Desvendam-se os motores passo a passo: da mecânica básica aos sistemas avançados de controle

Motores passo-a-passo altamente confiáveis: liberando potência e precisão no controle de movimento

Os motores passo-a-passo são muitas vezes subestimados em comparação com os servomotores, mas oferecem uma confiabilidade comparável.permitindo um posicionamento preciso e um controlo da velocidadeCom um binário elevado a baixas velocidades e vibrações mínimas, eles se destacam em aplicações de posicionamento rápido e de curta distância.

Motores passo a passo: um guia completo sobre princípios, tipos e aplicações

"Motores passo a passo? Servomotores devem funcionar melhor". Este é um equívoco comum quando se discute motores passo a passo.Os motores passo-a-passo são excelentes em diversas aplicações, desde equipamentos industriais avançados até instrumentos automáticos do dia-a-diaEste artigo explica por que continuam a ser a melhor escolha para sistemas de precisão.

Embora alguns possam ignorar os motores passo a passo, seu papel no controle de alta precisão é fundamental em todas as indústrias.dispositivos médicos, instrumentos analíticos, estágios de precisão, sistemas financeiros, máquinas de embalagem de alimentos e até ajustes de abertura da câmara, provando a sua versatilidade em ambientes exigentes e críticos de precisão.

Porque usas um motor passo a passo?

Fácil de usar: 34%
Baratos: 17%
Operações simples: 16%
Não é necessário ajuste: 12%
Outros: 21%
*# dos questionados: 258 (respostas múltiplas permitidas) / pesquisado pela Oriental Motor

Principais vantagens: fácil de usar, operação simples e baixo custo

De acordo com uma pesquisa com usuários de motores passo a passo, muitos os preferem por sua facilidade de uso, operação simples e benefícios de baixo custo diretamente ligados ao seu design estrutural e do sistema.A mecânica e a configuração simples dos motores passo a passo explicam naturalmente estas vantagensNo entanto, alguns leitores podem questionar sua precisão e desempenho de torque. Tais dúvidas são melhor abordadas através de comparações diretas com outros motores de controle como servos.Compreendendo as características do motor passo a passo e adaptando-as às necessidades operacionaisOs utilizadores podem reduzir eficazmente os custos dos equipamentos.

Alta precisão de travagem com desempenho rápido a baixa/média velocidade

Os motores passo-a-passo oferecem uma precisão de parada excepcional e permitem um controle preciso em circuito aberto.Sem erros de passo acumuladosO seu design sem codificador simplifica o sistema de accionamento, reduzindo os custos, mantendo a fiabilidade.

Ponto 1
Fantástica precisão de paragem

Por exemplo, ao converter a precisão de travagem ±0,05° de um motor passo para o mecanismo de parafuso a esferas:

Condições de funcionamento:
• Motor: série RK II

• Chumbo do parafuso de esferas: 10 mm

Precisão de travagem: ±1,4 μm

Geralmente, a precisão de um tipo de parafuso de esferas de moagem é de ± 10 μm. Quando se utiliza um tipo de parafuso de esferas de rolos, a sua precisão diminui para ± 20 μm,Indicando que a precisão de travagem de um motor passo é muito superior à dos tipos de parafusos a esferas.

Os motores passo-a-passo se destacam no torque de baixa/média velocidade, um diferencial fundamental dos servomotores, que fornecem torque consistente em velocidades médias a altas e se adequam a tarefas de longo curso e alta rotação.,Os motores passo-a-passo apresentam uma curva de binário não plana: o binário de pico a baixas/médias velocidades diminui significativamente a altas velocidades.onde fornecem:

• Alto binário às velocidades necessárias para posicionamento rápido em tarefas como mesas de rotação múltipla ou inch.
• Desempenho estável a baixas velocidades (um desafio para os servos), com necessidade mínima de operação a alta velocidade, uma vez que as tarefas de curto curso desaceleram e param antes de atingir o pico de RPM.

Em suma, os passo-a-passo otimizam o binário onde mais importa: a faixa de baixa / média velocidade crítica para aplicações de curta distância e de precisão.

Alta capacidade de resposta e excelente sincronização

Com o controle de loop aberto, que envia comandos unidirecionais para o motor, os motores passo-a-passo podem sincronizar-se altamente com os sinais de comando.Em contrasteNo entanto, os motores passo a passo operam em tempo real com pulsos de entrada, minimizando a latência e garantindo uma resposta rápida.

Isto torna os motores passo-a-passo ideais para aplicações que exigem sincronização de vários motores.Os motores passo a passo podem coordenar com precisão os movimentos, assegurando a transferência de placas entre os transportadores.

Ponto 2
Excelente alcance de baixa/média velocidade!

Exemplo: O binário de um quadro de motor de tamanho 85 mm é equivalente a um binário nominal de um servomotor de 400 W a 1000 r/min.

Para um posicionamento de curta distância, é essencial ter um forte binário na faixa de baixa / média velocidade.

Ponto 3
Muito sensível!

Aplicações adequadas

Com exceção de uma aplicação em polegadas com arranque e parada frequentes, os motores passo a passo são adequados para o posicionamento de processadores de verificação de imagem que não gostam de vibrações,Dispositivos de câmera que seriam difíceis de ajustar com servomotoresAlém disso, o custo é significativamente reduzido pela substituição de um acionamento de parafuso de esferas por um acionamento de correia.

A vantagem de grandes características

Além da redução de custos, os motores passo a passo têm muitas vantagens em termos de desempenho..Mais abaixo, informações detalhadas sobre motores passo a passo, como estrutura básica, sistema e exemplos de aplicações, são introduzidas para obter mais informações sobre motores passo a passo.

Fundamentos dos motores passo a passo

Funcionamento e estrutura

Um motor passo-a-passo gira com um ângulo de passo fixo, assim como o ponteiro de um relógio.O posicionamento de alta precisão pode ser realizado com controle de circuito aberto graças à estrutura mecânica dentro do motor.

Posicionamento preciso (número de passos)

Apesar de possuir um controlo total da rotação e da velocidade, a estrutura simples dos motores passo-a-passo é alcançada sem utilizar componentes eléctricos, como um codificador dentro do motor.Os motores passo a passo são muito robustos e têm alta confiabilidade com muito poucas falhasQuanto à precisão de travagem, ±0,05° (sem erros de inclinação acumulados) é muito preciso.Porque o posicionamento dos motores passo é realizado por controle de circuito aberto e operado pelo estator magnetizado e rotor magnético com dentes pequenosOs motores passo-a-passo têm um mecanismo de acompanhamento mais elevado em relação aos comandos do que os servomotores.que apresentem baixa rigidez.

Útil para controlo de velocidade e controlo de posição

Quando os impulsos são inseridos em um condutor através de um gerador de impulsos, os motores passo-a-passo posicionam-se de acordo com o número de impulsos de entrada.8° para motores passo-a-passo de duas fases. A velocidade de rotação do motor passo a passo é determinada pela velocidade da frequência de pulso (Hz) dada ao condutor,e é possível alterar livremente a rotação do motor simplesmente alterando o número de pulsos de entrada ou frequências para o condutorOs motores passo a passo não servem apenas como motores de controlo de posição, mas também como motores de controlo de velocidade com alta sincronização.

Motores passo a passo Usos:

• Posicionamento repetitivo de ângulos de passo fixos de alta frequência
• Posicionamento que exija um longo tempo de parada devido ao ajuste de largura, etc.
• Cargas flutuantes e mudança de rigidez
• Posicionamento que divide 1 ciclo
• eixos de motor que requerem funcionamento sincronizado

Sistema de Operação

Controle simples sem sensores ou feedback

Uma vez que é possível realizar um posicionamento e um controlo de posição precisos enquanto se sincroniza com o número de pulsos de comando e a velocidade, não é necessário dispositivos, como um sensor,para posicionamentoPor conseguinte, todo o sistema é simples de construir. Se não for necessário um controlo avançado, como uma operação de interpolação, recomenda-se o controlador de tipo função integrado.Os custos são reduzidos pela eliminação dos controladores, tais como um gerador de pulsos e módulos de posicionamento PLC.

Tipo de circuito fechado de sensor incorporado

Embora o posicionamento de alta precisão seja possível com o controle de circuito aberto, o que aconteceria se ocorresse um problema?pode ser utilizado um motor de tipo codificador ou um motor de tipo circuito fechado de sensor incorporado (série AR).

Pode-se reduzir ainda mais o custo?

O problema comum entre os engenheiros de design é a redução de custos.foi conduzida com base no mecanismo de parafuso de esferasA seguir se explicam os pormenores do ensaio:

Missão

Mecanismo de movimento linear

1Aumentem ainda mais a velocidade.
2. Reduzir ainda mais os custos
[Condições do equipamento originalmente planejado] Mecanismo: parafuso de esferas + servomotor Condições como carga, velocidade e chumbo, mostradas à direita,são determinados com base no servomotor ligado a parafusos de esferas e placa de aço.

Plano

Mudar o mecanismo para a poleia do cinto
• Parafuso de esferas se se tentar aumentar a velocidade => O mecanismo da correia pode ser mais adequado => 1000 mm/s a 1500 mm/s é possível com o mecanismo da correia.Mudança de cinto se não houver problema com a precisão de posicionamento. • Reduzir significativamente o custo se for possível mudar para a correia => A correia é barata, mas a sua baixa rigidez pode afetar a estabilidade do funcionamento do servomotor, mesmo com ajuste automático.

Problemas

1Diferença na precisão de parada entre parafuso e cinto...
2. Impacto de baixa rigidez... Impacto no tempo de fixação, evitando problemas de sintonização
• Melhor precisão de travagem com o parafuso. Nenhum problema para mudar para a correia? => A precisão de travagem necessária da aplicação é de ± 0,05 ~ 0,1 mm, que não é tão precisa quanto a do parafuso.Por conseguinte,Não há problema em substituí-lo pelo cinto.
• Se mudar para a correia, a rigidez do mecanismo diminui, tornando-se os movimentos do servomotor instáveis.Por esta razãoOs motores passo a passo são os motores de alta velocidade, que não requerem ajuste e são resistentes a baixa rigidez.

Estimativa

Mecanismo: Polia de cinto + motor: Tente com motor passo a passo

Problemas

1Diferença na precisão de parada entre parafuso e cinto...
2. Impacto de baixa rigidez... Impacto no tempo de fixação, evitando problemas de sintonização
• Melhor precisão de travagem com o parafuso. Nenhum problema para mudar para a correia? => A precisão de travagem necessária da aplicação é de ± 0,05 ~ 0,1 mm, que não é tão precisa quanto a do parafuso.Por conseguinte,Não há problema em substituí-lo pelo cinto.
• Se mudar para a correia, a rigidez do mecanismo diminui, tornando-se os movimentos do servomotor instáveis.Por esta razãoOs motores passo a passo são os motores de alta velocidade, que não requerem ajuste e são resistentes a baixa rigidez.

Estimativa

Mecanismo: Polia de cinto + motor: Tente com motor passo a passo

• Massa transportável -> Carga máxima admissível 7 kg • Velocidade de viagem -> Melhorada para 800 mm/s Motor => Ao mudar de motor passo a servomotor, reduzido o custo em 50%!Mecanismo => Mudando de parafuso de esferas para mecanismo de correia, reduzido o custo em 7%!

Resultados

Havia muito espaço para redução de custos!
Ao realizar uma revisão baseada em zero do mecanismo, bem como a selecção do motor com base nas características, conseguimos aumentar as especificações e reduzir os custos,Mesmo com o tamanho do motor tornou-se um pouco maiorNo passado, a selecção do motor era feita com base na sua facilidade de utilização ou familiaridade.Foi surpreendente que os motores passo a passo são mais acessíveis do que o esperado- deve haver espaço para a redução de custos de outros dispositivos que utilizem este método.A chave é maximizar as características motoras..

O que tem maior precisão de parada - motor passo a passo ou servomotor?

Pergunta do cliente: procurando um motor com boa precisão de parada.

Suposição: O servomotor CA da série NX está equipado com um codificador de 20 bits, pelo que deve ter uma resolução fina e uma boa precisão de travagem.

Em primeiro lugar, é necessário esclarecer a diferença entre resolução e precisão de parada: a resolução é o número de passos por revolução e também é chamado de ângulo de passo para motores passo a passo.É necessário quando se considera quão preciso o posicionamento requerido precisa serA precisão de travagem é a diferença entre a posição de travagem real e a posição de travagem teórica.

Significa isto que o servomotor AC equipado com um codificador de alta precisão tem uma melhor precisão de travagem do que os motores passo a passo?
No passado, não havia problema com o conceito de "precisão de parada dos servomotores sendo igual à resolução do codificador dentro de ± 1 pulso".Os servomotores recentes estão equipados com o codificador de 20 bits (1,048,576 passos) que tem uma resolução muito fina. Por causa disso, os erros devido à precisão de instalação do codificador têm um enorme efeito sobre a precisão de parada.O conceito de precisão de parada começou a mudar ligeiramente.
De acordo com os gráficos de comparação, a precisão de travagem entre os motores passo a passo e os servomotores CA é quase a mesma (± 0,02o ~ 0,03o).A precisão depende da precisão mecânica do motor para motores passoAssim, se a posição de parada pode ser feita por 7,2o, o posicionamento é feito pelos mesmos pequenos dentes no rotor em todos os momentos, de acordo com a estrutura do motor.Isto permite melhorar ainda mais a precisão de travagem.
No entanto, os motores passo a passo podem gerar ângulo de deslocamento dependendo do valor do binário de carga.Servomotores AC podem ter largura de caça maior em resposta a ajustes de ganhoPor estas razões, é necessária alguma cautela.

Comparação da precisão de parada entre motores passo a passo e servomotores CA