Os servomotores e os motores de passo são dois dos tipos de motores mais utilizados em setores como a robótica, a automação e as máquinas CNC. Embora ambos funcionem como atuadores, a escolha entre eles depende de vários fatores de desempenho, como binário, velocidade, controlo do sistema e outros.
Servomotores
O controlo exato da aceleração, velocidade e posicionamento angular ou linear é uma característica dos servomotores. Trata-se de sistemas de circuito fechado que requerem feedback para monitorizar o desempenho e ajustar a posição do motor em conformidade. Devido à sua grande precisão e capacidade de resposta, os servomotores são frequentemente utilizados na automação industrial, na robótica e em máquinas CNC.
Vantagens:
- Elevada precisão e exatidão devido ao controlo de circuito fechado.
- Capacidade de funcionamento a alta velocidade com saída de binário consistente.
- Podem funcionar sob cargas pesadas sem perder passos.
- Eficientes em termos energéticos, uma vez que apenas consomem corrente conforme necessário.
Contras:
- Mais caro devido aos componentes adicionais, como encoders e controladores.
- Configuração mais complexa, que requer ajuste e calibração.
- Requer um nível mais elevado de manutenção.
Motores de passo
Em contrapartida, os motores de passo são concebidos para se moverem em passos distintos. São sistemas de malha aberta, o que significa que funcionam sem necessitarem de feedback para controlar a sua posição. Em aplicações como impressoras 3D, maquinaria têxtil e outros processos de automação em que a repetibilidade e o posicionamento exato são essenciais, os motores de passo são frequentemente utilizados.
Vantagens:
- Solução simples e de baixo custo para aplicações que exigem controlo preciso.
- Elevado binário de retenção sem necessidade de corrente constante.
- Não é necessário feedback, o que torna o sistema de controlo simples.
- Ideal para aplicações de baixa velocidade e alto binário.
Contras:
- Gama de velocidades limitada, com uma queda rápida do binário a velocidades mais elevadas.
- Pode perder passos sob carga, sem qualquer forma de corrigir erros.
- Menos eficiente em termos energéticos, uma vez que consome corrente continuamente, mesmo em modo de retenção.
Comparação dos princípios de funcionamento
Princípio de funcionamento do servomotor
Um servomotor utiliza um circuito de retroalimentação (como um codificador) para monitorizar constantemente a sua posição real e ajustá-la com base na posição desejada enviada pelo controlador. O circuito de retroalimentação garante elevada precisão. A velocidade e o binário do motor podem ser ajustados continuamente, permitindo um funcionamento suave.
- Sistema de retroalimentação de circuito fechado: monitoriza e ajusta continuamente.
- Sinal de controlo: Varia o ciclo de trabalho de um sinal de modulação por largura de impulso (PWM).
- Tipo de motor: Normalmente, motores de corrente contínua (CC) com ou sem escovas, ou motores de corrente alternada (CA).
- Codificador: Utilizado para o feedback de posição.
Princípio de funcionamento do motor de passo
Os motores de passo funcionam dividindo uma rotação completa em várias etapas, normalmente entre 200 e 400 passos por revolução. Cada passo tem um ângulo de rotação correspondente. Ao contrário dos servomotores, os motores de passo não necessitam de feedback de posição, uma vez que dividem intrinsecamente o movimento em passos distintos.
- Sistema de controlo de malha aberta: sem mecanismo de feedback, mas o controlo preciso dos passos garante a precisão.
- Ângulo de passo: A rotação por impulso, normalmente 1,8° para motores de 200 passos.
- Sinal de controlo: Os impulsos enviados ao controlador do motor determinam o número de passos.
Consumo de corrente e potência
Os requisitos de corrente dos servomotores e dos motores de passo diferem significativamente devido aos seus princípios de funcionamento e aplicações.
| Tipo de motor | Corrente de funcionamento | Consumo de energia | Regulação da corrente |
| Servomotor | Variável, depende da carga | Geralmente mais baixa em marcha lenta, mais elevada sob carga | Regulação de corrente em circuito fechado com base no feedback |
| Motor de passo | Constante, independentemente da carga | Maior consumo energético global devido ao consumo constante de corrente | Circuito aberto, sem retroalimentação |
- Servomotores: O consumo de corrente de um servomotor é variável e está diretamente relacionado com os requisitos de carga e binário. Quando o motor não está em movimento ou a manter uma posição, consome menos energia. No entanto, sob carga pesada, a corrente aumenta à medida que o sistema de retroalimentação ajusta a potência para manter o desempenho.
- Motores de passo: Os motores de passo consomem uma corrente constante, independentemente da carga. Esta característica resulta num maior consumo de energia, mesmo quando o motor não está em movimento ou em condições de baixa carga.
Comparação de binário e velocidade
O binário e a velocidade são dois fatores críticos para determinar a adequação de um motor a uma aplicação específica.
| Tipo de motor | Binário máximo | Binário a alta velocidade | Oscilação do binário |
| Servomotor | Elevado | Elevado | Baixo |
| Motor de passo | Moderado | Baixo a velocidades mais elevadas | Elevado |
- Servomotores: Os servomotores são conhecidos pela sua capacidade de fornecer um binário elevado, mesmo a velocidades elevadas, tornando-os ideais para aplicações dinâmicas onde são necessárias mudanças rápidas de velocidade e binário. Apresentam uma baixa oscilação de binário devido ao seu circuito de retroalimentação contínua, garantindo um movimento suave.
- Motores de passo: A baixas velocidades, os motores de passo produzem um torque elevado; no entanto, à medida que a velocidade aumenta, o torque é significativamente reduzido. A sua utilização em aplicações que exigem simultaneamente alta velocidade e torque é limitada por esta característica. Os motores de passo também apresentam oscilações de torque, o que resulta num movimento menos suave em comparação com os servomotores.
Comparação de gráficos de binário-velocidade
Para visualizar a diferença, vejamos as curvas típicas de binário-velocidade para ambos os tipos de motor.
- Servomotor: Numa ampla gama de velocidades, o binário mantém-se relativamente constante.
- Motor de passos: O binário diminui drasticamente à medida que a velocidade aumenta.
Comparação do controlo do sistema
O controlo do sistema é uma das principais áreas em que os servomotores e os motores de passo diferem. Os servomotores utilizam normalmente sistemas de controlo de circuito fechado, enquanto os motores de passo dependem de sistemas de circuito aberto.
| Tipo de motor | Sistema de controlo | Precisão | Retroalimentação |
| Servomotor | Circuito fechado | Muito elevada | Encodador (feedback de posição) |
| Motor de passo | Circuito aberto | Moderado | Sem feedback |
- Servomotores: Os sistemas servo utilizam feedback de circuito fechado, normalmente proveniente de encoders, para monitorizar e ajustar a posição e a velocidade em tempo real. Isto permite uma elevada precisão, especialmente em aplicações dinâmicas e complexas onde os ajustes em tempo real são críticos. Se o motor sofrer uma sobrecarga ou uma perda de posição, o sistema de feedback deteta-a e efetua as correções necessárias.
- Motores de passo: Os motores de passo funcionam com sistemas de controlo de circuito aberto, em que o controlador envia impulsos ao motor para atingir a posição desejada. Não existe feedback, o que significa que o sistema não tem forma de saber se o motor atingiu a posição correta ou não. Isto pode levar à perda de passos ou a um posicionamento impreciso em determinadas condições, como por exemplo quando há uma carga inesperada.
Comparação do número de pólos
O número de pólos magnéticos no estator de um motor que funciona em conjunto com o rotor para gerar movimento é conhecido como número de pólos. Este número afeta significativamente o desempenho tanto dos servomotores como dos motores de passo.
| Tipo de motor | Número de pólos típico | Efeito no desempenho |
| Servomotor | Baixa (6-12 pólos) | Maior velocidade, menor resolução |
| Motor de passo | Elevado (50-200 pólos) | Velocidade mais baixa, resolução mais elevada |
- Servomotores: Os servomotores têm normalmente um número de pólos mais baixo (6 a 12 pólos), o que lhes permite funcionar a velocidades muito mais elevadas. No entanto, devido ao menor número de pólos, podem necessitar de mecanismos de controlo mais complexos para atingir a mesma resolução que os motores de passo.
- Motores de passo: Os motores de passo têm um número de pólos significativamente mais elevado, variando frequentemente entre 50 e 200 pólos. Este elevado número de pólos permite um controlo mais preciso da posição do motor (alta resolução), mas limita a velocidade máxima que o motor pode atingir.
Comparação de custos
| Tipo de motor | Custo inicial | Custo Operacional (Energia, Manutenção) | Custo ao longo da vida útil |
| Servomotor | 300 $ – 1100 $+ | Baixo (elevada eficiência energética, manutenção moderada) | 500 $ – 2 000 $+ |
| Motor de passo | 50 $ – 300 $ | Moderada a elevada (consumo de energia constante, baixa manutenção) | 100 $ – 500 |
- Servomotores: Custos iniciais e de manutenção mais elevados, mas mais eficientes em termos energéticos a longo prazo, com melhor desempenho em aplicações de alta velocidade e alto binário. Em circunstâncias exigentes, oferecem um melhor retorno do investimento (ROI) a longo prazo.
- Motores de passo: Os custos iniciais e operacionais mais baixos tornam-nos ideais para aplicações com orçamento limitado e requisitos de desempenho baixos a moderados. São excelentes para aplicações a velocidades mais baixas que não exigem alta precisão nem manuseamento de cargas dinâmicas.
Atributos da aplicação
A aplicação específica e as exigências em termos de binário, velocidade e precisão desempenham um papel fundamental na escolha entre um servomotor e um motor de passo.
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Atributos da aplicação: Motor de passos vs. Servomotor |
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| Requisitos da aplicação | Motor de passos | Servo | Requisitos da aplicação | motor de passo | Seryo | Requisitos de aplicação | Motor de passos | Servo | Requisitos de aplicação | motor de passo | Seryo | Requisitos de aplicação | Motor de passos | Servo | Requisitos de aplicação | motor de passo | Seryo |
| Maior densidade de binário | √ | Binário de retenção | √ | Maior densidade de binário | √ | Binário de retenção | √ | Maior densidade de binário | √ | Binário de retenção | √ | ||||||
| Maior gama de binários e velocidades | √ | Cargas de inércia até 30:1 (J_load : Jm) | √ | Possível | Maior gama de binários e velocidades | √ | Cargas de inércia até 30:1 (J_load : Jm) | √ | Possível | Maior gama de binários e velocidades | √ | Cargas de inércia até 30:1 (J_load : Jm) | √ | Possível | |||
| Circuito aberto (típico) | √ | Cargas de inércia até 200:1 (J_load : Jm) | Possível | DD+(R/L)* | Circuito aberto (típico) | √ | Cargas de inércia até 200:1 (J_load : Jm) | Possível | DD+(R/L)* | Circuito aberto (típico) | √ | Cargas de inércia até 200:1 (J_load : Jm) | Possível | DD+(R/L)* | |||
Conclusão
Os motores de passo e os servomotores têm, cada um, as suas vantagens e desvantagens. Os requisitos da aplicação, tais como o binário, a velocidade e a complexidade do sistema de controlo, determinam qual o motor que deve ser utilizado.
Os servomotores são preferidos em ambientes de alta precisão, alta velocidade e dinâmicos, devido ao seu controlo em malha fechada e ao elevado desempenho em velocidades variáveis. Os motores de passo, por outro lado, são adequados para aplicações de baixo custo e velocidade baixa a moderada, nas quais o controlo em malha aberta é suficiente.
