Os motores de passo são um componente crucial em aplicações de controlo de precisão, proporcionando movimentos e posicionamento precisos através de movimentos incrementais. Entre os diferentes tipos de motores de passo, destacam-se o motor de passo de íman permanente (PM) e o motor de passo de relutância variável (VR), devido às suas estruturas e princípios de funcionamento únicos.

Os tipos de motores de passo

Os motores de passo convertem impulsos elétricos em rotação mecânica, permitindo um controlo preciso do movimento sem necessidade de sistemas de retroalimentação. Seguem-se os principais tipos de motores de passo:

• Motores de passo de íman permanente (PM): Estes motores utilizam ímanes permanentes no rotor para produzir passos discretos.
• Motores de passo de relutância variável (VR): Estes motores funcionam utilizando relutância magnética em vez de ímanes permanentes no rotor.
• Motores de passo híbridos: Uma combinação dos designs PM e VR, que oferece maior precisão. No entanto, do ponto de vista do controlador, os híbridos são semelhantes aos motores de passo PM.

Principais diferenças entre PMSM e VRSM

Aspecto	Motor de passo de íman permanente (PMSM)	Motor de passo de relutância variável (VRSM)
Composição do rotor	Íman permanente	Núcleo de ferro-doce
Princípio de funcionamento	Interação magnética entre o campo do estator e os pólos do rotor	O rotor alinha-se para minimizar a relutância magnética
Binário de retenção	Elevado devido ao campo magnético permanente	Mais baixo, dependente da atração magnética
Precisão de passo	Elevada, proporciona normalmente um funcionamento mais suave e uma resolução mais elevada	Mais baixa, devido à dependência do alinhamento por relutância magnética
Binário de retenção	Presente (o motor mantém a sua posição sem corrente)	Ausente (o rotor roda livremente quando não está energizado)
Custo	Mais elevado devido à utilização de ímanes permanentes	Mais baixo, construção mais simples sem ímanes permanentes
Aplicações	Utilizado em aplicações que exigem alta precisão e binário	Adequado para aplicações que necessitam de um controlo de movimento mais simples a um custo mais baixo
Relação torque/inércia	Geralmente elevada, tornando-o eficaz para acelerações e desacelerações rápidas	Mais baixa, pelo que é menos adequado para aplicações de alta velocidade

Diferenças estruturais

Compreender a estrutura destes motores permite entender melhor o seu comportamento operacional.

Motor de passo de íman permanente

Os ímanes permanentes incorporados no rotor dos motores de passo de ímanes permanentes interagem com o campo eletromagnético do estator. Este design confere ao rotor um efeito de «retensão», o que significa que este tende a permanecer em posições fixas, mesmo quando não está a receber alimentação. O movimento do rotor parece ser por engrenagens ou com entalhes quando girado manualmente, devido à atração magnética entre o rotor e os pólos do estator.

Configuração do enrolamento:

• Normalmente, possui dois enrolamentos separados, com ou sem derivação central.
• Pode ser identificado com um ohmímetro, uma vez que este indicará dois enrolamentos separados sem um retorno comum.

Resolução angular:

• Os motores de passo de PM podem atingir resoluções de passo mais finas, variando frequentemente entre 1,8 graus por passo e até 0,72 graus por passo, dependendo do modelo e da configuração.

Motor de passo de relutância variável

O rotor dos motores de passo de relutância variável (VR), no entanto, não possui ímanes permanentes. Em vez disso, o rotor é feito de ferro-doce ou de um material ferromagnético que se alinha com os pólos do estator quando energizado, minimizando a relutância magnética e criando movimento rotacional. Sem alimentação, os motores VR rodam normalmente de forma mais livre, com apenas uma ligeira resistência devido à magnetização residual no rotor.

Configuração dos enrolamentos:

• Os motores VR têm frequentemente três ou quatro enrolamentos, com um retorno comum. Isto pode ser confirmado utilizando um ohmímetro, uma vez que este irá mostrar vários enrolamentos a partilhar um único caminho de retorno.

Resolução angular:

• Os motores de passo VR têm, geralmente, ângulos de passo mais largos em comparação com os motores de passo PM. O ângulo de passo típico dos motores VR é mais elevado, como 15 ou 30 graus por passo, o que limita a sua resolução para aplicações que exigem um controlo mais preciso.

Identificação de motores de passo PM e VR

Se a etiqueta num motor de passo estiver em falta, é possível distinguir entre motores de passo PM e VR através de observações e testes simples:

Para testar o rotor manualmente, gire-o com os dedos.

• Motor de passo PM: O rotor dá a sensação de estar engrenado ou dentado devido à atração magnética dos ímanes permanentes.
• Motor de passo VR: O rotor gira mais livremente, com resistência mínima.

Teste com ohmímetro: Examine a configuração do enrolamento com um ohmímetro.

• Motor de passo PM: Normalmente possui dois enrolamentos independentes.
• Motor de passo VR: Normalmente possui três ou quatro enrolamentos com um retorno comum partilhado.

Funcionamento e binário de retenção

Tanto os motores de passo PM como os VR fixam o rotor num ângulo fixo quando pelo menos um enrolamento está energizado. Este binário de retenção é crucial para aplicações em que o motor tem de manter a sua posição enquanto está parado.

• Motores de passo PM: Proporcionam maior binário de retenção devido ao contacto magnético entre os ímanes permanentes do estator e do rotor. Este binário de retenção permite que o motor resista a forças externas até um determinado ponto, antes de o binário ser excedido.
• Motores de passo VR: Apresentam um binário de retenção inferior em comparação com os motores de passo PM, uma vez que o rotor não possui ímanes permanentes. O efeito de retenção é produzido exclusivamente pelo alinhamento dos pólos energizados do estator com os dentes do rotor.

Resolução angular e micropassos

Os motores de passo podem variar significativamente na sua resolução de passo. A escolha entre um motor de passo PM e um motor de passo VR depende frequentemente da precisão necessária:

• Motores de passo PM: Normalmente proporcionam resoluções de passo mais finas, tais como 1,8 ou 0,72 graus por passo. Com controladores avançados, os motores PM podem ser operados nos modos de meio passo ou micropasso, permitindo passos ainda mais pequenos e um movimento mais suave.
• Motores de passo VR: Geralmente oferecem ângulos de passo mais largos, como 15 ou 30 graus por passo, o que limita a sua utilização em aplicações de alta precisão.

Aplicações e adequação

A escolha entre motores de passo PM e VR depende das necessidades específicas da aplicação:

Motores de passo de íman permanente

Vantagens:

• Elevada precisão com resoluções de passo mais finas.
• São adequados para aplicações que exigem elevada precisão posicional, devido ao seu maior binário de retenção.

Limitações:

• Mais complexos e possivelmente mais dispendiosos do que os motores VR.
  Casos de utilização:
• Impressoras, robótica e instrumentos de precisão, onde um movimento suave e controlado é essencial.

Motores de passo de relutância variável

Vantagens:

• Construção mais simples, resultando frequentemente em custos mais baixos.
• Configurações de enrolamento menos complexas em comparação com os projetos híbridos.

Limitações:

• São menos adequados para aplicações de alta precisão devido à sua resolução de passo mais grosseira e ao binário de retenção mais fraco.
• A rotação livre sem alimentação pode constituir uma desvantagem em aplicações que exijam retenção estacionária.

Superar os desafios e melhorar o desempenho

Para ambos os tipos de motores, garantir um desempenho ideal pode envolver ajustes e melhorias:

Melhorar o desempenho dos motores de passo

• Motores de passo PM: Utilize controladores de micropassos para obter um funcionamento mais suave e passos de menor dimensão. Isto reduz a possibilidade de ressonância a baixas velocidades e permite um controlo mais preciso do movimento.
• Motores de passo VR: Combine-os com controladores adequados, capazes de otimizar a distribuição do binário para um funcionamento mais suave.

Lidar com os requisitos de carga e binário

• Motores PM: Certifique-se de que o binário do motor é suficiente para a carga que este precisa de mover. As aplicações de carga elevada podem beneficiar de motores com valores de binário mais elevados ou de mecanismos de redução por engrenagens.
• Motores VR: Opte por motores de passo VR para aplicações com requisitos de binário mais baixos, uma vez que o seu design mais simples pode revelar-se mais económico.

Conclusão

Embora tanto os motores de passo de íman permanente como os de relutância variável constituam soluções eficazes para o controlo de movimento, as suas características diferentes tornam-nos adequados para tipos distintos de aplicações. Os fabricantes de motores de passo salientam que os motores de passo PM oferecem maior precisão, melhor binário de retenção e uma resolução de passo mais fina, tornando-os a escolha ideal para tarefas de precisão. Por outro lado, os motores de passo VR são mais fáceis de utilizar e mais económicos, o que os torna adequados para utilizações em que um binário e uma resolução elevados não são essenciais.