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 nivel, los avances tecnológicos están cambiando la relación rendimiento-coste entre los motores paso a paso y los servomotores.
Motores paso a paso frente a servomotores
Según la opinión generalizada, los sistemas de servocontrol ofrecen un mejor rendimiento 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 alto par de retención.
¿Cuál es, entonces, la base de esta creencia generalizada sobre los motores paso a paso y los servomotores? Analicémosla con más detalle a continuación.
1. Sencillez y coste
Los motores paso a paso no solo son más económicos que los servomotores, sino que también son más fáciles de instalar y mantener. Son estables en reposo y conservan su posición (incluso con cargas dinámicas). Sin embargo, si se requiere un mayor rendimiento para ciertas aplicaciones, es necesario utilizar servomotores, que son más caros y complejos.
2. Estructura
motores paso a pasoGira de forma gradual, utilizando bobinas magnéticas para desplazar progresivamente un imán de una posición a otra. 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 necesidad de sensores de retroalimentación.
El servomotor funciona de manera diferente. Conecta un sensor de posición (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 deseada, y ajusta la corriente en consecuencia. Este sistema de circuito cerrado mantiene el motor en el estado de movimiento correcto.
3. Velocidad y par motor
La diferencia de rendimiento entre los motores paso a paso y los servomotores se debe a las diferentes soluciones de diseño de sus motores.motores paso a pasoLos motores paso a paso tienen un número de polos mucho mayor que los servomotores, por lo que una revolución completa requiere muchos más intercambios de corriente en el bobinado, lo que provoca una rápida caída del par a velocidades crecientes. 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. En cambio, el mayor número de polos de un motor paso a paso resulta ventajoso a velocidades más bajas, cuando este tiene una ventaja de par sobre un servomotor del mismo tamaño.
A medida que aumenta la velocidad, disminuye el par del motor paso a paso.
4. Posicionamiento
Existen diferencias importantes entre los motores paso a paso y los servomotores en aplicaciones donde se requiere conocer la posición exacta de la máquina en todo momento. En aplicaciones de control de movimiento en lazo abierto con motores paso a paso, el sistema de control asume que el motor siempre se encuentra en el estado de movimiento correcto. Sin embargo, si se presenta un problema, como el bloqueo del motor 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 detectará de inmediato. La máquina dejará de funcionar y nunca perderá 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 ciclo de velocidad y, por lo tanto, evita el problema del sobrecalentamiento del motor.
Resumen comparativo
Los sistemas de control servo son ideales para aplicaciones de alta velocidad con 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 elevado, como impresoras 3D, cintas transportadoras, subejes, etc. Dado que los motores paso a paso son más económicos, pueden reducir el costo 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 costo, justifican su precio.
Motores paso a paso con control de bucle cerrado
El motor paso a paso con control electrónico integrado equivale a un motor CC sin escobillas de dos fases y puede realizar control de bucle de posición, control de bucle de velocidad, control DQ y otros algoritmos. Se utiliza un codificador absoluto de una vuelta para la conmutación en bucle cerrado, lo que garantiza un par óptimo a cualquier velocidad.
Bajo consumo de energía y capacidad para mantenerse fresco.
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 generan calor y ruido, la corriente varía según las condiciones reales del movimiento, por ejemplo, durante la aceleración y la desaceleración. Al igual que los servomotores, la corriente consumida por estos motores paso a paso en cualquier momento es proporcional al par motor requerido. Gracias a que el motor y la placa de control electrónico integrada se calientan menos, los motores paso a paso VIC pueden alcanzar pares máximos superiores, comparables a los de los servomotores.
Incluso a altas velocidades, los motores paso a paso VIC requieren menos corriente.
Gracias a los avances en la tecnología de circuito cerrado, los motores paso a paso pueden penetrar en aplicaciones de alto rendimiento y alta velocidad que antes pertenecían exclusivamente a los servomotores.
Motores paso a paso con tecnología de circuito cerrado
¿Qué pasaría si las ventajas de la tecnología de servocontrol de bucle cerrado pudieran aplicarse a los motores paso a paso?
¿Podríamos lograr un rendimiento comparable al de los servomotores sin renunciar a las ventajas de coste 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 tanto de los servomotores como de los motores paso a paso a un 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 creciente de aplicaciones de alta exigencia.
A continuación se muestra un ejemplo de un motor paso a paso integrado VIC con control de bucle cerrado incorporado para explicar el rendimiento, las ventajas y las desventajas de los motores paso a paso con tecnología de bucle cerrado.
Requisitos de rendimiento que se ajustan con precisión
Para garantizar un par motor suficiente que permita superar las perturbaciones y evitar la pérdida de pasos, los motores paso a paso de lazo abierto suelen requerir un par motor al menos un 40 % superior al valor exigido por la aplicación. Los motores paso a paso de lazo cerrado no presentan este problema. Cuando estos motores se bloquean debido a una sobrecarga, continúan soportando la carga sin perder par motor. Siguen funcionando una vez eliminada la sobrecarga. Se garantiza el par motor máximo a cualquier velocidad y el sensor de posición asegura que no haya pérdida de pasos. Por lo tanto, los motores paso a paso de lazo cerrado pueden especificarse para que se ajusten con precisión a los requisitos de par motor de la aplicación correspondiente, sin necesidad de un margen adicional del 40 %.
Con los motores paso a paso de lazo abierto, es difícil cumplir con los altos requisitos de par instantáneo 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 ofrecen una aceleración muy rápida, bajo nivel de ruido y baja resonancia. Pueden operar en anchos de banda mucho mayores y lograr un rendimiento excelente.
Sin gabinete
Toda integra la placa de control del variador con el motor, reduciendo el cableado y simplificando la solución de implementación. Con Toda, puede construir máquinas sin armarios eléctricos.
La integración de componentes electrónicos con motores paso a paso reduce la complejidad.
Gracias a su tecnología de circuito cerrado, los motores paso a paso ofrecen a los usuarios una precisión y eficiencia excelentes, con el rendimiento de un servomotor y el bajo coste de un motor paso a paso. Los motores paso a paso de menor coste están ganando terreno en aplicaciones que, de otro modo, estarían dominadas por los costosos servomotores.
Fecha de publicación: 10 de abril de 2023