CONTROL DE MOTOR PAP. Docente Guía de laboratorio. Ingeniería. Actuadores y elementos de control. Objetivos: Conceptos y Habilidades:

En este laboratorio usted tiene disponible dos motores paso a paso, un motor unipolar y un motor bipolar, los cuales deberá identificar por medio de la medición de sus bobinas, para posteriormente poner en funcionamiento con el fin de caracterizarlos, para esto deberá tener en cuenta el voltaje de alimentación de los motores y deberá realizar una secuencia por cada motor.

Docente Guía de laboratorio

Ingeniería Actuadores y elementos de

control

Objetivos:

Conocer los tipos de actuadores y elementos de control más utilizados

en la industria, así como el principio de funcionamiento de cada

uno.

Conceptos y Habilidades:

Generalidades de los actuadores y elementos de control, motores AC y variadores de velocidad, actuadores neumáticos e hidráulicos, motores paso a paso y servomotores.

Identificar las aplicaciones más comunes para los diferentes tipos de

actuadores.

RECURSOS RELACIONADOS:

Laboratorio: control de motor AC con variador de

velocidad, Actuadores neumáticos, Actuadores hidráulicos, Control de un

servomotor.

Contenidos:

Actuadores y elementos de control.

CONTROL DE MOTOR PAP

EQUIPOS DE LA SIMULACIÓN

Fuente de poder Motores Multímetro Base tipo dial

SECUENCIA DE REALIZACIÓN

• Ingrese al simulador Actuadores y elementos de control, registre su información personal y seleccione la práctica “Control de motor PAP” que se muestra (Figura 1).

• Lea la situación / desafío, luego haga clic en el ícono “cerrar” para salir de la introducción y acceder al laboratorio (Figura 2).

• Durante el laboratorio, puede hacer clic en el ícono de “información” para leer la situación, los procedimientos o para acceder a las ecuaciones según sea necesario. Haga clic en el ícono de “ayuda”

para preguntas comunes. En cualquier momento, si desea detener el proceso en el laboratorio y limpiar la estación de trabajo, haga clic en el ícono de la

“papelera” (Figura 3).

1. Identificación de elementos de laboratorio

• Motor paso a paso unipolar.

• Motor paso a paso bipolar.

• Multímetro.

• Fuente de alimentación variable.

• Driver para la manipulación de los motores.

• Base tipo dial para la relación ángulo – paso del motor.

2.

• Arrastre uno de los dos motores disponibles a la base tipo dial (Figura 4).

• Use el multímetro para identificar el tipo de motor mediante la medición de las resistencias de las bobinas siguiendo el procedimiento explicado más adelante

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

(Figura 5).

• Una vez identifique el tipo de motor, realice la conexión de los cables con las borneras del driver.

• Configure en la interfaz del driver el tipo de motor y la secuencia que desea programar (Figura 6).

• Encienda la fuente de alimentación y configure el voltaje de funcionamiento del motor para poner en marcha la secuencia programada (Figura 7).

• Presione el botón de iniciar secuencia para observar el comportamiento del motor para los parámetros configurados.

• Repita el mismo procedimiento para el segundo motor.

3. Medición y conexión de bobinas:

• De clic sobre el multímetro y enciéndalo para realizar las medidas de resistencia sobre las bobinas del motor.

• De clic en uno de los cables y posteriormente clic en una de las puntas de medición del multímetro.

• De clic en un segundo cable y posteriormente clic en la punta de medición que se encuentra libre.

• Observe el valor de resistencia registrada en el multímetro, si no le marca ningún valor significa que ha tomado los cables de dos bobinas diferentes.

• Si le registra un valor de medida, estos corresponderán a los cables de una de las bobinas del motor (deberá tener presente los cables de la bobina para la conexión al driver), si se trata de un motor unipolar, deberá identificar un tercer cable que corresponde al punto común de las bobinas, este podrá identificarlo mediante una medida de resistencia, ya que cualquiera de las bobinas del motor que tome, al registrar la medida con dicho cable, le registrará un valor de resistencia menor al valor total de la resistencia de la bobina.

Fig. 4

Fig. 5

Fig. 6

Fig. 7

Fig. 8

4. Conexión y configuración motor – driver:

• Una vez identifique los pares de cables de cada una de las bobinas del motor, diríjase al driver y de clic sobre éste para realizar la conexión de cada uno de ellos a las borneras del drive, donde A y B corresponden a los cables de una de las bobinas, C y D corresponden a los cables de la segunda bobina y COM corresponde al cable del punto común de las bobinas para el caso del motor unipolar.

• Según el motor que tenga posicionado sobre la base, configure el driver en modo unipolar o bipolar.

• Si el motor es unipolar, seleccione la secuencia que desee realizar, ya sea paso simple, paso doble o medio paso. Tenga en cuenta que deberá poner en funcionamiento el motor con una de las secuencias (Figura 8).

• Ingrese la cantidad de pasos que debe realizar el motor para dar una vuelta completa (360°), de inicio a la secuencia configurada y observe el comportamiento de giro del motor, donde validará si los parámetros ingresados corresponden con la secuencia seleccionada. Recuerde la alimentación del motor mediante la fuente de voltaje.

• Realice el mismo procedimiento con el segundo motor.

5. Registro de datos:

• Tenga en cuenta que para esta práctica de laboratorio se solicita ingresar en el registro de datos el voltaje de alimentación, cantidad de pasos por vuelta y el desplazamiento por paso de cada uno de los motores (Figura 9).

• Una vez ingresados todos los valores solicitados en el registro de datos, haga clic en el botón “VERIFICAR” para comprobar si son correctos.

Fig. 9

Fig. 10

Fig. 11

6. Preguntas

• Use el botón de cuaderno de notas para dar respuesta a las preguntas planteadas en éste (Figura 10).

• Tenga en cuenta que son cuatro preguntas complementarias para responder, donde debe usar la flecha para pasar a la siguiente.

• El cuaderno de notas tiene la posibilidad de agregar una nueva hoja de notas o eliminarla en caso de que la requiera, para esto debe usar los botones .

7.

y reporte de laboratorio

• Haga clic en el icono de lápiz y revise el registro de datos y haga clic en el botón de verificación (Figura 11).

• Si las medidas se calcularon correctamente, aparecerá un mensaje de éxito. Haga clic en continuar.

• Complete la evaluación de las preguntas tipo PISA y luego haga clic en el botón terminar para generar el reporte de laboratorio y guardarlo como evidencia de aprendizaje y enviarse al docente. Las preguntas de evaluación guiadas opcionales son parte del informe de laboratorio.

DESARROLLO DE LABORATORIO

Cada vez que se ingresa al simulador, se visualiza una mesa de trabajo en la cual dispone de dos motores, y los equipos necesarios para realizar su caracterización por medio de mediciones de resistencia en sus bobinas, y la realización de todas las secuencias posibles para cada motor.

Situación propuesta:

- Se selecciona cada uno de los motores y se ubica sobre la base tipo dial.

Motor unipolar Motor bipolar

- Posteriormente se selecciona el multímetro y se realiza la medición de resistencia de los devanados.

- Se enciende el multímetro y enciéndalo para realizar las medidas de resistencia sobre las bobinas del motor.

- Para realizar la medición se da clic en uno de los cables y posteriormente clic en una de las puntas de medición del multímetro, luego se da clic en un segundo cable y posteriormente clic en la punta de medición que se encuentra libre.

Nota: si no se observe ningún valor, significa que se han tomado los cables de dos bobinas diferentes.

Si se registra un valor de medida, estos corresponderán a los cables de una de las bobinas del motor, es necesario tener presente los cables, puesto que se deben conectar en orden en el driver de control, si se trata de un motor unipolar, deberá identificar un tercer cable que corresponde al punto común de las bobinas, este podrá identificarlo mediante una medida de resistencia, ya que cualquiera de las

bobinas del motor que tome, al registrar la medida con dicho cable, le registrará un valor de resistencia menor al valor total de la resistencia de la bobina.

Motor unipolar Motor bipolar

Se registraron las siguientes mediciones:

Resistencia cable verde y rojo = 80Ω

Resistencia cable amarillo y rojo = 40Ω

Resistencia cable negro y azul = 80Ω

Resistencia cable azul y amarillo = 80Ω

Se registraron las siguientes mediciones:

Resistencia cable verde y rojo = 110Ω

Resistencia cable verde y rojo = 110Ω

Se concluye a travez de las mediciones que una bobina corresponde a los cables rojo-verde, la segunda bobina corresponde a la bobina azul-negro.

Las demas conbinaciones dieron como resultado 0Ω

Se concluye a travez de las mediciones que una bobina corresponde a los cables rojo-verde, la segunda bobina corresponde a la bobina azul-negro y el lunto en comun es el cable amarillo.

- Una vez se identifica el tipo de motor y las bobinas, se debe realizar la conexión de los cables con las borneras del driver.

Motor unipolar Motor bipolar

Cable rojo- borne A Cable verde- borne B Cable azul- borne C Cable negro- borne D Cable amarillo- Borne COM

Cable rojo- borne A Cable verde- borne B Cable azul- borne C Cable negro- borne D

- Una vez se realiza la conexión, se debe activar la fuente de poder dando clic en el signo “+” hasta ajustar el voltaje deseado (En este caso 5V para el unipolar y 24 V para el bipolar) y después en el botón POWER, posteriormente se procede a configurar la interfaz del driver, seleccionando el tipo de motor y la secuencia que desea programar.

- Según el motor que tenga posicionado sobre la base, se configura el driver en modo unipolar o bipolar.

Nota: Si el motor es unipolar, seleccione la secuencia que desee realizar, ya sea paso simple, paso doble o medio paso. Tenga en cuenta que deberá poner en funcionamiento el motor con una de las secuencias.

- Se configura el driver de control para que el motor se desplace un paso.

Motor unipolar Motor bipolar

En este caso se selecciona paso simple

Se configura el controlador de acuerdo con la instrucción en el contenido multimedia.

Se configura el controlador de acuerdo con la instrucción en el contenido multimedia.

Se da clic en “Iniciar” Se da clic en “Iniciar”

Se observa la base tipo dial y se evidencia un paso de 18°

Se observa la base tipo dial y se evidencia un paso de 3°

Nota: Para tener una medida más exacta, es posible también realizar diez pasos y posteriormente el número de grados dividirlo entre diez.

Se aplica la formula indicada en la sección de ecuaciones para determinar el número de pasos para realizar una vuelta completa:

𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑠𝑜𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑣𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎 = 360°

𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑒𝑛 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑎𝑠𝑜

Se debe Ingresar la cantidad de pasos que debe realizar el motor para dar una vuelta completa (360°),

𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑠𝑜𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑣𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑢𝑛𝑖𝑝𝑜𝑙𝑎𝑟 = 20 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑠𝑜𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑣𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑏𝑖𝑝𝑜𝑙𝑎𝑟 = 120

PREGUNTAS COMPLEMENTARIAS

A continuación, se muestran las respuestas esperadas a las preguntas complementarias que se deben registrar en el cuaderno de notas.

1. ¿Cuál es la diferencia entre un motor unipolar y un motor bipolar?

R// Más allá de las diferencias físicas que hayan, tales como que el motor unipolar es más grande que el bipolar o que un motor unipolar tiene 5 o 6 cables y que el bipolar tiene 4 cables, lo más importante es saber bajo qué configuraciones opera un motor con respecto al otro, de ahí que adquieran la característica de ser bipolar o unipolar.

2. ¿Cuál es la relación entre vueltas y número de pasos de un motor? Explique.

R// Revoluciones por segundo (RPS), cada vuelta recorrida por el rotor se compondrá de tantos saltos como bobinas diferentes existan en el estator. El desplazamiento angular obtenido de cada paso se calculará

dividiendo los 360° correspondientes a una vuelta por el número de arrollamiento "n", es decir que D=

360/n.

3. ¿Cuál es la función principal de un controlador de un motor paso a paso?

R// Realizar el control del movimiento gradual del rotor del motor de acuerdo con los impulsos eléctricos sobre las bobinas del estator.

4. ¿En qué aplicaciones industriales se pueden implementar motores paso a paso?

R// impresoras 3D, CNC, plataformas de cámaras y trazadores X, Y. Algunas unidades de disco también utilizan motores paso a paso para posicionar el cabezal de lectura/escritura. Control de la velocidad de rotación para la automatización del proceso y la robótica; entre otros.

TABLA DE REGISTROS DE DATOS

A continuación, se muestra la información recopilada en el registro de datos. Recuerde que los datos de cada práctica de laboratorio son aleatorios.

PREGUNTAS CONCEPTUALES

Preguntas de tipo PISA

Enunciado: Se tienen dos motores paso a paso, el motor 1 tiene una precisión de 18° por paso y el motor 2 tiene una precisión de 1.8° por paso. A partir de estos datos determine:

1. ¿

?

b. 200 pasos.

c. 20 pasos. (respuesta correcta) d. 18 pasos.

2. ¿

paso requiere el motor 2 para dar una vuelta completa?

a. 360 pasos.

b. 200 pasos. (respuesta correcta) c. 20 pasos.

d. 18 pasos.

3. ¿

de los dos motores tiene mayor precisión?

a. Motor 1.

b. Motor 2. (respuesta correcta) c. Tiene la misma precisión.

d. No se puede determinar.