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

Motores de passo

Os motores de passo consistem em um rotor com ímãs permanentes e um estator estacionário que abriga os enrolamentos. Quando a corrente elétrica passa 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. Os motores de passo apresentam um número muito elevado de polos, tipicamente 50 ou mais. O driver do motor de passo energiza cada polo sequencialmente, de modo que o rotor gira em uma série de incrementos, ou passos. Devido ao número muito elevado de polos, 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 engrenagem de 10:1 a um motor de passo de 1200 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.

Os motores de passo geralmente não estão disponíveis em tamanhos de carcaça maiores que NEMA 34, sendo a maioria das aplicações nos tamanhos NEMA 17 ou NEMA 23. Consequentemente, é incomum encontrar motores de passo capazes de produzir mais de 1.000 a 2.000 onças-polegada de torque.

Os motores de passo também têm limitações de desempenho. Podemos pensar em um motor de passo como um sistema massa-mola. O motor precisa vencer o atrito para começar a girar e mover a carga, momento em que o rotor não está totalmente controlado. Como resultado, um comando para avançar cinco passos pode fazer com que o motor gire apenas quatro passos — ou seis.

Se o controlador comandar um motor para avançar 200 passos, ele o fará com uma precisão de apenas alguns passos, o que, nesse ponto, representa um erro de alguns por cento. 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. Mesmo assim, com essas resoluções, um movimento de 200 passos corresponde a uma fração de grau.

A adição de um encoder permitirá que o sistema rastreie o movimento com precisão, mas não será capaz de superar as leis da física 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 possuem diversas 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 sobre o rotor para desenvolver torque. Os servomotores, no entanto, possuem um número de polos significativamente menor do que os motores de passo. Consequentemente, eles devem operar em malha fechada.

A operação em malha fechada permite que o controlador/acionador ordene que a carga 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 dimensionamento adequado do motor 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 usam com mais frequência ímãs convencionais, mais baratos. Os ímãs de terras raras permitem o desenvolvimento de maior torque em um componente menor. Os servomotores também se beneficiam do seu tamanho físico, que lhes confere uma vantagem em termos de torque. Os diâmetros dos servomotores variam tipicamente de NEMA 17 até 220 mm. Como resultado da combinação desses fatores, 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 como resultado da operação em malha fechada.

Considerações finais

Os servomotores oferecem uma inegável vantagem de desempenho. Em termos de repetibilidade, no entanto, os motores de passo podem ser bastante competitivos. Este ponto levanta uma concepção errônea comum sobre motores de passo: o mito do movimento perdido. Como discutimos anteriormente, a natureza de massa-mola de um motor de passo pode resultar em alguns passos perdidos. Como o driver comanda o motor de passo a se mover para uma posição 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 publicação no blog.

A discussão acima nos leva a uma diferenciação final fundamental entre eixos de motores de passo e eixos servo: o custo. Os motores de passo normalmente não requerem feedback, utilizam ímãs mais baratos e raramente incorporam caixas de engrenagens. Devido ao elevado número 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 dez vezes mais barato do que um servomotor comparável.

Em resumo, os motores de passo são boas soluções para aplicações com requisitos de baixa velocidade, baixa aceleração e baixa precisão. Eles também tendem a ser compactos e de baixo custo, o que os torna ideais para aplicações médicas, biotecnológicas, de segurança e defesa, e na fabricação de semicondutores. Já os servomotores são uma escolha melhor para sistemas que exigem alta velocidade, alta aceleração e alta precisão. A desvantagem é o custo e a complexidade mais elevados. Os servomotores são normalmente usados ​​em embalagens, conversão, processamento de bobinas e aplicações similares.

Quando sua aplicação permite flexibilidade, mas seu orçamento é limitado, 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.