Electrotecnia - Aplicaciones industriales .

Conceptos básicos de motores por pasos 

       

 

      


 


 

Capítulo 1

Construcción 

  •        Reluctancia Variable

  •        Magneto permanente

  •        Híbrido

Capítulo 2 

Resolución de motor por pasos y ángulo de paso . 

  • Vectores de flujo

Capítulo 3

Operación

  • Secuencias de conmutación de fase

Capítulo 4

Características de los motores por pasos

  • Torque estático o de mantenimiento - características de desplazamiento . 

  • Angulo de carga estático . 

  • Torque de fricción

  • Tolerancia sistemática de ángulo

  • Resonancia

  • Definición de frecuencia de arranque/parada . 

 

  

Construcción

Los motores por pasos son dispositivos electromagnéticos , rotativos , incrementales  que convierten pulsos digitales en rotación mecánica . 

La cantidad de rotación es directamente proporcional al número de pulsos y la velocidad de rotación es relativa a la frecuencia de dichos pulsos .Los motores por pasos son simples de operar en una configuración de lazo cerrado y debido a su tamaño proporcionan un excelente torque a baja velocidad .

Los beneficios ofrecidos por estos motores incluyen :

  • un diseño efectivo y un bajo costo .

  • alta confiabilidad

  • libres de mantenimiento ( no disponen de escobillas )

  • lazo abierto ( no requieren dispositivos de realimentación )

  • límite conocido al “error de posición dinámica “

A pesar de que varios tipos de motores por pasos han sido desarrollados , todos los mismos caen dentro de tres categorías básicas .

  1.   de reluctancia variable (V.R.)

  2.   de magneto permanente ( armazón metálica )

  3.   híbridos 

El tipo de motor de reluctancia variable o V.R. (fig. 1 ) consiste en un rotor y un estator cada uno con un número diferente de dientes . Ya que el rotor no dispone de un magneto permanente el mismo gira libremente , o sea que no tiene torque de detención  . A pesar de que la relación del  torque a la inercia es buena , el torque dado para un tamaño de armazón  dado es restringido , por lo tanto tamaños pequeños tamaños de armazones son generalmente usados y los mismos raramente varían para aplicaciones industriales .

 

 

Figura 1. Vista de sección de un motor por pasos de reluctancia variable

.

El motor de magneto permanente (PM) o tipo enlatado (fig. 2 ) es quizá el motor por pasos mas ampliamente usado para aplicaciones no industriales . En su forma mas simple , el motor consiste en un rotor magneto permanentemente magnetizado radial  y en un estator similar al motor V.R. . Debido a las técnicas de manufactura usadas en la construcción del estator , los mismos se conocen a veces como motores de “polo de uñas “ o “claw pole” en Inglés .

Figura 2 . Vista en sección de un magneto permanente .

El tipo Híbrido es probablemente el mas usado de todos los motores por pasos . Originalmente desarrollado como un motor PM sincrónico de baja velocidad su construcción es una combinación de los diseños V.R. y P.M. . El motor Híbrido consiste en un estator dentado y un rotor de tres partes (apilado simple ) . El rotor de apilado simple contiene dos piezas de polos separados por un magneto permanente magnetizado , con los dientes opuestos desplazados en una mitad de un salto de diente ( fig. 3 ) para permitir una alta resolución de pasos .

 

 

 


 


Figura 3. Vista expandida ilustrativa del desplazamiento de dientes .

El incremento de demanda de los sistemas de motor por pasos de reducido ruido acústico , con una mejora en el desempeño al mismo tiempo con reducción de costos fueron satisfechos en el pasado con los dos tipos principales de motores por pasos Híbridos . El tipo 2(4) fases que ha sido generalmente implementado en aplicaciones simples y el de 5 fases ha probado ser ideal para las tareas mas exigentes . Las ventajas ofrecidas por los motores de 5 fases incluían :

 

  •         Mayor resolución

  •         Menor ruido acústico

  •         Menor resonancia operacional

  • ·       Menor torque de frenado .

A pesar de que las características de los motores de 5 fases ofrecían muchos beneficios , especialmente en micro pasos , el creciente número de conmutaciones de alimentación y el cableado adicional requerido tenían un efecto adverso en el costo del sistema . Con el avance de la electrónica permitiendo circuitos de cada vez mayor grado de integración y mayores características , la fábrica SIG Positec vio una oportunidad y tomó la iniciativa en el terreno  desarrollando tecnología de punta en motores por pasos .

 

El motor Híbrido de 3 fases  .

A pesar de ser similar en construcción a otros motores por pasos ( ver figura 4 ) , la implementación de la tecnología de 3 fases hizo posible que el número de fases del motor sean reducida dejando al número de pares de polos del rotor y a la electrónica determinar la resolución ( pasos por revolución ) .

Figura 4 . Secciones ilustrativas de las laminaciones y rotores para motores de 2 , 3 y 5 fases . 

 

 

 

 

 


Figura 5 . Corte de sección de un motor por pasos Híbrido ( 3 fases ) .

Dado que la tecnología de 3 fases ha sido usada por décadas como un método efectivo de generación de campos rotativos , las ventajas de éste sistema son evidentes en sí . El motor por pasos de 3 fases fue por lo tanto una progresión natural que incorporó todas las mejores características de un sistema de 5 fases a una significativa reducción de costo .

 

Resolución de un motor por pasos y ángulo de paso .

Como lo ya mencionado , la resolución ( número de pasos ) y el ángulo de paso de un motor por pasos depende de :

La resolución puede ser calculada usando la fórmula :

 

El ángulo de paso puede ser calculado dividiendo la rotación (360) por el número de pasos ,

 

Ejercicio : 

Calcule lo siguiente :

Un motor por pasos de dos fases impulsado en modo de medio paso completa un ángulo de 63.75º  luego de moverse 17 pasos . ¿ Cuantos pares de polos tiene ?

Vectores de flujo :

Los vectores de flujo son usados para ilustrar los ángulos de paso naturales de los motores por pasos .

 

 

Figura 6 . Diagramas de vectores de flujo para motores de pasos de 2 , 3 y 5 fases . Si las corrientes de fases son conmutadas en pequeños incrementos , estos vectores de campo puede apuntar virtualmente en cualquier dirección .

Continuación >> Operación , secuencia de conmutación de fases , características de los motores por pasos , ángulo de carga estático , torque de fricción , tolerancia angular sistemática , ángulo de cargas estático y dinámico , resonancia ,  ripple del torque , definiendo la frecuencia de arranque /parada .