Vistas: 0 Autor: Editor del sitio Hora de publicación: 2025-04-18 Origen: Sitio
A El motor paso a paso es un tipo de motor eléctrico que se mueve en pasos fijos y precisos en lugar de girar continuamente como un motor normal. Se utiliza comúnmente en aplicaciones donde se requiere un control de posición preciso, como impresoras 3D, máquinas CNC, robótica y plataformas de cámaras.
Los motores paso a paso son un tipo de motor eléctrico que convierte la energía eléctrica en movimiento de rotación con notable precisión. A diferencia de los motores eléctricos normales, que proporcionan una rotación continua, los motores paso a paso giran en pasos discretos, lo que los hace ideales para aplicaciones que requieren un posicionamiento preciso.
Cada pulso de electricidad enviado a un motor paso a paso desde su controlador da como resultado un movimiento preciso: cada pulso corresponde a un paso específico. La velocidad a la que gira el motor se correlaciona directamente con la frecuencia de estos pulsos: cuanto más rápido se envían los pulsos, más rápida es la rotación.
Una de las ventajas clave de Los motores paso a paso son su fácil control. La mayoría de los controladores funcionan con pulsos de 5 voltios, compatibles con circuitos integrados comunes. Puedes diseñar un circuito para generar estos pulsos o utilizar un generador de pulsos de empresas como BesFoc.
A pesar de sus imprecisiones ocasionales (los motores paso a paso estándar tienen una precisión de aproximadamente ± 3 minutos de arco (0,05°), estos errores no se acumulan con pasos múltiples. Por ejemplo, si un motor paso a paso estándar da un paso, girará 1,8° ± 0,05°. Incluso después de un millón de pasos, la desviación total sigue siendo de sólo ± 0,05°, lo que los hace fiables para movimientos precisos en largas distancias.
Además, los motores paso a paso son conocidos por su rápida respuesta y aceleración debido a la baja inercia del rotor, lo que les permite alcanzar altas velocidades rápidamente. Esto los hace particularmente adecuados para aplicaciones que requieren movimientos cortos y rápidos.
A El motor paso a paso funciona dividiendo una rotación completa en varios pasos iguales. Utiliza electroimanes para crear movimiento en incrementos pequeños y controlados.
Un motor paso a paso tiene dos partes principales:
Estator – la parte estacionaria con bobinas (electroimanes).
Rotor: la parte giratoria, a menudo un imán o hecha de hierro.
Cuando la corriente eléctrica fluye a través de las bobinas del estator, crea campos magnéticos.
Estos campos atraen al rotor.
Al encender y apagar las bobinas en una secuencia específica, el rotor se mueve paso a paso con un movimiento circular.
Cada vez que se energiza una bobina, el rotor se mueve en un ángulo pequeño (llamado paso).
Por ejemplo, si un motor tiene 200 pasos por revolución, cada paso mueve el rotor 1,8°.
El motor puede girar hacia adelante o hacia atrás según el orden de los pulsos enviados a las bobinas.
A El controlador del motor paso a paso envía pulsos eléctricos a las bobinas del motor.
Cuantos más pulsos, más gira el motor.
Los microcontroladores (como Arduino o Raspberry Pi) pueden controlar estos controladores para mover el motor con precisión.
La siguiente ilustración muestra un sistema de motor paso a paso estándar, que consta de varios componentes esenciales que funcionan juntos. El rendimiento de cada elemento influye en la funcionalidad general del sistema.
En el corazón del sistema se encuentra la computadora o el controlador lógico programable (PLC). Este componente actúa como el cerebro, controlando no sólo el motor paso a paso sino también toda la máquina. Puede realizar diversas tareas, como subir un ascensor o mover una cinta transportadora. Dependiendo de la complejidad necesaria, este controlador puede variar desde una sofisticada PC o PLC hasta un simple pulsador de operador.
El siguiente es el indexador o tarjeta PLC, que comunica instrucciones específicas al motor paso a paso . Genera la cantidad requerida de pulsos para el movimiento y ajusta la frecuencia del pulso para controlar la aceleración, velocidad y desaceleración del motor. El indexador puede ser una unidad independiente, como BesFoc, o una tarjeta generadora de impulsos que se conecta a un PLC. Independientemente de su forma, este componente es crucial para el funcionamiento del motor.
El controlador del motor consta de cuatro partes clave:
Lógica para control de fase: esta unidad lógica recibe pulsos del indexador y determina qué fase del motor debe activarse. La energización de las fases debe seguir una secuencia específica para garantizar el correcto funcionamiento del motor.
Fuente de alimentación lógica: se trata de una fuente de bajo voltaje que alimenta los circuitos integrados (CI) dentro del controlador, que normalmente funcionan alrededor de 5 voltios, según el conjunto de chips o el diseño.
Fuente de alimentación del motor: Esta fuente proporciona el voltaje necesario para alimentar el motor, generalmente alrededor de 24 VCC, aunque puede ser mayor según la aplicación.
Amplificador de potencia: este componente consta de transistores que permiten que la corriente fluya a través de las fases del motor. Estos transistores se encienden y apagan en la secuencia correcta para facilitar el movimiento del motor.
Finalmente, todos estos componentes trabajan juntos para mover la carga, que podría ser un tornillo de avance, un disco o una cinta transportadora, según la aplicación específica.
Hay tres tipos principales de motores paso a paso:
Estos motores cuentan con dientes en el rotor y el estator, pero no incluyen un imán permanente. Como resultado, carecen de torque de retención, lo que significa que no mantienen su posición cuando no están energizados.
Los motores paso a paso PM tienen un imán permanente en el rotor pero no tienen dientes. Si bien normalmente muestran menos precisión en los ángulos de paso, proporcionan un torque de retención, lo que les permite mantener la posición cuando se apaga la alimentación.
BesFoc se especializa exclusivamente en Híbridos motor paso a paso s. Estos motores combinan las propiedades magnéticas de los imanes permanentes con el diseño dentado de los motores de reluctancia variable. El rotor está magnetizado axialmente, lo que significa que en una configuración típica, la mitad superior es el polo norte y la mitad inferior es el polo sur.
El rotor consta de dos copas dentadas, cada una con 50 dientes. Estas copas están desplazadas 3,6°, lo que permite un posicionamiento preciso. Cuando se ve desde arriba, se puede ver que un diente en la copa del polo norte se alinea con un diente en la copa del polo sur, creando un sistema de engranajes efectivo.
Los motores paso a paso híbridos funcionan con una construcción de dos fases, y cada fase contiene cuatro polos espaciados 90°. Cada polo en una fase está enrollado de manera que los polos separados por 180° tengan la misma polaridad, mientras que las polaridades son opuestas para aquellos que están separados por 90°. Al invertir la corriente en cualquier fase, también se puede invertir la polaridad del polo del estator correspondiente, lo que permite al motor convertir cualquier polo del estator en un polo norte o sur.
El rotor del motor paso a paso tiene 50 dientes, con un paso de 7,2° entre cada diente. A medida que el motor funciona, la alineación de los dientes del rotor con los dientes del estator puede variar; específicamente, puede compensarse en tres cuartos de paso de diente, medio paso de diente o un cuarto de paso de diente. Cuando el motor avanza, naturalmente toma el camino más corto para realinearse, lo que se traduce en un movimiento de 1,8° por paso (ya que 1/4 de 7,2° equivale a 1,8°).
Torque y precisión en Los motores paso a paso están influenciados por el número de polos (dientes). Generalmente, un mayor número de polos conduce a un mejor torque y precisión. BesFoc ofrece motores paso a paso de 'alta resolución', que tienen la mitad del paso de dientes que sus modelos estándar. Estos rotores de alta resolución tienen 100 dientes, lo que da como resultado un ángulo de 3,6° entre cada diente. Con esta configuración, un movimiento de 1/4 de paso de diente corresponde a un paso más pequeño de 0,9°.
Como resultado, los modelos de 'alta resolución' proporcionan el doble de resolución que los motores estándar, logrando 400 pasos por revolución en comparación con los 200 pasos por revolución de los modelos estándar. Los ángulos de paso más pequeños también provocan vibraciones más bajas, ya que cada paso es menos pronunciado y más gradual.
El siguiente diagrama ilustra una sección transversal de un motor paso a paso de 5 fases. Este motor consta principalmente de dos partes principales: el estator y el rotor. El rotor en sí se compone de tres componentes: copa del rotor 1, copa del rotor 2 y un imán permanente. El rotor está magnetizado en dirección axial; por ejemplo, si la copa del rotor 1 se designa como polo norte, la copa del rotor 2 será el polo sur.
El estator cuenta con 10 polos magnéticos, cada uno equipado con pequeños dientes y sus correspondientes devanados. Estos devanados están diseñados de manera que cada uno esté conectado al devanado de su polo opuesto. Cuando la corriente fluye a través de un par de devanados, los polos que conectan se magnetizan en la misma dirección, ya sea norte o sur.
Cada par de polos opuestos forma una fase del motor. Dado que hay 10 polos magnéticos en total, esto da como resultado cinco fases distintas dentro de este circuito de 5 fases. motor paso a paso.
Es importante destacar que cada copa del rotor tiene 50 dientes a lo largo de su perímetro exterior. Los dientes de la copa del rotor 1 y de la copa del rotor 2 están desplazados mecánicamente entre sí medio paso de diente, lo que permite una alineación y un movimiento precisos durante el funcionamiento.
Comprender cómo leer una curva de velocidad-par es crucial, ya que proporciona información sobre lo que un motor es capaz de lograr. Estas curvas representan las características de rendimiento de un motor específico cuando se combina con un controlador en particular. Una vez que el motor está operativo, su salida de par está influenciada por el tipo de accionamiento y el voltaje aplicado. Como resultado, el mismo motor puede presentar curvas de velocidad-par significativamente diferentes según el controlador utilizado.
BesFoc proporciona estas curvas velocidad-par como referencia. Si utiliza un motor con un controlador que tiene valores nominales de voltaje y corriente similares, puede esperar un rendimiento comparable. Para una experiencia interactiva, consulte la curva velocidad-par que se proporciona a continuación:
Par de retención
Es la cantidad de par producido por el motor cuando está en reposo, con la corriente nominal fluyendo a través de sus devanados.
Región de arranque/parada
Esta sección indica los valores de par y velocidad a los que el motor puede arrancar, parar o invertir instantáneamente.
Par de tracción
Estos son los valores de par y velocidad que permiten que el motor arranque, se detenga o retroceda mientras permanece en sincronismo con los pulsos de entrada.
Par de Arranque
Se refiere a los valores de par y velocidad a los cuales el motor puede operar sin calarse, manteniendo la sincronización con las fases de entrada. Representa el par máximo que el motor puede entregar durante el funcionamiento.
Velocidad máxima de arranque
Esta es la velocidad más alta a la que el motor puede comenzar a funcionar cuando no se aplica carga.
Velocidad máxima de funcionamiento
Esto indica la velocidad más rápida que el motor puede alcanzar mientras funciona sin carga.
Para operar dentro de la región entre el torque de entrada y salida, el motor debe arrancar inicialmente en la región de arranque/parada. A medida que el motor comienza a funcionar, la frecuencia del pulso aumenta gradualmente hasta alcanzar la velocidad deseada. Para detener el motor, se disminuye la velocidad hasta que caiga por debajo de la curva de par de tracción.
El par es directamente proporcional a la corriente y al número de vueltas de cable en el motor. Para aumentar el par en un 20%, la corriente también debe aumentarse en aproximadamente un 20%. Por el contrario, para disminuir el par en un 50%, la corriente debe reducirse en un 50%.
Sin embargo, debido a la saturación magnética, no hay ningún beneficio en aumentar la corriente más allá del doble de la corriente nominal, ya que más allá de este punto, mayores aumentos no mejorarán el torque. Operar a aproximadamente diez veces la corriente nominal presenta el riesgo de desmagnetizar el rotor.
Todos nuestros motores están equipados con aislamiento Clase B, que puede soportar temperaturas de hasta 130°C antes de que el aislamiento comience a degradarse. Para garantizar la longevidad, recomendamos mantener una diferencia de temperatura de 30 °C desde el interior al exterior, lo que significa que la temperatura exterior de la carcasa no debe exceder los 100 °C.
La inductancia juega un papel importante en el rendimiento del par a alta velocidad. Esto explica por qué los motores no presentan niveles de par infinitamente elevados. Cada devanado del motor tiene distintos valores de inductancia y resistencia. La inductancia medida en henrys, dividida por la resistencia en ohmios, da como resultado una constante de tiempo (en segundos). Esta constante de tiempo indica cuánto tiempo le toma a la bobina alcanzar el 63% de su corriente nominal. Por ejemplo, si el motor tiene una potencia nominal de 1 amperio, después de una constante de tiempo, la bobina alcanzará aproximadamente 0,63 amperios. Por lo general, se necesitan entre cuatro y cinco constantes de tiempo para que la bobina alcance la corriente máxima (1 amperio). Dado que el par es proporcional a la corriente, si la corriente sólo alcanza el 63%, el motor producirá aproximadamente el 63% de su par máximo después de una constante de tiempo.
A bajas velocidades, este retraso en la acumulación de corriente no es un problema ya que la corriente puede entrar y salir rápidamente de las bobinas, lo que permite que el motor entregue su par nominal. Sin embargo, a altas velocidades, la corriente no puede aumentar lo suficientemente rápido antes de que cambie la siguiente fase, lo que resulta en un par reducido.
El voltaje del controlador afecta significativamente el rendimiento de alta velocidad de un motor paso a paso . Una relación más alta entre el voltaje del variador y el voltaje del motor conduce a capacidades mejoradas de alta velocidad. Esto se debe a que los voltajes elevados permiten que la corriente fluya hacia los devanados más rápidamente que el umbral del 63% discutido anteriormente.
Cuando un motor paso a paso pasa de un paso al siguiente, el rotor no se detiene instantáneamente en la posición objetivo. En cambio, pasa de la posición final, luego retrocede, se sobrepasa en la dirección opuesta y continúa oscilando hacia adelante y hacia atrás hasta que finalmente se detiene. Este fenómeno, conocido como 'timbre', ocurre con cada paso que da el motor (consulte el diagrama interactivo a continuación). Al igual que una cuerda elástica, el impulso del rotor lo lleva más allá de su punto de parada, lo que hace que 'rebote' antes de quedarse en reposo. Sin embargo, en muchos casos, se le indica al motor que avance al siguiente paso antes de que se detenga por completo.
Los siguientes gráficos ilustran el comportamiento de timbre de un motor paso a paso bajo diversas condiciones de carga. Cuando el motor está descargado, presenta un zumbido significativo, lo que se traduce en una mayor vibración. Esta vibración excesiva puede hacer que el motor se cale cuando está descargado o ligeramente cargado, ya que puede perder la sincronización. Por lo tanto, es esencial probar siempre un Motor paso a paso con una carga adecuada.
Los otros dos gráficos representan el rendimiento del motor cuando está cargado. Cargar adecuadamente el motor ayuda a estabilizar su funcionamiento y reducir la vibración. Idealmente, la carga debería requerir entre el 30% y el 70% del par máximo de salida del motor. Además, la relación de inercia de la carga al rotor debe estar entre 1:1 y 10:1. Para movimientos más cortos y rápidos, es preferible que esta relación esté más cerca de 1:1 a 3:1.
Los ingenieros y especialistas en aplicaciones de BesFoc están disponibles para ayudar con el tamaño adecuado del motor.
A El motor paso a paso experimentará vibraciones significativamente mayores cuando la frecuencia del pulso de entrada coincide con su frecuencia natural, un fenómeno conocido como resonancia. Esto suele ocurrir alrededor de 200 Hz. En resonancia, los excesos y los retrasos del rotor se amplifican enormemente, lo que aumenta la probabilidad de que se pierdan pasos. Si bien la frecuencia de resonancia específica puede variar con la inercia de la carga, normalmente ronda los 200 Hz.
Los motores paso a paso bifásicos sólo pueden omitir pasos en grupos de cuatro. Si nota una pérdida de paso en múltiplos de cuatro, indica que las vibraciones están provocando que el motor pierda la sincronización o que la carga puede ser excesiva. Por el contrario, si los pasos omitidos no son múltiplos de cuatro, hay un fuerte indicio de que el recuento de impulsos es incorrecto o que el ruido eléctrico está influyendo en el rendimiento.
Varias estrategias pueden ayudar a mitigar los efectos de resonancia. El enfoque más simple es evitar por completo operar a la velocidad de resonancia. Dado que 200 Hz corresponden aproximadamente a 60 RPM para un motor bifásico, no es una velocidad extremadamente alta. Mayoría Los motores paso a paso tienen una velocidad de arranque máxima de alrededor de 1000 pulsos por segundo (pps). Por lo tanto, en muchos casos, puede iniciar el funcionamiento del motor a una velocidad superior a la frecuencia de resonancia.
Si necesita arrancar el motor a una velocidad inferior a la frecuencia de resonancia, es importante acelerar rápidamente a través del rango de resonancia para minimizar los efectos de la vibración.
Otra solución eficaz es utilizar un ángulo de paso más pequeño. Los ángulos de paso más grandes tienden a dar como resultado mayores sobrepasos y faltas de alcance. Si el motor tiene que recorrer una distancia corta, no generará suficiente fuerza (par) para sobrepasarse significativamente. Al reducir el ángulo de paso, el motor experimenta menos vibración. Esta es una de las razones por las que las técnicas de medio paso y micropaso son tan efectivas para reducir las vibraciones.
Asegúrese de seleccionar el motor según los requisitos de carga. El tamaño adecuado del motor puede conducir a un mejor rendimiento general.
Los amortiguadores son otra opción a considerar. Estos dispositivos se pueden instalar en el eje trasero del motor para absorber parte de la energía vibratoria, lo que ayuda a suavizar el funcionamiento de un motor vibratorio de manera rentable.
Un avance relativamente nuevo en La tecnología del motor paso a paso es el motor paso a paso de 5 fases. La diferencia más notable entre los motores de 2 y 5 fases (consulte el diagrama interactivo a continuación) es el número de polos del estator: los motores de 2 fases tienen 8 polos (4 por fase), mientras que los motores de 5 fases tienen 10 polos (2 por fase). El diseño del rotor es similar al de un motor bifásico.
En un motor bifásico, cada fase mueve el rotor 1/4 de paso de diente, mientras que en un motor de 5 fases, el rotor se mueve 1/10 de paso de diente debido a su diseño. Con un paso de diente de 7,2°, el ángulo de paso del motor de 5 fases es de 0,72°. Esta construcción permite que el motor de 5 fases alcance 500 pasos por revolución, en comparación con los 200 pasos por revolución del motor de 2 fases, proporcionando una resolución que es 2,5 veces mayor que la del motor de 2 fases.
Una resolución más alta conduce a un ángulo de paso más pequeño, lo que reduce significativamente la vibración. Dado que el ángulo de paso del motor de 5 fases es 2,5 veces menor que el del motor de 2 fases, experimenta mucho menos ruido y vibraciones. En ambos tipos de motor, el rotor debe sobrepasar o no alcanzar más de 3,6° para omitir pasos. Con el ángulo de paso del motor de 5 fases de sólo 0,72°, resulta casi imposible que el motor sobrepase o no alcance dicho margen, lo que resulta en una probabilidad muy baja de perder la sincronización.
Hay cuatro métodos de conducción principales para motor paso a paso s:
Wave Drive (paso completo)
2 fases encendidas (paso completo)
1-2 fases encendidas (medio paso)
Micropaso
En el siguiente diagrama, el método de conducción por ondas se simplifica para ilustrar sus principios. Cada giro de 90° representado en la ilustración representa 1,8° de rotación del rotor en un motor real.
En el método de accionamiento por onda, también conocido como método ON monofásico, solo se energiza una fase a la vez. Cuando se activa la fase A, se crea un polo sur que atrae al polo norte del rotor. Luego, se apaga la fase A y se enciende la fase B, lo que hace que el rotor gire 90° (1,8°), y este proceso continúa con cada fase energizada individualmente.
El motor ondulado funciona con una secuencia eléctrica de cuatro pasos para hacer girar el motor.
En el método de accionamiento '2 fases encendidas', ambas fases del motor están continuamente energizadas.
Como se ilustra a continuación, cada giro de 90° corresponde a una rotación del rotor de 1,8°. Cuando las fases A y B se energizan como polos sur, el polo norte del rotor se siente atraído por igual hacia ambos polos, lo que hace que se alinee directamente en el medio. A medida que avanza la secuencia y se activan las fases, el rotor girará para mantener la alineación entre los dos polos energizados.
El método '2 fases encendidas' funciona utilizando una secuencia eléctrica de cuatro pasos para hacer girar el motor.
Los motores estándar bifásicos y bifásicos tipo M de BesFoc utilizan este método de accionamiento '2 fases encendidas'.
La principal ventaja del método '2 fases encendidas' sobre el método '1 fase encendida' es el torque. En el método '1 fase activada', sólo se activa una fase a la vez, lo que da como resultado una sola unidad de par que actúa sobre el rotor. En contraste, el método '2 fases encendidas' energiza ambas fases simultáneamente, produciendo dos unidades de torque. Un vector de par actúa en la posición de las 12 horas y el otro en la posición de las 3 horas. Cuando estos dos vectores de torsión se combinan, crean un vector resultante en un ángulo de 45° con una magnitud que es 41,4% mayor que la de un solo vector. Esto significa que usar el método '2 fases activadas' nos permite lograr el mismo ángulo de paso que el método '1 fase activada' y, al mismo tiempo, ofrecer un 41 % más de torsión.
Los motores de cinco fases, sin embargo, funcionan de manera algo diferente. En lugar de emplear el método '2 fases encendidas', utilizan el método '4 fases encendidas'. En este enfoque, cuatro de las fases se activan simultáneamente cada vez que el motor da un paso.
Como resultado, el motor de cinco fases sigue una secuencia eléctrica de 10 pasos durante el funcionamiento.
El método '1-2 fases activadas', también conocido como medio paso, combina los principios de los dos métodos anteriores. En este enfoque, primero energizamos la fase A, lo que hace que el rotor se alinee. Mientras mantenemos la fase A energizada, luego activamos la fase B. En este punto, el rotor es igualmente atraído por ambos polos y se alinea en el medio, lo que da como resultado una rotación de 45° (o 0,9°). A continuación, apagamos la fase A mientras continuamos energizando la fase B, permitiendo que el motor dé un paso más. Este proceso continúa, alternando entre energizar una fase y dos fases. Al hacerlo, reducimos efectivamente el ángulo del escalón a la mitad, lo que ayuda a reducir las vibraciones.
Para un motor de 5 fases, empleamos una estrategia similar alternando entre 4 fases encendidas y 5 fases encendidas.
El modo de medio paso consta de una secuencia eléctrica de ocho pasos. En el caso de un motor de cinco fases que utiliza el método '4-5 fases encendidas', el motor pasa por una secuencia eléctrica de 20 pasos.
(Se puede agregar más información sobre micropasos si es necesario).
El micropaso es una técnica que se utiliza para hacer que los pasos más pequeños sean aún más finos. Cuanto más pequeños sean los pasos, mayor será la resolución y mejores las características de vibración del motor. En microstepping, una fase no está ni completamente encendida ni completamente apagada; en cambio, está parcialmente energizado. Se aplican ondas sinusoidales tanto a la Fase A como a la Fase B, con una diferencia de fase de 90° (o 0,9° en un circuito de cinco fases). motor paso a paso ).
Cuando se aplica la potencia máxima a la Fase A, la Fase B está en cero, lo que hace que el rotor se alinee con la Fase A. A medida que la corriente a la Fase A disminuye, la corriente a la Fase B aumenta, lo que permite que el rotor dé pequeños pasos hacia la Fase B. Este proceso continúa mientras la corriente circula entre las dos fases, lo que resulta en un movimiento suave de micropasos.
Sin embargo, el micropaso presenta algunos desafíos, principalmente en relación con la precisión y el torque. Dado que las fases sólo están parcialmente energizadas, el motor normalmente experimenta una reducción de par de aproximadamente el 30%. Además, debido a que el diferencial de torque entre pasos es mínimo, el motor puede tener dificultades para superar una carga, lo que puede resultar en situaciones en las que se le ordena al motor que se mueva varios pasos antes de que realmente comience a moverse. En muchos casos, es necesario incorporar codificadores para crear un sistema de circuito cerrado, aunque esto aumenta el costo total.
Sistemas de circuito abierto
Sistemas de circuito cerrado
Servosistemas
Los motores paso a paso suelen estar diseñados como sistemas de circuito abierto. En esta configuración, un generador de impulsos envía impulsos al circuito de secuenciación de fases. El secuenciador de fases determina qué fases deben activarse o desactivarse, como se describió anteriormente en los métodos de paso completo y medio paso. El secuenciador controla los FET de alta potencia para activar el motor.
Sin embargo, en un sistema de circuito abierto, no hay verificación de posición, lo que significa que no hay forma de confirmar si el motor ha ejecutado el movimiento ordenado.
Uno de los métodos más comunes para implementar un sistema de circuito cerrado es agregar un codificador al eje trasero de un motor de doble eje. El codificador consta de un disco delgado marcado con líneas que gira entre un transmisor y un receptor. Cada vez que una línea pasa entre estos dos componentes, genera un pulso en las líneas de señal.
Estos pulsos de salida luego se devuelven al controlador, que los cuenta. Normalmente, al final de un movimiento, el controlador compara la cantidad de pulsos que envió al controlador con la cantidad de pulsos recibidos del codificador. Se ejecuta una rutina específica mediante la cual, si los dos conteos difieren, el sistema se ajusta para corregir la discrepancia. Si los recuentos coinciden, indica que no se ha producido ningún error y que el movimiento puede continuar sin problemas.
El sistema de circuito cerrado tiene dos inconvenientes principales: costo (y complejidad) y tiempo de respuesta. La inclusión de un codificador aumenta el gasto general del sistema, junto con la mayor sofisticación del controlador, lo que contribuye al costo total. Además, debido a que las correcciones se realizan solo al final de un movimiento, esto puede introducir retrasos en el sistema, lo que podría ralentizar los tiempos de respuesta.
Una alternativa a los sistemas paso a paso de circuito cerrado es un servosistema. Los servosistemas suelen utilizar motores con un número bajo de polos, lo que permite un rendimiento de alta velocidad pero carece de capacidad de posicionamiento inherente. Para convertir un servo en un dispositivo posicional, se necesitan mecanismos de retroalimentación, que a menudo utilizan un codificador o resolver junto con bucles de control.
En un servosistema, el motor se activa y desactiva hasta que el resolutor indica que se ha alcanzado una posición específica. Por ejemplo, si se le indica al servo que se mueva 100 revoluciones, comienza con el conteo del resolutor en cero. El motor funciona hasta que el recuento del resolutor alcanza las 100 revoluciones, momento en el que se apaga. Si hay algún cambio posicional, el motor se reactiva para corregir la posición.
La respuesta del servo a los errores de posición está influenciada por un ajuste de ganancia. Una configuración de ganancia alta permite que el motor reaccione rápidamente a cambios de error, mientras que una configuración de ganancia baja da como resultado una respuesta más lenta. Sin embargo, ajustar la configuración de ganancia puede introducir retrasos en el sistema de control de movimiento, lo que afecta el rendimiento general.
AlphaStep es la innovación de BesFoc Solución de motor paso a paso , que presenta un resolver integrado que ofrece retroalimentación de posición en tiempo real. Este diseño garantiza que se conozca la posición exacta del rotor en todo momento, mejorando la precisión y fiabilidad del sistema.
El controlador AlphaStep cuenta con un contador de entrada que rastrea todos los pulsos enviados al variador. Simultáneamente, la retroalimentación del resolutor se dirige a un contador de posición del rotor, lo que permite un monitoreo continuo de la posición del rotor. Cualquier discrepancia se registra en un contador de desviaciones.
Normalmente, el motor funciona en modo de bucle abierto, generando vectores de par para que el motor los siga. Sin embargo, si el contador de desviación indica una discrepancia mayor que ±1,8°, el secuenciador de fases activa el vector de par en la sección superior de la curva de desplazamiento de par. Esto genera un par máximo para realinear el rotor y devolverlo al sincronismo. Si el motor está apagado en varios pasos, el secuenciador energiza múltiples vectores de torsión en el extremo superior de la curva de desplazamiento de torsión. El conductor puede soportar condiciones de sobrecarga durante hasta 5 segundos; si no logra restablecer el sincronismo dentro de este período de tiempo, se activa una falla y se emite una alarma.
Una característica notable del sistema AlphaStep es su capacidad para realizar correcciones en tiempo real de cualquier paso omitido. A diferencia de los sistemas tradicionales que esperan hasta el final de un movimiento para corregir cualquier error, el controlador AlphaStep toma medidas correctivas tan pronto como el rotor sale del rango de 1,8°. Una vez que el rotor vuelve a estar dentro de este límite, el controlador vuelve al modo de bucle abierto y reanuda las energizaciones de fase apropiadas.
El gráfico adjunto ilustra la curva de desplazamiento de par y destaca los modos operativos del sistema: circuito abierto y circuito cerrado. La curva de desplazamiento de par representa el par generado por una sola fase, alcanzando el par máximo cuando la posición del rotor se desvía 1,8°. Sólo se puede omitir un paso si el rotor se sobrepasa en más de 3,6°. Debido a que el conductor toma el control del vector de torsión cada vez que la desviación supera los 1,8°, es poco probable que el motor pierda pasos a menos que experimente una sobrecarga que dure más de 5 segundos.
Mucha gente cree erróneamente que la precisión de paso del motor AlphaStep es de ±1,8°. En realidad, AlphaStep tiene una precisión de paso de 5 minutos de arco (0,083°). El conductor gestiona los vectores de par cuando el rotor está fuera del rango de 1,8°. Una vez que el rotor cae dentro de este rango, los dientes del rotor se alinean con precisión con el vector de torsión que se genera. AlphaStep garantiza que el diente correcto se alinee con el vector de torsión activo.
La serie AlphaStep está disponible en varias versiones. BesFoc ofrece modelos de eje redondo y de engranajes con múltiples relaciones de transmisión para mejorar la resolución y el torque o minimizar la inercia reflejada. La mayoría de las versiones pueden equiparse con un freno magnético de seguridad. Además, BesFoc ofrece una versión de 24 VCC denominada serie ASC.
En conclusión, los motores paso a paso son muy adecuados para aplicaciones de posicionamiento. Permiten un control preciso tanto de la distancia como de la velocidad simplemente variando el recuento y la frecuencia del pulso. Su alto número de polos permite la precisión, incluso cuando se opera en modo de circuito abierto. Cuando tiene el tamaño adecuado para una aplicación específica, un El motor paso a paso no perderá pasos. Además, como no requieren retroalimentación posicional, los motores paso a paso son una solución rentable.
