Un motor paso a paso es un dispositivo electromecánico que convierte la energía eléctrica en potencia mecánica. Al mismo tiempo, un motor paso a paso es un motor síncrono sin escobillas que puede dividir una rotación completa en una gran cantidad de pasos. Cuando se aplica un motor paso a paso con pulsos de comando eléctricos en la secuencia adecuada, el eje o husillo del motor paso a paso gira en pasos discretos, lo que permite un control preciso de la posición del motor sin ningún mecanismo de retroalimentación, siempre que el motor tenga el tamaño adecuado para la aplicación.
1. Construcción de motores paso a paso
Los motores paso a paso generalmente consisten en tapas frontales y traseras, cojinetes, eje central, núcleo del rotor, núcleo del estator, conjunto del estator, arandelas corrugadas, tornillos y otras partes. Las dos partes principales de un motor paso a paso son el estator y el rotor. Ambos están compuestos de materiales magnéticos con seis y cuatro polos magnéticos respectivamente. Los seis polos magnéticos del estator tienen devanados de control y los dos polos opuestos forman una fase.
2. Tipos de motores paso a paso
Hay tres tipos básicos de motores paso a paso, rotor reactivo: motor paso a paso de reluctancia variable (VR), rotor activo: motor paso a paso de imanes permanentes (PM), combinación de VR y PM: motor paso a paso híbrido (HY)
Motores paso a paso de reluctancia variable
Los motores paso a paso de reluctancia variable son el tipo de motor paso a paso más simple y se componen de un rotor de dientes múltiples de hierro dulce y un estator bobinado. Ambos polos se magnetizan cuando se aplica corriente continua al devanado del estator.
Cuando los dientes del rotor son atraídos por los polos del estator energizados, se produce la rotación. Como los imanes de los motores paso a paso de reluctancia variable son más pequeños y ligeros que los de los motores paso a paso de imanes permanentes, son más rápidos. Cuanto menor sea el área entre los engranajes del rotor y el estator de un motor paso a paso de resistencia variable, menor será la pérdida de fuerza magnética.
Para este tipo de motor paso a paso, aunque la estructura es simple y fácil de controlar, la resolución es baja y el par es pequeño.
Motores paso a paso de imanes permanentes
Los imanes permanentes se incorporan a la estructura del motor del motor paso a paso de imanes permanentes. El cambio de posición del rotor será causado por un cambio en la dirección de la corriente en las bobinas, cambiando los polos magnéticos. El rotor girará 90° a medida que la dirección de la corriente cambie correctamente. Este único paso del motor, aunque útil en algunas aplicaciones, sería muy grande e inexacto. Por lo tanto, los motores de imanes permanentes realmente existentes tienen más polos de rotor y varios imanes montados en el rotor para aumentar el número de pasos y la precisión de posicionamiento.
Los polos del rotor magnetizados proporcionan una mayor intensidad de flujo magnético y, como resultado , los motores de imanes permanentes presentan mejores características de par que los motores paso a paso de reluctancia variable. La construcción simple da como resultado un motor de precio moderado con una resolución bastante baja.
Motores paso a paso híbridos
Los motores paso a paso híbridos son uno de los tipos de motores paso a paso más utilizados en la industria. Los motores paso a paso híbridos combinan las mejores características de los motores paso a paso de imanes permanentes y reluctancia variable, por lo que son más caros. Los motores paso a paso híbridos ofrecen un mejor rendimiento en términos de resolución de paso, par y velocidad.
El rotor de un motor paso a paso híbrido consta de imanes permanentes, pero a diferencia de los modelos discutidos anteriormente, el los imanes no están montados radialmente sino magnetizados axialmente. Normalmente, el rotor consta de dos anillos magnetizados opuestos colocados en el eje del motor. Tiene ranuras ranuradas en cada anillo para formar los dientes del rotor.
El número de pasos completos por revolución se puede calcular con la siguiente fórmula:
- SPR = NR x Ø
- Donde: SPR = número de pasos por revolución
- NR = número total de dientes del rotor (total para ambos yugos)
- Ø = número de fases del motor
- or: NR = SPR/Ø
| Comparaciones | Motor paso a paso de reluctancia variable (VR) | Motor paso a paso de imán permanente (PM) | Motor paso a paso híbrido (HB) |
| Coste | Medio | Relativamente barato | Relativamente caro |
| Estructura de diseño | Simple | Medio | Relativamente complejo |
| Resolución | Ángulo de paso: 1,8°, 0,9° o menos | Ángulo de paso: 3°~30° | Ángulo de paso: 1,8°, 0,9° o menos |
| Curva de par-velocidad | Sin caída significativa del par a alta velocidad | Gran par a baja velocidad, signif Caída de par significativa a alta velocidad | Gran par a baja velocidad, caída significativa de par a alta velocidad |
| Ruido | Más ruido | Menos ruido | Más ruido (mejor con subdivisión en micropasos) |
| Generación de calor | Alto aumento de temperatura (necesita disipador de calor) | Bajo aumento de temperatura | Bajo aumento de temperatura |
| Subdivisión de micropasos | Por lo general, opera solo en pasos completos | Imanes de ferrita o neodimio-hierro-boro | Imanes de neodimio-hierro-boro |
| Material del rotor | Chapa de acero al silicio (sin imanes permanentes) | Paso completo, medio paso, micro paso | Paso completo, medio paso, micropaso |
| Superficie del rotor | Estructura de dientes múltiples en la superficie exterior del rotor | Suave y sin dientes | Estructura de dientes múltiples en la superficie exterior del rotor |
| Torque magnético | Genera solo par atractivo | Torque atractivo y repulsivo durante el funcionamiento | Tanto atractivo como repulsivo par durante el funcionamiento |
3. Tipos de cableado
Otra clasificación de los motores paso a paso se basa en el tipo de bobinado del motor bifásico. Los motores paso a paso se clasifican en motores unipolares y bipolares según esta clasificación.
La principal diferencia es que los motores unipolares funcionan con una polaridad de corriente (voltaje), mientras que los motores bipolares funcionan con dos polaridades, lo que significa que la dirección del flujo de corriente en las bobinas es variable. Otra diferencia es que las bobinas del motor deben estar conectadas para transferir energía desde el extremo de una bobina al comienzo de la otra. Este método de conexión permite utilizar una polaridad de corriente (voltaje). Un motor bipolar tiene un par mayor que un motor unipolar, pero también es más complicado controlarlo.
Motor paso a paso bipolar y la conexión de sus devanados.
Motor paso a paso unipolar y la conexión de sus devanados.
| motor paso a paso bipolar | motor paso a paso unipolar |
| Mayor par | Lower torque |
| Mayor anclaje debido a los wingdings | Anclaje inferior |
| Smaller | más grande |
| Mas barato | Mas caro |
| Control más complicado, que requiere una placa que incluya etapas de control de potencia y rotación | Control más fácil al requerir que solo se complete un circuito de alimentación |
4. Ventajas de los motores paso a paso
- Posicionamiento- Debido a motores paso a paso que se mueven en pasos precisos y repetibles, funcionan bien en aplicaciones que requieren un posicionamiento preciso.
- Control de velocidad - Incrementos de movimiento precisos proporcionan un excelente control de la velocidad.
- Par de baja velocidad - Los motores paso a paso tienen un alto par de torsión a bajas velocidades.
5. Desventajas de los motores paso a paso
- Baja eficiencia - En comparación con los motores de CC, utilizan más corriente. Por lo tanto, tienden a calentarse.
- Par de alta velocidad limitado : el par del motor cae rápidamente a medida que disminuye la velocidad
- Sin comentarios : los comentarios no se utilizan para especificar posibles pasos perdidos
- Altos niveles de vibración y ruido - A velocidades muy altas, la operación de este motor no es fácil.
- < b>Posible pérdida de sincronización - Provocada por factores como cambios inesperados en la carga
- Pequeño par hacia la relación de inercia
- Requiere un circuito de control
6. ¿Para qué se utilizan los motores paso a paso?
Como tales, los motores paso a paso son una buena opción para aplicaciones que requieren baja velocidad y alta precisión. Algunas de estas aplicaciones cotidianas se enumeran a continuación:
Motores paso a paso para impresoras 3D
Los motores paso a paso casi siempre se incluyen en las impresoras 3D comunes. El uso de motores paso a paso en impresoras 3D permite un movimiento y posicionamiento de alta precisión sin necesidad de codificadores y otro software o sensores adicionales de manera rentable. Los motores paso a paso pueden moverse a un intervalo conocido y luego mantener esa posición. Son un motor muy adecuado para mover objetos a posiciones repetibles.
Dependiendo del tipo de impresora, se utilizan en una variedad de aplicaciones diferentes. Por ejemplo, los motores paso a paso se utilizan para mover la extrusora o los ejes X, Y y Z de la plataforma de construcción individualmente. El ensamblaje de la extrusora también tiene un motor paso a paso que se usa para tirar del filamento hacia la extrusora y controlar la entrega de material consistente y uniforme a la máquina durante todo el proceso de impresión.
Los motores paso a paso están disponibles en una variedad de tamaños los tamaños más comunes utilizados en las impresoras 3D son NEMA 14, NEMA 17, NEMA 23 y NEMA 24.
Motores paso a paso para CNC
Los motores paso a paso son una alternativa a los servomotores y pueden alimentar la mayoría de los tipos de maquinaria CNC. Los motores paso a paso ocupan poco espacio y tienen un diseño simple, lo que los hace ideales para aplicaciones pequeñas, como fresadoras CNC. Los motores paso a paso cuestan menos que los servomotores por la misma potencia, pero las versiones modernas de los motores paso a paso suelen tener las mismas características. Los motores paso a paso son más fáciles de entender y operar debido a la ausencia de codificadores, y los motores paso a paso también son sin escobillas y fáciles de mantener.
Los motores paso a paso generalmente pueden proporcionar velocidades de avance de 50 a 1000 pulgadas por minuto, mientras que los motores paso a paso Los motores pueden alcanzar más de 2500 pulgadas por minuto. Si necesita una precisión muy alta y altas velocidades de producción, los servomotores son una mejor opción.
Para aplicaciones que no requieren precisión ultra alta. La mayoría de las fresadoras CNC que cuestan menos de $25,000 usan motores paso a paso en lugar de servomotores. También vale la pena considerar los motores paso a paso de circuito cerrado, son buenos para prevenir errores debido a la omisión de pasos y pueden ser una buena opción cuando necesita una solución económica para piezas de trabajo costosas.
Motores paso a paso para Raspberry Pi, Arduino, MicroPython (p. ej., pyboard, Wipy, ESP32, ESP8266 y MicroBit)
Los motores paso a paso son un dispositivo periférico extremadamente común que se utiliza para agregar a computadoras de placa única como Raspberry Pi, arduino, etc., para que los aficionados aprendan habilidades básicas de programación informática. A menudo se considera un siguiente paso lógico después de aprender a manipular y controlar motores paso a paso pequeños y económicos para aprender a controlar los ciclos de encendido/apagado de LED y otros interruptores simples o tipos de zumbadores.
Hay muchos tipos de motores paso a paso motores disponibles en STEPPERONLINE para este tipo de aplicaciones, comenzando con versiones de 5 V extremadamente económicas que se conectan fácilmente a los conectores de la placa base de Raspberry Pi.
Motores paso a paso para robótica
Los motores paso a paso se pueden utilizar para el control de movimiento, actuando como actuadores que activan las articulaciones del robot y pueden acelerar la carga útil a la velocidad deseada.
Motores paso a paso para cámaras
Los motores paso a paso tienen muchas aplicaciones en la videografía de cámaras y se utilizan comúnmente para el enfoque automático y el zoom de las cámaras. Dado que el motor paso a paso brinda una capacidad de conducción suave y de alta precisión, permite minimizar los errores en el proceso de detección y brindar un enfoque preciso y suave cuando se combina con la última tecnología de visualización en vivo.
Motores paso a paso para el mejoramiento del hogar
Los motores paso a paso también tienen muchas aplicaciones en la domótica del hogar. Hay usos comunes de motores paso a paso para operar persianas de aire acondicionado, abrir o cerrar válvulas de tubería y accionar persianas motorizadas.
