Un motor paso a paso (stepper motor) es un motor eléctrico de corriente continua (CC) sin escobillas que se mueve un número específico de grados físicos por paso eléctrico. Esto se define como el ángulo de paso en la mayoría de las hojas de datos. Define la resolución de rotación para un modelo particular de motor. Una propiedad conveniente de estos motores en comparación con los motores tradicionales es su capacidad para moverse a una velocidad variable en cualquier dirección, luego detenerse por completo y mantener una posición con un par razonablemente alto durante un período de tiempo indefinido (si la generación de calor lo permite). Esto se define como par de retención, que es la cantidad de par necesaria para mover el motor un paso cuando los devanados están energizados a la corriente nominal y el rotor está estacionario. Un motor paso a paso puede utilizar el control de movimiento de bucle abierto. Esto significa que un controlador realiza un seguimiento del número de pasos que ha realizado y conoce la posición en grados en que ha girado el motor. El control de movimiento de bucle abierto es útil para aplicaciones de movimiento lineal que accionan un tornillo de avance o una correa, como máquinas CNC, impresoras 3D o actuadores de jeringa.
¿Cómo se configura un motor paso a paso?
Los motores paso a paso generalmente vienen en dos configuraciones de bobinado de motor.
El primer tipo de configuración es un motor unipolar. Los motores paso a paso unipolares tienen un devanado con una toma central por fase que los hace particularmente fáciles de controlar. La toma central de cada devanado puede ser común a ambas fases. Los dos extremos exteriores de cada devanado se pueden controlar con un solo transistor. Para el controlador unipolar más simple, solo se requieren cuatro transistores para el movimiento bidireccional. La forma más fácil de identificar un motor unipolar es que normalmente tienen cinco o seis cables, dependiendo de si la toma central se ha conectado internamente o no. Una desventaja es que la mitad de cada fase se desenergiza durante cada paso. Esto significa que los motores unipolares suelen ser más grandes y pesan más en comparación con un motor bipolar.
Los motores paso a paso bipolares tienen un solo devanado por fase. La corriente en un devanado debe invertirse para invertir la dirección del movimiento. Para lograr un movimiento bidireccional, se requiere un puente H completo por fase para impulsar un motor bipolar. El beneficio de utilizar este tipo de motor es su eficiencia mejorada en comparación con el motor unipolar. Todo el devanado se energiza durante el movimiento, lo que se traduce en motores más pequeños y ligeros que pueden producir una sorprendente cantidad de par. La forma más fácil de identificar un motor paso a paso bipolar es que tendrá cuatro conductores, dos por fase y ninguno es común.
Señales de accionamiento
Normalmente se utilizan tres tipos de señales de accionamiento para controlar el movimiento de los motores paso a paso. Cada tipo de unidad aumenta en complejidad, pero agrega características y opciones adicionales.
Un impulsor de ondas solo energiza una fase a la vez. Las unidades Wave son fáciles de implementar con hardware básico, pero rara vez se utilizan. Debido a que solo se energiza una bobina a la vez, el par se reduce significativamente.
Un impulso de paso completo es similar al de onda, pero ambas fases están siempre encendidas. Esto da como resultado un par nominal máximo aplicado al motor. La secuencia de tiempo en una transmisión de paso completo también promueve una rotación más suave ya que la siguiente fase no se energiza abruptamente, sino que se introduce suavemente durante la rotación.
La onda sinusoidal / de micropasos se implementa típicamente mediante controladores de motor paso a paso integrados para producir una corriente de bobina que se aproxima a una onda sinusoidal. Popular para sistemas que requieren un funcionamiento suave, la onda sinusoidal reduce el ruido del motor (transformada de Fourier). Por lo general, requiere circuitos adicionales, ya que el circuito integrado (IC) generalmente monitorea y controla la corriente con un bucle de control de retroalimentación.
Circuitos de accionamiento
Los métodos más comunes para impulsar un motor paso a paso incluyen un controlador de voltaje constante simple o L / R (inductancia eléctrica / resistencia eléctrica), un controlador de chopper o un controlador de onda sinusoidal / micro-paso a paso.
El circuito del controlador L / R usa un voltaje constante para impulsar cada bobina. En este tipo de circuito, la constante de tiempo de la bobina limita la cantidad máxima de corriente que se puede suministrar a la bobina gobernada por la relación entre la inductancia y la resistencia de la bobina. Además, para maximizar el par del motor, también se debe maximizar la corriente, por lo que, típicamente se usa una gran tensión de excitación para compensar la inductancia. Este método de accionamiento es menos popular hoy en día, ya que es posible producir un par más alto con menos generación de calor utilizando técnicas de conmutación modernas.
El segundo y más común método de conducción es un picador integrado. Un chopper intenta superar la inductancia de las bobinas aplicando un alto voltaje sobre la bobina y cortándola después de que la corriente haya alcanzado un umbral establecido. Usando una resistencia de detección y un circuito de retroalimentación, el voltaje de entrada se corta para lograr la corriente deseada en cada bobina. El principal beneficio de este diseño de variador es la capacidad de acortar el tiempo de subida de la corriente superando la inductancia, pero sin quemar demasiado energía una vez que se ha completado el paso. Los inconvenientes de usar un helicóptero son que requiere componentes electrónicos adicionales para detectar la corriente, requiere una fuente de alto voltaje y requiere control de conmutación. Sin embargo, todo esto se puede solucionar utilizando un circuito integrado de accionamiento de motor paso a paso.
Controladores integrados
Una vez seleccionado el motor paso a paso, lo siguiente es hacer que el motor gire. Es más fácil que nunca hacer que un motor funcione seleccionando un controlador de motor paso a paso IC o una placa de desarrollo estándar. Muchas de estas placas proporcionan características como retroalimentación actual, perfiles de aceleración integrados e incluso planificación de ruta integrada para un control de movimiento más complicado.
Casi todos los circuitos integrados de controladores de motor paso a paso tienen la opción de solicitarse como una placa de desarrollo con conexiones de alimentación simples, conexión de motor y una configuración a través de puentes soldables, puentes extraíbles o una conexión UART. Una vez que se ha demostrado que el concepto funciona correctamente, el IC del controlador del motor paso a paso real se puede incorporar fácilmente en una PCB personalizada siguiendo las consideraciones de diseño y distribución recomendadas por el fabricante.
Fuente: https://starfishmedical.com/blog/medical-device-stepper-motor/