A diferença entre motores servo e motores de passo

Motores servo e motores de passo são ambos componentes atuadores elétricos comuns, usados para controle preciso de posição, velocidade e torque. Eles possuem diferenças fundamentais na estrutura, princípio de funcionamento e características de desempenho.
I. Princípio de Funcionamento e Estrutura
Servo motor:
Estrutura: É composto pelo corpo do motor (geralmente um motor síncrono de ímã permanente), um sensor de posição de alta precisão (como um codificador) e um controlador de acionamento, formando um sistema em malha fechada.
Princípio de funcionamento: O driver recebe a sequência de pulsos e o sinal de direção do controlador, e aciona o motor para girar. O encoder localizado na extremidade traseira do eixo do motor detecta em tempo real a posição e a velocidade do rotor e envia os sinais de volta ao driver. O driver compara o sinal de feedback com o sinal de comando, calcula o erro e ajusta a saída para eliminar esse erro.
Motor de passo:
Estrutura: Composta pelo corpo do motor (com enrolamentos multifásicos no estator e um rotor com ímã permanente ou núcleo reativo) e um driver em malha aberta.
Princípio de funcionamento: O driver recebe sinais de pulso e energiza sequencialmente os enrolamentos de cada fase do motor, fazendo o rotor girar em etapas fixas de um ângulo determinado (ângulo de passo). Seu funcionamento não depende de feedback de posição e constitui um controle em malha aberta.
II. Método de Controle
Motor Servo: É empregado controle em malha fechada. O sistema recebe continuamente feedback para correção em tempo real, garantindo que a saída esteja de acordo com o comando.
Motor de passo: Adota controle em malha aberta. Após o sistema emitir um comando, assume-se que o motor executou com precisão, sem mecanismo de verificação por feedback.
III. Comparação de Características de Desempenho
Características de Torque:
Motor servo: Possui característica de torque constante e pode fornecer o torque nominal dentro da faixa de velocidade nominal. Também possui capacidade de sobrecarga e normalmente pode fornecer 2 a 3 vezes o torque nominal por curtos períodos de tempo.
Motor de passo: O torque de saída diminui drasticamente à medida que a velocidade rotacional aumenta. Não possui capacidade de sobrecarga. Assim que o torque da carga exceder o torque máximo de retenção do motor, ocorrerá perda de passos.
Faixa de velocidade e estabilidade:
Motor servo: Opera suavemente em baixas velocidades, possui excelente desempenho em altas velocidades e tem uma ampla faixa de ajuste de velocidade, chegando a mais de 1:5000.
Motor de passo: É propenso a vibração em baixas velocidades. Em altas velocidades, o torque cai rapidamente e a faixa efetiva de operação é relativamente estreita.
Precisão e Erro:
Motor servo: Sua precisão depende da resolução do codificador. O erro do sistema (a diferença entre o comando e o feedback) é transitório e será corrigido em tempo real pelo sistema de malha fechada. Não há erro cumulativo.
Motor de passo: A precisão depende do ângulo de passo do motor. Existe um erro cumulativo, ou seja, o erro de cada passo individual irá se acumular gradualmente. Durante sobrecarga, o motor perde sincronismo, resultando em erros de posição.
Desempenho de resposta:
Motor servo: Resposta rápida, excelente desempenho de aceleração, adequado para aplicações que exigem partidas/paradas rápidas e mudanças dinâmicas de carga.
Motor de passo: Resposta lenta, baixa capacidade de partida em alta velocidade e tempo longo de aceleração.
Vibração e Ruído:
Motor servo: Opera suavemente com baixo ruído, especialmente em baixas velocidades.
Motor de passo: Apresenta problemas inerentes de vibração e ruído, que são particularmente perceptíveis próximo ao ponto de ressonância.
IV. Cenários de Aplicação
Motor Servo: Adequado para aplicações que exigem alta precisão, alta velocidade, alta resposta dinâmica e sobrecarga de torque. Exemplos incluem robôs industriais, máquinas CNC, equipamentos automatizados de alto desempenho e áreas aeroespaciais.
Motor de passo: Adequado para aplicações sensíveis ao custo, com velocidades médias-baixas, carga estável e requisitos baixos quanto à suavidade em controle em malha aberta. Exemplos incluem impressoras 3D, máquinas CNC de mesa, scanners e equipamentos de automação de escritório.
V. Custo e Complexidade
Motor servo: O sistema é complexo (incluindo motor, codificador de alta resolução e driver avançado) e tem um custo elevado.
Motor de passo: Sistema simples, de baixo custo, fácil de instalar e ajustar.
A escolha depende dos requisitos gerais da aplicação específica quanto a desempenho, precisão, resposta dinâmica e custo.