Circuito fechadomotores de passomudaram a relação custo-benefício em muitas aplicações de controle de movimento. O sucesso dos motores progressivos de malha fechada VIC também abriu a possibilidade de substituir servomotores caros por motores de baixo custo.motores de passoEm um número crescente de aplicações de automação industrial de alto padrão, os avanços tecnológicos estão mudando a relação desempenho-custo entre motores de passo e servomotores.
Motores de passo versus servo motores
De acordo com a sabedoria popular, os sistemas de servocontrole apresentam melhor desempenho em aplicações que exigem velocidades superiores a 800 RPM e alta resposta dinâmica. Motores de passo são mais adequados para aplicações com velocidades mais baixas, aceleração baixa a média e alto torque de retenção.
Então, qual é a base dessa sabedoria popular sobre motores de passo e servomotores? Vamos analisá-la com mais detalhes a seguir.
1. Simplicidade e custo
Os motores de passo não são apenas mais baratos que os servomotores, como também são mais simples de comissionar e manter. Os motores de passo são estáveis em repouso e mantêm sua posição (mesmo com cargas dinâmicas). No entanto, se for necessário maior desempenho para determinadas aplicações, servomotores mais caros e complexos devem ser utilizados.
2. Estrutura
Motores de passogirar de forma gradual, usando bobinas magnéticas para puxar gradualmente um ímã de uma posição para a próxima. Para mover o motor 100 posições em qualquer direção, o circuito requer 100 operações de passo a passo no motor. Motores de passo usam pulsos para obter movimentos incrementais, permitindo um posicionamento preciso sem o uso de sensores de feedback.
O método de movimento do servomotor é diferente. Ele conecta um sensor de posição – ou seja, um encoder – ao rotor magnético e detecta continuamente a posição exata do motor. O servo monitora a diferença entre a posição real do motor e a posição comandada e ajusta a corrente de acordo. Este sistema de malha fechada mantém o motor no estado correto de movimento.
3. Velocidade e torque
A diferença no desempenho entre motores de passo e servo motores decorre de suas diferentes soluções de design de motor.Motores de passoPossuem um número muito maior de polos do que os servomotores, de modo que uma revolução completa de um motor de passo requer muito mais trocas de corrente nos enrolamentos, resultando em uma rápida queda de torque em velocidades crescentes. Além disso, se o torque máximo for atingido, o motor de passo pode perder sua função de sincronização de velocidade. Por essas razões, os servomotores são a solução preferida na maioria das aplicações de alta velocidade. Em contraste, o maior número de polos de um motor de passo é vantajoso em velocidades mais baixas, quando o motor de passo tem uma vantagem de torque sobre um servomotor do mesmo tamanho.
À medida que a velocidade aumenta, o torque do motor de passo diminui
4. Posicionamento
Existem diferenças importantes entre motores de passo e servomotores em aplicações onde a posição exata da máquina precisa ser conhecida o tempo todo. Em aplicações de movimento em malha aberta controladas por motores de passo, o sistema de controle assume que o motor está sempre no estado correto de movimento. No entanto, após um problema ser encontrado, como um motor travado devido a um componente preso, o controlador não consegue saber a posição real da máquina, o que pode levar à perda de posição. O sistema de malha fechada do próprio servomotor tem uma vantagem: se ele for bloqueado por um objeto, ele o detectará imediatamente. A máquina parará de operar e nunca sairá da posição.
5. Consumo de calor e energia
Motores de passo em malha aberta utilizam uma corrente fixa e liberam muito calor. O controle em malha fechada fornece apenas a corrente necessária para a malha de velocidade, evitando assim o problema de aquecimento do motor.
Resumo da comparação
Os sistemas de servocontrole são mais adequados para aplicações de alta velocidade que envolvem variações dinâmicas de carga, como braços robóticos. Os sistemas de controle de passo, por outro lado, são mais adequados para aplicações que exigem aceleração baixa a média e alto torque de retenção, como impressoras 3D, transportadores, subeixos, etc. Como os motores de passo são mais baratos, eles podem reduzir o custo dos sistemas de automação quando utilizados. Os sistemas de controle de movimento que precisam aproveitar as características dos servomotores terão que provar que esses motores de custo mais elevado valem seu peso em ouro.
Motores de passo com controle de malha fechada
O motor de passo com controle eletrônico integrado é equivalente a um motor CC sem escovas bifásico e pode realizar controle de malha de posição, controle de malha de velocidade, controle DQ e outros algoritmos. Um encoder absoluto de uma volta é usado para comutação em malha fechada, garantindo assim o torque ideal em qualquer velocidade.
Baixo consumo de energia e manutenção da refrigeração
Os motores de passo VIC são altamente eficientes em termos energéticos. Ao contrário dos motores de passo de malha aberta, que sempre operam com comando de corrente total e causam problemas de aquecimento e ruído, a corrente varia de acordo com as condições reais do movimento, por exemplo, durante a aceleração e a desaceleração. Semelhante aos servomotores, a corrente consumida por esses motores de passo a qualquer momento é proporcional ao torque real necessário. Como o motor e a placa de controle eletrônico integrada operam em temperaturas mais baixas, os motores de passo VIC podem atingir torques de pico mais elevados, comparáveis aos servomotores.
Mesmo em altas velocidades, os motores de passo VIC requerem menos corrente
Impulsionados pelos avanços na tecnologia de malha fechada, os motores de passo são capazes de penetrar em aplicações de alto desempenho e alta velocidade que antes pertenciam exclusivamente aos servomotores
Motores de passo com tecnologia de malha fechada
E se as vantagens da tecnologia servo de malha fechada pudessem ser aplicadas aos motores de passo?
Poderíamos atingir um desempenho comparável ao dos servomotores e ainda aproveitar as vantagens de custo dos motores de passo?
Ao combinar a tecnologia de controle em malha fechada, o motor de passo se tornaria um produto completo com as vantagens dos servomotores e motores de passo a um baixo custo. Como os motores de passo em malha fechada oferecem melhorias significativas em desempenho e eficiência energética, eles podem substituir servomotores mais caros em um número crescente de aplicações de alto padrão.
A seguir, um exemplo de um motor de passo integrado VIC com controle de malha fechada incorporado para explicar o desempenho e as vantagens e desvantagens dos motores de passo com tecnologia de malha fechada.
Requisitos de desempenho precisamente correspondidos
Para garantir torque suficiente para superar perturbações e evitar perda de passo, motores de passo de malha aberta geralmente precisam garantir que o torque seja pelo menos 40% maior que o valor exigido pela aplicação. Motores de passo de malha fechada não apresentam esse problema. Quando esses motores de passo param devido a uma sobrecarga, eles continuam a manter a carga sem perda de torque. Eles continuarão a operar após a condição de sobrecarga ser removida. O torque máximo pode ser garantido em qualquer velocidade e o sensor de posição garante que não haja perda de passo. Motores de passo de malha fechada podem, portanto, ser especificados para atender exatamente aos requisitos de torque da aplicação relevante, sem a necessidade de uma margem adicional de 40%.
Com motores de passo de malha aberta, é difícil atender aos altos requisitos de torque instantâneo devido ao risco de perda de passos. Comparados aos motores de passo convencionais, os motores de passo de malha fechada VIC podem atingir aceleração muito rápida, baixo ruído operacional e baixa ressonância. Eles podem operar em larguras de banda muito maiores e alcançar excelente desempenho.
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A integração da eletrônica com motores de passo reduz a complexidade
Com a tecnologia de malha fechada, os motores de passo de malha fechada oferecem aos usuários excelente precisão e eficiência, com o desempenho de um servomotor e o baixo custo de um motor de passo. Motores de passo de baixo custo estão gradualmente se infiltrando em aplicações que, de outra forma, seriam dominadas por servomotores de alto custo.
Horário da publicação: 10/04/2023