A escolha do motor errado leva a ineficiências do sistema, tolerâncias não cumpridas e redesenhos dispendiosos. Compreender a relação entre motores passo-a-passo e servomotores ajuda-o a projetar com precisão e confiança. Eis como fazer as coisas corretamente.

Os motores passo a passo e os servomotores diferem no método de controlo, precisão, binário e feedback. A escolha entre eles requer a avaliação do perfil de movimento, das necessidades de precisão e da eficiência energética da sua aplicação.

Explore as vantagens e desvantagens técnicas e práticas neste guia de comparação de motores.

Introdução

Ao conceber um sistema de controlo de movimento, os engenheiros enfrentam frequentemente uma decisão crítica: Motor de passo ou Servo motor? Ambos têm caraterísticas únicas e desempenham papéis importantes na automação de precisão, robótica, maquinaria CNC e dispositivos médicos. A escolha correta depende de vários factores técnicos e operacionais, incluindo o desempenho, o custo, a complexidade e o ambiente.

Um Motor passo a passo é um dispositivo de controlo de circuito aberto que se move em passos discretos, ideal para necessidades de movimento mais simples sem feedback. Um servomotor, pelo contrário, é um sistema de circuito fechado que se ajusta constantemente com base no feedback de um codificador, permitindo aplicações dinâmicas, de alta velocidade e de binário elevado.

Este artigo analisa as suas diferenças e orienta-o para a escolha ideal para a sua aplicação de engenharia.

Principais diferenças entre steppers e servos

A principal distinção entre motores passo-a-passo e servomotores reside na forma como controlam o movimento.

1. Mecanismo de controlo

• Motor de passo: Funciona com controlo de circuito aberto. O controlador do motor envia impulsos e o motor dá os passos correspondentes. Não é necessário feedback.

• Servo motor: Funciona com controlo de circuito fechado. Um dispositivo de feedback (normalmente um codificador) comunica constantemente a posição, a velocidade e o binário ao controlador.

2. Exatidão e resolução

• Os motores passo-a-passo oferecem uma elevada precisão de posicionamento em operações estáticas ou de baixa velocidade devido aos seus passos discretos (normalmente 200 passos/rot).

• Os servomotores, embora tipicamente contínuos em rotação, alcançam uma melhor precisão dinâmica devido à correção em tempo real da retroação.

3. Velocidade e binário

• Os servomotores são superiores em aplicações de alta velocidade e de carga elevada, mantendo o binário numa vasta gama de RPM.

• Os motores passo a passo fornecem um binário elevado a baixas velocidades, mas perdem significativamente o binário à medida que a velocidade aumenta.

4. Complexidade e custo

• Os sistemas de passo são menos complexos e geralmente mais baratos de implementar.

• Os sistemas servo requerem afinação, cablagem de retorno e controladores avançados, mas oferecem eficiência a longo prazo.

Compreender estas distinções é a base para escolher o motor certo para as necessidades de controlo de movimento do seu sistema.

Stepper vs Servo em ação

O desempenho no mundo real realça ainda mais as diferenças entre motores passo-a-passo e servo-motores. Consideremos três aspectos fundamentais:

1. Aceleração e desaceleração

• Os motores passo-a-passo têm uma capacidade limitada para lidar com mudanças rápidas de velocidade. O seu movimento abrupto e gradual pode causar ressonância e exigir técnicas de amortecimento.

• Os servo-motores, com feedback contínuo, permitem curvas de aceleração mais suaves, tornando-os ideais para perfis de movimento dinâmicos.

2. Posição de retenção

• Os motores passo a passo são excelentes a manter uma posição fixa sem oscilação, desde que não estejam sobrecarregados. Não necessitam de feedback para o fazer.

• Os servo-motores mantêm a posição através de uma correção constante, o que pode causar um comportamento de "caça" - movimentos ligeiros em torno do ponto desejado.

3. Recuperação de sobrecarga

• Quando sobrecarregado, um Motor passo a passo simplesmente pára e perde a posição - sem notificação ao controlador.

• Um servomotor, no entanto, detecta a sobrecarga através de feedback e pode responder ajustando a corrente, gerando um alarme ou tentando a correção.

Estes cenários práticos mostram que os motores passo-a-passo são melhores para sistemas previsíveis e de baixa carga, enquanto os servo-motores lidam com operações de elevado desempenho e tolerantes a falhas.

Consumo de energia e eficiência: A batalha da energia

No mundo atual da engenharia, que se preocupa com a energia, eficiência energética é uma consideração crítica quando se escolhe entre um motor passo-a-passo e um servomotor.

Motores de passo:

• Consumo de corrente constante: Independentemente da carga ou do movimento, os motores passo a passo consomem uma corrente constante, levando à acumulação de calor mesmo quando estão inactivos.

• Menor eficiência: A energia é muitas vezes desperdiçada na manutenção do binário ou em passos não utilizados.

• Adaptação menos dinâmica da carga: Não é possível ajustar o binário com base na procura efectiva.

Servomotores:

• Consumo de corrente variável: Apenas consome corrente proporcional à carga real, o que reduz significativamente o consumo de energia.

• Maior eficiência: Especialmente em sistemas de alta velocidade ou de ciclo de trabalho elevado.

• Travagem regenerativa: Alguns servo-accionamentos podem alimentar a fonte de alimentação com o excesso de energia.

Nos sistemas em que a eficiência energética e a gestão térmica são prioritárias, os servomotores oferecem uma clara vantagem.

Aplicações e casos de utilização

A escolha do motor correto também depende muito das exigências da aplicação. Abaixo está uma comparação de onde cada tipo de motor se destaca:

Casos de utilização ideais para motores passo a passo:

• Impressoras 3D (movimento preciso e repetível a baixa velocidade)

• Sistemas CNC de circuito aberto

• Equipamento de laboratório

• Pequenos robôs pick-and-place

• Actuadores lineares simples

Porquê?
São económicos, fiáveis e não requerem sistemas de feedback complexos.

Casos de utilização ideais para servomotores:

• Automação industrial (transportadores, braços robóticos)

• Moinhos e tornos CNC de alta velocidade

• Máquinas têxteis e de embalagem

• AGVs e AMRs (sistemas de movimento autónomo)

• Robôs cirúrgicos e dispositivos médicos de precisão

Porquê?
Oferecem melhor controlo dinâmico, otimização de energia e elevado desempenho de binário.

Critérios de seleção para a escolha do motor

A seleção entre um motor passo-a-passo e um servomotor requer uma avaliação cuidadosa dos requisitos ao nível do sistema. Abaixo estão os principais critérios que os engenheiros devem considerar:

1. Precisão

• Escolha Stepper se forem necessários incrementos pequenos e precisos sem feedback de circuito fechado.

• Escolha Servo se a precisão dinâmica durante o movimento for crítica.

2. Velocidade

• Os motores passo-a-passo são suficientes para velocidades baixas a moderadas.

• Servo motors são necessários para cargas de alta velocidade e alta inércia.

3. Requisitos de binário

• Os motores passo a passo são ideais para binários elevados a baixas velocidades.

• Os servomotores mantêm o binário numa gama de velocidades mais ampla.

4. Restrições orçamentais

• Os sistemas de passo são normalmente 30-50% menos dispendiosos à partida.

• Os sistemas servo podem custar mais, mas oferecem eficiência e poupanças a longo prazo.

5. Complexidade do sistema

• As configurações de passo são "plug-and-play" para muitas aplicações.

• Os sistemas servo requerem afinação, circuitos de feedback e controladores mais sofisticados.

6. Variabilidade da carga

• Se a carga variar ou tiver de responder a forças externas, opte por servomotores.

• Se a carga for fixa e previsível, os motores passo-a-passo são suficientes.

Tabela de comparação: Motor de passo vs Servo motor

Resumo

Os motores passo-a-passo e os servomotores têm pontos fortes únicos - a escolha criteriosa garante uma precisão, eficiência e fiabilidade ideais no seu sistema de movimento.Para mais informações, contactar [email protected]