Los dos tipos de motores paso a paso más utilizados son los de imán permanente y los híbridos. En general, el motor paso a paso híbrido puede ser la mejor opción junto con la reducción del coste, ya que ofrece un mejor rendimiento con respecto a la resolución del paso, el par y la velocidad.
II. SELECCIÓN DE UN MOTOR DE PASOS
Un motor de pasos puede ser una buena opción siempre que se requiera un movimiento controlado. Pueden utilizarse en aplicaciones en las que se necesite controlar el ángulo de rotación, la velocidad, la posición y el sincronismo. Debido a las ventajas inherentes enumeradas anteriormente, los motores paso a paso han encontrado su lugar en muchas aplicaciones diferentes. Algunas de ellas incluyen impresoras, trazadores, mesas X-Y, cortadoras láser, máquinas de grabado, dispositivos de recogida y así sucesivamente.
Al seleccionar un motor paso a paso para su aplicación, hay varios factores que deben tenerse en cuenta:
- ¿Cómo se acoplará el motor a la carga?
- ¿Qué velocidad necesita la carga para moverse o acelerar?
- ¿Cuánto par se requiere para mover la carga?
- ¿Qué grado de precisión se requiere al posicionar la carga?
Fases, polos y ángulos de los motores paso a paso
Por lo general, los motores paso a paso tienen dos fases, pero también existen motores de tres y cinco fases. Un motor bipolar con dos fases tiene un devanado/fase, y un motor unipolar tiene un devanado con una toma central por fase. A veces, el motor paso a paso se denomina «motor de cuatro fases», aunque sólo tenga dos. Los motores que tienen dos devanados separados por fase pueden funcionar en modo bipolar o unipolar.
Un polo puede definirse como una de las regiones de un cuerpo magnetizado donde se concentra la densidad de flujo magnético. Tanto el rotor como el estator de un motor paso a paso tienen polos. El motor paso a paso de tipo híbrido tiene un rotor con dientes. El rotor está dividido en dos partes, separadas por un imán permanente que hace que la mitad de los dientes sean polos sur y la otra mitad polos norte. El número de pares de polos es igual al número de dientes de una de las mitades del rotor. El estator de un motor híbrido también tiene dientes para construir un mayor número de polos equivalentes (paso de polos más pequeño, número de polos equivalentes = 360/paso de dientes) en comparación con los polos principales, en los que se enrollan las bobinas. Normalmente se utilizan 4 polos principales para los híbridos de 3,6° y 8 para los tipos de 1,8° y 0,9°.
La siguiente ecuación muestra la relación entre el número de polos del rotor, los polos equivalentes del estator, el número de fases y el ángulo de paso completo de un motor paso a paso.
Ángulo de paso = 360/(NPh/Ph) = 360/N
Donde:
NPh = Número de polos equivalentes por fase = número de polos del rotor
Ph = Número de fases
N = Número total de polos para todas las fases juntas = NPh/Ph
Si el paso de los dientes del rotor y del estator es desigual, existe una relación más complicada.
Tamaño
Además de clasificarse por su ángulo de paso, los motores paso a paso también se clasifican según los tamaños de bastidor que corresponden al tamaño del bastidor del motor. Por ejemplo, un motor paso a paso NEMA de tamaño 11 tiene un tamaño de bastidor de aproximadamente 1,1 pulgadas (28 mm). Asimismo, un motor paso a paso NEMA de tamaño 23 tiene un tamaño de bastidor de 2,3 pulgadas (57 mm), etc. Sin embargo, la longitud del cuerpo puede variar de un motor a otro dentro de la misma clasificación de tamaño de bastidor. En general, el par disponible de un motor de tamaño de bastidor particular aumentará con el aumento de la longitud del cuerpo.
Torque
El par de salida y la potencia de un motor paso a paso son funciones del tamaño del motor, el disipador de calor del motor, el ciclo de trabajo, el bobinado del motor y el tipo de accionamiento utilizado. Si un motor paso a paso funciona sin carga en toda la gama de frecuencias, pueden detectarse uno o más puntos de resonancia oscilantes naturales, ya sea de forma audible o mediante sensores de vibración. El par utilizable del motor paso a paso puede verse reducido drásticamente por las resonancias. Deben evitarse las operaciones en frecuencias de resonancia. Para reducir el efecto de la resonancia se puede utilizar una amortiguación externa, una inercia añadida o un accionamiento de micropasos.
En un motor paso a paso, el par se genera cuando los flujos magnéticos del rotor y del estator se desplazan entre sí. La intensidad del flujo magnético y, en consecuencia, el par son proporcionales al número de vueltas del bobinado y a la corriente, e inversamente proporcionales a la longitud del recorrido del flujo magnético. A medida que aumenta la velocidad de rotación, el tiempo que tarda la corriente en aumentar se convierte en una proporción significativa del intervalo entre los impulsos de paso. Esto reduce el nivel medio de la corriente, por lo que el par disminuirá a velocidades más altas.
Resolución y precisión de posicionamiento
La resolución y la precisión de posicionamiento de un sistema de motor paso a paso se ven afectadas por varios factores: el ángulo de paso (la longitud de paso completo del motor paso a paso), el modo de accionamiento seleccionado (paso completo, medio paso o micropaso) y la tasa de engranaje. Esto significa que hay varias combinaciones diferentes que se pueden utilizar para obtener la resolución deseada. Debido a esto, el problema de la resolución de un diseño de paso a paso se puede tratar normalmente después de que se haya establecido el tamaño del motor y el tipo de accionamiento.
III. PASOS DE SELECCIÓN NORMALES
1. Determinar el componente del mecanismo de accionamiento
Determinar el mecanismo y las especificaciones requeridas. En primer lugar, determine ciertas características del diseño, como el mecanismo, las dimensiones aproximadas, las distancias que se mueven y el periodo de posicionamiento.
2. Calcular la resolución requerida
Encuentre la resolución que requiere el motor. A partir de la resolución requerida, determinar si se va a utilizar un motor solo o un motorreductor. Sin embargo, al utilizar la tecnología de micropasos, cumplir con la resolución requerida se vuelve muy fácil.
3. Determinar el patrón de funcionamiento
Determinar el patrón de funcionamiento que cumple con las especificaciones requeridas. Encuentre el periodo de aceleración (desaceleración) y la velocidad de los impulsos de funcionamiento para calcular el par de aceleración.
4. Calcule el par requerido
Calcule el par de carga y el par de aceleración y encuentre el par requerido que exige el motor.
5. Seleccionar el motor
Hacer una selección provisional de un motor en función del par requerido. Determinar el motor a utilizar a partir de las características de velocidad-par.
6. Comprobar el motor seleccionado
Confirmar la tasa de aceleración/desaceleración y la relación de inercia.
IV. MOTORES DE PASO DE MOTION CONTROL PRODUCTS
Motion Control Products ofrece muchas series de motores de paso, tales como motores de paso de 2 fases y motores de paso de 3 fases (desde el tamaño de marco NEMA 8 a 42) están disponibles. Nuestros motores paso a paso adoptan la tecnología avanzada de los EE.UU., utilizando la hoja de cobre de alta clase en frío y el imán permanente anti-alta temperatura. Los motores paso a paso de Motion Control se distinguen por su alta fiabilidad y bajo calentamiento. Gracias a sus características de amortiguación interna, nuestros motores paso a paso pueden funcionar con gran suavidad y no presentan ninguna zona de oscilación evidente en todo el rango de velocidad de los motores. El resumen en PDF (descargable a continuación) muestra los modelos típicos de los motores paso a paso de Motion Control Products.