Comandos e Controles Lógicos - Parte 2

III. Atuadores

Atuadores são dispositivos que transformam um determinado tipo de energia num outro tipo diferente. São usados em automação para entregar à planta a excitação necessária para seu funcionamento, na forma do tupo de energia adequado. Se o funcionamento da planta estiver baseado em algum movimento de um de suas partes, serão necessários atuadores para fornecer energia mecânica para o movimento. Se a planta for um sistema térmico, será necessário um atuador que forneça energia térmica para atingir um temperatura desejada.

Os atuadores se dividem em atuadores 1) hidráulicos, 2) pneumáticos ou 3) elétricos. Os hidráulicos se caracterizam por terem como fonte de energia um líquido que se desloca por um duto com uma pressão adequada. O líquido é geralmente óleo ou água. O pneumático têm como fonte de energia um gás pressurizado, geralmente ar comprimido. Os atuadores elétricos usam energia elétrica.

1. Motores elétricos

Os motores elétricos são dispositivos que transformam energia elétrica em energia mecânica. Essa energia mecânica é desenvolvida através da rotação de um eixo que gira com uma determinada velocidade e torque.

Existem diferentes tipos de motores elétricos: motores CA, motores CC e motores de passo. Os de corrente alternada são os menos usados na robótica por serem relativamente grandes e pela dificuldade de se fazer um controle de velocidade e torque eficiente. Porém, em aplicações industriais, que exigem torque elevado, motores trifásicos de corrente alternada são freqüentemente utilizados.

Os motores de corrente contínua têm um par de terminais que devem ser ligados a uma fonte de alimentação, a polaridade da fonte determina o sentido de rotação do eixo do motor. Seu movimento é, geralmente, suave e contínuo e, com uma redução mecânica apropriada, podem desenvolver torques elevados em volumes reduzidos. As principais desvantagens consistem na dificuldade para o controlador conhecer a posição exata do eixo e a velocidade de rotação que depende fortemente da carga. Assim, não é possível controlar estes motores em malha aberta, geralmente, o controle se faz em malha fechada com sensores de posição e/ou velocidade.

Os motores de passo têm seu funcionamento baseado na alimentação caracterizada por uma seqüência de pulsos elétricos. A cada pulso da seqüência, o eixo gira um ângulo fixo muito preciso. Dessa maneira, o controlador pode conhecer exatamente a posição do eixo sem a necessidade de um sensor. Ao controlar o tempo entre um pulso e o seguinte, o controlador pode controlar a velocidade de giro do motor sem o uso de tacômetros. A relação entre o torque e o volume do motor, quando está em movimento, é menor do que a dos motores CC, mas têm a vantagem que quando estão parados numa determinada posição, eles detêm um alto torque de retenção que impede seu movimento.

Grandezas físicas básicas: potência, torque e velocidade.

1.1 Motores CC: Principio de funcionamento

Os motores de corrente contínua são compostos de duas partes básicas. A primeira é fixa (sem movimento), chamada de estator, destinada a produzir um campo magnético constante. Seja com um eletroímã ou com um imã permanente. A segunda parte é rotatória, chamada de rotor ou armadura, tem um enrolamento (bobina) através do qual circula a corrente elétrica contínua.

Princípio de funcionamento do motor elétrico CC.

1.2 Diferentes tipos de motores CC

Motor série

A bobina do estator e da armadura estão ligados em série.

Este tipo de motor se caracteriza por girar muito lentamente quando deve movimentar uma carga grande e girar muito rápido no vazio.

Motor Paralelo

Observe que um aumento de carga não provoca uma redução grande na velocidade. Esta característica o torna ideal para aplicações em máquina ferramenta. Para mudar a velocidade deste tipo de motor é necessário mudar a tensão de entrada, o que muda a potência aplicada.

Motores compostos (compound)

1.3 Motores com imã permanente

O campo magnético do estator é produzido por um imã permanente.

1.4 Motores de corrente alternada

Os motores de corrente alternada têm grande uso na indústria, principalmente os motores trifásicos de potência relativamente alta. Em robótica, onde geralmente a potência envolvida não é tão grande, eles não são tão populares.

Diferente do motor CC que possui o campo do estator fixo, o campo do estator gira devido à corrente alternada. Isto impõe restrições sobre quais velocidades podem ser usadas num motor AC. O motor AC deve rodar a uma velocidade fixa que é função da freqüência da tensão alternada de alimentação do motor. Para variar a velocidade de um motor AC é necessário alterar a freqüência da fonte de alimentação.

1.5 Motores de passo

Os motores de passo, como o próprio nome sugere, fazem movimentos discretos. Eles têm posições estáveis em ângulos bem definidos. Devido a esta característica, eles têm grande aplicação onde esta propriedade é importante, por exemplo, para movimentar o avanços das folhas ou a posição do cartucho de tinta de uma impressora de jato de tinta.

O motor de passo por não poder desenvolver uma grande potência, normalmente, não tem grande aplicação na automação industrial, mas é muito usado em robótica e em diversos sistemas eletro-mecânico de baixa potência. 

1.6 Servor motores

Na verdade não é uma outra categoria de motores, mas um arranjo de motor com sensor de posição e realimentação que é muito usado em robótica e outros sistemas automáticos.