Qual é o ideal para a sua aplicação? Vamos explorar os principais critérios de decisão, incluindo velocidade, aceleração e metas de preço.

Motores de passo

Motores de passo consistem em um rotor com ímãs permanentes e um estator estacionário que carrega os enrolamentos. Quando a corrente flui pelos enrolamentos do estator, ela gera uma distribuição de fluxo magnético que interage com a distribuição do campo magnético do rotor para aplicar uma força de rotação. Motores de passo apresentam contagens de polos muito altas, normalmente 50 ou mais. O driver do motor de passo energiza cada polo em sequência para que o rotor gire em uma série de incrementos, ou passos. Devido à contagem de polos muito alta, o movimento parece ser contínuo.

Em teoria, uma caixa de engrenagens poderia ser usada para aumentar o torque, mas é aí que a baixa velocidade dos motores de passo se torna um problema. Adicionar um redutor de 10:1 a um motor de passo de 1.200 RPM pode aumentar o torque em uma ordem de magnitude, mas também reduzirá a velocidade para 120 RPM. Se o motor for usado para acionar um atuador de fuso de esferas ou similar, provavelmente não fornecerá velocidade suficiente para atender às necessidades da aplicação.

Motores de passo geralmente não estão disponíveis em tamanhos de estrutura maiores que NEMA 34, com a maioria das aplicações enquadrando-se nos tamanhos de motor NEMA 17 ou NEMA 23. Como resultado, é raro encontrar motores de passo capazes de produzir mais de 1.000 a 2.000 onças-polegada de torque.

Motores de passo também apresentam limitações de desempenho. Pense em um motor de passo como um sistema massa-mola. O motor precisa quebrar o atrito para começar a girar e mover a carga, ponto em que o rotor não é totalmente controlado. Como resultado, um comando para avançar cinco passos pode resultar no motor girar apenas quatro passos — ou seis.

No entanto, se o inversor comandar um motor para avançar 200 passos, ele o fará com uma margem de erro de apenas alguns passos, o que, nesse ponto, representa um erro de alguns pontos percentuais. Embora comandemos motores de passo com uma resolução tipicamente entre 25.000 e 50.000 contagens por revolução, como o motor é um sistema massa-mola sob carga, nossa resolução típica é de 2.000 a 6.000 contagens por revolução. Ainda assim, nessas resoluções, mesmo um movimento de 200 passos corresponde a uma fração de grau.

Adicionar um encoder permitirá que o sistema rastreie o movimento com precisão, mas não será capaz de superar a física básica do motor. Para aplicações que exigem maior precisão e resolução de posicionamento, os servomotores oferecem uma solução melhor.

Servomotores

Assim como os motores de passo, os servomotores têm muitas implementações. Vamos considerar o projeto mais comum, que incorpora um rotor com ímãs permanentes e um estator estacionário com os enrolamentos. Aqui também, a corrente cria uma distribuição de campo magnético que atua no rotor para gerar torque. No entanto, os servomotores têm contagens de polos significativamente menores do que os motores de passo. Como resultado, eles devem ser operados em malha fechada.

A operação em malha fechada permite que o controlador/drive comande a carga para que ela permaneça em uma posição específica, e o motor fará ajustes contínuos para mantê-la nessa posição. Assim, os servomotores podem fornecer torque de retenção de fato. Observe, no entanto, que o cenário de torque em velocidade zero depende do motor ser dimensionado corretamente para controlar a carga e evitar oscilações em torno da posição comandada.

Os servomotores normalmente utilizam ímãs de terras raras, enquanto os motores de passo utilizam com mais frequência ímãs convencionais mais baratos. Os ímãs de terras raras permitem o desenvolvimento de maior torque em um conjunto menor. Os servomotores também obtêm uma vantagem de torque devido ao seu tamanho físico geral. Os diâmetros dos servomotores normalmente variam de NEMA 17 até 220 mm. Como resultado desses fatores combinados, os servomotores podem fornecer torques de até 250 libras-pé.

A combinação de velocidade e torque permite que os servomotores ofereçam melhor aceleração do que os motores de passo. Eles também proporcionam maior precisão de posicionamento devido à operação em malha fechada.

Considerações finais

Servomotores oferecem uma vantagem inegável de desempenho. Em termos de repetibilidade, no entanto, motores de passo podem ser bastante competitivos. Este ponto levanta um equívoco comum sobre motores de passo: o mito da perda de movimento. Como discutimos anteriormente, a natureza massa-mola de um motor de passo pode resultar em alguns passos perdidos. Como o acionamento comanda o motor de passo para se mover para um local angular, os passos perdidos não são transferidos de uma rotação para outra. De rotação para rotação, os motores de passo são altamente repetíveis. Aguarde uma discussão mais detalhada sobre este tópico em uma futura postagem do blog.

A discussão acima nos leva a uma última diferenciação fundamental entre eixos de passo e servoeixos: o custo. Motores de passo normalmente não requerem feedback, utilizam ímãs mais baratos e raramente incorporam caixas de engrenagens. Devido à alta contagem de polos e à sua capacidade de gerar torque de retenção, consomem menos energia em velocidade zero. Como resultado, um motor de passo pode ser até uma ordem de magnitude mais barato do que um servomotor comparável.

Em resumo, motores de passo são boas soluções para aplicações com baixa velocidade, baixa aceleração e baixos requisitos de precisão. Motores de passo também tendem a ser compactos e baratos. Isso os torna uma boa opção para aplicações médicas, de biotecnologia, segurança e defesa, e fabricação de semicondutores. Servomotores são uma escolha melhor para sistemas que exigem alta velocidade, alta aceleração e alta precisão. A desvantagem é um custo e complexidade maiores. Servomotores são normalmente usados ​​em aplicações de embalagem, conversão, processamento web e similares.

Quando sua aplicação for flexível, mas seu orçamento não, considere um motor de passo. Se o desempenho for o aspecto mais importante, um servomotor dará conta do recado, mas esteja preparado para pagar mais.