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Conocimientos básicos del motor paso a paso

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tiempo de actualizacion : 2019-03-23 14:00:01

Las unidades de motores paso a paso son dispositivos que se utilizan para alimentar y controlar motores paso a paso. Si bien algunas unidades de unidad básicas solo suministran energía, muchas son unidades disponibles que también incorporan la electrónica del controlador en un paquete completo. Estos componentes electrónicos incluyen un secuenciador lógico, componentes de conmutación y una fuente de pulsos de reloj para determinar la frecuencia de paso.

Tipos de unidades
Las unidades de motores paso a paso se distinguen principalmente por tres propiedades individuales: disposición del devanado del motor, circuitos de transmisión y modo de paso. El tipo de controlador tiene una gran influencia en el rendimiento general del sistema de motor paso a paso, específicamente su par, potencia de salida y velocidad. La distinción entre los diferentes tipos es importante para determinar qué controlador es el más adecuado para la aplicación.

Arreglo sinuoso
En los motores paso a paso de dos fases, hay dos disposiciones básicas de bobinado. Los accionamientos de motores paso a paso se pueden clasificar según la disposición para la que están diseñados.

 

Modo conductor

Número de cables (conductores)

Principales características

Unipolar

5, 6, u 8

Bajo costo, robusto, simple, mejor a bajas velocidades

Series bipolares

4, 6, u 8

Alto par a baja velocidad, bajo par a alta velocidad

Paralelo bipolar

4 u 8

Perfil de velocidad de torsión más plano, mayor torsión a alta velocidad

  • Los accionamientos unipolares están diseñados para motores unipolares, que son motores con 6 conductores (bobinas con toma central). En lugar de invertir la corriente en cada fase, el variador simplemente cambia la corriente de una bobina a la otra en cada fase. Debido a la configuración del devanado, esta conmutación invierte los campos magnéticos en el motor. El modo de accionamiento de motor unipolar es más sencillo de operar y de menor costo, pero genera aproximadamente un 30% menos de par que un motor bipolar equivalente, ya que solo se utiliza la mitad de los devanados en un momento dado. Los motores unipolares se utilizan mejor en aplicaciones de baja velocidad.

    Los accionamientos bipolares están diseñados para motores bipolares, que son motores con cuatro conductores. La electrónica en el controlador / controlador invierte alternativamente la corriente en cada fase para impulsar el rotor. Los motores bipolares generan mayor par que las disposiciones unipolares. Sin embargo, el mecanismo es un poco más complejo, lo que hace que la electrónica sea más elaborada y, a veces, más cara. En la disposición bipolar, el motor se puede cablear en paralelo o en serie. El cableado en serie permite un mayor par a baja velocidad, mientras que el paralelo puede generar un alto par a alta velocidad.

Stepper Motor Drive Selection Guide

Esquemas de conexión de cables para disposiciones bipolares y unipolares.

Circuito de accionamiento
El rendimiento del motor paso a paso también depende en gran medida de los circuitos del variador, que pueden configurarse como voltaje constante o corriente constante.

Los circuitos de la unidad L / R se denominan unidades de voltaje constante porque se aplica una tensión positiva o negativa a cada devanado para establecer la posición del escalón. L / R representa la relación eléctrica de la inductancia (L) a la resistencia (R), que describe la tasa de cambio de la corriente en los motores del circuito L / R. La impedancia de la bobina del motor en función de la velocidad de paso también está determinada por estos parámetros. Los circuitos de accionamiento L / R se pueden configurar para que funcionen con motores paso a paso bipolares y unipolares. La electrónica también es más simple y menos costosa que la de los circuitos de accionamiento de helicópteros.
Consejo de selección: El variador L / R debe "hacer coincidir" el voltaje de salida de la fuente de alimentación con el voltaje nominal de la bobina del motor para un funcionamiento continuo. La mayoría de las curvas de rendimiento del motor publicadas se basan en la tensión nominal total aplicada en los cables del motor. El nivel de voltaje de salida de la fuente de alimentación debe establecerse lo suficientemente alto para tener en cuenta las caídas eléctricas dentro del circuito del variador para un funcionamiento continuo óptimo.

Los circuitos de accionamiento del interruptor son corrientes de corriente constante porque generan una corriente relativamente constante en cada devanado. El interruptor recibe su nombre de la técnica de encender y apagar rápidamente el voltaje de salida (cortar) para controlar la corriente del motor. Para esta configuración, el mejor rendimiento se obtiene de las bobinas del motor de baja impedancia y la fuente de alimentación de voltaje máximo disponible. Los circuitos de accionamiento del interruptor se utilizan casi exclusivamente para motores bipolares. En comparación con una unidad L / R, una unidad chopper permite que un motor paso a paso mantenga un mayor par o fuerza a velocidades más altas, aunque con componentes electrónicos adicionales para el control de detección y conmutación.
Consejo de selección: como regla general, para lograr un rendimiento óptimo, la relación recomendada entre la tensión de alimentación y la tensión nominal del motor debe ser de al menos ocho a uno.

Modo paso
Los "modos de paso" del motor paso a paso incluyen full, half y microstep. Los modos de paso son un factor determinante del par de salida del motor paso a paso y su resolución (la cantidad de grados que gira el eje del motor por impulso). Algunos accionamientos de motores paso a paso pueden tener modos de paso seleccionables por interruptor entre medio paso y paso completo. Las unidades de microstepping pueden proporcionar resoluciones seleccionables por conmutador o seleccionables por software.

Los motores paso a paso de paso completo se mueven en incrementos de las posiciones reales de "detención" magnética, lo que significa que no hay una mejora electrónica o de control de la resolución. En el modo de paso completo, esencialmente un pulso digital del controlador es equivalente a un paso. Normalmente se logra energizando ambos devanados mientras se invierte la corriente alternativamente. Los motores en modo de paso completo producirán su par nominal completo.
En el accionamiento / control de medio paso, un devanado se energiza y luego dos devanados se energizan alternativamente, haciendo que el rotor gire la mitad de la distancia. De esta manera, la resolución angular durante el accionamiento se duplica, y el motor avanzará a la siguiente posición magnética cuando se desconecte la alimentación. Aunque proporciona aproximadamente un 30% menos de torque, el modo de medio paso produce un movimiento más suave que el modo de paso completo a una resolución más alta. Otra ventaja de la mitad de la versión es que la electrónica del variador no necesita cambiar para soportarlo.
Microstep es un modo de paso de motor paso a paso relativamente nuevo incorporado en muchos motores bipolares. Este modo controla electrónicamente la corriente en el devanado del motor en un grado que subdivide aún más el número de posiciones entre los polos, dividiendo posteriormente un paso completo en pasos más pequeños. Al igual que en el modo de medio paso, el microstepping proporciona aproximadamente un 30% menos de torque que el modo de paso completo. Además, el porcentaje de error no acumulativo en cada microstep es ligeramente mayor que en un paso completo. El microstepping se usa normalmente en aplicaciones que requieren una colocación precisa y un movimiento más suave en un amplio rango de velocidades.

 

requerimientos de energía
También es importante tener en cuenta los requisitos de potencia del accionamiento del motor paso a paso durante el proceso de selección. Las especificaciones más importantes son:

Voltaje de alimentación: el rango de voltaje de entrada para el que funcionará el variador o controlador, expresado en voltios CA o voltios CC.
Fase de entrada: la fase de entrada de CA, ya sea monofásica o trifásica. Monofásico es el tipo de CA más comúnmente utilizado, generalmente pero no exclusivamente para aplicaciones de bajo voltaje. La entrada trifásica se usa típicamente para fuentes de alimentación de alto voltaje.
Frecuencia de entrada: la frecuencia de entrada de CA, expresada en Hz.
Corriente de salida continua: el flujo de corriente operacional o previsto a través del variador, expresado en amperios.
Corriente de salida máxima: la capacidad de salida de corriente del variador por un período muy corto.
Parámetros de operación
Hay una serie de parámetros operativos que son consideraciones secundarias importantes al seleccionar los accionamientos de motores paso a paso.

Tenga en cuenta la configuración y el control de la unidad. Esto incluye cómo se configuran y almacenan los programas y la información (disquetes, ranuras PMCIA, interfaz de computadora, etc.) y cómo se opera la unidad (manual, joystick, controlador de mano, panel de control, etc.)
El mecanismo de retroalimentación y el modo de retroalimentación también deben tenerse en cuenta. El mecanismo es el medio por el cual se detecta y mide la posición en el motor. Los tipos de mecanismos incluyen sensores de efecto Hall, resolvers, codificadores incrementales o absolutos, sensores de posición analógicos y tacómetros. El modo define los medios por los cuales la información es transportada y procesada por el controlador. Los modos de retroalimentación incluyen retroalimentación digital, retroalimentación analógica, modo actual, modo de voltaje y modo de velocidad.
También es importante tener en cuenta el rango de temperatura de funcionamiento de la fuente de alimentación para evitar el sobrecalentamiento durante el funcionamiento del motor.