MOTOR PASÓ A PASO
El mot motor paso paso a paso paso es un disp dispos osit itiv ivo o elect electro rome mecán cánic ico o que que conv convie iert rte e una una seri serie e de impu impuls lsos os eléc eléctr tric icos os en desp desplaz lazam amie ient ntos os angulares angulares discretos, discretos, lo que significa es que es capaz de avanzar una serie de grados (paso) dependiendo de sus entradas de control. El moto motorr paso aso a paso paso se comp compo orta rta de la mism misma a maner anera a que que un conver conversió sión n digita digital-a l-anal nalógi ógica ca y puede puede ser gobern gobernado ado por impuls impulsos os procedentes de sistemas lógicos. Este motor presenta las ventajas de tener alta preci ecisión y respetabili respetabilidad dad en cuanto cuanto al posicionam posicionamiento iento.. Entre sus principales principales aplicaciones destacan como motor de frecuencia variable, motor de corriente continua sin escobillas, servomotores y motores controlados digitalmente. Existen 3 tipos fundamentales de motores paso a paso: el motor de relucta reluctanci ncia a variab variable, le, el motor motor de magnet magnetiza izació ción n perman permanent ente, e, y el motor paso a paso híbrido. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO:
El principio de funcionamiento básico de los motores paso a paso consiste en Alimentar solo algunas de las bobinas del estator con corriente continua generando un Flujo con una dirección fija, que al interactuar con el rotor del motor produce un par en Función de el ángulo de desfasaje de la posición de equilibrio, que depende de del tipo de Motor pasó a paso empleado. Para Para produc producir ir el movimi movimient ento o de rotaci rotación ón la bobina bobina excita excitada da debe debe cambia a medida Que el rotor llega a la posición de equilibrio. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Básicamente, estos motores están constituidos normalmente por un rotor sobre el que van aplicados distintos imanes permanentes y por un cierto número de bobinas excitadoras bobinadas en su estator. Las bobinas son parte del estator y el rotor es un imán permanente. Toda la conmutación (o excitación de las bobinas) deber ser externamente manejada por un controlador. En la figura 1 se puede apreciar la imagen de un rotor típico y en la figura 2 el aspecto de un estator de 4 bobinas. Existen dos tipos de motores paso a paso de imán permanente: Bipolar: Estos Estos tienen tienen genera generalme lmente nte,, cuatr cuatro o cables cables de salida salida (ver (ver figura 3). Necesitan ciertos trucos para ser controlados, debido a que requieren del cambio de dirección del flujo de corriente a través de las bobinas en la secuencia apropiada para realizar un movimiento. movimiento. En la figura 5A podemos apreciar un ejemplo de control de estos motores mediante el uso de un puente en H (H-Bridge).
Como se aprecia, será necesario un H-Bridge por cada bobina del motor, es decir que para controlar un motor paso a paso de 4 cables (dos bobinas), necesitaremos usar dos H-Bridges iguales al de la figura 5. El circuito de la figura 5 es a modo ilustrativo y no corresponde con exactitud a un H-Bridge. En general, es recomendable el uo de H-Bridge integrados, como son los casos del 1293 (ver figura 5B). Unipolar: Estos motores suelen tener 6 o 5 cables de salida, dependiendo de su conexionado interno (ver figura 4). Este tipo se caracteriza por ser más simple de controlar. En la figura 6 podemos apreciar un ejemplo de conexionado para controlar un motor paso a paso unipolar mediante el uso de un ULN2803, el cual es una array de 8 transistores tipo Oarlington capaces de manejar cargas de hasta 500mA. Las entradas de activación (Activa A, 8 , C y D) pueden ser directamente activadas por un microcontrolador.
TIPOS DE MOTORES PASO A PASO
El motor de paso de rotor de imán permanente: Permite mantener un par diferente de cero cuando el motor no está energizado. Dependiendo de la construcción del motor, es típicamente posible obtener pasos angulares de 7.5, 11.25, 15, 18, 45 o 90°. El ángulo de rotación se determina por el número de polos en el estator El motor de paso de reluctancia variable (VR): Tiene un rotor multipolar de hierro y un estator devanado laminado, y rota cuando los dientes del rotor son atraídos a los dientes del estator electromagnéticamente energizados. La inercia del rotor de un motor de paso de reluctancia variable es pequeña y la respuesta es muy rápida, pero la inercia permitida de la carga es pequeña. Cuando los devanados no están energizados, el par estático de este tipo de motor es cero. Generalmente, el paso angular de este motor de paso de reluctancia variable es de 15°
El motor híbrido de paso: Se caracteriza por tener varios dientes en el estator y en el rotor, el rotor con un imán concéntrico magnetizado axialmente alrededor de su eje. Se puede ver que esta configuración es una mezcla de los tipos de reluctancia variable e imán permanente. Este tipo de motor tiene una alta precisión y alto par y se puede configurar para suministrar un paso angular tan pequeño como 1.8°. Motores paso a paso Bipolares: Estos tienen generalmente 4 cables de salida. Necesitan ciertos trucos para ser controlados debido a que requieren del cambio de dirección de flujo de corriente a través de las bobinas en la secuencia apropiada para realizar un movimiento. Motores paso a paso unipolares: estos motores suelen tener 5 ó 6 cables de salida dependiendo de su conexionado interno. Este tipo se caracteriza por ser más simple de controlar, estos utilizan un cable común a la fuente de alimentación y posteriormente se van colocando las otras líneas a tierra en un orden especifico para generar cada paso, si tienen 6 cables es porque cada par de bobinas tiene un común separado, si tiene 5 cables es porque las cuatro bobinas tiene un solo común; un motor unipolar de 6 cables puede ser usado como un motor bipolar si se deja las líneas del común al aire. MOTORES PASÓ A PASOS UNIPOLARES:
Los motores unipolares son relativamente fáciles de controlar, gracias a que poseen devanados duplicados. Aunque para facilitar el esquema se dibuja este devanado como una bobina con punto medio, en realidad tienen dos bobinas en cada eje del estator, que están unidas por extremos opuestos, de tal modo que al ser alimentada una u otra, generan cada una un campo magnético inverso al de la otra. Nunca se energizan juntas: por eso lo correcto es decir que tienen una doble bobina, en lugar de decir (como se hace habitualmente) que es una bobina con punto medio. Esta duplicación se hace para facilitar el diseño del circuito de manejo, ya que permite el uso, en la parte de potencia, de un transistor único por cada uno de los bobinados.
Distribución del bobinado de un motor unipolar En el esquema más común de conexión se unen los "puntos medios" de ambos ejes (a y b en el dibujo) y se les conecta al positivo de la alimentación del motor. El circuito de control de potencia, entonces, se limita a poner a masa los bobinados de manera secuencial.
Circuito y secuencia para controlar un motor unipolar (ver animación)
Secuencia para más fuerza
lograr Secuencia para lograr medio-paso (ver animación)
La secuencia de pulsos de un motor unipolar se puede controlar con un contador binario de dos bits con un decodificador, como por ejemplo el integrado CD 4017. La parte de potencia puede ser implementada con un único transistor en cada bobinado.
MOTORES PASÓ A PASOS BIPOLARES:
Los motores bipolares requieren circuitos de control y de potencia más complejos. Pero en la actualidad esto no es problema, ya que estos circuitos se suelen implementar en un integrado, que soluciona esta complejidad en un solo componente. Como mucho se deben agregar algunos componentes de potencia, como transistores y diodos para las contracorrientes, aunque esto no es necesario en motores pequeños y medianos.
Como no tienen el doble bobinado de los unipolares (recordemos que en éstos todo el tiempo se está utilizando sólo una de las bobinas duplicadas, mientras la otra queda desactivada y sin ninguna utilidad), los motores bipolares ofrecen una mejor relación entre torque y tamaño/peso.
Distribución del bobinado de un motor bipolar La configuración de los motores bipolares requiere que las bobinas reciban corriente en uno y otro sentido, y no solamente un encendido-apagado como en los unipolares. Esto hace necesario el uso de un Puente H (un circuito compuesto por al menos seis transistores) sobre cada uno de los bobinados.
Secuencia de pulsos para un motor bipolar El que sigue es un circuito de ejemplo para el manejo de una de las bobinas (se necesita otro igual para manejar un motor completo). Para más detalles en el funcionamiento de un circuito como este, véase nuestro artículo Puente H.
Circuito de manejo para un motor bipolar Motores paso a paso de reluctancia variable: Los motores de reluctancia variable son los motores paso a paso más simples de manejar. Su secuencia se limita a activar cada bobinado en orden, como lo indica la figura. Es común que estos motores tengan un cable común que une todas las bobinas. Estos motores, si se los mueven a mano, no tienen la sensación "dentada" de los otros motores paso a paso, sino que se mueven libres, como los motores de corriente continua.
CONTROLADOR DE MOTOR PASO A PASO SIN NECESIDAD DE COMPUTADORA Los motores paso a. paso son ideales para la construcción de mecanismos en donde se requieren movimientos muy precisos. La característica principal de estos motores es el hecho de poder moverlos un paso a la vez, por cada pulso que se le aplique. Esto paso puede variar desde 90° hasta pequeños movimientos de tan sólo 1.8°, es decir, que se necesitarán 4 pasos en el primer caso (90°) y 200 para el segundo caso (1.8°), para completar un giro completo de 360°. Estos motores poseen la habilidad de poder quedar
enclavados en una posición o bien totalmente libres. Si una o más de sus bobinas están energizada, el motor estará enclavado en la posición correspondiente y por el contrario quedará completamente libre si no circula corriente por ninguna de sus bobinas. En este caso trataremos solamente los motores P-P del tipo de imán permanente, ya que éstos son los más usados en robótica.
CONTROL DE UN MOTOR PASO A PASO DESDE LA PC El propósito de este proyecto es familiarizarse con el manejo y comportamiento de los motores paso a paso.
En la figura 12 se puede ver el diagrama interno y las salidas correspondientes a un clásico motor PP Unipolar. Los cinco cables de salida deben conectarse al puerto de salida High Power de la interfaz para puerto paralelo (HPO a HP6) de la siguiente manera: Común
Vdd
A
HPO
B
HPI
C
HP2
O
HP3
