Motores paso a paso: Características

Transcripción

1 Motores paso a paso: Características Similares a los motores de corriente continua. Diferencia principal: se usan más para posicionamiento electromecánico. Otras diferencias: la conmutación de polos es externa; nº polos grande, paso pequeño ->precisión en movimientos nº de polos variable (relacionado con nº pasos necesario para completar una vuelta) Ing. Héctor Hugo Mazzeo 1

2 Motores paso a paso: Especificaciones Tensión de operación Resistencia de los arrollamientos nº de pasos por revolución (o ángulo de cada paso) Torque o cupla disponible Velocidad máxima de operación Otros: peso, cte. máxima/bobina, etc. Resolución: número de pasos para completar una vuelta (mayor cantidad de pasos, mayor resolución). Ing. Héctor Hugo Mazzeo 2

3 Motores paso a paso: Funcionamiento 2 arrollamientos excitados: posición estable, S y N, N y S enfrentados. 1 arrollamiento excitado: posición estable, N y S enfrentados. El rotor giró ½ paso. 2 arrollamientos excitados: posición estable (similar a la inicial). El rotor giró 1 paso. Ing. Héctor Hugo Mazzeo 3

4 Motores paso a paso: Control Secuencia de accionamiento 2-2 (2 arrollamientos consecutivos siempre activos). Cada fase de esta secuencia avanza el stepper un paso. Recorriendo la secuencia inversa, gira al revés. Ing. Héctor Hugo Mazzeo 4

5 Motores paso a paso: Control Secuencia de accionamiento1-2 (alternativamente 1 y 2 arrollamientos energizados). Cada fase avanza el stepper ½ paso. Ing. Héctor Hugo Mazzeo 5

6 Motores paso a paso: Tipos de steppers Existen 3 tipos básicos: De reluctancia variable De imán permanente Híbridos Se diferencian por el tipo de construcción (uso o no de imanes permanentes en el rotor y estatores de acero laminado). Ing. Héctor Hugo Mazzeo 6

7 Motores paso a paso: Tipos de steppers Motor de reluctancia variable Motor de 15 grados por paso No usa imanes permanentes en el rotor Por eso, se mueve libremente al girarlo Uso: aplicaciones no industriales que requieren poco torque Ing. Héctor Hugo Mazzeo 7

8 Motores paso a paso: Tipos de steppers Motor de reluctancia variable Usualmente tienen 3 (a veces 4) bobinados, con un retorno común. El stepper de la figura tiene 4 dientes en el rotor y 6 polos en el estator. Ing. Héctor Hugo Mazzeo 8

9 Motores paso a paso: Tipos de steppers Motor de imán permanente Motor de 90º por paso con 4 fases (A-D) El rotor está compuesto por varios polos (imanes permanentes). El rotor no tiene dientes Tienen baja velocidad y bajo torque. Bajo costo. Ideales para aplicaciones no industriales (por ej. impresoras, scanners, disketeras). Ing. Héctor Hugo Mazzeo 9

10 Motores paso a paso: Tipos de steppers Motor híbrido Combina las mejores características de los anteriores. Tienen muchos polos en el rotor (p.ej. 200). Tienen altas resoluciones (hasta < 1º). Tienen gran torque. Son más caros. Ideales para aplicaciones industriales (p.ej. robots). Ing. Héctor Hugo Mazzeo 10

11 Motores paso a paso: Tipos de steppers Motores unipolares El rotor de la figura es un magneto de 6 polos. Cada arrollamiento o bobina está distribuido entre 2 polos en el estator. Tienen 5 o 6 terminales, con una derivación en el centro de cada bobina. Los puntos medios(1 y 2) se conectan a c.c. y los terminales (a y b) a masa alternativamente. Ing. Héctor Hugo Mazzeo 11

12 Motores paso a paso: Conexión de las bobinas Ing. Héctor Hugo Mazzeo 12

13 Motores paso a paso: Tipos de steppers Motores bipolares Similares a unipolares pero sin derivación central en las bobinas. Es más simple que unipolares, pero el driver es más complejo. Requiere un puente H para alimentar cada bobina con ambas polaridades. Ing. Héctor Hugo Mazzeo 13

14 Motores paso a paso: Control de steppers Circuito de control para un stepper de reluctancia variable Se requiere una llave por cada bobina (transistor). Como las cargas son inductivas, hay que agregar diodos de damping en paralelo para proteger los transistores. Una unidad de control (no representada) provee las señales necesarias para abrir y cerrar las llaves con la secuencia apropiada para posicionar el motor o hacerlo girar. Puede ser una computadora con soft adecuado. Ing. Héctor Hugo Mazzeo 14

15 Motores paso a paso: Control de steppers Circuito de control para steppers unipolares e híbridos Como en el caso anterior, cada cuadro representa una llave electrónica. Como la corriente circula en 2 sentidos por cada semibobina, se requieren 2 diodos por cada una. Ing. Héctor Hugo Mazzeo 15

16 Motores paso a paso: Control de steppers Circuito de control para steppers bipolares: puente H Para evitar cortocircuitar la fuente: En este tipo de circuitos hay que ser cuidadoso con el control para no cortocircuitar la fuente! (p.ej. al cerrar A y B simultáneamente). Ing. Héctor Hugo Mazzeo 16

17 Motores paso a paso: Circuitos de drivers prácticos Para motores unipolares y de reluctancia variable. Cada llave es compatible con una entrada TTL. Los 5 V para la lógica, incluyendo la del driver open collector 7407 debe estar bien regulada. El SK3180 es un Darlington con ganancia de corriente = El IRL540 puede manejar hasta 20 A, soportando tensiones inversas de hasta 100 V. El ULN2003, circuito comercial con 7 transistores Darlington con entradas compatibles con TTL, c/u protegido con 2 diodos ( protegen contra tensiones inversas y picos inductivos). Ing. Héctor Hugo Mazzeo 17

18 Drivers para el control: el ULN2003 Corriente máxima: 500 ma (sólo se muestran 4 de los 7 transistores). Incluye los diodos de damping para proteger al transistor de la cte. inversa cuando se desconecta la carga inductiva Ing. Héctor Hugo Mazzeo 18

19 Motores paso a paso: Circuitos de drivers prácticos Para motores bipolares y puentes H Las entradas X e Y pueden controlarse con drivers TTL open collector. Conocidos como puente H. Para energizar la bobina, sólo con X alto e Y bajo o viceversa. Para cargas y tensiones pequeñas puede usarse un tri-state TTL tipo LS244 como semipuente. Ing. Héctor Hugo Mazzeo 19

20 Motores paso a paso: Circuitos de drivers comerciales Circuito puente H comercial El L293 contiene 2 puentes H (puente H dual). La versión L293D es igual pero incluye los diodos de protección. Permiten manejar steppers bipolares de hasta 1 A por bobina y 36 V. Ing. Héctor Hugo Mazzeo 20

21 Motores paso a paso: Circuitos de drivers comerciales: L298 Para cargas mayores (hasta 2 A) puede usarse el L298, también puente H dual. Ing. Héctor Hugo Mazzeo 21

22 Motores paso a paso: Circuitos de drivers comerciales: L298 Para corrientes mayores (4 A) pueden conectarse ambos puentes en paralelo: Ing. Héctor Hugo Mazzeo 22

23 Motores paso a paso: Drivers El driver recibe los pulsos de bajo nivel desde el sistema de control (indexer), generando los pasos para mover el motor. La velocidad y torque depende del flujo de corriente a las bobinas, que está limitada por la inductancia. Para reducir este efecto, muchos drivers trabajan con mayores tensiones que las del motor. Ing. Héctor Hugo Mazzeo 23

24 Motores paso a paso: Indexer o controlador Provee la cantidad de pasos y dirección de giro al driver. A veces incluye otros parámetros como aceleración, desaceleración, pasos por segundo. Los basados en microprocesador pueden funcionar stand-alone o controlados por una computadora vía RS232. En nuestro ejemplo se hace por el pto. paralelo. Ing. Héctor Hugo Mazzeo 24

25 Motores paso a paso: Circuito controlador + driver Mediante el L297 se generan las señales necesarias (paso o semipaso, cantidad de pasos, dirección, etc.). Ing. Héctor Hugo Mazzeo 25