Qué es un motor paso a paso: tipos y su funcionamiento

Qué es un motor paso a paso: tipos y su funcionamiento

Un motor paso a paso es un dispositivo electromecánico que convierte la energía eléctrica en energía mecánica. Además, es un motor eléctrico síncrono sin escobillas que puede dividir una rotación completa en una gran cantidad de pasos. La posición del motor se puede controlar con precisión sin ningún mecanismo de retroalimentación, siempre que el motor se dimensione cuidadosamente para la aplicación. Los motores paso a paso son similares a los conmutados motores de desgana. El motor paso a paso utiliza la teoría de funcionamiento de los imanes para hacer que el eje del motor gire una distancia precisa cuando se proporciona un pulso de electricidad. El estator tiene ocho polos y el rotor tiene seis polos. El rotor requerirá 24 pulsos de electricidad para mover los 24 pasos y hacer una revolución completa. Otra forma de decir esto es que el rotor se moverá precisamente 15 ° por cada pulso de electricidad que reciba el motor.



Principio de construcción y funcionamiento

los construcción de un motor paso a paso está bastante relacionado con un DC motor . Incluye un imán permanente como Rotor que está en el medio y girará una vez que la fuerza actúe sobre él. Este rotor está encerrado mediante un no. del estator que se enrolla a través de una bobina magnética en todo él. El estator está dispuesto cerca del rotor para que los campos magnéticos dentro de los estatores puedan controlar el movimiento del rotor.


Motor paso a paso





El motor paso a paso se puede controlar energizando cada estator uno por uno. Entonces, el estator se magnetizará y funcionará como un polo electromagnético que usa energía repulsiva en el rotor para avanzar. La magnetización y desmagnetización alternativas del estator desplazará el rotor gradualmente y le permitirá girar con un gran control.

los principio de funcionamiento del motor paso a paso es Electro-Magnetismo. Incluye un rotor que está hecho con un imán permanente mientras que un estator es con electroimanes. Una vez que se proporciona el suministro al devanado del estator, el campo magnético se desarrollará dentro del estator. Ahora el rotor del motor comenzará a moverse con el campo magnético giratorio del estator. Entonces este es el principio de funcionamiento fundamental de este motor.



Construcción de motor paso a paso

Construcción de motor paso a paso

En este motor, hay un hierro dulce que está encerrado a través de los estatores electromagnéticos. Los polos del estator y del rotor no dependen del tipo de paso a paso. Una vez que se energizan los estatores de este motor, el rotor girará para alinearse con el estator; de lo contrario, girará para tener el menor espacio a través del estator. De esta forma, los estatores se activan en serie para hacer girar el motor paso a paso.

Técnicas de conducción

Técnica de conducción de motor paso a paso s pueden ser posibles con algunos circuitos especiales debido a su complejo diseño. Existen varios métodos para impulsar este motor, algunos de ellos se analizan a continuación tomando un ejemplo de un motor paso a paso de cuatro fases.


Modo de excitación única

El método básico para impulsar un motor paso a paso es un modo de excitación único. Es un método antiguo y no se usa mucho en la actualidad, pero hay que conocer esta técnica. En esta técnica, cada fase, de lo contrario, el estator uno al lado del otro se activará una a una alternativamente con un circuito especial. Esto magnetizará y desmagnetizará el estator para mover el rotor hacia adelante.

Unidad de paso completo

En esta técnica, se activan dos estatores a la vez en lugar de uno en un período de tiempo muy inferior. Esta técnica da como resultado un par elevado y permite que el motor impulse la carga alta.

Unidad de medio paso

Esta técnica está bastante relacionada con la unidad de paso completo porque los dos estatores estarán dispuestos uno al lado del otro para que se active primero, mientras que el tercero se activará después. Este tipo de ciclo para cambiar dos estatores primero y después de ese tercer estator impulsará el motor. Esta técnica dará como resultado una resolución mejorada del motor paso a paso mientras se reduce el par.

Micro paso a paso

Esta técnica se utiliza con mayor frecuencia debido a su precisión. La corriente de paso variable se suministrará por circuito controlador de motor paso a paso hacia las bobinas del estator en forma de onda sinusoidal. La precisión de cada paso se puede mejorar con esta pequeña corriente de paso. Esta técnica se utiliza ampliamente porque proporciona una alta precisión y reduce en gran medida el ruido de funcionamiento.

Circuito del motor paso a paso y su funcionamiento

Los motores paso a paso funcionan de manera diferente a Motores de escobillas DC , que giran cuando se aplica voltaje a sus terminales. Los motores paso a paso, por otro lado, tienen efectivamente múltiples electroimanes dentados dispuestos alrededor de una pieza central de hierro en forma de engranaje. Los electroimanes son energizados por un circuito de control externo, por ejemplo, un microcontrolador.

Circuito de motor paso a paso

Circuito de motor paso a paso

Para hacer girar el eje del motor, primero se le da energía a un electroimán, lo que hace que los dientes del engranaje sean atraídos magnéticamente por los dientes del electroimán. En el momento en que los dientes del engranaje están alineados con el primer electroimán, están ligeramente desplazados del siguiente electroimán. Entonces, cuando el siguiente electroimán se enciende y el primero se apaga, el engranaje gira ligeramente para alinearse con el siguiente y desde allí se repite el proceso. Cada una de esas ligeras rotaciones se llama paso, con un número entero de pasos que hacen una rotación completa.

De esa manera, el motor se puede girar mediante un preciso. El motor paso a paso no gira continuamente, gira en pasos. Hay 4 bobinas con un 90oÁngulo entre sí fijado en el estator. Las conexiones del motor paso a paso están determinadas por la forma en que se interconectan las bobinas. En un motor paso a paso, las bobinas no están conectadas. El motor tiene un 90opaso de rotación con las bobinas energizadas en un orden cíclico, determinando la dirección de rotación del eje.

El funcionamiento de este motor se muestra accionando el interruptor. Las bobinas se activan en serie en intervalos de 1 segundo. El eje gira 90ocada vez que se activa la siguiente bobina. Su par a baja velocidad variará directamente con la corriente.

Tipos de motor paso a paso

Hay tres tipos principales de motores paso a paso, que son:

  • Paso a paso de imán permanente
  • Paso a paso sincrónico híbrido
  • Paso a paso de reticencia variable

Motor paso a paso de imán permanente

Los motores de imán permanente utilizan un imán permanente (PM) en el rotor y operan sobre la atracción o repulsión entre el rotor PM y los electroimanes del estator.

Este es el tipo más común de motor paso a paso en comparación con los diferentes tipos de motores paso a paso disponibles en el mercado. Este motor incluye imanes permanentes en la construcción del motor. Este tipo de motor también se conoce como motor de lata / apilado de latas. El principal beneficio de este motor paso a paso es un menor costo de fabricación. Por cada revolución, tiene 48-24 pasos.

Motor paso a paso de reluctancia variable

Los motores de reluctancia variable (VR) tienen un rotor de hierro simple y funcionan según el principio de que la reticencia mínima se produce con un espacio mínimo, por lo que los puntos del rotor se atraen hacia los polos del imán del estator.

El motor paso a paso, como la reluctancia variable, es el tipo básico de motor y se ha utilizado durante los últimos años. Como sugiere el nombre, la posición angular del rotor depende principalmente de la reticencia del circuito magnético que se puede formar entre los dientes del estator y también en un rotor.

Motor paso a paso síncrono híbrido

Los motores paso a paso híbridos se nombran porque utilizan una combinación de técnicas de imán permanente (PM) y de reluctancia variable (VR) para lograr la máxima potencia en paquetes pequeños.

El tipo de motor más popular es el motor paso a paso híbrido porque ofrece un buen rendimiento en comparación con un rotor de imán permanente en términos de velocidad, resolución de pasos y par de retención. Pero este tipo de motor paso a paso es caro en comparación con los motores paso a paso de imán permanente. Este motor combina las características de los motores paso a paso de imán permanente y de reluctancia variable. Estos motores se utilizan donde se requiere un ángulo de paso menor, como 1,5, 1,8 y 2,5 grados.

¿Cómo seleccionar un motor paso a paso?

Antes de seleccionar un motor paso a paso para sus necesidades, es muy importante examinar la curva de par-velocidad del motor. Por tanto, esta información está disponible en el diseñador del motor y es un símbolo gráfico del par del motor a una velocidad especificada. La curva de par-velocidad del motor debe coincidir estrechamente con las necesidades de la aplicación o, de lo contrario, no se puede obtener el rendimiento esperado del sistema.

Tipos de cableado

Los motores paso a paso son generalmente motores de dos fases, como unipolar, de lo contrario bipolar. Para cada fase en un motor unipolar, hay dos devanados. Aquí, la derivación central es un cable común entre dos devanados hacia un poste. El motor unipolar tiene de 5 a 8 conductores.

En la construcción, donde el común de dos polos está dividido, pero con una toma central, este motor paso a paso incluye seis cables. Si los grifos centrales de dos polos son cortos por dentro, entonces este motor incluye cinco conductores. Unipolar con 8 cables facilitará la conexión en serie y en paralelo, mientras que el motor con cinco o seis cables tiene conexión en serie de la bobina del estator. La operación del motor unipolar se puede simplificar porque mientras se opera, no existe el requisito de invertir el flujo de corriente dentro del circuito de conducción, lo que se conoce como motores bifilares.

En un motor paso a paso bipolar, para cada polo, hay un solo devanado. La dirección de suministro debe cambiar a través del circuito de conducción para que se vuelva complejo, por lo que estos motores se denominan motores unifilares.

Control del motor paso a paso variando los pulsos del reloj

Control de motor paso a paso El circuito es un circuito simple y de bajo costo, utilizado principalmente en aplicaciones de baja potencia. El circuito se muestra en la figura, que consta de 555 temporizadores IC como un multivibrador estable. La frecuencia se calcula utilizando la relación dada.

Frecuencia = 1 / T = 1,45 / (RA + 2RB) C Donde RA = RB = R2 = R3 = 4,7 kilo-ohmios y C = C2 = 100 µF.

Control del motor paso a paso variando los pulsos del reloj

Control del motor paso a paso variando los pulsos del reloj

La salida del temporizador se utiliza como reloj para dos flip-flops 7474 dobles 'D' (U4 y U3) configurados como un contador de anillo. Cuando la energía se enciende inicialmente, solo se establece el primer flip-flop (es decir, la salida Q en el pin 5 de U3 estará en '1' lógico) y los otros tres flip-flops se restablecen (es decir, la salida de Q está en lógica 0). Al recibir un pulso de reloj, la salida lógica '1' del primer flip-flop se desplaza al segundo flip-flop (pin 9 de U3).

Por lo tanto, la salida lógica 1 sigue cambiando circularmente con cada pulso de reloj. Las salidas Q de los cuatro flip-flops son amplificadas por matrices de transistores Darling-ton dentro de ULN2003 (U2) y conectadas a los devanados del motor paso a paso naranja, marrón, amarillo, negro a 16, 15,14, 13 de ULN2003 y el rojo a + ve suministro.

El punto común del devanado está conectado a la fuente de + 12V DC, que también está conectada al pin 9 de ULN2003. El código de color utilizado para los devanados puede variar de una marca a otra. Cuando se enciende la alimentación, la señal de control conectada al pin SET del primer flip-flop y los pines CLR de los otros tres flip-flops se activan 'bajo' (debido al circuito de encendido y reinicio formado por el R1 -C1 combinación) para configurar el primer flip-flop y restablecer los tres flip-flops restantes.

Al reiniciar, Q1 de IC3 pasa a 'alto' mientras que todas las demás salidas Q pasan a 'bajo'. Se puede activar un reinicio externo presionando el interruptor de reinicio. Al presionar el interruptor de reinicio, puede detener el motor paso a paso. El motor comienza a girar nuevamente en la misma dirección al soltar el interruptor de reinicio.

Diferencia entre motor paso a paso y servomotor

Los servomotores son adecuados para aplicaciones de alto par y velocidad, mientras que el motor paso a paso es menos costoso, por lo que se utilizan donde se requiere un alto par de retención, aceleración con baja a media, la flexibilidad de operación de circuito abierto de otro modo cerrado. La diferencia entre el motor paso a paso y el servomotor incluye lo siguiente.

Motor paso a paso

Servo Motor

El motor que se mueve en pasos discretos se conoce como motor paso a paso.Un servomotor es un tipo de motor de circuito cerrado que está conectado a un codificador para proporcionar retroalimentación de velocidad y posición.

El motor paso a paso se utiliza donde el control, así como la precisión, son las principales prioridadesEl servomotor se utiliza donde la velocidad es la principal prioridad

El número total de polos del motor paso a paso varía de 50 a 100El número total de polos del servomotor varía de 4 a 12
En un sistema de circuito cerrado, estos motores se mueven con un pulso constanteEstos motores necesitan un codificador para cambiar los pulsos para controlar la posición.

El par es alto en menos velocidadEl par es bajo a alta velocidad
El tiempo de posicionamiento es más rápido en golpes cortosEl tiempo de posicionamiento es más rápido en golpes largos
Movimiento de inercia de alta toleranciaMovimiento de inercia de baja tolerancia
Este motor es adecuado para mecanismos de baja rigidez como polea y correa.No apto para mecanismos de menor rigidez
La capacidad de respuesta es altaLa capacidad de respuesta es baja
Se utilizan para cargas fluctuantesEstos no se utilizan para cargas fluctuantes
No se requiere el ajuste de ganancia / sintonizaciónSe requiere el ajuste de ganancia / sintonización

Motor paso a paso vs motor DC

Tanto los motores paso a paso como los de CC se utilizan en diferentes aplicaciones industriales, pero las principales diferencias entre estos dos motores son un poco confusas. A continuación, enumeramos algunas características comunes entre estos dos diseños. Cada característica se analiza a continuación.

Caracteristicas

Motor paso a paso

DC Motor

Características de control Microcontrolador simple y de usoSimple y sin extras necesarios
Rango de velocidad Bajo de 200 a 2000 RPMModerar
Fiabilidad AltoModerar
Eficiencia BajoAlto
Características de par o velocidad Par más alto a menos velocidadesAlto par a menos velocidades
Costo BajoBajo

Parámetros del motor paso a paso

Los parámetros del motor paso a paso incluyen principalmente el ángulo de paso, los pasos para cada revolución, los pasos para cada segundo y las RPM.

Ángulo de paso

El ángulo de paso del motor paso a paso se puede definir como el ángulo en el que gira el rotor del motor una vez que se le da un solo pulso a la entrada del estator. La resolución del motor se puede definir como el número de pasos del motor y el número de revoluciones del rotor.

Resolución = Número de pasos / Número de revoluciones del rotor

La disposición del motor se puede decidir a través del ángulo de paso y se expresa en grados. La resolución de un motor (el número de paso) es el no. de pasos que hacen dentro de una sola revolución del rotor. Cuando el ángulo de paso del motor es pequeño, la resolución es alta para la disposición de este motor.

La exactitud de la disposición de los objetos a través de este motor depende principalmente de la resolución. Una vez que la resolución sea alta, la precisión será baja.

Algunos motores de precisión pueden crear 1000 pasos dentro de una sola revolución, incluidos 0,36 grados de ángulo de paso. Un motor típico incluye 1.8 grados de ángulo de paso con 200 pasos por cada revolución. Los diferentes ángulos de paso, como 15 grados, 45 grados y 90 grados, son muy comunes en los motores normales. El número de ángulos puede cambiar de dos a seis y se puede lograr un pequeño ángulo de paso a través de las piezas polares ranuradas.

Pasos para cada revolución

Los pasos para cada resolución se pueden definir como el número de ángulos de paso necesarios para una revolución total. La fórmula para esto es 360 ° / Ángulo de paso.

Pasos por cada segundo

Este tipo de parámetro se utiliza principalmente para medir el número de pasos cubiertos en cada segundo.

Revolución por minuto

Las RPM son las revoluciones por minuto. Se utiliza para medir la frecuencia de revolución. Entonces, al usar este parámetro, podemos calcular el número de revoluciones en un solo minuto. La relación principal entre los parámetros del motor paso a paso es la siguiente.

Pasos por cada segundo = Revolución por minuto x Pasos por revolución / 60

Interfaz de motor paso a paso con microcontrolador 8051

La interfaz del motor paso a paso con el 8051 es muy simple mediante el uso de tres modos, como el impulso de onda, el impulso de paso completo y el de medio paso, dando 0 y 1 a los cuatro cables del motor en función del modo de accionamiento que tenemos que elegir para hacer funcionar este motor.

Los dos cables restantes deben estar acoplados a una fuente de voltaje. Aquí se usa el motor paso a paso unipolar donde los cuatro extremos de las bobinas están conectados a los cuatro pines primarios del puerto-2 en el microcontrolador usando el ULN2003A.

Este microcontrolador no suministra suficiente corriente para impulsar las bobinas, por lo que al controlador actual IC le gusta ULN2003A. Debe usarse ULN2003A y es la colección de 7 pares de transistores NPN Darlington. El diseño del par Darlington se puede realizar a través de dos transistores bipolares que están conectados para lograr la máxima amplificación de corriente.

En el controlador IC ULN2003A, los pines de entrada son 7, los pines de salida son 7, donde dos pines son para la fuente de alimentación y los terminales de tierra. Aquí se utilizan pines de 4 entradas y 4 salidas. Como alternativa a ULN2003A, L293D IC también se utiliza para amplificación de corriente.

Debe observar dos cables comunes y cuatro cables de bobina con mucho cuidado o, de lo contrario, el motor paso a paso no girará. Esto se puede observar midiendo la resistencia a través de un multímetro, pero el multímetro no mostrará ninguna lectura entre las dos fases de los cables. Una vez que el cable común y los otros dos cables están en la misma fase, debe mostrar una resistencia similar, mientras que los puntos de terminación de las dos bobinas en la fase similar demostrarán la resistencia doble en comparación con la resistencia entre el punto común y un punto final.

Solución de problemas

  • La resolución de problemas es el proceso para verificar el estado del motor si el motor está funcionando o no. La siguiente lista de verificación se utiliza para solucionar problemas del motor paso a paso.
  • Primero, verifique las conexiones así como el código del circuito.
  • Si está bien, luego verifique que el motor reciba el voltaje adecuado o simplemente vibre pero no gire.
  • Si el suministro de voltaje es bueno, verifique los puntos finales de las cuatro bobinas que están aliadas con ULN2003A IC.
  • Primero, descubra los dos puntos finales generales y fíjelos a un suministro de 12v, luego fije los cuatro cables residuales al IC ULN2003A. Hasta que arranque el motor paso a paso, intente todas las combinaciones posibles. Si la conexión de esto no es adecuada, este motor vibrará en lugar de girar.

¿Pueden los motores paso a paso funcionar de forma continua?

Generalmente, todos los motores funcionan o giran continuamente, pero la mayoría de los motores no pueden detenerse mientras están bajo potencia. Cuando intenta restringir el eje de un motor cuando está bajo suministro de energía, se quemará o romperá.

Alternativamente, los motores paso a paso están diseñados para dar un paso discreto, luego esperar allí nuevamente y permanecer allí. Si queremos que el motor permanezca en una sola ubicación durante menos tiempo antes de volver a pisar, parecerá que gira continuamente. El consumo de energía de estos motores es alto, pero la disipación de energía ocurre principalmente una vez que el motor se detiene o se diseña mal, entonces existe la posibilidad de sobrecalentamiento. Por esta razón, el suministro de corriente del motor con frecuencia disminuye una vez que el motor está en una posición de espera durante más tiempo.

La razón principal es que, una vez que el motor está girando, su parte de energía eléctrica de entrada se puede cambiar a energía mecánica. Cuando el motor se detiene mientras está girando, toda la potencia de entrada se puede convertir en calor en el interior de la bobina.

Ventajas

los ventajas del motor paso a paso Incluya lo siguiente.

  • Rugosidad
  • Construcción simple
  • Puede funcionar en un sistema de control de bucle abierto
  • El mantenimiento es bajo
  • Funciona en cualquier situación
  • La confiabilidad es alta
  • El ángulo de rotación del motor es proporcional al pulso de entrada.
  • El motor tiene par máximo en reposo.
  • Posicionamiento preciso y repetibilidad del movimiento, ya que los buenos motores paso a paso tienen una precisión del 3 al 5% de un paso y este error no es acumulativo de un paso al siguiente.
  • Excelente respuesta al arranque, parada y marcha atrás.
  • Muy confiable ya que no hay escobillas de contacto en el motor. Por lo tanto, la vida del motor depende simplemente de la vida del rodamiento.
  • La respuesta del motor a los pulsos de entrada digital proporciona un control de bucle abierto, lo que hace que el motor sea más simple y menos costoso de controlar.
  • Es posible lograr una rotación síncrona de muy baja velocidad con una carga que está directamente acoplada al eje.
  • Se puede realizar una amplia gama de velocidades de rotación ya que la velocidad es proporcional a la frecuencia de los pulsos de entrada.

Desventajas

los desventajas del motor paso a paso Incluya lo siguiente.

  • La eficiencia es baja
  • El par de un motor disminuye rápidamente con la velocidad.
  • La precisión es baja
  • Los comentarios no se utilizan para especificar posibles pasos perdidos
  • Par pequeño hacia la relación de inercia
  • Extremadamente ruidoso
  • Si el motor no se controla correctamente, pueden producirse resonancias
  • El funcionamiento de este motor no es fácil a velocidades muy altas.
  • El circuito de control dedicado es necesario
  • En comparación con los motores de CC, utiliza más corriente

Aplicaciones

los aplicaciones de motor paso a paso Incluya lo siguiente.

  1. Maquinas industriales - Los motores paso a paso se utilizan en medidores de automóviles y equipos de producción automatizados de máquinas herramienta.
  2. Seguridad - nuevos productos de vigilancia para la industria de la seguridad.
  3. Médico - Los motores paso a paso se utilizan dentro de escáneres médicos, muestreadores y también se encuentran en fotografías dentales digitales, bombas de fluidos, respiradores y maquinaria de análisis de sangre.
  4. Electrónica de consumo - Motores paso a paso en cámaras para funciones de zoom y enfoque automático de cámaras digitales.

Y también tienen aplicaciones de máquinas comerciales, aplicaciones de periféricos de computadora.

Por lo tanto, se trata de una descripción general del motor paso a paso como construcción, principio de funcionamiento, diferencias, ventajas, desventajas y sus aplicaciones. Ahora tiene una idea sobre los tipos de super motores y sus aplicaciones si tiene alguna duda sobre este tema o sobre el tema eléctrico y proyectos electronicos deje los comentarios a continuación.

Autor de la foto

  • Motor paso a paso por MST