Como actuador,motor paso a pasoEs uno de los productos clave de la mecatrónica, ampliamente utilizado en diversos sistemas de control de automatización. Con el desarrollo de la microelectrónica y la tecnología informática, la demanda de motores paso a paso aumenta día a día, y estos se utilizan en diversos sectores económicos del país.
01 ¿Qué es un?motor paso a paso
El motor paso a paso es un dispositivo electromecánico que convierte directamente impulsos eléctricos en movimiento mecánico. Al controlar la secuencia, la frecuencia y el número de impulsos eléctricos aplicados a la bobina del motor, se puede controlar su dirección, velocidad y ángulo de rotación. Sin necesidad de un sistema de control de retroalimentación de lazo cerrado con detección de posición, se puede lograr un control preciso de la posición y la velocidad mediante un sistema de control de lazo abierto sencillo y económico, compuesto por un motor paso a paso y su controlador.
02 motor paso a pasoEstructura básica y principio de funcionamiento
Estructura básica:
Principio de funcionamiento: el controlador del motor paso a paso, de acuerdo con el pulso de control externo y la señal de dirección, a través de su circuito lógico interno, controla los devanados del motor paso a paso en una secuencia de tiempo determinada para energizarlos hacia adelante o hacia atrás, de modo que el motor gire hacia adelante o hacia atrás, o se bloquee.
Tomemos como ejemplo un motor paso a paso bifásico de 1,8 grados: cuando ambos devanados están energizados y excitados, el eje de salida del motor permanece fijo y bloqueado en su posición. El par máximo que mantiene el motor bloqueado a la corriente nominal es el par de retención. Si se redirige la corriente en uno de los devanados, el motor girará un paso (1,8 grados) en una dirección determinada.
De forma similar, si la corriente en el otro devanado cambia de dirección, el motor girará un paso (1,8 grados) en sentido contrario al anterior. Cuando las corrientes que atraviesan los devanados de la bobina se redirigen secuencialmente para la excitación, el motor girará de forma continua en la dirección indicada con gran precisión. Para un giro de 1,8 grados, un motor paso a paso bifásico requiere 200 pasos por semana.
Los motores paso a paso bifásicos tienen dos tipos de bobinado: bipolar y unipolar. Los motores bipolares tienen una sola bobina por fase; la rotación continua del motor, gracias a la corriente en la misma bobina, permite una excitación secuencial variable. El diseño del circuito de control requiere ocho interruptores electrónicos para la conmutación secuencial.
Los motores unipolares tienen dos bobinas de devanado de polaridad opuesta en cada fase, y el motor
Gira continuamente energizando alternativamente las dos bobinas de devanado en la misma fase.
El circuito de accionamiento está diseñado para requerir solo cuatro interruptores electrónicos. En el bipolar
modo de conducción, el par de salida del motor aumenta en aproximadamente un 40% en comparación con el
Modo de accionamiento unipolar, ya que las bobinas de cada fase están excitadas al 100%.
03, Carga del motor paso a paso
A. Carga de momento (Tf)
Tf = G * r
G: Peso de la carga
r: radio
B. Carga de inercia (TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12+R22) / 2 (Kg * cm)
M: Masa de carga
R1: Radio del anillo exterior
R2: Radio del anillo interior
dω/dt: aceleración angular
04, curva de velocidad-par del motor paso a paso
La curva velocidad-par es una expresión importante de las características de salida del motor paso a paso.
motores.
A. Punto de frecuencia de funcionamiento del motor paso a paso
El valor de velocidad del motor paso a paso en un punto determinado.
n = q * Hz / (360 * D)
n: revoluciones/segundo
Hz: Valor de frecuencia
D: Valor de interpolación del circuito de accionamiento
q: ángulo de paso del motor paso a paso
Por ejemplo, un motor paso a paso con un ángulo de paso de 1,8°, con un accionamiento de interpolación de 1/2.(es decir, 0,9° por paso), tiene una velocidad de 1,25 r/s a una frecuencia de funcionamiento de 500 Hz.
B. Área de autoarranque del motor paso a paso
El área donde el motor paso a paso puede arrancarse y detenerse directamente.
C. Área de operación continua
En esta área, el motor paso a paso no se puede arrancar ni detener directamente. Los motores paso a paso enEsta área primero debe pasar por el área de autoarranque y luego ser acelerada para llegar a laárea de operación. De manera similar, el motor paso a paso en esta área no puede ser frenado directamente,de lo contrario es fácil hacer que el motor paso a paso pierda el ritmo, primero debe desacelerarse parala zona de autoarranque y luego frenó.
D. Frecuencia máxima de arranque del motor paso a paso
Estado de no carga del motor, para asegurar que el motor paso a paso no pierda el funcionamiento de paso del motor.frecuencia máxima de pulso.
E. Frecuencia máxima de funcionamiento del motor paso a paso
La frecuencia de pulso máxima a la que se excita el motor para que funcione sin perder un paso.sin carga.
F. Par de arranque / par de activación del motor paso a paso
Para que el motor paso a paso tenga una determinada frecuencia de pulso para arrancar y empezar a funcionar, sin...perdiendo pasos del par de carga máximo.
G. Par de funcionamiento/par de arrastre del motor paso a paso
El par de carga máximo que satisface el funcionamiento estable del motor paso a paso en undeterminada frecuencia de pulso sin pérdida de paso.
05 Control de movimiento de aceleración/desaceleración del motor paso a paso
Cuando el punto de frecuencia de funcionamiento del motor paso a paso en la curva velocidad-par de funcionamiento continuoregión de operación, cómo acortar el arranque o la parada del motor, aceleración o desaceleracióntiempo, de modo que el motor funcione durante más tiempo en el estado de velocidad óptima, aumentando así elEl tiempo de funcionamiento efectivo del motor es fundamental.
Como se muestra en la figura siguiente, la curva característica de par dinámico del motor paso a paso esuna línea recta horizontal a baja velocidad; a alta velocidad, la curva disminuye exponencialmente.debido a la influencia de la inductancia.
Sabemos que la carga del motor paso a paso es TL, supongamos que queremos acelerar de F0 a F1 enel tiempo más corto (tr), ¿cómo se calcula el tiempo más corto tr?
(1) Normalmente, TJ = 70% Tm
(2) tr = 1,8 * 10 -5 * J * q * (F1-F0)/(TJ -TL)
(3) F (t) = (F1-F0) * t/tr + F0, 0
B. Aceleración exponencial en condiciones de alta velocidad
(1) Normalmente
TJ0 = 70%Tm0
TJ1 = 70%Tm1
TL = 60%Tm1
(2)
tr = F4 * ln [(TJ 0-TL)/(TJ 1-TL)]
(3)
F (t) = F2 * [1 - e^(-t/F4)] + F0, 0
F2 = (TL-TJ 0) * (F1-F0)/TJ 1-TJ 0)
F4 = 1,8 * 10-5 * J * q * F2/(TJ 0-TL)
Notas.
J indica la inercia rotacional del rotor del motor bajo carga.
q es el ángulo de rotación de cada paso, que es el ángulo de paso del motor paso a paso en el
caso de toda la unidad.
En la operación de desaceleración, simplemente invierta la frecuencia del pulso de aceleración anterior.
calculado.
06 Vibración y ruido del motor paso a paso
En términos generales, el motor paso a paso en funcionamiento sin carga, cuando la frecuencia de funcionamiento del motores cercano o igual a la frecuencia inherente del rotor del motor resonará, graveSe produce un fenómeno de desincronización.
Varias soluciones para la resonancia:
A. Evite la zona de vibración: de modo que la frecuencia de funcionamiento del motor no caiga dentro deel rango de vibración
B. Adoptar el modo de accionamiento por subdivisión: Utilice el modo de accionamiento por micropasos para reducir la vibración mediante
subdividiendo el paso original en múltiples pasos para aumentar la resolución de cada uno.
Paso del motor. Esto se puede lograr ajustando la relación de fase a corriente del motor.
El microstepping no aumenta la precisión del ángulo de paso, pero hace que el motor funcione más
De forma suave y con menos ruido. El par motor es generalmente un 15 % menor para el funcionamiento a medio paso.
que para el funcionamiento a paso completo, y un 30 % menor para el control de corriente de onda sinusoidal.
Fecha de publicación: 9 de noviembre de 2022