Cómo funcionan los motores paso a paso

En este post vamos a aprender sobre el motor paso a paso. Exploraremos qué es el motor paso a paso, su mecanismo de trabajo fundamental, tipos de motor paso a paso, modos paso a paso y, por último, sus ventajas y desventajas.

¿Qué es el motor paso a paso?

El motor paso a paso es un motor sin escobillas, su eje giratorio (rotor) completa una rotación con un número determinado de pasos. Debido a la naturaleza escalonada de la rotación, gana el nombre de motor paso a paso.

El motor paso a paso proporciona control preciso del ángulo de rotación y velocidad. Es un diseño de circuito abierto, lo que significa que no se implementa ningún mecanismo de retroalimentación para rastrear la rotación.

Puede variar su velocidad, cambiar la dirección de rotación y bloquearse en una posición al instante. El número de pasos está determinado por el número de dientes presentes en el rotor. Por ejemplo: si un motor paso a paso consta de 200 dientes, entonces,

360 (grados) / 200 (no de dientes) = 1.8 grados

Entonces, cada paso será de 1.8 grados. Los motores paso a paso están controlados por microcontroladores y un circuito de controlador. Es ampliamente utilizado en impresoras láser, impresoras 3D, unidades ópticas, robótica, etc.

Mecanismo de trabajo fundamental:

Un motor paso a paso puede constar de varios polos enrollados con un cable de cobre aislado llamado estator o parte no móvil del motor. La parte móvil del motor se llama rotor, que consta de varios dientes.

Cuando se energiza un polo, los dientes más cercanos se alinearán con ese polo energizado y el otro diente en el rotor se desviará o desalineará ligeramente con otros polos no energizados.

El siguiente polo se energizará y el polo anterior se desenergizará, ahora los polos no alineados se alinearán con el polo actualmente energizado, esto da un solo paso.

El siguiente polo se energiza y el polo anterior se desenergiza, esto da otro paso y este ciclo continúa varias veces para hacer una rotación completa.

Aquí hay otro ejemplo muy simple de cómo funciona el motor paso a paso:

Generalmente, los dientes del rotor son imanes dispuestos en forma alternada entre los polos norte y sur. Como los polos se repelen y a diferencia de los polos se atraen, ahora el devanado del polo 'A' está energizado y asume que el polo energizado es el polo norte y el rotor como el polo sur, esto atrae el polo sur del rotor hacia el estator del polo 'A' como se muestra en la imagen.

Ahora el polo A está desenergizado y el polo 'B' está energizado, ahora el polo sur del rotor se alineará con el polo 'B'. El polo 'C' y el polo 'D' similares se energizarán y desenergizarán de la misma manera para completar una rotación.

A estas alturas ya comprenderá cómo funciona un mecanismo de motor paso a paso.

Tipos de motor paso a paso:

Hay tres tipos de motor paso a paso:

• Paso a paso de imán permanente
• Variable paso a paso reacio
• Paso a paso síncrono híbrido

Paso a paso de imán permanente:

Los motores paso a paso de imán permanente utilizan dientes de imán permanente en el rotor que están dispuestos en forma de polos alternos (Norte-Sur-Norte-Sur ……), esto proporciona un mayor par.

Paso a paso variable reacio:

El paso a paso variable reacio utiliza material de hierro blando como rotor con varios dientes y funciona según el principio de que la resistencia mínima se produce en el espacio mínimo, lo que significa que los dientes más cercanos del rotor se atraen hacia el polo cuando se energiza, como un metal se atrae hacia un imán.

Paso a paso síncrono híbrido:

En el motor paso a paso híbrido, ambos métodos mencionados anteriormente se combinan para obtener el par máximo. Este es el tipo más común de motor paso a paso y también un método costoso.
Modos de pasos:

Hay 3 tipos de modos de pasos

• Modo paso a paso completo
• Modo de medio paso
• Modo de micro pasos

Modo de paso completo:

En el modo de paso completo se puede entender con el siguiente ejemplo: si un motor paso a paso tiene 200 dientes, entonces, un paso completo es de 1.8 grados (que se da al principio del artículo), no girará menos o más de 1.8 grados.

El paso completo se clasifica además en dos tipos:

• Modo monofásico
• Modo bifásico

Tanto en el modo de fase, el rotor da un paso completo, la diferencia básica entre estos dos es, el modo único da menos torque y el modo de dos fases da más torque.

• Modo monofásico:

En el modo monofásico, solo una fase (un grupo de devanados / polos) se energiza en un momento dado, es el método que consume menos energía pero también proporciona menos torque.

• Modo de dos fases:

En el modo bifásico, el modo bifásico (dos grupos de bobinado / polo) se energiza en un momento dado y produce más par (30% a 40%) que el modo monofásico.

Modo de medio paso:

El modo de medio paso se realiza para duplicar la resolución del motor. En medio paso, como sugiere el nombre, se necesita la mitad del paso completo, en lugar de 1,8 grados completos, el medio paso requiere 0,9 grados.
El medio paso se logra cambiando el modo monofásico y el modo bifásico alternativamente. Reduce la tensión en las piezas mecánicas y aumenta la suavidad en la rotación. El medio paso reduce el par en aproximadamente un 15%. Pero el par puede aumentarse aumentando la corriente aplicada al motor.

Micro paso a paso:

El micro paso a paso se realiza para una rotación más suave. Un paso completo se divide en 256 pasos. Para micropasos, necesita un controlador especial de micropasos. Su par se deduce alrededor del 30%.

Los impulsores necesitan introducir una onda sinusoidal para la rotación del fluido. Los controladores dan dos entradas sinusoidales con desfase de 90 grados.

Proporciona el mejor control sobre la rotación y reduce significativamente la tensión mecánica y reduce el ruido de funcionamiento.

Las principales ventajas y desventajas del motor paso a paso se pueden aprender con los siguientes puntos:

Ventajas:

• Mejor control sobre la rotación angular.
• Alto par a baja velocidad.
• Cambio instantáneo en la dirección de rotación.
• Construcción mecánica mínima.

Desventajas:

• La energía se consume incluso sin rotación, esto se hace para bloquear el rotor en una posición fija.
• No existe ningún mecanismo de retroalimentación para corregir errores de rotación y rastrear la posición actual.
• Necesita un circuito conductor complicado.
• El par se reduce a mayor velocidad.
• No es fácil controlar el motor a mayor velocidad.