Los motores de paso a paso también conocidos como steppers a diferencia de los motores de corriente continua, los cuales giran libremente, estos nos brindan exactitud en los movimientos ya que para girar este tiene que dar cierto número de pasos, de allí su nombre. Las ventajas que se obtienen con este tipo de motor son: mayor troque, una gran precisión, y la habilidad de frenarse sin un sistema externo. Artículos que se usan diariamente que
contienen motores de paso a paso, son, impresoras, copiadoras, lectores, todo instrumento que requiera de movimientos precisos.
Objetivo
El estudiante conocerá los conceptos básicos de un motor paso a paso, los diferentes tipos, características y el funcionamiento de estos. Para así, al final de la práctica, con el conocimiento adquirido, el estudiante podrá controlar cualquier tipo de motor de pasos, el cual le servirá para futuras prácticas.
Marco Teórico
Un motor paso a paso es aquel que gira un determinado ángulo (paso) cuando se aplican entre los extremos de sus bobinas las tensiones adecuadas. Este tipo de motores gira sólo un paso al aplicar en los extremos de sus bobinas las tensiones fijas adecuadas. El sentido de giro depende de la secuencia de activación de las bobinas que forman el estator del motor. La velocidad de giro depende en este caso de la frecuencia de conmutación de las tensiones en los extremos de dichas bobinas.
Se define el ángulo de paso como el ángulo que describe el eje del motor (rotor) al aplicarle un impulso. Puede variar de 1º a 90 º según el motor. En general, los motores paso a paso presentan las siguientes ventajas:
- Insensibilidad a vibraciones y a variaciones de tensión y de temperatura. - Movimientos muy precisos.
- Frecuencia de trabajo variable.
Los motores paso a paso están presentes en multitud de aplicaciones como pueden ser periféricos de computadores (impresoras, discos duros, unidades de discos flexibles, etc.), máquinas herramientas (mesas de control numérico, etc.), etc.
Descripción física de un motor paso a paso
El funcionamiento de un motor paso a paso se basa en el hecho de que dos imanes enfrentados tienden a orientarse de forma que el polo norte de uno de ellos esté alineado con el polo sur del otro. En un motor paso a paso el estator está compuesto por varias bobinas de forma que al aplicar tensión a alguna de ellas se crea un campo magnético en su interior, apareciendo en los extremos de la bobina un polo norte y un polo sur (la polaridad de la bobina depende del sentido de circulación de la corriente y del sentido de los devanados).
El eje (rotor) del motor, que está unido a un imán, se alinea con esa bobina de forma que el polo sur del imán se orienta hacia el polo norte de la bobina a la que se está aplicando tensión. La aplicación de tensión a la siguiente bobina producirá el giro del rotor un paso.
El motor que se utiliza en esta práctica es del tipo unipolar, es decir, que sus
bobinas tienen una toma intermedia conectada a la tensión de alimentación positiva. Para establecer la circulación de corriente a través de una bobina hay que aplicar una tensión correspondiente a masa en uno de sus extremos. Aplicando dicha tensión al otro extremo de la
bobina varía el sentido de circulación de la corriente y con él la alineación del rotor
Existen 2 tipos de Motores paso a paso, de imán permanente y de reluctancia variable, también existen los híbridos pero son combinaciones de los 2
mencionados. Los motores de imán permanente son muy parecidos a motores CD sin escobillas, los bobinados del motor están en el estator, y lo que forma el rotor es un imán permanente. En el caso de los motores de reluctancia variable el rotor es un cilindro sólido hecho de un material magnéticamente blando y mecanizado en forma de dientes. Identificar un motor de reluctancia variable es sencillo, usualmente tienen 3 bobinados, unidos en una terminal la cual generalmente va a la corriente positiva, y para moverlo solo se tienen que energizar en secuencia.
Dentro del tipo de imán permanente cubriremos los más comunes, los unipolares y los bipolares. Ambos cuentan con una ventaja sobre los de reluctancia variable que es el par de detención.
Motores Unipolares
Los motores unipolares tienen un conector central en la bobinas, el cual va conectado usualmente a la corriente positiva, así similarmente como los de reluctancia variable, solo se tiene que seguir una secuencia sencilla para
moverlo. Para identificarlos, estos tienen 5 o 6 cables generalmente, y al mover el rotor se siente el imán permanente.
Motores Bipolares
Los motores bipolares constan de una construcción más sencilla ya que las bobinas están separadas, esto ofrece un mayor torque que los motores unipolares en incluso en un tamaño más compacto, pero en el control del motor es un poco complejo, ya que se tienen que polarizar las bobinas
individualmente. Para esto generalmente se maneja lo que se llama puente H (véase practica #6), 2 para manejar un motor de 4 fases, y así poder manejar la polaridad de las bobinas. Estos motores generalmente tienen 4 cables.
Como se puede observar en la tabla la secuencia se refiere al camino que toma la corriente a través de las bobinas lo cual genera el campo magnético, esto se configurara dependiendo del tipo de secuencia que queremos
implementar, ya sea de Onda, Paso completo o Medio paso, en la tabla observamos que esta lleno con datos Booleanos (0 y 1). Los 0 indican por donde no pasa corriente y por ende no genera campo magnético, los valores 1 indican que por esa bobina si se encuentra con un flujo de corriente eléctrica y por lo tanto si genera campo magnético.
Controlador ULN2003
ULN2003 es un alto voltaje y alta gama actual Darlington IC. Contiene siete pares Darlington colector abierto con emisores comunes. Un par Darlington es un arreglo de dos transistores bipolares.
ULN2003 pertenece a la familia de la serie ULN200X de los circuitos
integrados.Diferentes versiones de esta interfaz familiar a diferentes familias lógicas.ULN2003 es de 5V TTL, dispositivos lógicos CMOS. Estos circuitos integrados se utilizan cuando se conduce una amplia gama de cargas y se utilizan como conductores de relés, controladores de pantalla, los conductores de la línea, etc ULN2003 también se usa comúnmente durante la
conducción Motores paso a paso .Consulte interfaz del motor de pasos utilizando ULN2003 .
Cada canal o un par darlington ULN2003 en valor nominal es de 500 mA y pueden soportar la corriente máxima de 600 mA.Las entradas y salidas se proporcionan opuestas entre sí en la disposición de pines.Cada conductor también contiene un diodo de supresión para disipar los picos de tensión
durante la conducción de cargas inductivas. El esquema para cada conductor se da a continuación:
Motor paso a paso es una máquina para convertir el pulso al desplazamiento angular. Así que si usted da pasos del conductor una señal de pulso
determinado, que impulsará el motor de paso a un cierto ángulo. usted puede controlar el ángulo del paso a paso movido por el número del pulso. Y también se puede controlar la velocidad de la rotación paso a paso por la frecuencia del pulso. La siguiente imagen es el esquema del controlador paso a paso.
La siguiente imagen es la señal de control para conducir un stepper 28BYJ48 para girar 1/4096 círculo.
línea 1 2 3 4 5 6 7 8 rojo 1 1 1 1 1 1 1 1 naranja 1 1 0 0 0 0 0 1 amarillo 0 1 1 1 0 0 0 0 rosa 0 0 0 1 1 1 0 0 azul 0 0 0 0 0 1 1 1
Un motor a pasos se define por su voltaje, resistencia y grados por paso o resolución. La resistencia entre los bobinados, es la que determina la velocidad y el torque del motor. Incluso si no están especificados los cables, con un multimetro se pueden identificar por medio de la resistencia.
En caso de que la resolución del motor no venga especificada, esta se puede obtener con la siguiente fórmula:
Resolución = 360/N
Donde N = al número de fases totales.