Conducción de motores paso a paso a alta velocidad

Los motores paso a paso son uno de los motores más simples de implementar en diseños electrónicos donde se necesita un nivel de precisión y repetibilidad. La construcción de motores paso a paso coloca una limitación de baja velocidad en el motor, más baja que la velocidad a la que la electrónica puede impulsar el motor. Cuando se requiere una operación de alta velocidad de un motor paso a paso, la dificultad de implementación aumenta.

Motor paso a paso



Índice
  1. Factores del motor paso a paso de alta velocidad
  2. Inercia
  3. Curvas de par
  4. Señal de conducción
  5. Zona muerta
  6. Resonancia
  7. Numero de pie

Factores del motor paso a paso de alta velocidad

Varios factores se convierten en desafíos de diseño e implementación cuando maneja motores paso a paso a altas velocidades. Como muchos componentes, el comportamiento real de los motores paso a paso no es ideal y está lejos de la teoría. La velocidad máxima de los motores paso a paso varía según el fabricante, el modelo y la inductancia del motor, con velocidades de 1000 RPM a 3000 RPM generalmente alcanzables.

Para velocidades más altas, los servomotores son una mejor opción.


Inercia

Cualquier objeto en movimiento tiene inercia, que resiste los cambios en la aceleración de un objeto. En aplicaciones de menor velocidad, es posible impulsar un motor paso a paso a la velocidad deseada sin perder un paso. Sin embargo, intentar conducir una carga en un motor paso a paso a alta velocidad inmediatamente es una excelente manera de saltarse pasos y perder la posición del motor.

Un motor paso a paso debe aumentar de baja a alta velocidad para mantener la posición y la precisión, excepto en el caso de cargas livianas con pocos efectos de inercia. Los controles avanzados del motor paso a paso incluyen limitaciones de aceleración y estrategias para compensar la inercia.


Curvas de par

El par de un motor paso a paso no es el mismo para todas las velocidades operativas. Cae a medida que aumenta la velocidad de paso.

La señal de accionamiento de los motores paso a paso genera un campo magnético en las bobinas del motor para crear la fuerza necesaria para dar un paso. El tiempo que tarda el campo magnético en alcanzar su máxima fuerza depende de la inductancia de la bobina, el voltaje de accionamiento y la limitación de corriente. A medida que aumenta la velocidad de conducción, se acorta el tiempo que las bobinas permanecen a plena potencia y se reduce el par que el motor puede generar.


Señal de conducción

La corriente de la señal de accionamiento debe alcanzar la corriente de accionamiento máxima para maximizar la fuerza en un motor paso a paso. En aplicaciones de alta velocidad, la coincidencia debe ocurrir lo más rápido posible. Conducir un motor paso a paso con una señal de mayor voltaje ayuda a mejorar el par a altas velocidades.


Zona muerta

El concepto ideal de un motor permite accionarlo a cualquier velocidad con, en el peor de los casos, una reducción del par a medida que aumenta la velocidad. Sin embargo, los motores paso a paso a menudo desarrollan una zona muerta en la que el motor no puede impulsar la carga a una velocidad determinada. La zona muerta surge de la resonancia en el sistema y varía para cada producto y diseño.


Resonancia

Los motores paso a paso impulsan sistemas mecánicos y todos los sistemas mecánicos pueden sufrir resonancia. La resonancia ocurre cuando la frecuencia de conducción coincide con la frecuencia natural del sistema. Agregar energía al sistema tiende a aumentar su vibración y pérdida de torque, en lugar de su velocidad.

En aplicaciones donde las vibraciones excesivas resultan problemáticas, es especialmente importante encontrar y omitir las velocidades del motor paso a paso de resonancia. Las aplicaciones que toleran vibraciones deben evitar la resonancia siempre que sea posible. La resonancia puede hacer que un sistema sea menos eficiente a corto plazo y acortar su vida útil con el tiempo.


Numero de pie

Los motores paso a paso emplean algunas estrategias de conducción que ayudan al motor a adaptarse a diferentes cargas y velocidades. Una táctica es el micropaso, que permite que el motor haga pasos más pequeños que completos. Estos micropasos ofrecen menor precisión y hacen que el funcionamiento del motor paso a paso sea más silencioso a velocidades más bajas.

Los motores paso a paso solo pueden conducir tan rápido, y el motor no ve ninguna diferencia en un micropaso o un paso completo. Para un funcionamiento a máxima velocidad, normalmente querrá accionar un motor paso a paso con pasos completos. Sin embargo, el uso de micropasos a través de la curva de aceleración del motor paso a paso puede reducir significativamente el ruido y la vibración en el sistema.

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