Como os motores de passo de baixo custo são uma alternativa aos servomotores.

Circuito fechadomotores de passoalteraram a relação custo-benefício em muitas aplicações de controle de movimento. O sucesso dos motores progressivos de malha fechada da 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 custo-benefício entre motores de passo e servomotores.
Motores de passo versus servomotores
Segundo a opinião geral, os sistemas de servocontrole apresentam melhor desempenho em aplicações que exigem velocidades superiores a 800 RPM e alta resposta dinâmica. Os motores de passo, por sua vez, são mais adequados para aplicações com velocidades mais baixas, aceleração baixa a média e alto torque de retenção.
Qual é, então, a base dessa crença popular sobre motores de passo e servomotores? Vamos analisar isso 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 instalar e manter. Os motores de passo são estáveis ​​em repouso e mantêm sua posição (mesmo com cargas dinâmicas). No entanto, se for necessário um desempenho superior para determinadas aplicações, será preciso utilizar servomotores, que são mais caros e complexos.
2. Estrutura
Motores de passoO motor gira em etapas, utilizando bobinas magnéticas para puxar gradualmente um ímã de uma posição para a seguinte. Para mover o motor 100 posições em qualquer direção, o circuito requer 100 operações de passo a passo. Os motores de passo utilizam pulsos para realizar movimentos incrementais, permitindo um posicionamento preciso sem a necessidade 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, ajustando a corrente de acordo. Esse sistema de malha fechada mantém o motor no estado de movimento correto.

3. Velocidade e torque
A diferença de desempenho entre motores de passo e servomotores decorre de suas diferentes soluções de projeto.Motores de passoOs motores de passo possuem um número muito maior de polos do que os servomotores, portanto, uma revolução completa de um motor de passo requer muito mais trocas de corrente nos enrolamentos, resultando em uma queda rápida no torque com o aumento da velocidade. Além disso, se o torque máximo for atingido, o motor de passo pode perder sua função de sincronização de velocidade. Por esses motivos, os servomotores são a solução preferida na maioria das aplicações de alta velocidade. Em contrapartida, o maior número de polos de um motor de passo é vantajoso em velocidades mais baixas, quando o motor de passo apresenta uma vantagem de torque em relação a um servomotor de 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 de movimento correto. No entanto, após a ocorrência de um problema, como o travamento do motor devido a um componente preso, o controlador fica impossibilitado de determinar a posição real da máquina, o que pode levar à perda de posicionamento. O sistema de malha fechada do servomotor apresenta uma vantagem: se houver um obstáculo, ele o detectará imediatamente. A máquina parará de operar e nunca ficará fora de posição.

5. Consumo de calor e energia
Os motores de passo de malha aberta utilizam uma corrente fixa e geram muito calor. O controle de malha fechada fornece apenas a corrente necessária para o circuito de velocidade e, portanto, evita o problema de superaquecimento do motor.
Resumo da comparação
Os sistemas de controle servo são mais adequados para aplicações de alta velocidade que envolvem mudanças dinâmicas de carga, como braços robóticos. Os sistemas de controle por motor de passo, por outro lado, são mais adequados para aplicações que exigem aceleração baixa a média e alto torque de retenção, como impressoras 3D, esteiras transportadoras, subeixos etc. Como os motores de passo são mais baratos, 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 comprovar que esses motores de custo mais elevado valem o investimento.

Motores de passo com controle em malha fechada
O motor de passo com controle eletrônico integrado é equivalente a um motor CC sem escovas de duas fases e pode executar controle de posição, controle 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 capacidade de manter o ambiente fresco
Os motores de passo VIC são altamente eficientes em termos de energia. Ao contrário dos motores de passo de malha aberta, que operam sempre com corrente máxima 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 em qualquer instante é proporcional ao torque 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 dos servomotores.

Mesmo em altas velocidades, os motores de passo VIC requerem menos corrente.

Impulsionados pelos avanços na tecnologia de circuito fechado, 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 circuito fechado
E se as vantagens da tecnologia servo de circuito fechado pudessem ser aplicadas aos motores de passo?
Será que conseguiríamos um desempenho comparável ao dos servomotores, mantendo 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 dos motores de passo a um custo reduzido. Como os motores de passo em malha fechada oferecem melhorias significativas em desempenho e eficiência energética, eles podem substituir os servomotores, mais caros, em um número crescente de aplicações de alta exigência.
O exemplo a seguir ilustra um motor de passo integrado VIC com controle de malha fechada embutido, para explicar o desempenho, as vantagens e as desvantagens dos motores de passo com tecnologia de malha fechada.

Requisitos de desempenho precisamente compatíveis
Para garantir torque suficiente para superar perturbações e evitar perda de passos, os motores de passo de malha aberta geralmente precisam ter um torque pelo menos 40% maior do que o valor exigido pela aplicação. Os motores de passo de malha fechada não apresentam esse problema. Quando esses motores travam devido a uma sobrecarga, eles continuam a suportar a carga sem perder torque. Eles continuam operando mesmo após a condição de sobrecarga ser removida. O torque máximo pode ser garantido em qualquer velocidade e o sensor de posição assegura que não haja perda de passos. Portanto, os motores de passo de malha fechada podem ser especificados para atender exatamente aos requisitos de torque da aplicação em questão, 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. Em comparação com os motores de passo convencionais, os motores de passo de malha fechada VIC podem alcançar aceleração muito rápida, baixo ruído operacional e baixa ressonância. Eles podem operar em larguras de banda muito maiores e obter excelente desempenho.

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A integração de componentes eletrônicos com motores de passo reduz a complexidade.
Com a tecnologia de circuito fechado, os motores de passo de circuito fechado 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 penetrando em aplicações que, de outra forma, seriam dominadas por servomotores de alto custo.