Referências Tecnológicas > Comparação entre motores de passo: 2 fases e 5 fases
Você procura por uma solução de controle de movimento para motor de passo. Chegou a hora de decidir: de 2 fases ou 5 fases? A ORIENTAL MOTOR fabrica motores de passo e drivers de 2 fases (1,8°/0,9°) e 5 fases (0,72°/0,36°). A nossa experiência com ambas as tecnologias nos permite uma perspectiva única. A ORIENTAL MOTOR montou uma rápida comparação, função por função, para esclarecer as conflitos e mitos entre "2 Fases versus 5 Fases". Este guia abrange as diferenças básicas entre ambas as tecnologias nas principais áreas de desempenho do motor de passo: graus por passo ou resolução, vibração, torque, precisão e sincronismo. Nossa equipe de suporte técnico da ORIENTAL MOTOR está disponível para mais detalhes sobre ambas as tecnologias.
Qual é a diferença entre 2 fases e 5 fases?
Existem duas principais diferenças entre os motores de 2 fases e 5 fases. A primeira é mecânica. Um motor de passo consiste em basicamente duas partes, um estator e um rotor. O rotor é constituído por três componentes; rotor 1, rotor 2 e um imã permanente. Em um motor de 2 fases, o estator possui 8 polos magnéticos com pequenos dentes, enquanto que em um motor de 5 fases, o estator é composto de 10 polos magnéticos. Uma bobina é enrolada sobre cada polo do estator.
A segunda diferença entre os motores de 2 fases e de 5 fases é, naturalmente, o número de fases. Um motor de 2 fases tem duas fases, a fase "A" e a fase "B", enquanto que um motor de 5 fases tem cinco fases. Essencialmente, o número de fases se refere às diferentes combinações de polos energizados em sequência para atrair o rotor.
2 fases versus 5 fases
Como essas diferenças afetam o desempenho? Uma série de fatores está envolvida no desempenho de um motor de passo. Há várias maneiras de acionar um motor de passo, e o driver afeta bastante o desempenho do motor. Wave Drive, [com apenas uma única fase energizada], passo completo (com ambas as fases energizadas), meio passo (energiza alternadamente uma ou duas fases) e micropasso (com as fases energizadas de forma incremental) são os métodos mais comuns de acionamento e cada um oferece desempenhos muito diferentes. Sem levar em conta os vários métodos de acionamento, seguem os as principais áreas para o desempenho dos motores de passo de 2 fases e 5 fases.
Estruturalmente, o motor de 5 fases não é muito diferente do motor de 2 fases. O rotor, em ambos os motores, tem 50 dentes. A diferença é por que o motor de 5 fases tem 10 polos, dois por fase, assim o rotor precisa andar apenas 1/10 de passo de dente para se alinhar com a próxima fase. Já no motor de 2 fases, o rotor tem de se mover 1/4 de passo de dente para se alinhar com a próxima fase (8 polos, 4 por fase).
Portanto, um motor de 2 fases precisa de 200 passos para dar uma volta, se deslocando 1,8° por passo, enquanto que o de 5 fases precisa de 500 passos por volta, se deslocando 0,72° por passo. A resolução maior de 5 fases tem relação seu desenho. Quando acoplado a um driver de micropasso, o motor de 5 fases pode se deslocar com passos tão pequenos quanto 0,00288°; no entanto, a precisão da posição e a repetibilidade ainda estão sujeitas à precisão mecânica do motor. A precisão mecânica tanto do motor de 2 fases quanto do 5 fases é de ±3 arcmin (0,05°).
Por causa dos ângulos de passo menores dos motores de 5 fases, 0,72° em comparação com os 1,8° em um motor de 2 fases, a vibração de um motor de 5 fases é muito menor do que os de 2 fases. O gráfico acima mostra a vibração gerada em um motor de 5 fases comparada com a vibração gerada em um motor de 2 fases. Conforme mostrado, o motor de 2 fases produz mais vibração. * Os gráficos a cima representam micropassos de 5K (5000) passos por volta. Estes gráficos foram criados conectando um gerador a um motor de eixo duplo. Conforme o motor vibrava, a tensão gerada era representada graficamente. Quanto mais o motor vibrava, maior era a tensão gerada.
Apesar de haver pouca diferença entre o torque de saída de um motor de 2 fases e um motor de 5 fases, o motor de 5 fases tem mais torque "útil". Isto é principalmente devido à quantidade de ondulação de torque que cada motor produz.
Motores de 5 fases providos com meio passo ou micropasso, na verdade, têm o torque aumentado em até 10%, devido a mais fases serem energizadas. Os motores de 2 fases perdem até 40% de torque, providos com meio passo ou micropasso; no entanto, muitos drivers de 2 fases compensam fazendo sobremarcha no vetor de torque oposto.
Quando o estator é energizado, cria-se um eletroímã que atrai o fluxo magnético do rotor. O fluxo magnético pode ser dividido em dois vetores, um normal e um tangencial. Só se produz o torque quando o componente tangencial está presente. A presença de fluxo tangencial é representada na ilustração abaixo.
No ponto 1, os dentes do rotor estão diretamente alinhados com os dentes do estator e o fluxo tem apenas o componente comum, de modo que nenhum torque é produzido. À medida que os dentes do rotor são deslocados dos dentes de estator, nos pontos 2, 3 e 4, o motor produz torque. Referimo-nos a este torque como negativo, porque o torque está tentando puxar os dentes de volta para a posição estável. No ponto 5, o fluxo é dividido em partes iguais entre os dentes do estator e, assim, nenhum torque é produzido. Já nos pontos 6, 7 e 8, um torque positivo é criado, à medida que os dentes do rotor são deslocados e se alinham com os próximos dentes do estator. Finalmente, os dentes do rotor se alinham diretamente com o dente seguinte do estator (ponto 1).
Cada fase do motor contribui para a curva de deslocamento característica de torque x, de forma senoidal, que mostra a saída de torque total do motor (destacado abaixo). A diferença entre o pico positivo e o pico negativo é chamada de ondulação de torque. A ondulação de torque gera vibração, de modo que quanto maior a diferença, maior a vibração.
Com mais fases contribuindo para o torque total do motor, a ondulação de torque do motor de 5 fases é consideravelmente reduzida, em comparação com um motor de 2 fases. A diferença entre o pico positivo e o pico negativo de um motor de 2 fases pode chegar a 29%, enquanto que em um de 5 fases é apenas cerca de 5%. Uma vez que a ondulação de torque contribui diretamente para a vibração, um motor de 5 fases tem funcionamento mais uniforme do que um de 2 fases.
A precisão tem dois componentes, o elétrico e o mecânico. O erro elétrico é causado pelo desequilíbrio das fases. Por exemplo, se a resistência da bobina do motor tem especificação de ± 10%, é possível que, embora o motor seja avaliado em 10W, uma fase possa ter 9,2W e a outra fase 10,6W. Esta diferença entre as fases fará com que o rotor se alinhe mais em direção a uma fase do que outra.
O erro mecânico tem vários componentes, o principal sendo a configuração do dente. Embora os dentes do motor devam ser quadrados, devido ao processo de estampa e a desgaste do molde, alguns dentes ou partes dos dentes podem ficar arredondados. Em vez do fluxo magnético fluir diretamente, ele poderá fluir em outras direções quando os dentes ficam arredondados. Então, esses fatores contribuem para a precisão do motor.
Com um Driver de passo completo, um motor de 2 fases repete a posição a cada 4 passos, enquanto que um motor de 5 fases repete a posição a cada 10 passos. Qualquer erro elétrico causado pelo desequilíbrio de carga nas fases é eliminado a cada 4 passos em um motor de 2 fases - e a cada 10 passos em um de 5 fases - deixando apenas o erro mecânico.
Uma vez que o motor complete uma rotação completa de 360°, o mesmo dente agora está alinhado com o ponto de partida original, eliminando o erro mecânico. Como o motor de 2 fases se desloca 200 passos por volta, ele fica quase perfeito a cada 200 passos, enquanto que um motor 5 fases se desloca 500 passos por volta e fica quase perfeito a cada 500 passos.
Uma vez que o motor de 5 fases se move 0,72° por passo, é quase impossível para um motor de 5 fases perder um passo, devido ao overshooting ou undershooting. Um motor perde o sincronismo e perde o passo quando os dentes do rotor não se alinham com os dentes do estator corretamente. O que faz com que os dentes não se alinhem corretamente? Em primeiro lugar, para um dente do rotor não se alinhar corretamente, outro dente deve ter se alinhado onde esse deveria. Para que isso aconteça, o rotor deve ter overshot (ultrapassado o dente correto do estator) ou undershot (não se movido o suficiente para alinhar com o dente correto do estator) em mais de 3,6°. E por que 3,6°? Pelo fato dos dentes do rotor serem atraídos magneticamente, o dente correto tem de estar a mais do que meio caminho entre os dentes do estator, para se alinhar (os 7,2° entre os dentes do rotor, dividido por dois, dão 3,6°). Assim, quando o rotor ultrapassa o dente correto do estator em mais de 3,6°, o próximo dente se alinhará em seu lugar, fazendo o motor pular um passo. Por outro lado, se o rotor falhar em se deslocar mais de 3,6°, o dente atual do rotor permanecerá alinhado com o dente do estator, o rotor não girará e o motor perderá um passo.
Há diversas configurações para os circuitos de acionamento dos motores de passo de 2 fases e de 5 fases. Segue uma visão geral dos conceitos de acionamento passo completo e micropasso.
Sistema de passo completo de 2 fases (1,8° por passo)
O sistema de passo completo de 2 fases energiza tanto a fase a quanto a fase b, alternando a tensão entre positiva e negativa para criar a rotação.
Sistema de passo completo de 5 fases (excitação quadrifásica num motor conectado em pentágono) (0,72° por passo)
O sistema de excitação quadrifásica é exclusivo dos motores de 5 fases e oferece uma operação mais estável.
O driver de micropasso divide o ângulo do passo básico do motor, diminuindo a corrente em uma fase, enquanto aumenta a corrente da fase seguinte em incrementos. Isto resulta no avanço do motor por pequenos passos. Com um driver de micropasso, o passo básico do motor pode ser dividido em passos menores, que variam de 1/1 a 1/250. As ilustrações abaixo representam o conceito básico de micropasso.
Figura 1 - a fase A recebe 100% da corrente e o rotor se alinha diretamente.
Figura 2 - a corrente da fase A é reduzida para 75%, enquanto que a corrente da fase B é aumentada para 25%.
Figura 3 - a corrente tanto das fases A quanto B é de 50% de modo que o rotor se alinha diretamente no meio dos dois.
Figura 4 - a corrente da fase A é reduzida para 25%, enquanto que a corrente da fase B é aumentada para 75% e o rotor se aproxima dos da fase B.
Figura 5 - a fase A é desligada e a fase B recebe 100% da corrente de forma que o rotor finalmente se alinha diretamente com a fase B.
Com o driver de micropasso do motor, neste exemplo, dividimos os 500 passos básicos por rotação do motor de passo de 5 fases por cinco, aumentando para 2.500 passos por volta. A resolução do motor é agora 0,144°.
O driver de micropasso fornece não só maior resolução, mas também garante uma operação mais estável, menor vibração e menos ruído que os outros drivers.
Dependendo da sua aplicação em específico, um motor de 2 fases pode ser suficiente. No entanto, os motores de passo de 5 fases oferecem resolução mais alta, menor vibração, taxas de aceleração e desaceleração mais elevadas (devido aos ângulos de passo menores) e são menos propensos a perderem sincronização devido à overshooting e undershooting do que um motor de passo de 2 fases. Para aplicações que exigem alta precisão, baixo ruído e baixa vibração, o motor de 5 fases é a melhor tecnologia.