O que é que torna os servomotores e os motores passo a passo distintos, mas essenciais nas máquinas modernas? Este artigo explora as suas diferenças fundamentais, vantagens e aplicações específicas. Ao ler, obterá informações sobre os seus mecanismos de controlo, características de desempenho e cenários de utilização ideais, ajudando-o a tomar decisões informadas para os seus projectos de engenharia. Mergulhe para compreender como cada tipo de motor pode aumentar a precisão e a eficiência em várias aplicações.
Um motor de passo, um tipo de motor especificamente concebido para controlo, converte impulsos eléctricos em deslocação angular.
Quando o driver de passo recebe um sinal de impulso, faz com que o motor de passo rode num ângulo fixo predeterminado, conhecido como "ângulo de passo", na direção especificada.
O motor roda passo a passo no ângulo de passo fixo.
O posicionamento preciso pode ser conseguido através do controlo do número de impulsos e a regulação da velocidade e da aceleração da rotação do motor pode ser conseguida através do controlo da frequência dos impulsos.
A inversão do sentido de rotação do motor pode ser conseguida alterando a sequência em que os enrolamentos são energizados.
Um motor passo a passo requer um controlador de motor passo a passo especializado para funcionar. Este controlador é composto por uma unidade de controlo de impulsos, uma unidade de acionamento de potência e uma unidade de proteção.
A unidade de acionamento de potência amplifica os impulsos gerados pela unidade de controlo de impulsos e está diretamente ligada ao motor passo a passo, servindo de interface de potência entre o motor passo a passo e o microcontrolador.
A unidade de instruções de controlo recebe sinais de impulso e de direção e gera um conjunto de impulsos correspondentes, que são depois transmitidos ao motor passo a passo através da unidade de acionamento de potência.
O motor de passo roda então um ângulo de passo definido na direção indicada.
O motor passo a passo tem várias especificações técnicas importantes, como o binário estático máximo, frequência de arranquee frequência de funcionamento.
Em geral, quanto menor for o ângulo de passo, maior será o binário estático máximo e mais elevadas serão as frequências de arranque e de funcionamento.
Por conseguinte, o modo de funcionamento coloca uma forte ênfase na tecnologia de acionamento por subdivisão.
Este método melhora o binário e a resolução do motor passo a passo e elimina completamente a oscilação de baixa frequência.
Como resultado, o desempenho da unidade de subdivisão é superior ao de outros tipos de unidades.
O rotor no interior de um servomotor é um íman permanente. O condutor controla a eletricidade trifásica U/V/W para criar um campo eletromagnético, fazendo com que o rotor rode sob a influência deste campo magnético. O próprio codificador do motor fornece sinais de feedback ao condutor, que ajusta o ângulo de rotação do rotor com base no valor de feedback e no valor alvo.
O servomotor, também designado por motor executivo, é utilizado como atuador em sistemas de controlo automático para converter os sinais eléctricos recebidos em deslocamento angular ou velocidade angular no veio do motor.
Os servo-motores existem em duas variedades: DC e AC.
Quando um servo motor recebe um impulso, roda o ângulo correspondente para produzir uma deslocação. Isto deve-se ao facto de o próprio servomotor emitir impulsos, sendo que cada ângulo de rotação emite um número correspondente de impulsos que formam um circuito fechado com os impulsos recebidos pelo servomotor.
Isto permite que o sistema monitorize o número de impulsos que envia ao servomotor e o número de impulsos que recebe, permitindo um controlo preciso e um posicionamento exato.
Em termos de desempenho, os servomotores CA são superiores aos servomotores CC. Os servomotores CA utilizam o controlo de onda sinusoidal, o que resulta numa baixa ondulação de binário e numa elevada capacidade.
Os servomotores de corrente contínua, por outro lado, utilizam o controlo de onda trapezoidal e têm um desempenho relativamente fraco.
No entanto, os servomotores sem escovas nos servomotores CC têm um melhor desempenho do que os servomotores com escovas.
O interior de um servo motor contém um rotor de íman permanente.
O atuador controla a eletricidade trifásica U/V/W para gerar um campo eletromagnético, provocando a rotação do rotor.
Para além disso, o codificador do motor fornece sinais de feedback ao condutor.
O condutor ajusta o ângulo de rotação do rotor com base no valor de feedback e no valor alvo desejado.
Acionamento do servomotor DC com escova:
O princípio de funcionamento do motor é semelhante ao de um motor CC normal.
O atuador tem uma estrutura de três circuitos, constituída por um circuito de corrente, um circuito de velocidade e um circuito de posição, dispostos por ordem de dentro para fora.
A saída do circuito de corrente controla a tensão de armadura do motor.
A entrada do loop de corrente é a saída PID do loop de velocidade, a entrada do loop de velocidade é a saída PID do loop de posição e a entrada do loop de posição é a entrada especificada.
O diagrama de controlo é ilustrado acima.
Servo motor DC sem escovas:
A fonte de alimentação é a corrente contínua, que é transformada em corrente alternada U/V/W por um inversor trifásico interno.
O condutor também utiliza uma estrutura de controlo de três circuitos (circuito de corrente, circuito de velocidade, circuito de posição) e o seu princípio de controlo de condução é o mesmo que o descrito anteriormente.
Acionamento de servomotores AC:
O sistema pode ser dividido em dois módulos separados: o painel de alimentação e o painel de controlo, cada um com funções distintas.
O painel de controlo emite sinais PWM através de um algoritmo correspondente, servindo de circuito de acionamento para o sinal de acionamento, para modificar a potência de saída do inversor e conseguir o controlo do servomotor CA síncrono de ímanes permanentes trifásico.
A unidade de acionamento converte primeiro a eletricidade trifásica de entrada ou a eletricidade municipal em eletricidade de corrente contínua através de um circuito retificador trifásico de ponte completa.
O servomotor trifásico síncrono de corrente alternada com ímanes permanentes é então acionado pelo comutador de um inversor trifásico sinusoidal do tipo PWM, após a retificação da eletricidade trifásica ou municipal.
Este processo é simplesmente uma conversão AC-DC-AC.
A unidade de controlo é o núcleo de todo o sistema servo AC e realiza o controlo da posição do sistema, o controlo da velocidade, o controlo do binário e o controlo da corrente.
Precisão do controlo
Quanto maior for o número de fases e de batimentos de um motor passo a passo, maior será a sua precisão.
O servomotor obtém feedback do seu próprio codificador, e quanto mais escalas o codificador tiver, maior será a sua precisão.
Característica de baixa frequência
Os motores passo a passo são propensos a vibrações de baixa frequência a baixas velocidades.
Para combater esta situação, o funcionamento a baixa velocidade recorre frequentemente à tecnologia de amortecimento ou de subdivisão.
Em contrapartida, os servomotores funcionam suavemente sem vibrações, mesmo a baixas velocidades.
Característica de binário-frequência
O binário de saída de um motor passo a passo diminui com o aumento da velocidade e cai significativamente a velocidades elevadas.
Em contrapartida, um servomotor fornece um binário constante à sua velocidade nominal e uma potência constante à sua velocidade nominal.
Capacidade de sobrecarga
Um motor de passo não tem capacidade de sobrecarga, enquanto um servomotor tem uma forte capacidade de sobrecarga.
Desempenho operacional
Os motores passo a passo funcionam sob controlo de circuito aberto, o que os torna susceptíveis de perder o passo ou de parar a rotação se a frequência de arranque for demasiado elevada ou se a carga for demasiado pesada. Se a velocidade for demasiado elevada, pode também resultar em excesso de velocidade.
Por outro lado, o sistema de servo-acionamento AC utiliza o controlo em circuito fechado. O controlador do servomotor recolhe diretamente amostras do sinal de retorno do codificador do motor, formando circuitos internos de controlo da posição e da velocidade. Como resultado, é menos provável que os motores passo a passo percam o passo ou ultrapassem o limite, tornando o desempenho do controlo mais fiável.
Velocidade de resposta Desempenho
Os motores passo a passo demoram centenas de milissegundos a acelerar de um estado estático para a velocidade de funcionamento.
Em comparação, os sistemas servo AC têm um excelente desempenho de aceleração, normalmente demorando apenas alguns milissegundos, o que os torna adequados para aplicações que requerem arranques e paragens rápidas.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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