Motor de passo
Princípio de funcionamento do motor de passo
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 alcançado controlando o número de pulsos, e a regulação da velocidade e aceleração da rotação do motor pode ser obtida controlando a frequência do pulso.
A inversão do sentido de rotação do motor pode ser conseguida alterando a sequência em que os enrolamentos são energizados.
O princípio de funcionamento do driver do motor de passo
Um motor de passo requer um driver de motor de passo especializado para funcionar. Este 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 potência amplifica os pulsos gerados pela unidade de controle de impulso e está diretamente conectada ao motor de passo, servindo como interface de potência 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 através da unidade de acionamento de potência.
O motor de passo então gira um ângulo de passo definido na direção indicada.
O motor de passo possui várias especificações técnicas importantes, como torque estático máximo, frequência de partida e frequência de operação.
Geralmente, quanto menor o ângulo de passo, maior o torque estático máximo e maiores as frequências de partida e operação.
Portanto, o modo de operação dá forte ênfase à tecnologia de acionamento de subdivisão.
Este 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 a outros tipos de unidades.
O rotor dentro de um servo motor 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.
Servo motor
O princípio de funcionamento do servo motor
O servo motor, também conhecido como motor executivo, é usado como atuador em sistemas de controle automático para converter sinais elétricos recebidos em deslocamento angular ou velocidade angular no eixo do motor.
Os servo motores vêm em duas variedades: DC e AC.
Quando um servo motor recebe um pulso, ele gira o ângulo correspondente para produzir deslocamento. Isso ocorre porque o próprio servo motor emite pulsos, sendo que cada ângulo de rotação emite um número correspondente de pulsos que formam um circuito fechado com os pulsos recebidos pelo servo motor.
Isso permite que o sistema monitore o número de pulsos que envia ao servo motor e o número de pulsos que recebe, permitindo controle e posicionamento precisos.
Em termos de desempenho, os servomotores CA são superiores aos servomotores CC. Os servomotores CA usam controle de onda senoidal, resultando em baixa ondulação de torque e alta capacidade.
Os servomotores CC, por outro lado, usam controle de onda trapezoidal e têm desempenho relativamente baixo.
No entanto, os servomotores sem escova em servomotores CC têm melhor desempenho do que os servomotores com escova.
O princípio de funcionamento do driver servo motor
O interior de um servo motor 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 ao driver.
O driver ajusta o ângulo de rotação do rotor com base no valor de feedback e no valor alvo desejado.
Acionamento do servo motor DC da escova:
O princípio de funcionamento do motor é semelhante ao de um motor CC padrão.
O atuador possui uma estrutura de três circuitos, consistindo em um circuito de corrente, um circuito de velocidade e um circuito de posição, dispostos em ordem de dentro para fora.
A saída do circuito de corrente controla a tensão da armadura do motor.
A entrada da malha de corrente é a saída PID da malha de velocidade, a entrada da malha de velocidade é a saída PID da malha de posição e a entrada da malha de posição é a entrada especificada.
O diagrama de controle é ilustrado acima.
Acionamento do servo motor DC sem escova:
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 servo motor CA:
O sistema pode ser dividido em dois módulos distintos: o painel de potência 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 servo motor CA síncrono de ímã permanente trifásico.
A unidade de acionamento de energia primeiro converte a eletricidade trifásica de entrada ou eletricidade municipal em eletricidade de corrente contínua por meio de um circuito retificador trifásico de ponte completa.
O servo motor CA síncrono de ímã permanente trifásico é então acionado pelo comutador de um inversor trifásico do tipo tensão senoidal PWM, após a retificação da eletricidade trifásica ou municipal.
Este processo é simplesmente uma conversão AC-DC-AC.
A unidade de controle é o núcleo de todo o sistema servo AC e executa o controle de posição do sistema, controle de velocidade, controle de torque e controle de corrente.
Comparação de desempenho do servo motor e motor de passo
Precisão de controle
Quanto mais fases e batidas um motor de passo tiver, maior será sua precisão.
O servo motor obtém feedback de seu próprio encoder, e quanto mais escalas o encoder 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.
Em contraste, os servomotores funcionam suavemente sem vibração, mesmo em baixas velocidades.
Característica de frequência de torque
O torque de saída de um motor de passo diminui com o aumento da velocidade e cai significativamente em altas velocidades.
Em contraste, um servo motor 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 possui capacidade de sobrecarga, enquanto um servo motor possui forte capacidade de sobrecarga.
Desempenho Operacional
Os motores de passo operam sob controle de malha aberta, tornando-os suscetíveis a perder passo ou interromper a rotação se a frequência de partida for muito alta ou a carga for muito pesada. Se a velocidade for muito alta, também pode resultar em ultrapassagem.
Por outro lado, o sistema de servoacionamento CA utiliza controle de malha fechada. O driver do servo motor amostra o sinal de feedback do codificador do motor diretamente, formando malhas internas de controle de posição e velocidade. Como resultado, os motores de passo têm menos probabilidade de perder passo ou ultrapassar, tornando o desempenho do controle mais confiável.
Desempenho de resposta rápida
Os motores de passo levam centenas de milissegundos para acelerar do estado estático até a velocidade operacional.
Em comparação, os servossistemas CA têm excelente desempenho de aceleração, normalmente levando apenas alguns milissegundos, tornando-os adequados para aplicações que exigem partidas e paradas rápidas.
