motores paso a pasoEste sistema de control de velocidad y posicionamiento se puede utilizar sin necesidad de dispositivos de retroalimentación (control de lazo abierto), lo que lo convierte en una solución económica y fiable. Los motores paso a paso se utilizan ampliamente en equipos e instrumentos de automatización. Sin embargo, muchos usuarios y técnicos tienen dudas sobre cómo elegir el motor paso a paso adecuado y cómo optimizar su rendimiento. Este artículo aborda la selección de motores paso a paso, centrándose en la experiencia práctica en su aplicación. Esperamos que sirva de referencia para la popularización de los motores paso a paso en equipos de automatización.
1. Introducción amotor paso a paso
El motor paso a paso, también conocido como motor de impulsos o motor escalonado, avanza un cierto ángulo cada vez que cambia el estado de excitación según la señal de impulso de entrada, y permanece estacionario en una posición determinada cuando el estado de excitación no cambia. Esto permite al motor paso a paso convertir la señal de impulso de entrada en un desplazamiento angular correspondiente para la salida. Al controlar el número de impulsos de entrada, se puede determinar con precisión el desplazamiento angular de la salida para lograr el mejor posicionamiento; y al controlar la frecuencia de los impulsos de entrada, se puede controlar con precisión la velocidad angular de la salida y lograr la regulación de velocidad. A finales de la década de 1960, surgieron diversos motores paso a paso prácticos, y en los últimos 40 años se ha producido un rápido desarrollo. Los motores paso a paso han podido competir con los motores de CC, asíncronos y síncronos, convirtiéndose en un tipo básico de motor. Existen tres tipos de motores paso a paso: reactivos (tipo VR), de imán permanente (tipo PM) e híbridos (tipo HB). El motor paso a paso híbrido combina las ventajas de los dos primeros tipos. El motor paso a paso consta de un rotor (núcleo del rotor, imanes permanentes, eje, rodamientos de bolas), un estator (bobinado, núcleo del estator), tapas de los extremos delantero y trasero, etc. El motor paso a paso híbrido bifásico más típico tiene un estator con 8 dientes grandes, 40 dientes pequeños y un rotor con 50 dientes pequeños; un motor trifásico tiene un estator con 9 dientes grandes, 45 dientes pequeños y un rotor con 50 dientes pequeños.
2. Principio de control
Elmotor paso a pasoNo puede conectarse directamente a la fuente de alimentación ni recibir directamente señales de pulso eléctrico; debe interactuar con la fuente de alimentación y el controlador mediante una interfaz especial: el controlador del motor paso a paso. Este controlador generalmente se compone de un divisor de anillo y un circuito amplificador de potencia. El divisor de anillo recibe las señales de control del controlador. Cada vez que se recibe una señal de pulso, la salida del divisor de anillo se convierte una vez, de modo que la presencia o ausencia y la frecuencia de la señal de pulso permiten determinar si la velocidad del motor paso a paso es alta o baja, acelerando o desacelerando para arrancar o detenerse. El divisor de anillo también debe monitorear la señal de dirección del controlador para determinar si las transiciones de su estado de salida son positivas o negativas, y así determinar la dirección del motor paso a paso.
3. Parámetros principales
①Número de bloque: principalmente 20, 28, 35, 42, 57, 60, 86, etc.
②Número de fases: el número de bobinas dentro del motor paso a paso. Generalmente, los motores paso a paso pueden ser de dos, tres o cinco fases. En China se utilizan principalmente motores paso a paso de dos fases, aunque también existen algunas aplicaciones de motores de tres fases. En Japón, se utilizan con mayor frecuencia motores paso a paso de cinco fases.
③Ángulo de paso: correspondiente a una señal de pulso, el desplazamiento angular de la rotación del rotor del motor. La fórmula para calcular el ángulo de paso del motor paso a paso es la siguiente:
Ángulo de paso = 360° ÷ (2mz)
m el número de fases de un motor paso a paso
Z es el número de dientes del rotor de un motor paso a paso.
Según la fórmula anterior, el ángulo de paso de los motores paso a paso de dos fases, tres fases y cinco fases es de 1,8°, 1,2° y 0,72° respectivamente.
④ Par de retención: es el par del devanado del estator del motor a través de la corriente nominal, pero cuando el rotor no gira, el estator bloquea el rotor. El par de retención es el parámetro más importante de los motores paso a paso y es la base principal para la selección del motor.
⑤ Par de posicionamiento: es el par necesario para hacer girar el rotor con una fuerza externa cuando el motor no pasa corriente. El par es uno de los indicadores de rendimiento para evaluar el motor, en el caso de que los demás parámetros sean iguales, cuanto menor sea el par de posicionamiento significa que el "efecto ranura" es menor, más beneficioso para la suavidad del funcionamiento del motor a baja velocidad características de frecuencia de par: se refiere principalmente a las características de frecuencia de par extendidas, el funcionamiento estable del motor a una cierta velocidad puede soportar el par máximo sin perder paso. La curva de frecuencia de par se utiliza para describir la relación entre el par máximo y la velocidad (frecuencia) sin pérdida de paso. La curva de frecuencia de par es un parámetro importante del motor paso a paso y es la base principal para la selección del motor.
⑥ Corriente nominal: la corriente del devanado del motor necesaria para mantener el par nominal, el valor efectivo.
4. Selección de puntos
Las aplicaciones industriales que utilizan motores paso a paso con velocidades de hasta 600 ~ 1500 rpm, para velocidades más altas, puede considerar un control de motor paso a paso de bucle cerrado o elegir un programa de control servo más apropiado para la selección de pasos del motor paso a paso (vea la figura a continuación).
(1) Elección del ángulo del paso
Según el número de fases del motor, existen tres tipos de ángulo de paso: 1,8° (bifásico), 1,2° (trifásico) y 0,72° (pentafásico). Si bien el ángulo de paso pentafásico ofrece la mayor precisión, su motor y controlador son más costosos, por lo que rara vez se utiliza en China. Además, los controladores de motor paso a paso convencionales ahora emplean tecnología de control por subdivisión. Con 4 subdivisiones o menos, se garantiza la precisión del ángulo de paso, por lo que, considerando únicamente los indicadores de precisión del ángulo de paso, un motor paso a paso pentafásico puede reemplazarse por uno bifásico o trifásico. Por ejemplo, en la aplicación de algún tipo de guía para una carga de tornillo de 5 mm, si se utiliza un motor paso a paso de dos fases y el controlador está configurado en 4 subdivisiones, el número de pulsos por revolución del motor es 200 x 4 = 800, y el pulso equivalente es 5 ÷ 800 = 0,00625 mm = 6,25 μm, esta precisión puede satisfacer la mayoría de los requisitos de la aplicación.
(2) Selección del par estático (par de retención)
Los mecanismos de transmisión de carga comúnmente utilizados incluyen correas síncronas, barras de filamento, cremallera y piñón, etc. Los clientes primero calculan la carga de su máquina (principalmente par de aceleración más par de fricción) convertida al par de carga requerido en el eje del motor. Luego, de acuerdo con la velocidad máxima de funcionamiento requerida por las flores eléctricas, los siguientes dos casos de uso diferentes para elegir el par de retención apropiado del motor paso a paso ① para la aplicación de la velocidad del motor requerida de 300pm o menos: si la carga de la máquina se convierte al par de carga requerido del eje del motor T1, entonces este par de carga se multiplica por un factor de seguridad SF (generalmente tomado como 1.5-2.0), es decir, el par de retención requerido del motor paso a paso Tn ②2 para aplicaciones que requieren una velocidad del motor de 300pm o más: establezca la velocidad máxima Nmax, si la carga de la máquina se convierte al eje del motor, el par de carga requerido es T1, entonces este par de carga se multiplica por un factor de seguridad SF (generalmente 2.5-3.5), lo que da el par de retención Tn. Consulte la Figura 4 y seleccione un modelo adecuado. A continuación, utilice la curva momento-frecuencia para verificar y comparar: en dicha curva, la velocidad máxima Nmax requerida por el usuario corresponde al par máximo de pérdida de paso T2; por lo tanto, el par máximo de pérdida de paso T2 debe ser superior en un 20 % al de T1. En caso contrario, es necesario seleccionar un nuevo motor con un par mayor y volver a verificar y comparar según la curva par-frecuencia del motor recién seleccionado.
(3) Cuanto mayor sea el número base del motor, mayor será el par de retención.
(4) de acuerdo con la corriente nominal para seleccionar el controlador de motor paso a paso correspondiente.
Por ejemplo, si la corriente nominal de un motor 57CM23 es de 5 A, entonces debe coincidir con la corriente máxima permitida del variador, que debe ser superior a 5 A (tenga en cuenta que se trata del valor efectivo, no del valor pico). De lo contrario, si elige un variador con una corriente máxima de solo 3 A, ¡el par de salida máximo del motor solo podrá alcanzar aproximadamente el 60 %!
5. Experiencia en la aplicación
(1) Problema de resonancia de baja frecuencia del motor paso a paso
El control de subdivisión de motores paso a paso es una forma eficaz de reducir la resonancia de baja frecuencia de estos motores. Por debajo de 150 rpm, el control de subdivisión es muy eficaz para reducir la vibración del motor. Teóricamente, cuanto mayor sea la subdivisión, mejor será el efecto en la reducción de la vibración del motor paso a paso, pero en la práctica, la subdivisión aumenta a 8 o 16 después de que el efecto de mejora en la reducción de la vibración del motor paso a paso haya alcanzado su máximo.
En los últimos años, se han comercializado en el mercado nacional e internacional controladores de motor paso a paso con tecnología anti-resonancia de baja frecuencia. La serie DM y DM-S de Leisai incorpora esta tecnología. Estos controladores utilizan compensación armónica, mediante la compensación de amplitud y fase, lo que permite reducir significativamente la vibración de baja frecuencia del motor paso a paso y lograr un funcionamiento silencioso y con baja vibración.
(2) El impacto de la subdivisión del motor paso a paso en la precisión de posicionamiento
El circuito de accionamiento de subdivisión del motor paso a paso no solo mejora la suavidad del movimiento del dispositivo, sino que también mejora eficazmente la precisión de posicionamiento del equipo. Las pruebas demuestran que: en la plataforma de movimiento con transmisión por correa síncrona, con 4 subdivisiones de motor paso a paso, el motor se puede posicionar con precisión en cada paso.
Fecha de publicación: 11 de junio de 2023