Conducción de motores paso a paso a alta velocidad
Los motores paso a paso son uno de los motores más sencillos de implementar en electrónica diseños donde se necesita un nivel de precisión y repetibilidad. La construcción de motores paso a paso coloca una limitación de baja velocidad en el motor, menor que la velocidad que la electrónica puede impulsar al motor. Cuando se requiere un funcionamiento a alta velocidad de un motor paso a paso, aumenta la dificultad de implementación.
Factores del motor paso a paso de alta velocidad
Varios factores se convierten en desafíos de diseño e implementación cuando maneja motores paso a paso a altas velocidades. Como muchos componentes, el comportamiento del mundo real de motores paso a paso no es ideal y está lejos de la teoría. Motores paso a pasoLa velocidad máxima varía según el fabricante, el modelo y la inductancia del motor, con velocidades de 1000 RPM a 3000 RPM generalmente alcanzables.
Para velocidades más altas, servomotores son una mejor opción.
Inercia
Cualquier objeto en movimiento tiene inercia, que resiste cambios en la aceleración de un objeto. En aplicaciones de baja velocidad, es posible conducir un motor paso a paso a la velocidad deseada sin perder un paso. Sin embargo, intentar impulsar una carga en un motor paso a paso a alta velocidad inmediatamente es una excelente manera de omitir pasos y perder la posición del motor.
Un motor paso a paso debe aumentar de velocidad baja a velocidad alta para mantener la posición y la precisión, excepto para cargas ligeras con pocos efectos de inercia. Los controles avanzados del motor paso a paso incluyen limitaciones de aceleración y estrategias para compensar la inercia.
Curvas de par
El par de un motor paso a paso no es el mismo para todas las velocidades operativas. Desciende a medida que aumenta la velocidad de paso.
La señal de accionamiento de los motores paso a paso genera un campo magnético en las bobinas del motor para crear la fuerza necesaria para dar un paso. El tiempo que tarda el campo magnético en alcanzar su máxima intensidad depende de la inductancia de la bobina, el voltaje de accionamiento y la limitación de corriente. A medida que aumenta la velocidad de conducción, el tiempo que las bobinas permanecen en plena potencia se acorta y el par que el motor puede generar disminuye.
Señal de conducción
La corriente de la señal de excitación debe alcanzar la corriente de excitación máxima para maximizar la fuerza en un motor paso a paso. En aplicaciones de alta velocidad, la coincidencia debe ocurrir lo más rápido posible. Conducir un motor paso a paso con una señal de voltaje más alto ayuda a mejorar el par a altas velocidades.
Zona muerta
El concepto ideal de un motor permite que se accione a cualquier velocidad con, en el peor de los casos, una reducción del par a medida que aumenta la velocidad. Sin embargo, los motores paso a paso a menudo desarrollan una zona muerta en la que el motor no puede impulsar la carga a una velocidad determinada. La zona muerta surge de la resonancia en el sistema y varía para cada producto y diseño.
Resonancia
Los motores paso a paso impulsan los sistemas mecánicos y todos los sistemas mecánicos pueden sufrir resonancia. La resonancia se produce cuando la frecuencia de conducción coincide con la frecuencia natural del sistema. Agregar energía al sistema tiende a aumentar su vibración y pérdida de torque, en lugar de su velocidad.
En aplicaciones donde las vibraciones excesivas resultan problemáticas, es especialmente importante encontrar y omitir las velocidades del motor paso a paso de resonancia. Las aplicaciones que toleran la vibración deben evitar la resonancia siempre que sea posible. La resonancia puede hacer que un sistema sea menos eficiente a corto plazo y acortar su vida con el tiempo.
Numero de pie
Los motores paso a paso emplean algunas estrategias de conducción que ayudan al motor a adaptarse a diferentes cargas y velocidades. Una táctica son los micropasos, que permiten que el motor realice pasos más pequeños que completos. Estos micropasos ofrecen una precisión reducida y hacen que el funcionamiento del motor paso a paso sea más silencioso a velocidades más bajas.
Los motores paso a paso solo pueden conducir tan rápido, y el motor no ve diferencia en un micro paso o un paso completo. Para un funcionamiento a máxima velocidad, normalmente querrá conducir un motor paso a paso con pasos completos. Sin embargo, el uso de micropasos a través de la curva de aceleración del motor paso a paso puede disminuir significativamente el ruido y la vibración en el sistema.