Os motores de passo em circuito fechado podem ser a melhor opção para tarefas normalmente realizadas por servos, porque os steppers tradicionais não os suportam.

Uma das decisões mais críticas que os engenheiros podem tomar ao projetar qualquer tipo de processo de controle de movimento é escolher o motor. Obter o motor certo, tanto em termos de tipo quanto de tamanho, é imperativo para a eficiência operacional da máquina final. Além disso, garantir que o motor não quebre o orçamento seja sempre uma preocupação primária.

Uma das primeiras perguntas a responder para tomar a decisão é: que tipo de motor seria o melhor? O aplicativo requer um motor servo de alto desempenho? Um passo de baixo custo seria melhor? Ou talvez haja uma terceira opção do meio da estrada a considerar?

As respostas começam com as necessidades do aplicativo específico. Existem muitos fatores a serem abordados antes de determinar o tipo de motor que seria ideal para qualquer aplicação.

Os requisitos

Quantos ciclos por minuto o motor precisa fazer? Quanto torque é necessário? Qual é a velocidade de pico necessária?

Essas questões críticas não podem ser abordadas simplesmente escolhendo um motor com uma determinada potência.

A potência de um motor é a combinação de torque e velocidade que pode ser calculada por uma multiplicação de velocidade, torque e uma constante.

Devido à natureza desse cálculo, no entanto, existem muitas combinações diferentes de torque e velocidade que produzirão uma potência específica. Assim, diferentes motores com classificações de potência semelhantes podem operar de maneira diferente devido à combinação de velocidade e torque que eles oferecem.

Os engenheiros devem saber a rapidez com que uma certa carga de tamanho precisa se mover antes de escolher com confiança um motor que funcionará melhor. O trabalho que está sendo realizado também deve cair sob a curva de torque/velocidade do motor. Esta curva mostra como o torque de um motor varia durante a operação. Usando suposições “no pior caso” (em outras palavras, determinando a quantidade máxima/mínima de torque e velocidade que o trabalho exigirá), os engenheiros podem ter certeza de que um motor escolhido possui uma curva de torque/velocidade suficiente.

A inércia da carga é outro fator que deve ser abordado antes de mergulhar no processo de tomada de decisão de escolher um motor. A relação de inércia deve ser calculada, que é a comparação entre a inércia da carga e a inércia do motor. Uma regra geral diz que, se a inércia da carga exceder 10 vezes a do rotor, sintonizar o motor pode ser mais difícil e o desempenho pode sofrer. Mas essa regra varia não apenas da tecnologia para a tecnologia, mas de fornecedor ao fornecedor e até produto e produto. Como um aplicativo é crítico também afetará essa decisão. Alguns produtos lidam com as proporções de até 30 para 1, enquanto as unidades diretas são executadas em até 200 para 1. Muitas pessoas não gostam de dimensionar um motor que exceda uma proporção de 10 para 1.

Finalmente, existem limitações físicas que restringem um certo motor a outro. Os motores vêm em diferentes formas e tamanhos. Em alguns casos, os motores são grandes e volumosos, e existem certas operações que não podem abrigar um determinado motor de tamanho. Antes que uma decisão informada possa ser tomada sobre o melhor tipo de motor, essas especificações físicas devem ser reconhecidas e compreendidas.

Depois que os engenheiros respondem a todas essas perguntas - velocidade, torque, potência, inércia de carga e limitações físicas - elas podem se concentrar no motor de tamanho mais eficiente. No entanto, o processo de tomada de decisão não para por aí. Os engenheiros também devem descobrir que tipo de motor melhor se encaixa no aplicativo. Durante anos, a escolha do tipo se resumiu para uma das duas opções para a maioria dos aplicativos: um motor servo ou um motor de passo de malha aberta.

Servos e steppers

Os princípios operacionais para os motores de passo servo e malha aberta são semelhantes. No entanto, existem diferenças importantes entre os dois que os engenheiros devem entender antes de decidir qual motor é ideal para uma determinada aplicação.

Nos sistemas servo tradicionais, um controlador envia comandos para a unidade do motor via pulso e direção ou um comando analógico relacionado à posição, velocidade ou torque. Alguns controles podem usar um método baseado em barramento, que nos controles mais recentes é tipicamente um método de comunicação baseado em Ethernet. A unidade envia a corrente apropriada para cada fase do motor. O feedback do motor circula de volta à unidade do motor e, se necessário, o controlador. A unidade baseia -se nessas informações para comutar adequadamente o motor e enviar boas informações sobre a posição dinâmica do eixo do motor. Portanto, os motores servo são considerados motores de circuito fechado e contêm codificadores embutidos, e os dados posicionais são freqüentemente alimentados ao controlador. Esse feedback oferece ao controlador mais controle sobre o motor. O controlador pode fazer ajustes nas operações, em graus variados, se algo não estiver funcionando da maneira que deveria ser. Esse tipo de informação crucial é um benefício que os motores de passo abertos não podem oferecer.

Os motores de passo também operam com comandos enviados para a unidade do motor para ditar a distância movida e a velocidade. Normalmente, esse sinal é um comando de passo e direção. No entanto, os steppers de malha aberta não podem fornecer feedback aos operadores; portanto, seus controles não podem avaliar adequadamente uma situação e fazer ajustes para melhorar a operação do motor.

Por exemplo, se o torque de um motor não for suficiente para lidar com a carga, o motor poderá parar ou perder certas etapas. Quando isso acontecer, a posição alvo não será atingida. Com as características de malha aberta do motor de passo em mente, esse posicionamento impreciso não será retransmitido adequadamente para o controlador para que possa fazer ajustes.

O motor servo parece ter vantagens claras em termos de eficiência e desempenho, então por que alguém escolheria um motor de passo? Existem algumas razões. O mais comum é o preço; Os orçamentos operacionais são considerações importantes na tomada de qualquer decisão de design. À medida que os orçamentos se apertam, as decisões devem ser tomadas para reduzir custos desnecessários. Isso não apenas se refere ao custo do próprio motor, mas a manutenção de rotina e emergência tende a ser mais barata para os motores de passo em oposição aos servos. Portanto, se os benefícios de um motor servo não justificarem seus custos, um motor de passo padrão poderá ser suficiente.

Do ponto de vista puramente operacional, os motores de passo são notavelmente mais fáceis de usar do que os motores servo padrão. Operar um motor de passo é muito mais simples de entender e mais fácil de configurar. A maioria do pessoal concorda que, se não houver razão para complementar operações, mantenha as coisas simples.

As vantagens oferecidas pelos dois tipos de motor diferentes são muito diferentes. O Servo Motors é ideal se você precisar de um motor com velocidades acima de 3.000 rpm e alto torque. No entanto, para um aplicativo que requer apenas velocidades de algumas centenas de rpm ou menos, um servo motor nem sempre é a melhor opção. O Servo Motors pode ser um exagero para aplicações de baixa velocidade.

As aplicações de baixa velocidade são onde os motores de passo brilham como a melhor solução possível. Os motores de passo não são apenas repetíveis quando se trata de parar, mas também são projetados para rodar a uma velocidade baixa, fornecendo alto torque. Pela própria natureza desse design, os motores de passo podem ser controlados e subir até seus limites de velocidade. O limite de velocidade dos motores de passo típicos geralmente é inferior a 1.000 rpm, enquanto os motores servo podem ter velocidades classificadas até 3.000 rpm ou mais - às vezes, mesmo acima de 7.000 rpm.

Se um passo é dimensionado corretamente, pode ser a escolha perfeita. No entanto, quando um motor de passo está em execução em uma configuração de malha aberta e algo dá errado, os operadores podem não obter todos os dados necessários para corrigir o problema.

Resolvendo o problema de malha aberta

Nas últimas décadas, houve várias abordagens diferentes oferecidas para resolver os problemas tradicionais com os Steppers de malha aberta. Homing o motor a um sensor na energia, ou mesmo várias vezes durante uma aplicação, foi um método. Embora simples, isso diminui as operações e não captura problemas que surgem durante os processos operacionais normais.

Adicionar feedback para detectar se o motor está paralisando ou fora de posição é outra abordagem. Os engenheiros das empresas de controle de movimento criaram recursos de "detecção de estol" e "manutenção de posição". Houve até algumas abordagens indo ainda mais longe que tratam os motores de passo como servos, ou pelo menos imitam -os com algoritmos sofisticados.

No grande espectro de motores-entre servos e motores de passo abertos-lies uma nova tecnologia conhecida como motor de passo em malha fechada. É a melhor e mais consciente da maneira de resolver o problema dos aplicativos que requerem precisão posicional e baixas velocidades. Ao aplicar dispositivos de feedback de alta resolução para fechar o loop, os engenheiros podem aproveitar o "melhor dos dois mundos".

Os motores de passo em circuito fechado oferecem todas as vantagens dos motores de passo: facilidade de uso, simplicidade e a capacidade de executar consistentemente em baixas velocidades com parada precisa. Além disso, eles ainda oferecem os recursos de feedback que o Servo Motors faz. Felizmente, ele não precisa vir com a maior desvantagem de um servo: o preço maior.

A chave sempre esteve na maneira como os motores de passo abertos funcionam. Eles normalmente têm duas bobinas, às vezes cinco, com um ato de equilíbrio magnético entre eles. O movimento perturba esse equilíbrio, fazendo com que o eixo do motor fique atrás eletricamente, mas o operador não pode saber a que distância está atrás dele. O ponto de parada é repetível para as estepers de malha aberta, mas não para todas as cargas. Colocar um codificador no passo e torná -lo um loop fechado fornece algum controle dinâmico. Isso permite que os operadores parem em um ponto exato sob cargas variadas.

Esses benefícios do uso de motores de passo em circuito fechado para determinadas aplicações aumentaram acentuadamente a popularidade desses motores na comunidade de controle de movimento. Especificamente, em duas das indústrias mais proeminentes, fabricantes de semicondutores e dispositivos médicos, há um claro aumento no uso de motores de passo de circuito fechado. Os engenheiros dessas indústrias devem saber exatamente onde os motores posicionaram cargas ou atuadores, se ele alimenta um parafuso de correia ou bola. O feedback de circuito fechado nesses steppers permite que eles saibam exatamente onde está. Esses steppers também podem fornecer melhor desempenho do que servos em velocidades mais baixas.

Geralmente, qualquer aplicação que precise de desempenho garantido a um custo menor que um motor servo, e a capacidade de executar em velocidades relativamente baixas é um bom candidato a motores de passo em circuito fechado.

Lembre-se de que os operadores precisam garantir que a unidade ou controles suportem os motores de passo em circuito fechado. Historicamente, você pode pegar um passo com um codificador na parte de trás, mas a unidade era uma unidade de passo padrão e não suportou codificadores. O codificador precisava ser levado de volta ao controlador e a verificação de posição precisaria ser implementada no final de um determinado movimento. Isso não é necessário com novas unidades de passo em circuito fechado. As unidades de passo em circuito fechado podem lidar dinamicamente e automaticamente o controle de posição e velocidade sem envolver controladores.