Los motores paso a paso son la mejor opción para muchas aplicaciones de control de movimiento y posición. Están disponibles en una amplia gama de tamaños y pares nominales, y son significativamente más económicos que los servomotores de gama alta. A continuación, analizaremos cómo mejorar el rendimiento de los motores paso a paso al nivel de los servomotores mediante la incorporación de dispositivos de retroalimentación. Los motores paso a paso con retroalimentación no sustituyen completamente a los servomotores, pero pueden ofrecer una alternativa fiable para muchas aplicaciones prácticas. Estas soluciones de diseño de movimiento mejoran el rendimiento de las máquinas sin gastar una fortuna.

Ventajas y desventajas del motor paso a paso que hay que abordar

Los motores paso a paso son motores eléctricos de CC sin escobillas que se mueven en pasos discretos en lugar de un movimiento rotacional continuo. Estos movimientos escalonados se impulsan mediante desplazamientos del campo magnético mediante conjuntos de bobinas electromagnéticas en el estator. El funcionamiento de un motor paso a paso depende de...controlador— Dispositivo electrónico que alimenta corriente a las bobinas del estator del motor en una secuencia que impulsa movimientos escalonados. Las capacidades del controlador tienen un impacto significativo en el rendimiento del motor.

Existen varios tipos de motores paso a paso, pero los más comunes ofrecen una buena resolución (200 pasos por revolución o superior), así como un par motor a baja velocidad respetable, una construcción robusta, una larga vida útil y un coste relativamente bajo. Sin embargo, presentan limitaciones. El par motor disminuye a velocidades de rotación más altas y (con controladores sencillos) los motores paso a paso pueden sufrir vibraciones de alta frecuencia (ringing). La mayor desventaja es que, incluso en aplicaciones de posicionamiento, los sistemas básicos de motores paso a paso funcionan con control de lazo abierto.

Los motores paso a paso responden a las instrucciones del controlador para avanzar un cierto número de pasos, pero no le devuelven información sobre si este movimiento se ha completado. Por lo tanto, si el motor no completa los pasos solicitados, puede surgir una discrepancia creciente entre lo que el controlador...asumecomo la posición giratoria del eje del motor y laverdaderoPosición del eje (y cualquier carga o mecanismo accionado acoplado). Estos desajustes ocurren cuando el par del motor es insuficiente para superar la resistencia mecánica… y, de hecho, pueden convertirse en un problema importante a altas revoluciones por minuto, ya que es entonces cuando la capacidad de salida de par del motor es limitada. Por eso, los ingenieros de diseño suelen sobreespecificar los motores paso a paso para evitar saltos, incluso si esto implica seleccionar motores paso a paso demasiado grandes y pesados ​​para todos los perfiles de movimiento, salvo los más exigentes.

Otra desventaja es que, cuando un motor paso a paso tradicional se detiene, la corriente debe circular por los devanados del motor para mantener el eje en su posición. Esto consume energía eléctrica y calienta los devanados del motor y los subcomponentes circundantes.

Retroalimentación sobre sistemas de motor paso a paso para un posicionamiento confiable

Añadir codificadores a un sistema de motor paso a paso para obtener retroalimentación de la posición del eje prácticamente cierra el bucle de control. Añadir estos dispositivos de retroalimentación aumenta el coste total del sistema, pero no tanto como cambiar a un servomotor.

Un enfoque para agregar retroalimentación del codificador es operar enmover y verificarModo. En este caso, se añade un codificador incremental simple al eje de cola del motor paso a paso. Cuando el controlador envía comandos de paso al motor, el codificador verifica continuamente que los movimientos ordenados se hayan realizado. Si el motor no completa el número de pasos solicitado, el controlador puede solicitar más pasos hasta que alcance la posición deseada. Los controladores más sofisticados también aumentan la corriente de fase del motor para aumentar el par necesario para realizar esos pasos adicionales.

Los codificadores utilizados en dichas configuraciones de movimiento y verificación suelen tener resoluciones que son múltiplos de 200 posiciones por revolución.

Tenga en cuenta que las configuraciones que emplean modos de movimiento y verificación aún pueden beneficiarse de la inclusión de motores de gran tamaño, pero no hasta el grado requerido por sistemas simples de circuito abierto.

Tenga en cuenta también que este modo puede ayudar a los controladores inteligentes a ajustar las corrientes de mantenimiento en el motor para lograr ligeras mejoras en la eficiencia durante la parada… aunque el consumo general de energía todavía tiende a ser alto.

Control paso a paso de bucle cerrado con codificadores absolutos

Otra opción algo más sofisticada para aplicaciones críticas de control de posición es el control de lazo cerrado completo mediante codificadores absolutos multivuelta. Los codificadores utilizados en este caso se conectan al eje de cola de un motor paso a paso para monitorizar:

1. La posición angular del motor paso a paso, así como
2. El número de vueltas completas del motor paso a paso.

En esta configuración, el motor paso a paso se controla como un motor de CC sin escobillas (BLDC) de alto número de polos, y el codificador proporciona continuamente retroalimentación de posición al controlador. La corriente de mantenimiento suministrada al motor se ajusta exactamente a la cantidad necesaria para mantener la posición dentro de una tolerancia de posición dada. Un motor paso a paso controlado como un servomotor sin escobillas es energéticamente eficiente y más económico que un servomotor BLDC auténtico. Entonces, ¿por qué no utilizar motores paso a paso económicos para todas las aplicaciones de servomotores BLDC?

Los motores paso a paso utilizados en servosistemas de bucle cerrado presentan una limitación física que no se encuentra en los servomotores BLDC auténticos. Más específicamente, los motores paso a paso así operados funcionan esencialmente como motores sin escobillas de 50 polos, por lo que no pueden alcanzar las rpm que permiten los servomotores. Además, los rotores de los motores paso a paso tienen mayor inercia que los de los servomotores BLDC auténticos de potencia equivalente, por lo que no pueden ofrecer las mismas aceleraciones.

Cuando se utiliza un motor paso a paso en modo bldc, el codificador realiza una función vitalconmutaciónFunción: informar la posición rotatoria exacta del eje del motor, lo que a su vez permite al controlador energizar el conjunto adecuado de electroimanes del estator para una rotación continua según sea necesario. Además, los codificadores absolutos de precisión también pueden ayudar a los controladores avanzados de micropasos a ajustar con precisión la corriente de fase para reducir la vibración que se produce en sistemas de motores paso a paso más básicos.