stabilești de la acest motor. Deși poate părea complicat la început, alegerea motorului potrivit pentru următorul proiect cu Arduino este de fapt destul de simplă odată ce înțelegi la ce excelează fiecare tip de motor electric.