Motores paso a paso: Caracter�sticas

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					         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)



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motores paso a paso
        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).


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motores paso a paso
        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.




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motores paso a paso
                 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.
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                       Motores paso a paso: Control




       • Secuencia de accionamiento1-2 (alternativamente 1 y 2
         arrollamientos energizados).
       • Cada fase avanza el stepper ½ paso.

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       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).




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       Motores paso a paso: Tipos de steppers

Motor de reluctancia variable

                                           • No usa imanes
                                             permanentes en el
                                             rotor
                                           • Por eso, se mueve
                                             libremente al girarlo
                                           • Uso: aplicaciones no
                                             industriales que
                                             requieren poco
     Motor de 15 grados por paso             torque
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       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.

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        Motores paso a paso: Tipos de steppers

Motor de imán permanente
                                             • 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. impre-
                                               soras, scanners, disketeras).
Motor de 90º por paso con 4 fases (A-D)

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        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).

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        Motores paso a paso: Tipos de steppers

Motores unipolares
                                                  • 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
• El rotor de la figura es un magneto de 6 polos.
                                                    b) a masa
• Cada arrollamiento o bobina está distribuido      alternativamente.
 entre 2 polos en el estator.

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      Motores paso a paso: Conexión de las bobinas




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       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.

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     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.
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motores paso a paso
     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.
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      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).


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 motores paso a paso
   Motores paso a paso: Circuitos de drivers prácticos

Para motores unipolares y de                  • Cada llave es compatible con una
reluctancia variable.                           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 = 1000.
                                              • 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).

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  motores paso a paso
               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
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motores paso a paso
 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.

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motores paso a paso
                        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.


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motores paso a paso
                     Motores paso a paso:
             Circuitos de drivers comerciales: L298

Para cargas mayores (hasta 2 A) puede
usarse el L298, también puente H dual.




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motores paso a paso
                     Motores paso a paso:
             Circuitos de drivers comerciales: L298
                                         Para corrientes mayores (4 A)
                                         pueden conectarse ambos
                                         puentes en paralelo:




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motores paso a paso
                  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.

 Seminario control de     Ing. Héctor Hugo Mazzeo                 23
 motores paso a paso
  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.

Seminario control de   Ing. Héctor Hugo Mazzeo             24
motores paso a paso
  Motores paso a paso: Circuito controlador + driver


Mediante
el L297 se
generan
las
señales
necesarias
(paso o
semipaso,
cantidad
de pasos,
dirección,
etc.).
 Seminario control de   Ing. Héctor Hugo Mazzeo    25
 motores paso a paso

				
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