Los motores paso a paso son maquinaria de alta precisión que se utiliza en muchas aplicaciones diferentes en las que se necesita un control exacto del movimiento. No obstante, es fundamental comprender las distintas estrategias de control para maximizar el rendimiento de un motor paso a paso. La complejidad, el coste y la eficacia de cada enfoque varían en función de las necesidades de la aplicación.
Tipos de motores paso a paso
Es necesario comprender los principales tipos de motores paso a paso antes de profundizar en las técnicas de control, ya que las estrategias de control difieren según el tipo de motor:
- Motor paso a paso de imán permanente (PM): utiliza imanes permanentes en el rotor, que son accionados por campos electromagnéticos en el estator.
- Motor paso a paso de reluctancia variable (VR): depende de la idea de reluctancia variable, en la que el rotor sigue la ruta con la menor cantidad de reluctancia.
- Motor paso a paso híbrido: combina características de los motores paso a paso PM y VR, lo que ofrece mayor precisión y mejor rendimiento de par.
- Motor paso a paso lineal: convierte el movimiento rotatorio en desplazamiento lineal, que se utiliza a menudo en aplicaciones de movimiento lineal.
Métodos de control comunes para motores paso a paso
Se utilizan varios métodos de control para regular el movimiento de los motores paso a paso. La selección del método de control depende de factores como la precisión, la velocidad, el par, el consumo de energía y la complejidad de la aplicación.
Accionamiento por ondas (accionamiento monofásico)
El accionamiento por ondas es uno de los métodos de control más simples para motores paso a paso. Implica activar solo un devanado del estator a la vez, lo que hace que el rotor se alinee con el devanado activo. Este método es rentable, requiere menos energía y reduce el calentamiento del motor. Sin embargo, también produce menos par en comparación con otros métodos, ya que hay menos devanados activos en un momento dado.
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Accionamiento por pasos completos (accionamiento bifásico)
El accionamiento por pasos completos mejora el método de accionamiento por ondas al activar dos devanados del estator simultáneamente. Esto da como resultado una mayor salida de par en comparación con el accionamiento por ondas, ya que el motor se beneficia de los campos magnéticos combinados de dos devanados. El motor se mueve en pasos completos, lo que significa que su resolución es menor en comparación con el micropaso, pero es adecuado para muchas aplicaciones generales que no requieren un posicionamiento ultrafino.
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Impulsión de medio paso
Uno y dos devanados se alimentan alternativamente mediante la técnica de conducción de medio paso. Esto proporciona un compromiso entre el par de torsión de la conducción de paso completo y la resolución de los micropasos. El motor se mueve en semipasos, duplicando efectivamente la resolución en comparación con la conducción de paso completo. Este método de control logra un equilibrio entre la suavidad del movimiento y la salida de par de torsión.
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Micropasos
El micropaso es el método de control más avanzado y ampliamente utilizado para motores paso a paso, especialmente en aplicaciones que requieren alta precisión y un funcionamiento suave. En el micropaso, ambos devanados se energizan, pero la corriente a través de cada devanado varía sinusoidalmente, lo que permite que el motor se mueva en incrementos más pequeños (micropasos). El micropaso puede aumentar la resolución del motor cientos o incluso miles de veces en comparación con el funcionamiento a paso completo. El micropaso proporciona el movimiento más suave y minimiza la resonancia, que es común en los motores paso a paso. Sin embargo, el par real en cada micropaso disminuye, lo que lo hace menos adecuado para aplicaciones de alto par a menos que el motor sea de gran tamaño.
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Control de bucle cerrado (control servo)
Los motores paso a paso con control de bucle cerrado utilizan la retroalimentación de un sensor externo (normalmente un codificador) para rastrear la ubicación real del motor y modificar la entrada para corregir cualquier imprecisión. Este método convierte la naturaleza de bucle abierto de los motores paso a paso en un sistema de bucle cerrado, transformando eficazmente el motor paso a paso en un tipo de servomotor. El control de bucle cerrado mejora la precisión, reduce las pérdidas de paso y permite una mejor gestión del par. Es especialmente útil en aplicaciones en las que el motor está sujeto a cargas variables y es fundamental mantener un posicionamiento preciso. Aunque el control de bucle cerrado mejora el rendimiento, los sensores adicionales y los mecanismos de retroalimentación necesarios dan como resultado una mayor complejidad y un mayor gasto del sistema.
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Técnicas de control de pulsos para motores paso a paso
Los motores paso a paso suelen funcionar mediante pulsos, y la cantidad de pulsos determina el movimiento y la velocidad del motor. A continuación, se presentan las principales técnicas de control de pulsos que se utilizan para controlar los motores paso a paso:
Modulación por ancho de pulso
El motor paso a paso se acciona mediante pulsos cuyo ancho se modula mediante control PWM. Se utiliza para controlar el voltaje y la corriente suministrados a los devanados del motor, lo que ayuda a gestionar el par y la velocidad. El PWM se utiliza a menudo en micropasos para proporcionar un movimiento suave y un control preciso del motor paso a paso.
Control de dirección de pulso
En el control de dirección de pulso, una entrada especifica la cantidad de pulsos que se entregarán al motor paso a paso, lo que controla cuántos pasos da el motor, mientras que otra entrada determina la dirección de rotación (en sentido horario o antihorario). Este método se utiliza ampliamente en máquinas CNC y sistemas robóticos para un control de posición preciso.
Conclusión
El motor paso a paso es un dispositivo versátil con una variedad de métodos de control adecuados para una variedad de aplicaciones. Al seleccionar cuidadosamente el método de control adecuado, se puede optimizar el rendimiento del motor paso a paso. El fabricante de motores paso a paso puede producirlos con precisión para satisfacer sus necesidades específicas.