Un motor paso a paso es un motor que está diseñado para dar pasos en lugar de simplemente girar inmediatamente cuando se aplica la energía. Los motores paso a paso de diseño diferente tendrán un número diferente de pasos, pero los dos más comunes tienen 200 (1,8 grados) o 400 pasos (0,9 grados).
Como resultado de su diseño completamente diferente, generalmente se usa en aplicaciones bastante diferentes a los motores de CC o CC sin escobillas (aunque hay algunos cruces).
La única forma de hacer que un motor paso a paso funcione de la manera para la que está diseñado es con un controlador o controlador de motor paso a paso dedicado. Si intenta conectar los cables de un motor paso a paso a una fuente de alimentación (como lo haría con un motor de CC cepillado), simplemente bloqueará el motor en una posición (¡y comenzará a calentarse si lo deja conectado por un tiempo! ).
La cuestión de quién inventó realmente el motor paso a paso todavía está abierta a cierto debate, en parte porque las versiones originales no se conocían inmediatamente como motores paso a paso.
Sin embargo, para la mayoría de los ingenieros (incluidos nosotros mismos) se atribuye en gran parte a Frank W. Woods, quien patentó un motor basado en 5 bobinas de estator que se podían cargar en varias combinaciones para ofrecer un movimiento paso a paso.
El primer ejemplo registrado de un motor paso a paso utilizado en una aplicación práctica fue el de uno de los mayores impulsores de la innovación en los siglos XVIII, XIX y XX, la Royal Navy británica. El sistema se desarrolló en la década de 1930 como un medio para controlar las torretas y los cañones de los grandes barcos y en la actualidad se siguen utilizando sistemas similares.
En la década de 1960, este tipo de motor paso a paso básico comenzó a ser reemplazado por motores paso a paso de imán permanente de gran ángulo, similares a los tipos que se utilizan comúnmente en la actualidad.
Sin embargo, estos motores sufrieron una serie de problemas. La precisión posicional estaba limitada debido a la ausencia de controladores de motor paso a paso precisos y los problemas de resonancia dentro de las carcasas del motor a menudo provocaban que el motor tuviera que detenerse y reiniciarse.
A lo largo de la década de 1970 y especialmente en las décadas de 1980 y 1990, se realizaron importantes avances en el desarrollo de controladores que podrían abordar algunos de los problemas de resonancia que se encuentran en los motores paso a paso, así como en desarrollos de fabricación que redujeron el costo de los motores paso a paso. Sin embargo, los motores paso a paso en este momento seguían siendo caros y se usaban típicamente en aplicaciones de defensa y aeroespaciales.
A principios de la década de 2000, estos desarrollos eran tan importantes que el costo de los motores paso a paso y los controladores de motor paso a paso comenzaron a caer, lo que les permitió ser utilizados en una variedad de aplicaciones donde antes eran demasiado costosos de usar.
Al poder tomar pasos específicos, es posible controlar con precisión la rotación del motor hasta porcentajes de un grado con una precisión increíble.
Si imagina una esfera de reloj con una mano, un motor de CC «tradicional» solo podría girar a una velocidad constante.
Cualquier posicionamiento tendría que ser controlado por tiempo o usando un sistema de circuito cerrado con un codificador para determinar la posición. Sin embargo, con un motor paso a paso es posible mover la manecilla de forma rápida y sencilla desde cualquier posición del reloj a cualquier otra posición a la velocidad que se requiera.
Dependiendo del controlador de motor paso a paso que esté utilizando, es posible gestionar la aceleración y desaceleración de cada movimiento e incluso programar secuencias específicas.
Lo primero que hay que entender es el diseño interno del motor paso a paso. El motor paso a paso es un tipo de motor sin escobillas (solo en el sentido de que no tiene escobillas) y tiene el imán directamente conectado al eje en el centro del motor.
Lo que hace que esto sea diferente de otros motores es que el imán tiene dientes a su alrededor, como los dientes de un engranaje. De hecho, tiene 2 juegos de dientes alrededor del rotor que están desplazados y que alternan los polos norte y sur.
Las bobinas reales (que se encienden y apagan mediante el controlador del motor paso a paso) están montadas en el exterior del motor.
Un motor paso a paso típico tendrá 2 juegos de bobinas dispuestas una frente a la otra (180 grados de separación).
Para que el motor gire, se encienden las bobinas, una positiva y la otra negativa. Esto crea un efecto doble de empujar / tirar en el motor paso a paso que lo moverá un paso.
Después de completar un paso, el otro par hace lo mismo y el motor gira otro paso.
A medida que el controlador del motor paso a paso acelera este proceso, el motor comenzará a girar con mayor fluidez (en lugar de un proceso de paso, paso, paso, paso) y puede alcanzar velocidades de hasta 1000 rpm.
Este proceso luego se repite a través de las cuatro etapas:
1. Bobina 1 positiva, bobina 3 negativa = 1 paso
2. Bobina 2 positiva, bobina 4 negativa = 1 paso
3. Bobina 1 negativa, bobina 3 positiva = 1 paso
4. Bobina 2 negativa, bobina 3 positiva = 1 paso
Dependiendo del tipo de controlador que tengas es posible incluir micropasos. Microstepping es una forma inteligente de aumentar el número de pasos posibles en un motor que solo tiene 200 pasos mecánicos al introducir un control fraccional sobre la señal eléctrica de entrada.
Un motor paso a paso típico como el motor paso a paso NEMA 23 en el ZD4N2318 en realidad tiene 200 pasos posibles en una rotación completa de 360 grados. Esta es la configuración de motor paso a paso más común, pero hay otros tipos que tienen más (por ejemplo, el ZDSPN1709 tiene 400 pasos).
Con el motor paso a paso estándar de 200 pasos, por lo tanto, tenemos 1,8 grados por paso (asumiendo que estamos operando en modo de paso completo).
Si considera que un controlador de motor paso a paso como el Zikodrive ZD2 puede funcionar a una resolución de hasta 128 micropasos (lo que significa que tiene 128 «micropasos» individuales en 1 paso completo), entonces está claro que un motor paso a paso puede ofrecer una precisión posicional excepcionalmente precisa.
Esto lo hace muy útil en aplicaciones como aplicaciones de bombas o aplicaciones de control de procesos donde un posicionamiento de alta precisión puede marcar la diferencia. Los controladores de motor paso a paso Zikodrive se utilizan ampliamente en aplicaciones de control de procesos y bombas.
Como sin duda puede imaginar de la descripción anterior, uno de los factores más importantes en la configuración del rendimiento del motor paso a paso es el controlador del motor paso a paso que se utiliza.
Simplemente, sin un controlador, un motor paso a paso no podrá ofrecerle nada en cuanto a rendimiento mecánico aparte de un eje bloqueado.
Un controlador de motor paso a paso muy simple podrá hacer girar un motor paso a paso, pero no proporcionará una amplia gama de opciones de control y rendimiento que lo ayudarán a beneficiarse realmente de las características de rendimiento que puede ofrecer un motor paso a paso.
Sin embargo, un controlador programable de micropasos avanzado como el Zikodrive ZD4 proporcionará una gama completa de rendimiento del motor paso a paso de su elección. Este tipo de controlador puede ofrecer un posicionamiento de alta precisión y se puede configurar para brindar el rendimiento que necesita con una gama de características de seguridad adicionales, como protección contra sobrecorriente, protección contra polaridad inversa y más.
Todo esto puede tener una influencia importante en la forma en que funcionará el motor, la vida útil del motor y el controlador y la eficiencia de todo el sistema.
Estos le darán una buena idea del tipo de funciones disponibles con nuestra gama y también las clasificaciones de potencia y velocidad que puede lograr.
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