{"id":2105,"date":"2014-12-13T00:36:26","date_gmt":"2014-12-13T00:36:26","guid":{"rendered":"http:\/\/robots-argentina.com.ar\/didactica\/?p=2105"},"modified":"2021-12-21T13:59:22","modified_gmt":"2021-12-21T13:59:22","slug":"motores-paso-a-paso-caracteristicas-basicas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/robots-argentina.com.ar\/didactica\/motores-paso-a-paso-caracteristicas-basicas\/","title":{"rendered":"Motores paso a paso: caracter\u00edsticas b\u00e1sicas"},"content":{"rendered":"<p><small>por <b>Eduardo J. Carletti<\/b><\/small><\/p>\n<p><b>\u00bfPor qu\u00e9 motores de avance por pasos? &#8211; El problema de los motores de CC comunes<\/b><\/p>\n<p><center><br \/>\n<img src=\"\/img\/motores_cc.jpg\" title=\"Motor CC para hobby\"><br \/>\n<small>Motores de CC para hobby<\/small><br \/>\n<\/center><\/p>\n<p>Las primeras pruebas caseras con motores se suelen hacer con los de corriente continua (CC), del tipo que se usan en los juguetes. Estos motores giran libremente y a una velocidad alta. Cualquier intento de lograr que uno de estos motores gire una cantidad acotada de recorrido, como por ejemplo dos vueltas, es imposible. Los motores no giran enseguida a una velocidad conocida: hay que calcular un tiempo de arranque, porque la inercia no les permite llegar a la velocidad normal de inmediato. Y cuando se les corta la alimentaci\u00f3n contin\u00faan girando, tambi\u00e9n por inercia.<\/p>\n<p>Note el lector que no hablamos de pedirle a uno de estos motores que se mueva s\u00f3lo <b>una fracci\u00f3n<\/b> de una vuelta, como por ejemplo un cuarto de revoluci\u00f3n, o un valor as\u00ed. Esto ser\u00eda a\u00fan m\u00e1s dif\u00edcil de lograr.<\/p>\n<p>Lograr que un motor com\u00fan de corriente continua gire una fracci\u00f3n de vuelta o una cantidad precisa de vueltas no es s\u00f3lo muy dif\u00edcil, es pr\u00e1cticamente imposible. A\u00fan si se controla con extremada precisi\u00f3n la corriente necesaria, buscando fijar con exactitud el tiempo de arranque y detenci\u00f3n del motor, de todos modos al cortar la corriente la armadura no se detendr\u00e1, ya que contin\u00faa movi\u00e9ndose por inercia, y esta inercia tendr\u00e1 un valor muy dif\u00edcil de determinar, ya que depender\u00e1 del peso del rotor, la fricci\u00f3n del eje sobre sus cojinetes, la temperatura de las bobinas, n\u00facleos de hierro, imanes y la del propio ambiente, y otras variables del entorno y de la construcci\u00f3n.<\/p>\n<p><center><br \/>\n<img src=\"\/img\/servo_rc_tipico.jpg\" title=\"Servo RC t\u00edpico\"><br \/>\n<small>Servo RC t\u00edpico<\/small><br \/>\n<\/center><\/p>\n<p>Agregando engranajes para la reducci\u00f3n de la velocidad se logra atenuar el problema. De todos modos, sigue present\u00e1ndose el problema de la inercia, lo que producir\u00e1 un error de posici\u00f3n, aunque disminuido por el factor de reducci\u00f3n de los engranajes. Y se agrega ahora la fricci\u00f3n combinada del juego de engranajes, o sea mayor dificultad para cualquier c\u00e1lculo.<\/p>\n<p>La manera de lograr una posici\u00f3n precisa con motores de corriente continua es utilizarlos en una configuraci\u00f3n de servo. As\u00ed funcionan los servomotores que se usan en modelismo (los m\u00e1s accesibles para la experimentaci\u00f3n personal), que constan de un peque\u00f1o motor de CC, un juego de engranajes de reducci\u00f3n, un mecanismo de realimentaci\u00f3n (que usualmente es un potenci\u00f3metro unido al eje de salida) y un circuito de control que compara la posici\u00f3n del motor con la que se desea lograr y mueve el motor para realizar el ajuste.<\/p>\n<p><center><br \/>\n<script type=\"text\/javascript\"><!--\ngoogle_ad_client = \"ca-pub-7090242166042605\";\n\/* femeie336x280 *\/\ngoogle_ad_slot = \"6118472803\";\ngoogle_ad_width = 336;\ngoogle_ad_height = 280;\n\/\/-->\n<\/script><br \/>\n<script type=\"text\/javascript\"\nsrc=\"\/\/pagead2.googlesyndication.com\/pagead\/show_ads.js\">\n<\/script><br \/>\n<\/center><\/p>\n<p><b>Los motores paso a paso: Cuestiones b\u00e1sicas<\/b><\/p>\n<p>Los motores paso a paso se pueden ver como motores el\u00e9ctricos sin escobillas. Es t\u00edpico que todos los bobinados del motor sean parte del estator, y el rotor puede ser un im\u00e1n permanente o, en el caso de los motores de reluctancia variable (que luego describiremos mejor), un cilindro s\u00f3lido con un mecanizado en forma de dientes (similar a un engranaje), construido con un material magn\u00e9ticamente \u00abblando\u00bb (como el hierro dulce).<\/p>\n<p>La conmutaci\u00f3n se debe manejar de manera externa con un controlador electr\u00f3nico y, t\u00edpicamente, los motores y sus controladores se dise\u00f1an de manera que el motor se pueda mantener en una posici\u00f3n fija y tambi\u00e9n para que se lo pueda hacer girar en un sentido y en el otro.<\/p>\n<p>La mayor\u00eda de los motores paso a paso conocidos se pueden hacer avanzar a frecuencias de audio, lo que les permite girar muy velozmente. Con un controlador apropiado, se los puede hacer arrancar y detenerse en un instante en posiciones controladas.<\/p>\n<p><center><br \/>\n<img src=\"\/img\/MotorPP.jpg\" title=\"Algunos modelos de motores paso a paso\"><br \/>\n<small>Algunos modelos de motores paso a paso<\/small><br \/>\n<\/center><\/p>\n<p><b>Comportamiento propio de los motores paso a paso:<\/b><\/p>\n<p>Los motores paso a paso tienen un comportamiento del todo diferente al de los motores de corriente continua. En primer lugar, no giran libremente por s\u00ed mismos. Los motores paso a paso, como lo indica su nombre, avanzan girando por peque\u00f1os pasos. Tambi\u00e9n difieren de los motores de CC en la relaci\u00f3n entre velocidad y torque (un par\u00e1metro que tambi\u00e9n es llamado \u00abpar motor\u00bb y \u00abpar de giro\u00bb). Los motores de CC no son buenos para ofrecer un buen torque a baja velocidad sin la ayuda de un mecanismo de reducci\u00f3n. Los motores paso a paso, en cambio, trabajan de manera opuesta: su mayor capacidad de torque se produce a baja velocidad.<\/p>\n<p>Los motores paso a paso tienen una caracter\u00edstica adicional: el torque de detenci\u00f3n (que se puede ver mencionado tambi\u00e9n como \u00abpar de detenci\u00f3n\u00bb, e incluso par\/torque \u00abde mantenimiento\u00bb), que no existe en los motores de CC. El torque de detenci\u00f3n hace que un motor paso a paso se mantenga firmemente en su posici\u00f3n cuando no est\u00e1 girando. Esta caracter\u00edstica es muy \u00fatil cuando el motor deja de moverse y, mientras est\u00e1 detenido, la fuerza de carga permanece aplicada a su eje. Se elimina as\u00ed la necesidad de un mecanismo de freno.<\/p>\n<p>Si bien es cierto que los motores paso a paso funcionan controlados por un pulso de avance, el control de un motor paso a paso no se realiza aplicando en directo este pulso el\u00e9ctrico que lo hace avanzar. Estos motores tienen varios bobinados que, para producir el avance de ese paso, deben ser alimentados en una adecuada secuencia. Si se invierte el orden de esta secuencia, se logra que el motor gire en sentido opuesto. Si los pulsos de alimentaci\u00f3n no se proveen en el orden correcto, el motor no se mover\u00e1 apropiadamente. Puede ser que zumbe y no se mueva, o puede ser que gire, pero de una manera tosca e irregular.<\/p>\n<p>Esto significa que hacer girar un motor paso a paso no es tan simple como hacerlo con un motor de corriente continua, al que se le entrega una corriente y listo. Se requiere un circuito de control, que ser\u00e1 el responsable de convertir las se\u00f1ales de avance de un paso y sentido de giro en la necesaria secuencia de energizaci\u00f3n de los bobinados.<\/p>\n<p><b>Caracter\u00edsticas comunes de los motores paso a paso:<\/b><\/p>\n<p>Un motor paso a paso se define por estos par\u00e1metros b\u00e1sicos:<\/p>\n<p><b>Voltaje<\/b><br \/>\nLos motores paso a paso tienen una tensi\u00f3n el\u00e9ctrica 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 que un determinado motor cumpla con el torque deseado, pero esto producir\u00e1 un calentamiento excesivo y\/o acortar\u00e1 la vida \u00fatil del motor.<\/p>\n<p><b>Resistencia el\u00e9ctrica<\/b><br \/>\nOtra caracter\u00edstica de un motor paso a paso es la resistencia de los bobinados. Esta resistencia determinar\u00e1 la corriente que consumir\u00e1 el motor, y su valor afecta la curva de torque del motor y su velocidad m\u00e1xima de operaci\u00f3n.<\/p>\n<p><b>Grados por paso<\/b><br \/>\nGeneralmente, este es el factor m\u00e1s importante al elegir un motor paso a paso para un uso determinado. Este factor define la cantidad de grados que rotar\u00e1 el eje para cada paso completo. Una operaci\u00f3n de medio-paso o semi-paso (half step) del motor duplicar\u00e1 la cantidad de pasos por revoluci\u00f3n al reducir la cantidad de grados por paso. Cuando el valor de grados por paso no est\u00e1 indicado en el motor, es posible contar a mano la cantidad de pasos por vuelta, haciendo girar el motor y sintiendo por el tacto cada \u00abdiente\u00bb magn\u00e9tico. Los grados por paso se calculan dividiendo 360 (una vuelta completa) por la cantidad de pasos que se contaron. Las cantidades m\u00e1s comunes de grados por paso son: 0,72\u00b0, 1,8\u00b0, 3,6\u00b0, 7,5\u00b0, 15\u00b0 y hasta 90\u00b0. A este valor de grados por paso usualmente se le llama la resoluci\u00f3n del motor. En el caso de que un motor no indique los grados por paso en su carcasa, pero s\u00ed la cantidad de pasos por revoluci\u00f3n, al dividir 360 por ese valor se obtiene la cantidad de grados por paso. Un motor de 200 pasos por vuelta, por ejemplo, tendr\u00e1 una resoluci\u00f3n de 1,8\u00b0 por paso.<\/p>\n<p><b>Tipos de motores paso a paso:<\/b><\/p>\n<p>Los motores paso a paso se dividen en dos categor\u00edas principales: de <b>im\u00e1n permanente<\/b> y de <b>reluctancia variable<\/b>. Tambi\u00e9n existe una combinaci\u00f3n de ambos, a los que se les llama <b>h\u00edbridos<\/b>.<\/p>\n<p>Los de <b>im\u00e1n permanente<\/b> son los que m\u00e1s conocemos, utilizados, por ejemplo, en el avance de papel y del cabezal de impresi\u00f3n de las impresoras, en el movimiento del cabezal de las disqueteras, etc. Como su nombre indica, poseen un im\u00e1n que aporta el campo magn\u00e9tico para la operaci\u00f3n.<br \/>\n<!--more--><br \/>\nLos motores del tipo de <b>reluctancia variable<\/b>, en cambio, poseen un rotor de hierro dulce que en condiciones de excitaci\u00f3n del estator, y bajo la acci\u00f3n de su campo magn\u00e9tico, ofrece menor resistencia a ser atravesado por su flujo en la posici\u00f3n de equilibrio. Su mecanizaci\u00f3n es similar a los de im\u00e1n permanente y su principal inconveniente radica en que en condiciones de reposo (sin excitaci\u00f3n) el rotor queda en libertad de girar y, por lo tanto, su posicionamiento de r\u00e9gimen de carga depender\u00e1 de su inercia y no ser\u00e1 posible predecir el punto exacto de reposo. El tipo de motor de reluctancia variable consiste en un rotor y un estator cada uno con un n\u00famero diferente de dientes. Ya que el rotor no dispone de un im\u00e1n permanente, gira libremente si no tiene corriente aliment\u00e1ndolo, o sea que no tiene torque de detenci\u00f3n.<\/p>\n<p>Los motores <b>h\u00edbridos<\/b> combinan las mejores caracter\u00edsticas de los de reluctancia variable y de im\u00e1n permanente. Se construyen con estatores multidentados y un rotor de im\u00e1n permanente. Los motores h\u00edbridos est\u00e1ndar tienen 200 dientes en el rotor y giran en pasos de 1,8 grados. Existen motores h\u00edbridos con configuraciones de 0,9\u00b0 y 3,6\u00b0. Dado que poseen alto torque est\u00e1tico y din\u00e1mico y se mueven a muy altas velocidades de pulso, se los utiliza en una amplia variedad de aplicaciones industriales.<\/p>\n<p><center><br \/>\n<script type=\"text\/javascript\"><!--\ngoogle_ad_client = \"ca-pub-7090242166042605\";\n\/* femeie336x280 *\/\ngoogle_ad_slot = \"6118472803\";\ngoogle_ad_width = 336;\ngoogle_ad_height = 280;\n\/\/-->\n<\/script><br \/>\n<script type=\"text\/javascript\"\nsrc=\"\/\/pagead2.googlesyndication.com\/pagead\/show_ads.js\">\n<\/script><br \/>\n<\/center><\/p>\n<p><b>Motores paso a paso de im\u00e1n permanente:<\/b><\/p>\n<p>Los motores paso a paso de im\u00e1n permanente se dividen a su vez en distintos tipos, diferenciados por el tipo de bobinado. Existen entonces motores paso a paso de im\u00e1n permanente <b>unipolares<\/b> (tambi\u00e9n llamados \u00abunifilares\u00bb), <b>bipolares<\/b> (tambi\u00e9n llamados \u00abbifilares\u00bb) y <b>multifase<\/b>.<\/p>\n<p><center><br \/>\n<b>DIFERENTES TIPOS DE CABLEADO DE LAS BOBINAS<\/b><\/p>\n<p>(Dibujo simplificado. No refleja la verdadera distribuci\u00f3n f\u00edsica de los devanados)<\/p>\n<p><img src=\"\/img\/devanados_motores_por_pasos.jpg\"><br \/>\n<\/center><\/p>\n<p>Cada uno de estos tipos requerir\u00e1 un diferente circuito de control.<\/p>\n<p><b>Motores paso a paso unipolares:<\/b><\/p>\n<p>Los motores unipolares son relativamente f\u00e1ciles de controlar, gracias a que poseen devanados duplicados. Aunque para facilitar el esquema se dibuja este devanado como una bobina con punto medio, en realidad tienen <b>dos bobinas<\/b> en cada eje del estator, que est\u00e1n unidas por extremos opuestos, de tal modo que al ser alimentada una u otra, generan cada una un campo magn\u00e9tico inverso al de la otra. Nunca se energizan juntas: por eso lo correcto es decir que <b>tienen una doble bobina<\/b>, en lugar de decir (como se hace habitualmente) que es <b>una<\/b> bobina con punto medio. Esta duplicaci\u00f3n se hace para facilitar el dise\u00f1o del circuito de manejo, ya que permite el uso, en la parte de potencia, de un transistor \u00fanico por cada uno de los bobinados.<\/p>\n<p><center><br \/>\n<img src=\"\/img\/MotorPP_unipolar-ch.gif\"><br \/>\n<small>Distribuci\u00f3n del bobinado de un motor unipolar<\/small><br \/>\n<\/center><\/p>\n<p>En el esquema m\u00e1s com\u00fan de conexi\u00f3n se unen los \u00abpuntos medios\u00bb de ambos ejes (<b>a<\/b> y <b>b<\/b> en el dibujo) y se les conecta al positivo de la alimentaci\u00f3n del motor. El circuito de control de potencia, entonces, se limita a poner a masa los bobinados de manera secuencial.<\/p>\n<p><center><br \/>\n<img src=\"\/img\/secuenciasPP1.jpg\"><br \/>\n<small>Distribuci\u00f3n del bobinado de un motor unipolar<\/small><br \/>\n<\/center><\/p>\n<p>La secuencia de pulsos de un motor unipolar se puede controlar con un contador binario de dos bits con un decodificador, como por ejemplo el integrado CD 4017. La parte de potencia puede ser implementada con un \u00fanico transistor en cada bobinado.<\/p>\n<p><center><br \/>\n<img src=\"\/img\/MotorPP_cd4017.gif\" title=\"Circuito con CD 4017\"><br \/>\n<small>Control de avance con un \u00fanico integrado CD 4017<\/small><br \/>\n<\/center><\/p>\n<p><b>Motores paso a paso bipolares:<\/b><\/p>\n<p>Los motores bipolares requieren circuitos de control y de potencia m\u00e1s complejos. Pero en la actualidad esto no es problema, ya que estos circuitos se suelen implementar en un integrado, que soluciona esta complejidad en un solo componente. Como mucho se deben agregar algunos componentes de potencia, como transistores y diodos para las contracorrientes, aunque esto no es necesario en motores peque\u00f1os y medianos.<\/p>\n<p>Como no tienen el doble bobinado de los unipolares (recordemos que en \u00e9stos todo el tiempo se est\u00e1 utilizando s\u00f3lo una de las bobinas duplicadas, mientras la otra queda desactivada y sin ninguna utilidad), los motores bipolares ofrecen una mejor relaci\u00f3n entre torque y tama\u00f1o\/peso.<\/p>\n<p><center><br \/>\n<img src=\"\/img\/MotorPP_bipolar-ch.gif\"><br \/>\n<small>Distribuci\u00f3n del bobinado de un motor bipolar<\/small><br \/>\n<\/center><\/p>\n<p>La configuraci\u00f3n de los motores bipolares requiere que las bobinas reciban corriente en uno y otro sentido, y no solamente un encendido-apagado como en los unipolares. Esto hace necesario el uso de un Puente H (un circuito compuesto por al menos seis transistores) sobre cada uno de los bobinados.<\/p>\n<p><center><br \/>\n<img src=\"\/img\/MotorPP_bipolar_tabla.gif\"><br \/>\n<small>Secuencia de pulsos para un motor bipolar<\/small><br \/>\n<\/center><\/p>\n<p>El que sigue es un circuito de ejemplo para el manejo de una de las bobinas (se necesita otro igual para manejar un motor completo). Para m\u00e1s detalles en el funcionamiento de un circuito como este, v\u00e9ase nuestro art\u00edculo Puente H.<\/p>\n<p><center><br \/>\n<img src=\"\/img\/MotorPP_bipolar_circuito.gif\"><br \/>\n<small>Circuito de manejo para un motor bipolar<\/small><br \/>\n<\/center><\/p>\n<p><b>Motores paso a paso de reluctancia variable:<\/b><\/p>\n<p>Los motores de reluctancia variable son los motores paso a paso m\u00e1s simples de manejar. Su secuencia se limita a activar cada bobinado en orden, como lo indica la figura. Es com\u00fan que estos motores tengan un cable com\u00fan que une todas las bobinas. Estos motores, si se los mueven a mano, no tienen la sensaci\u00f3n \u00abdentada\u00bb de los otros motores paso a paso, sino que se mueven libres, como los motores de corriente continua.<\/p>\n<p><center><br \/>\n<img src=\"\/img\/MotorPP_reluctancia_tabla.gif\"><br \/>\n<small>Circuito de manejo para un motor de reluctancia variable<\/small><br \/>\n<\/center><\/p>\n<p><center><script async src=\"\/\/pagead2.googlesyndication.com\/pagead\/js\/adsbygoogle.js\"><\/script><br \/>\n<ins class=\"adsbygoogle\"\n     style=\"display:block\"\n     data-ad-format=\"fluid\"\n     data-ad-layout-key=\"-6u+d5+53-1c-7n\"\n     data-ad-client=\"ca-pub-7090242166042605\"\n     data-ad-slot=\"9428762062\"><\/ins><br \/>\n<script>\n     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});\n<\/script><\/center><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>por Eduardo J. 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