Motores A Pasos 194xj

MOTORES A PASOS MAQUINAS ELÉCTRICAS II PONENTE: BOTELLO JIMÉNEZ JUAN SEBASTIÁN

OBJETIVO: • Dar a conocer e identificar los diferentes tipos de motores a pasos así como sus características, funcionamiento y modo de empleo, además de algunas aplicaciones de los mismos.

INTRODUCCIÓN • Los motores a pasos son muy utilizados en la actualidad para el desarrollo de mecanismos que requieren alta precisión, ya que posen la cualidad de poderse mover desde un paso hasta una secuencia interminable de pasos con movimientos tan pequeños y precisos como uno desee, pudiéndose quedar enclavados o girar en un sentido u otro según la secuencia indicada a través de un microcontrolador. • Cabe señalar que la velocidad de giro depende de la frecuencia de los impulsos aplicada.

PARAMETROS DE LOS MPAP • PAR DINAMICO DE TRABAJO:

Es el momento máximo que el motor es capaz de desarrollar sin perder paso, es decir, sin dejar de responder a algún impulso de excitación del estator y dependiendo de la carga. • PAR DE MANTENIMIENTO: Par que activa como freno para mantener el rotor en una posición estable dada.

• PAR DE DETENCION: Par de freno (propio de los imanes permanente), se debe cundo los devanados del rotor están desactivados.

PARAMETROS DE LOS MPAP • ANGULO DE PASO: Avance angular que se produce en el motor por cada impulso de excitación. • NUMERO DE PASOS POR VUELTA: Cantidad de pasos que efectúa el rotor para realizar una revolución completa. 360 𝑁𝑃 = α

• FRECUENCIA DE PASO MAXIMO: Máximo numero de pasos por segundo por segundos que puede recibir el motor. • MOMENTO DE INERCIA DEL ROTOR: Momento de inercia asociado que se expresa en gramos por centímetro cuadrado.

Partes de un MPAP • Los motores a pasos están formados principalmente por dos partes, una fija llamada estator y una móvil llamada rotor. El estator esta en la periferia del motor y es el encargado de generar el flujo; mientras que el rotor se encuentra en el centro del motor unido al eje, y su función es reaccionar a la excitación del estator produciendo un movimiento de rotación o una fuerza de enclavamiento.

TIPOS DE MOTORES A PASOS • De reluctancia variable. • De imán permanente (Bipolares y unipolares).

• Híbridos. • De disco.

MPAP DE RELUCTANCIA VARIABLE • El rotor es de hierro suave, cilíndrico y perfil dentado, cuando se excita el estator el flujo generado circula por el rotor y este intenta buscar la posición de menor reluctancia. • Numero de pasos es elevado (buena resolución)

FUNCIONAMIENTO MPAP DE RELUCTANCIA VARIABLE. • En el primer paso solo se encuentra alimentada la bobina I, y el rotor se alinea con dicha bobina, al alimentas también la bobina II el rotor se encuentra alineado con I pero muy desalineado con II, entonces aparece una fuerza que tiende a igualar la condición reluctancia de las dos bobinas, entonces gira hasta llegar la posición de equilibrio (3). Luego si se deja de alimentar I el rotor girará hasta alinear el rotor con la bobina II. Del mismo modo alimentando luego II y III, y luego alimentando solo III se produce el movimiento de giro

MPAP DE IMÁN PERMANENTE • Tienen rotores de imán permanente. • Energizando las cuatro fases en secuencia el rotor gira conforme es atraído por los polos magnéticos. • Tienen pasos normalmente de ángulos entre 45 y 90 grados pero también se pueden configurar en micro pasos. • La velocidad de paso es relativamente baja. • Presentan un alto par.

MPAP DE IMÁN PERMANENTE BIPOLAR • Tienen generalmente 4 cables de salida • Se requiere un cambio de dirección del flujo de corriente a través de las bobinas en la secuencia apropiada para realizar un movimiento. • Se necesita un puente H por cada bobina para manipular el motor.

SECUENCIA DE UN MPAP DE IMÁN PERMANENTE BIPOLAR.

CONTROL DE UN MOTOR BIPOLAR

PUENTE H • Dispositivo capaz de soportar el flujo bidireccional de corriente. • Básicamente es un arreglo de cuatro interruptores que pueden ser transistores bipolares, mosfets, jfets, relevadores o cualquier otra combinación de elementos. • Se utilizan para hacer funcionar en este caso el motor, en dos sentidos si tener que manejar voltajes negativos. • Es recomendable colocar diodos de protección para el motor para asegurar que la corriente no regrese, debido al efecto inductivo de sus bobinas.

MPAP DE IMÁN PERMANENTE UNIPOLAR • Suelen tener 5, 6 u 8 cables de salida dependiendo de sus conexiones internas (4 cables reciben los pulsos y los restantes son de alimentación o comunes). • Es el motor a pasos mas simple de controlar.

SECUENCIAS PARA EL MANEJO DE MPAP UNIPOLARES • Paso completo; a) secuencia del tipo wave drive (fase simple) b) secuencia normal (doble fase)

• Secuencia medios pasos • Secuencia micropaso

SECUENCIA DEL TIPO WAVE DRIVE (FASE SIMPLE)

SECUENCIA NORMAL (DOBLE FASE)

SECUENCIA MEDIOS PASOS

SECUENCIA MICRO-PASO • EL angulo de paso de un motor es dividido en pasos mucho menores. Por ejemplo un motor de 1.8°/paso tiene 200 pasos/rev. Si el motor es movido en micro-pasos con una división entre 10. entonces el motor se moverá 0.18 °/paso y debería dar 2000 pasos/rev.

• Típicamente el rango de división de micro-pasos esta entre 10 y 256. • Los micro-pasos se producen proporcionando corriente en los dos embobinados de acuerdo a las funciones seno o coseno. • Se consiguen movimientos mas lisos y una mucho mayor resolución.

MPAP HÍBRIDOS • Combinan las cualidades de los MPAP de reluctancia variable y los de imán permanente.

• Tienen alto par de reten y un excelente par de torque y pueden ser operados a una alta velocidad de pasos. • El motor hibrido consiste en un estator dentado y un rotor de tres partes. El rotor de apilado simple contiene 2 piezas de polos separados por un magneto permanentemente magnetizado, con los dientes opuestos desplazados en una mitad de un salto de diente para permitir una alta resolución de pasos. • Ángulos de 0.9° a 5°.

FUNCIONAMIENTO DEL MPAP HIBRIDO Primero se excitan las bobinas impares y el rotor se alinea con el campo, luego se excitan las bobinas pares y el rotor busca alinear los dientes mas próximos a los del estator desplazando un ángulo que corresponde a un cuarto del paso de los dientes. Esto se realiza sucesivamente y al repetir 5 veces esta secuencia de excitación se conseguirá avanzar un paso del diente.

MPAP DE DISCO Son los que mejores características dinámicas tienen: • Muy alta aceleración • Altas frecuencias de arranque y paro • Perdidas en el hierro muy bajas (alta eficiencia) • Muy altas velocidades (15000 rpm) • Mejor par de retención • Mejor resolución y precisión en modo micro-paso.

APLICACIONES DE MPAP

•ROBÓTICA –Posicionadores. –Máquinas-herramientas. –Movimiento de cámaras

APLICACIONES DE MPAP

• AUTOMATIZACIÓN • PERIFÉRICOS • Impresoras.

• Plotters. • Disqueteras.

APLICACIONES DE MPAP

• TELECOMUNICACIONES • Posicionamiento de antenas.

CONCLUSIONES • Un motor a pasos en comparación a los motores vistos con anterioridad, es un dispositivo muy útil que nos puede brindar una mayor precisión y un mejor manejo de este, permitiéndonos efectuar movimientos tan suaves y rápidos como uno desee.

• Con esta clase de motores es posible efectuar secuencias de acuerdo al proceso que estemos realizando, manipulándolas con ayuda de un microcontrolador o alguna otra clase de controlador.

BIBLIOGRAFÍA • CONTI Francisco, “Motores paso a paso”, 2da ed., Argentina, Alsina, 2005, 86 p.p. • ENRIQUEZ Harper, “El libro practico de los generadores, transformadores y motores electricos ”, 4ª ed, Mexico, Limusa, 2004, 252 p.p.

• http://www.tecnologiafacil.net/documentacion/Control_Motor_pap.pdf • http://www-app.etsit.upm.es/departamentos/teat/asignaturas/labingel/motores%20paso%20a%20paso_1def.pdf

• http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lep/hernandez_b_ii/capit ulo3.pdf