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Motores paso a paso


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¿Qué es un motor paso a paso?

Como todo motor, es en esencia un conversor electromecánico, que transforma la energía eléctrica en mecánica; pero de un modo tan peculiar que constituye en la actualidad una categoría aparte.

En efecto, mientras que un motor convencional gira libremente al aplicar una tensión comprendida dentro de ciertos límites (que se corresponden de un lado al par mínimo capaz de vencer su propia inercia mecánica, y de otro a sus propias limitaciones de potencia); el motor paso a paso está concebido de tal manera que gira un determinado ángulo proporcional a la "codificación" de tensiones aplicadas a sus entradas (4, 6, etc.). La posibilidad de controlar en todo momento esta codificación permite realizar desplazamientos angulares lo suficientemente precisos, dependiendo el ángulo de paso (o resolución angular) del tipo de motor (puede ser tan pequeño como 1,80º hasta unos 15º). De este modo, si por ejemplo el número de grados por paso es de 1,80º, para completar una vuelta serán necesarios 200 pasos.

De la misma manera que se puede posicionar el eje del motor, es posible controlar la velocidad del mismo, la cual será función directa de la frecuencia de variación de las codificaciones en las entradas. De ello se deduce que el motor paso a paso presenta una precisión y repetitividad que lo habilita para trabajar en sistemas abiertos sin realimentación.

Motores paso a paso con rotor de imán permanente

En lo que se refiere a la esencia de su funcionamiento, un motor paso a paso clásicamente siempre se ha comparado a un motor síncrono: un campo magnético rotativo, controlado aquí por un dispositivo electrónico, pone en funcionamiento al rotor, que es un imán permanente

En este tipo de motores, como en todos, caben destacar dos partes principales (rotor y estator); como se puede ver en la figura 4, estos motores pueden constar de dos o más estatores, oportunamente bobinados.


 

En todo instante, el campo magnético producido por una de las fases en particular dependerá de la intensidad de corriente de esa fase. Si la intensidad es cero, el campo magnético también será nulo. Si la intensidad es máxima, el campo magnético tendrá una fuerza máxima.

Por otro lado, dado que el rotor es un imán permanente, si se permite el giro de éste dentro de un campo magnético, acabará por orientarse hasta la total alineación con el campo. De otro lado, si el campo magnético giratorio es intenso, se origina un par, capaz de accionar una determinada carga.

Dependiendo del tipo de bobinas que se encuentran devanadas simétricamente sobre los estatores (y, por tanto, del modo de crear el campo giratorio) se pueden clasificar estos tipos de motores en:

  • paso a paso bipolares.

  • paso a paso unipolares.

Motores paso a paso bipolares

En el esquema de la figura 4 aparece uno de estos motores con dos estatores, sobre cada uno de los cuales se ha devanado una bobina (1 y U), las cuales se encuentran conectadas directamente a unos conmutadores de control que, como se verá más adelante, podrán ser sustituidos por las líneas de entrada y salida de nuestro ordenador debidamente programadas.

Como las bobinas se encuentran distribuidas simétricamente en torno al estator, el campo magnético creado dependerá en magnitud de la intensidad de corriente por cada fase, y en polaridad magnética, del sentido de la corriente que circule por cada bobina. De este modo el estator adquiere la magnetización correspondiente, orientándose el rotor según ella (fig. 4a). Si el interruptor 1.1 se conmuta a su segunda posición (fig. 4b), se invierte el sentido de la corriente que circula por T y por tanto la polaridad magnética, volviéndose a reorientar el rotor (el campo ha sufrido una rotación de 90º en sentido antihorario, haciendo girar el rotor 90º en ese mismo sentido). Con esto se llega a la conclusión de que para dar una vuelta completa serían necesarios cuatro pasos de 90º cada uno (el ciclo completo se puede seguir en la figura 4a,b,c,d).

Ahora bien, este tipo de motores también puede funcionar de un modo menos "ortodoxo", pero que nos va a permitir doblar el número de pasos, si bien a costa de la regularidad del par. Esto se consigue de la siguiente manera: en principio, al igual que en el anterior fondo de funcionamiento, por los devanados T y U se hace circular una corriente, de tal modo que el estator adquiere la magnetización correspondiente y por lo tanto el rotor se orienta según ella. Ahora bien, al contrario que en el caso anterior, antes de conmutar el interruptor I.1 a su segunda posición, se desconectará el devanado T, reorientándose por consiguiente el rotor, pero la mitad de un paso (45º).

Motores paso a paso unipolares

Los motores paso a paso unipolares, en cuanto a construcción son muy similares a los anteriormente descritos excepto en el devanado de su estator (fig. 5). En efecto, cada bobina del estator se encuentra dividida en dos mediante una derivación central conectada a un terminal de alimentación. De este modo, el sentido de la corriente que circula a través de la bobina y por consiguiente la polaridad magnética del estator viene determinada por el terminal al que se conecta la otra línea de la alimentación, a través de un dispositivo de conmutación. Por consiguiente las medias bobinas de conmutación hacen que se inviertan los polos magnéticos del estator, en la forma apropiada. Nótese que en vez de invertir la polaridad de la corriente como se hacía en los M.P.P. bipolares se conmuta la bobina por donde circula dicha co-rriente.

Al igual que los M.P.P. bipolares, es posible tener resoluciones de giro correspondientes a un semipaso. Ahora bien, dado que las características constructivas de estos motores unipolares son idénticas a las de los bipolares, se puede deducir que los devanados tanto en uno como otro caso ocuparán el mismo espacio, y por tanto es evidente que por cada fase tendremos menos vueltas o bien el hilo de cobre será de una sección menor. En cualquiera de los dos casos se deduce la disminución de la relación de amperios/vuelta. Por tanto, a igualdad de tamaño los motores bipolares ofrecen un mayor par.

 

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