circuito cerradomotores paso a pasoHan cambiado la relación rendimiento-costo en muchas aplicaciones de control de movimiento. El éxito de los motores progresivos de lazo cerrado VIC también ha abierto la posibilidad de reemplazar los costosos servomotores por otros de bajo costo.motores paso a pasoEn un número cada vez mayor de aplicaciones de automatización industrial de alto estándar, los avances tecnológicos están cambiando la relación rendimiento-costo entre los motores paso a paso y los servomotores.
Motores paso a paso versus servomotores
Según la creencia popular, los sistemas de servocontrol funcionan mejor en aplicaciones que requieren velocidades superiores a 800 RPM y una alta respuesta dinámica. Los motores paso a paso son más adecuados para aplicaciones con velocidades más bajas, aceleración baja o media y par de retención alto.
¿En qué se basa esta creencia popular sobre los motores paso a paso y los servomotores? Analicémosla con más detalle a continuación.
1. Simplicidad y coste
Los motores paso a paso no solo son más económicos que los servomotores, sino que también son más sencillos de poner en marcha y mantener. Los motores paso a paso son estables en reposo y mantienen su posición (incluso con cargas dinámicas). Sin embargo, si se requiere un mayor rendimiento para ciertas aplicaciones, se deben utilizar servomotores más costosos y complejos.
2. Estructura
Motores paso a pasoGiran paso a paso, utilizando bobinas magnéticas para arrastrar gradualmente un imán de una posición a la siguiente. Para mover el motor 100 posiciones en cualquier dirección, el circuito requiere 100 operaciones de paso. Los motores paso a paso utilizan pulsos para lograr movimientos incrementales, lo que permite un posicionamiento preciso sin sensores de retroalimentación.
El método de movimiento del servomotor es diferente. Conecta un sensor de posición (es decir, un codificador) al rotor magnético y detecta continuamente la posición exacta del motor. El servomotor monitoriza la diferencia entre la posición real del motor y la posición comandada y ajusta la corriente en consecuencia. Este sistema de bucle cerrado mantiene el motor en el estado de movimiento correcto.
3. Velocidad y par
La diferencia de rendimiento entre los motores paso a paso y los servomotores se debe a sus diferentes soluciones de diseño de motor.Motores paso a pasoTienen un número de polos mucho mayor que los servomotores, por lo que una revolución completa de un motor paso a paso requiere muchos más intercambios de corriente en el devanado, lo que resulta en una rápida caída del par al aumentar la velocidad. Además, si se alcanza el par máximo, el motor paso a paso puede perder su función de sincronización de velocidad. Por estas razones, los servomotores son la solución preferida en la mayoría de las aplicaciones de alta velocidad. Por el contrario, el mayor número de polos de un motor paso a paso resulta ventajoso a velocidades más bajas, cuando el motor paso a paso tiene una ventaja de par sobre un servomotor del mismo tamaño.
A medida que aumenta la velocidad, el par del motor paso a paso disminuye.
4. Posicionamiento
Existen diferencias importantes entre los motores paso a paso y los servomotores en aplicaciones donde es necesario conocer la posición exacta de la máquina en todo momento. En aplicaciones de movimiento de lazo abierto controladas por motores paso a paso, el sistema de control asume que el motor siempre está en el estado correcto de movimiento. Sin embargo, tras un problema, como un motor parado debido a un componente atascado, el controlador no puede conocer la posición real de la máquina, lo que puede provocar una pérdida de posición. El sistema de lazo cerrado del servomotor ofrece una ventaja: si se atasca con un objeto, lo detecta inmediatamente. La máquina deja de funcionar y nunca pierde su posición.
5. Consumo de calor y energía
Los motores paso a paso de lazo abierto utilizan una corriente fija y generan mucho calor. El control de lazo cerrado solo proporciona la corriente necesaria para el bucle de velocidad, evitando así el problema del calentamiento del motor.
Resumen comparativo
Los sistemas de servocontrol son más adecuados para aplicaciones de alta velocidad que implican cambios dinámicos de carga, como brazos robóticos. Por otro lado, los sistemas de control paso a paso son más adecuados para aplicaciones que requieren una aceleración baja o media y un par de retención alto, como impresoras 3D, cintas transportadoras, subejes, etc. Dado que los motores paso a paso son más económicos, su uso puede reducir el coste de los sistemas de automatización. Los sistemas de control de movimiento que necesiten aprovechar las características de los servomotores deberán demostrar que estos motores, de mayor coste, valen su peso en oro.
Motores paso a paso con control de bucle cerrado
El motor paso a paso con control electrónico integrado es equivalente a un motor de CC bifásico sin escobillas y puede controlar el lazo de posición, el lazo de velocidad, el control DQ y otros algoritmos. Un codificador absoluto de una sola vuelta se utiliza para la conmutación en lazo cerrado, lo que garantiza un par óptimo a cualquier velocidad.
Bajo consumo de energía y mantenimiento del frescor.
Los motores paso a paso VIC son altamente eficientes energéticamente. A diferencia de los motores paso a paso de lazo abierto, que siempre funcionan con la corriente máxima y causan problemas de calor y ruido, la corriente cambia según las condiciones reales del movimiento, por ejemplo, durante la aceleración y la desaceleración. Al igual que los servomotores, la corriente que consumen estos motores paso a paso en un momento dado es proporcional al par real requerido. Dado que el motor y la placa de control electrónico integrada funcionan a menor temperatura, los motores paso a paso VIC pueden alcanzar pares pico más altos, comparables a los de los servomotores.
Incluso a altas velocidades, los motores paso a paso VIC requieren menos corriente
Impulsados por los avances en la tecnología de circuito cerrado, los motores paso a paso pueden penetrar en aplicaciones de alto rendimiento y alta velocidad que anteriormente pertenecían exclusivamente a los servomotores.
Motores paso a paso con tecnología de bucle cerrado
¿Qué pasaría si las ventajas de la tecnología servo de circuito cerrado pudieran aplicarse a los motores paso a paso?
¿Podríamos lograr un rendimiento comparable al de los servomotores y al mismo tiempo aprovechar las ventajas de costo de los motores paso a paso?
Al combinar la tecnología de control de lazo cerrado, el motor paso a paso se convertiría en un producto integral con las ventajas de los servomotores y los motores paso a paso a bajo costo. Dado que los motores paso a paso de lazo cerrado ofrecen mejoras significativas en rendimiento y eficiencia energética, pueden reemplazar a los servomotores más costosos en un número cada vez mayor de aplicaciones de alta calidad.
A continuación se muestra un ejemplo de un motor paso a paso integrado VIC con control de circuito cerrado incorporado para explicar el rendimiento y las ventajas y desventajas de los motores paso a paso con tecnología de circuito cerrado.
Requisitos de rendimiento adaptados con precisión
Para garantizar un par suficiente que supere las perturbaciones y evite la pérdida de pasos, los motores paso a paso de lazo abierto suelen necesitar un par al menos un 40 % superior al requerido por la aplicación. Los motores paso a paso de lazo cerrado no presentan este problema. Cuando estos motores se bloquean debido a una sobrecarga, siguen manteniendo la carga sin perder par. Continúan funcionando incluso después de que se elimine la sobrecarga. Se puede garantizar el par máximo a cualquier velocidad y el sensor de posición garantiza que no haya pérdida de paso. Por lo tanto, los motores paso a paso de lazo cerrado pueden especificarse para que se ajusten exactamente a los requisitos de par de la aplicación pertinente sin necesidad de un margen adicional del 40 %.
Con los motores paso a paso de lazo abierto, es difícil cumplir con los requisitos de par instantáneo elevados debido al riesgo de pérdida de pasos. En comparación con los motores paso a paso convencionales, los motores paso a paso de lazo cerrado VIC pueden lograr una aceleración muy rápida, bajo ruido de operación y baja resonancia. Pueden operar con anchos de banda mucho mayores y alcanzar un rendimiento excelente.
Sin gabinete
Toda integra la placa de control del variador con el motor, lo que reduce el cableado y simplifica la implementación. Con Toda, puede construir máquinas sin armarios.
La integración de la electrónica con motores paso a paso reduce la complejidad
Con la tecnología de bucle cerrado, los motores paso a paso de bucle cerrado ofrecen a los usuarios una excelente precisión y eficiencia, con el rendimiento de un servomotor y el bajo coste de un motor paso a paso. Los motores paso a paso de menor coste se están incorporando gradualmente a aplicaciones que, de otro modo, estarían dominadas por servomotores de alto coste.
Hora de publicación: 10 de abril de 2023