Baixe Motores Paso a Paso: Principios, Tipos y Aplicaciones e outras Esquemas em PDF para Física, somente na Docsity!
NFORME DE
INDICE
1.-INTRODUCCIÓN
Un motor paso a paso es un tipo de motor eléctrico que convierte impulsos eléctricos en movimientos mecánicos discretos, girando en pasos definidos. Estos motores son conocidos por su precisión en el posicionamiento y control de velocidad, lo que los hace ideales para aplicaciones que requieren movimientos exactos y repetibles, como impresoras 3D, robots y máquinas CNC. 2.-DEFINICION El motor paso a paso es un actuador o transductor electromagnético incremental que convierte pulsos eléctricos en desplazamientos angulares de un eje. Este motor es en sí mismo un conversor digital-analógico ya que convierte una señal eléctrica digital en un desplazamiento angular del rotor. Las caracteristicas anteriormente mencionadas hacen que el movimiento sea preciso, constante y repetible; dándole al motor paso a paso una elevada capacidad de posicionamiento, lo que permite utilizarlos en sistemas que requieren un control exacto de velocidad, distancia y dirección de un movimiento. Lo más importante del motor paso a paso es que el único error sistemático que produce es el error de paso que generalmente es menor que el 5% del valor del paso. Este error no es acumulativo, o sea que es independiente del desplazamiento total girado y del número de veces que se repita la posición final. El motor paso a paso es generalmente controlado por una fuente de potencia de corriente continua y un circuito lógico y que constituyen un elemento clave en la performance misma.
El motor paso a paso conocido también como motor de pasos es un dispositivo electromecánico que convierte una serie de impulsos eléctricos en desplazamientos angulares discretos, lo que significa que es capaz de girar una cantidad de grados (paso o medio paso) dependiendo de sus entradas de control. El motor paso a paso se comporta de la misma manera que un conversor digital-analógico y puede ser gobernado por impulsos procedentes de sistemas digitales. Este motor presenta las ventajas de tener precisión y repetitividad en cuanto al posicionamiento. Entre SUS principales aplicaciones destacan los robots, drones, radiocontrol. 3.-CARACTERISTICAS DE MOTOR PASO A PASO Los motores paso a paso son parte de una clase de motores conocido como motores sin escobillas. Este tipo de motores se alimenta por medio de una fuente de c.c. y mediante un driver permite transformar los pulsos recibidos en la entrada en movimientos angulares sobre el eje de salida. Es importante aclarar que no solo se puede definir el movimiento angular del eje, sino también la dirección de giro. 3.1UN MOTOR PASO A PASO SE DEFINE POR ESTOS PARÁMETROS BÁSICOS: Voltaje Los motores paso a paso tienen una tensión eléctrica de trabajo. Este valor viene impreso en su carcasa o por lo menos se especifica en su hoja de datos. Algunas veces puede ser necesario aplicar un voltaje superior para lograr
4.1COSTITUCIÓN DEL MOTOR.- El motor paso a paso está compuesto por el rotor y estator principales y consta de las siguientes partes: 1.- Rodamientos 2.- Eje 3.- Rotor 1 4.- Rotor 2 5.- Imán Permanente 6.- Ruedas Dentadas sobre el Rotor 7.- Estator 8.- Devanado ROTOR Está compuesto de un imán permanente con dos polos (norte y sur) Este no tiene dientes. Tiene baja velocidad, con torque que depende del tipo de motor. ESTATOR El estator tiene forma cilindrica En su interior se encuentran diversos bobinados, que al ser alimentados secuencialmente generan un campo magnético giratorio. El número de bobinas de éste depende del tipo de motor (cuantos pasos necesita para dar una vuelta). Formado por chapas o un núcleo solido de hierro Las bobinas están distribuidas simétricamente
- MARCO TEÓRICO
5.1 FUNCIONAMIENTO MOTORES PASO A PASO
a) El motor de pasos de reluctancia variable (VR): Las máquinas de reluctancia variable son tal vez las más sencillas entre las máquinas eléctricas, y no son exclusivamente motores paso a paso, sino que también pueden ser usadas como máquinas analógicas. Constan de un estator con devanados de excitación, y un rotor magnético con salientes. No se necesitan conductores en el rotor porque el par se produce por la tendencia del rotor a alinearse con la onda de flujo producida por el estator de acuerdo con la posición de menor reluctancia. Esto es una característica importante porque significa que en estas máquinas todas las pérdidas resistivas del devanado se presentan en el estator. Como en general el estator tiene mejor disipación de calor que el rotor, el resultado suele ser un motor más pequeño para similar prestación. Las máquinas de reluctancia variable se pueden clasificar en dos tipos: de saliente simple y de saliente doble. Tiene un rotor multipolar de hierro y un estator devanado, opcionalmente laminado. Rota cuando el diente más cercano del rotor es atraido a la bobina del estator energizada obteniéndose, por lo tanto, la ruta de menor reluctancia. La respuesta de este motor es muy rápida, pero la inercia permitida en la carga es pequeña. Cuando los devanados no están energizados, el par estático de este tipo de motor es cero. ANALISIS DE FUNCIONAMIENTO. - Para el motor de reluctancia variable paso a paso, tiene 6 dientes con estatores energizados con diferentes fuentes de poder de energía eléctrica. El rotor está hecho de láminas de acero apiladas y de 4 dientes. 1ro. – A- A Alineados Rotor y Estator. El rotor está hecho intencionalmente para que Solo un par de dientes este alineado en este caso A – A’ con el estator a la vez.
b)El motor de pasos de rotor de imán permanente: Permite mantener un par diferente de cero cuando el motor no está energizado. Dependiendo de la construcción del motor, es típicamente posible obtener pasos angulares de 7.5, 11.25, 15, 18, 45 o 90°. El ángulo de rotación se determina por el número de polos en el estator. En los motores paso a paso de imán permanente el rotor es un imán permanente. Funciona con el principio básico del magnetismo: polos de igual signo se repelen y polos de signo opuesto se atraen. Si el estator tiene una sola fase constituida por uno o dos bobinados al invertir la corriente en el bobinado se invertirá polaridad efectuando el rotor un giro de 180° pero no se puede predeterminar el sentido de giro. Si en cambio el estator se hace de 2 fases ya se elimina esa incertidumbre. Excitando las fases del estator de forma tal que las caras A y B sean polos sur y las Dy C sean polos norte, el lado norte del rotor se ubicará entre las caras A y B. Si se invierte la corriente en los bobinados A y C el lado norte del rotor se ubicará entre las caras B y C efectuando un giro de 90 grados. En cada cambio de sentido de la corriente en fases sucesivas el rotor girará un paso de 90°. Para cambiar el sentido de giro hay que cambiar la secuencia. En los rotores de imanes permanentes se suele mecanizar un número de dientes limitado por su estructura física. El hecho de ser dentado hace que su posicionamiento no varie aun desapareciendo la excitación. Esto le permite una mayor precisión. c)El motor de pasos híbrido.
El motor de pasos híbrido: Se caracteriza por tener varios dientes en el estator y en el rotor, el rotor con un imán concéntrico magnetizado axialmente alrededor de su eje. Se puede ver que esta configuración es una mezcla de los tipos de reluctancia variable e imán permanente. Este tipo de motor tiene una alta precisión y alto par, se puede configurar para suministrar un paso angular tan pequeño como 1.8°. Los motores paso a paso hibridos son combinación de los dos tipos anteriores; el rotor suele estar constituido por anillos de acero dulce dentado en un número ligeramente distinto al del estator y dichos anillos montados sobre un imán permanente dispuesto axialmente. En la figura 4 se muestra un motor paso a paso hibrido en donde el rotor es un imán permanente axial con dos anillos de acero de 5 dientes y el estator es de 4 dientes y dos fases ANÁLISIS DE FUNCIONAMIENTO.- Para el motor hibrido, de uso más común, el funcionamiento es con tamaño de paso 1,8 el rotor tiene un cilindro magnetizado con 2 tapas de acero, una punta del rotor es el polo N y el otro S. La precisión de este motor recae en el ingenio en su arreglo de sus dientes del estator, el rotor tiene 50 dientes, el estator tiene dos dientes menos, lo que lo deja con 48 dientes agrupados en 4 grupos de a 2 como se muestra y se realinean estos grupos: A Los dientes alineados con los dientes del rotor; B = Los dientes medio alineados con los dientes del rotor, C = Los dientes están completamente desalineados con los dientes del rotor; D = Los dientes medio alineados con los dientes del rotor.
un motor paso a paso hibrido funciona, es ideal para aplicaciones en las que movimientos de precisión y control simple sean deseadas. MOTOR PASO A PASO OPERANDO COMO GENERADOR Para calcular la potencia eléctrica generada de un motor paso a paso es necesario repasar algunos principios fundamentales de los generadores eléctricos. Se sabe por balance de energía que lo máximo teóricamente que podría generar un motor es equivalente a la potencia mecánica que se le imprime al eje. Por lo que la potencia eléctrica generada es dada por la siguiente expresión. Donde η corresponde a la eficiencia de conversión de energía, T es el par que se le imprime al eje del motor y ω es la velocidad angular del rotor. Dado que la característica inherente de los motores es tener un punto de mejor operación en una velocidad específica, en orden de aumentar la potencia eléctrica generada es necesario aumentar el par al eje y/o aumentar la eficiencia de conversión de energía manteniendo la velocidad constante. (4) Para máquinas de imanes permanentes el momento para viene dado por Donde P/2 es el número de pares de polos, N el número de vueltas de la bobina, IA la corriente de fase, ϕPM el valor RMS de la densidad de flujo característico de los imanes permanentes y FP el factor de potencia del sistema. Y para una sola fase del motor la eficiencia viene dada por
Donde EA es la fuerza contra electromotriz de la fase y RA es la resistencia de la fase. La fuerza contra electromotriz, que es la fuerza que se resiste al movimiento cuando Un motor es activado, es la fuerza que hace que el motor genere y también depende del número de vueltas, de la velocidad del rotor, de la densidad de flujo y el número de pares de polos. Combinando las ecuaciones 1, 2, 3 y 4 se puede sacar una expresión para la potencia eléctrica generada en función de la resistencia de la carga Como los motores paso a paso tienen varias bobinas, el paso de la corriente por estas genera una impedancia inductiva que depende de la velocidad de operación del motor, y está representada en la Ecuación 5 como p/2 donde LA representa la inductancia de fase del motor. Este término puede consumir una gran parte de la corriente generada por lo que es deseable suprimirlo de la ecuación. Una forma de hacerlo es utilizando capacitores en serie (Vea Figura 5) con los terminales del motor, ya que tomarían la corriente inducida y actuaría como un volante almacenando la energía inducida. El valor del capacitor adecuado está dado por la siguiente ecuación. Teniendo en cuenta lo anterior es posible maximizar la potencia eléctrica generada introduciendo el capacitor indicado, teniendo un número alto de pares de polos y utilizando una carga igual a la resistencia de la fase del
APLICACIONES PRACTICAS.
ROBOTICA:
Maquinas – herramientas Movimiento de cámaras Brazos robóticos AUTOMATIZACION Y PERIFERICOS Impresoras Plotters Disqueteras Discos duros
- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES A pesar de tener una eficiencia relativamente baja, los motores paso a paso muestran un comportamiento interesante en aplicaciones de generación de energía de baja potencia. En comparación con los motores DC, con dimensiones similares, los motores paso a paso logran generar más energía eléctrica con cargas altas. Hace falta experimentar con otros parámetros como el espesor del cable de las bobinas o el número de vueltas para aumentar la densidad de flujo de la máquina,
y ver cómo puede esto afectar la eficiencia de conversión de energía. Es importante volver a hacer el experimento utilizando resistencias más pequeñas con capacidad de potencia más alta, o hacer arreglos en paralelo para distribuir el consumo de la potencia en varias ramas. Los motores paso a paso a altas velocidades tienden a sufrir sobrecalentamiento, se recomienda construir un sistema de aletas o refrigeración con ventiladores para prevenir que se queme. Se recomienda a la hora de tomar los datos de voltaje abierto y cerrado, esperar un tiempo de estabilización de alrededor de un minuto, tomando precauciones con el tema del sobrecalentamiento de los motores. Es necesario volver a hacer el montaje del circuito rectificador utilizando capacitores más especializados como los chips monolíticos cerámicos, y evaluar su rendimiento.
- BIBLIOGRAFÍA
- EIA. U.S. Energy Information Administration. [En línea] 2010. http://www.eia.gov/.
- Mosconi, Osvaldo L. Máquinas en Instalaciones Eléctricas. Argentina : Electrotecnia Máquinas Eléctricas, 2011.
