O que faz com que os servomotores e os motores de passo sejam diferentes, mas essenciais no maquinário moderno? Este artigo explora suas diferenças fundamentais, vantagens e aplicações específicas. Com a leitura, você obterá insights sobre seus mecanismos de controle, características de desempenho e cenários de uso ideais, ajudando-o a tomar decisões informadas para seus projetos de engenharia. Mergulhe de cabeça para entender como cada tipo de motor pode aumentar a precisão e a eficiência em várias aplicações.
Um motor de passo, um tipo de motor projetado especificamente para controle, converte pulsos elétricos em deslocamento angular.
Quando o driver de passo recebe um sinal de pulso, ele faz com que o motor de passo gire em um ângulo fixo predeterminado, conhecido como "ângulo de passo", na direção especificada.
O motor gira passo a passo no ângulo de passo fixo.
O posicionamento preciso pode ser obtido pelo controle do número de pulsos, e a regulação da velocidade e da aceleração da rotação do motor pode ser realizada pelo controle da frequência de pulso.
A inversão do sentido de rotação do motor pode ser obtida alterando-se a sequência em que os enrolamentos são energizados.
Um motor de passo requer um driver de motor de passo especializado para funcionar. Esse driver consiste em uma unidade de controle de impulso, uma unidade de acionamento de potência e uma unidade de proteção.
A unidade de acionamento de energia amplifica os pulsos gerados pela unidade de controle de impulso e é conectada diretamente ao motor de passo, servindo como interface de energia entre o motor de passo e o microcontrolador.
A unidade de instrução de controle recebe sinais de pulso e direção e gera um conjunto de pulsos correspondentes, que são então transmitidos ao motor de passo por meio da unidade de acionamento de potência.
O motor de passo então gira um ângulo de passo definido na direção indicada.
O motor de passo tem várias especificações técnicas importantes, como o torque estático máximo, frequência iniciale frequência de operação.
Em geral, quanto menor o ângulo de passo, maior o torque estático máximo e mais altas as frequências de partida e de operação.
Portanto, o modo de operação dá grande ênfase à tecnologia de acionamento por subdivisão.
Esse método melhora o torque e a resolução do motor de 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 dentro de um servomotor é um ímã permanente. O driver controla a eletricidade trifásica U/V/W para criar um campo eletromagnético, fazendo com que o rotor gire sob a influência desse campo magnético. O próprio codificador do motor fornece sinais de feedback ao driver, que ajusta o ângulo de rotação do rotor com base no valor de feedback e no valor-alvo.
O servomotor, também chamado de motor executivo, é usado como atuador em sistemas de controle automático para converter os sinais elétricos recebidos em deslocamento angular ou velocidade angular no eixo do motor.
Os servomotores vêm em duas variedades: CC e CA.
Quando um servomotor recebe um pulso, ele gira o ângulo correspondente para produzir o deslocamento. Isso ocorre porque o próprio servomotor emite pulsos, com cada ângulo de rotação emitindo um número correspondente de pulsos que formam um circuito fechado com os pulsos recebidos pelo servomotor.
Isso permite que o sistema monitore o número de pulsos que envia ao servomotor e o número de pulsos que recebe, possibilitando um controle preciso e um posicionamento exato.
Em termos de desempenho, os servomotores CA são superiores aos servomotores CC. Os servomotores CA usam controle de onda senoidal, o que resulta em baixa ondulação de torque e alta capacidade.
Os servomotores CC, por outro lado, usam controle de onda trapezoidal e têm desempenho relativamente ruim.
Entretanto, os servomotores sem escovas nos servomotores CC têm um desempenho melhor do que os servomotores com escovas.
O interior de um servomotor contém um rotor de ímã permanente.
O atuador controla a eletricidade trifásica U/V/W para gerar um campo eletromagnético, fazendo com que o rotor gire.
Além disso, o codificador do motor fornece sinais de feedback para o driver.
O driver ajusta o ângulo de rotação do rotor com base no valor de feedback e no valor-alvo desejado.
Acionamento do servomotor CC com escova:
O princípio de operação do motor é semelhante ao de um motor CC padrão.
O atuador tem uma estrutura de três loops, que consiste em um loop de corrente, um loop de velocidade e um loop de posição, dispostos em ordem de dentro para fora.
A saída do loop de corrente controla a tensão da 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 controle está ilustrado acima.
Acionamento do servomotor CC sem escovas:
A fonte de alimentação é CC, que é transformada em energia CA U/V/W por um inversor trifásico interno.
O driver também emprega uma estrutura de controle de três loops (loop de corrente, loop de velocidade, loop de posição), e seu princípio de controle de acionamento é o mesmo descrito anteriormente.
Acionamento do servomotor CA:
O sistema pode ser dividido em dois módulos separados: o painel de energia e o painel de controle, cada um com funções distintas.
O painel de controle emite sinais PWM por meio de um algoritmo correspondente, servindo como circuito de acionamento para o sinal de acionamento, para modificar a potência de saída do inversor e obter o controle do servomotor CA síncrono de ímã permanente trifásico.
A unidade de acionamento de energia primeiro converte a eletricidade trifásica de entrada ou a eletricidade municipal em eletricidade de corrente contínua por meio de um circuito retificador trifásico de ponte completa.
O servomotor CA síncrono de ímã permanente trifásico é então acionado pelo comutador de um inversor de tensão do tipo PWM senoidal trifásico, após a retificação da eletricidade trifásica ou municipal.
Esse processo é simplesmente uma conversão CA-CC-CA.
A unidade de controle é o núcleo de todo o sistema servo CA e realiza o controle de posição do sistema, o controle de velocidade, o controle de torque e o controle de corrente.
Precisão do controle
Quanto mais fases e batimentos um motor de passo tiver, maior será sua precisão.
O servomotor obtém feedback de seu próprio codificador, e quanto mais escalas o codificador tiver, maior será sua precisão.
Característica de baixa frequência
Os motores de passo são propensos a vibrações de baixa frequência em baixas velocidades.
Para combater isso, a operação em baixa velocidade geralmente emprega tecnologia de amortecimento ou subdivisão.
Por outro lado, os servomotores funcionam suavemente sem vibração, mesmo em baixas velocidades.
Característica de torque-frequência
O torque de saída de um motor de passo diminui com o aumento da velocidade e cai significativamente em altas velocidades.
Por outro lado, um servomotor fornece saída de torque constante em sua velocidade nominal e saída de potência constante em sua velocidade nominal.
Capacidade de sobrecarga
Um motor de passo não tem capacidade de sobrecarga, enquanto um servomotor tem grande capacidade de sobrecarga.
Desempenho operacional
Os motores de passo operam sob controle de malha aberta, o que os torna suscetíveis à perda de passo ou à interrupção da rotação se a frequência de partida for muito alta ou se a carga for muito pesada. Se a velocidade for muito alta, isso também pode resultar em ultrapassagem.
Por outro lado, o sistema de servoacionamento CA usa controle de loop fechado. O driver do servomotor coleta amostras do sinal de feedback do codificador do motor diretamente, formando loops internos de controle de posição e velocidade. Como resultado, é menos provável que os motores de passo percam o passo ou ultrapassem o limite, tornando o desempenho do controle mais confiável.
Desempenho de resposta rápida
Os motores de passo levam centenas de milissegundos para acelerar de um estado estático para a velocidade operacional.
Em comparação, os sistemas servo CA têm excelente desempenho de aceleração, normalmente levando apenas alguns milissegundos, o que os torna adequados para aplicações que exigem partidas e paradas rápidas.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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