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Seminario control de motores paso a paso Ing. Héctor Hugo Mazzeo1 Motores paso a paso: Características Similares a los motores de corriente continua. Diferencia.

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1 Seminario control de motores paso a paso Ing. Héctor Hugo Mazzeo1 Motores paso a paso: Características Similares a los motores de corriente continua. Diferencia principal: se usan más para posicionamiento electromecánico. Otras diferencias: –la conmutación de polos es externa; –nº polos grande, paso pequeño ->precisión en movimientos –nº de polos variable (relacionado con nº pasos necesario para completar una vuelta)

2 Seminario control de motores paso a paso Ing. Héctor Hugo Mazzeo2 Motores paso a paso: Especificaciones Tensión de operación Resistencia de los arrollamientos nº de pasos por revolución (o ángulo de cada paso) Torque o cupla disponible Velocidad máxima de operación Otros: peso, cte. máxima/bobina, etc. Resolución: número de pasos para completar una vuelta (mayor cantidad de pasos, mayor resolución).

3 Seminario control de motores paso a paso Ing. Héctor Hugo Mazzeo3 Motores paso a paso: Funcionamiento 2 arrollamientos excitados: posición estable, S y N, N y S enfrentados. 1 arrollamiento excitado: posición estable, N y S enfrentados. El rotor giró ½ paso. 2 arrollamientos excitados: posición estable (similar a la inicial). El rotor giró 1 paso.

4 Seminario control de motores paso a paso Ing. Héctor Hugo Mazzeo4 Motores paso a paso: Control Secuencia de accionamiento 2-2 (2 arrollamientos consecutivos siempre activos). Cada fase de esta secuencia avanza el stepper un paso. Recorriendo la secuencia inversa, gira al revés.

5 Seminario control de motores paso a paso Ing. Héctor Hugo Mazzeo5 Motores paso a paso: Control Secuencia de accionamiento1-2 (alternativamente 1 y 2 arrollamientos energizados). Cada fase avanza el stepper ½ paso.

6 Seminario control de motores paso a paso Ing. Héctor Hugo Mazzeo6 Motores paso a paso: Tipos de steppers Existen 3 tipos básicos: –De reluctancia variable –De imán permanente –Híbridos Se diferencian por el tipo de construcción (uso o no de imanes permanentes en el rotor y estatores de acero laminado).

7 Seminario control de motores paso a paso Ing. Héctor Hugo Mazzeo7 Motores paso a paso: Tipos de steppers No usa imanes permanentes en el rotor Por eso, se mueve libremente al girarlo Uso: aplicaciones no industriales que requieren poco torque Motor de reluctancia variable Motor de 15 grados por paso

8 Seminario control de motores paso a paso Ing. Héctor Hugo Mazzeo8 Motores paso a paso: Tipos de steppers Usualmente tienen 3 (a veces 4) bobinados, con un retorno común. El stepper de la figura tiene 4 dientes en el rotor y 6 polos en el estator. Motor de reluctancia variable

9 Seminario control de motores paso a paso Ing. Héctor Hugo Mazzeo9 Motores paso a paso: Tipos de steppers El rotor está compuesto por varios polos (imanes permanentes). El rotor no tiene dientes Tienen baja velocidad y bajo torque. Bajo costo. Ideales para aplicaciones no industriales (por ej. impre- soras, scanners, disketeras). Motor de imán permanente Motor de 90º por paso con 4 fases (A-D)

10 Seminario control de motores paso a paso Ing. Héctor Hugo Mazzeo10 Motores paso a paso: Tipos de steppers Combina las mejores características de los anteriores. Tienen muchos polos en el rotor (p.ej. 200). Tienen altas resoluciones (hasta < 1º). Tienen gran torque. Son más caros. Ideales para aplicaciones industriales (p.ej. robots). Motor híbrido

11 Seminario control de motores paso a paso Ing. Héctor Hugo Mazzeo11 Motores paso a paso: Tipos de steppers Tienen 5 o 6 terminales, con una derivación en el centro de cada bobina. Los puntos medios(1 y 2) se conectan a c.c. y los terminales (a y b) a masa alternativamente. Motores unipolares El rotor de la figura es un magneto de 6 polos. Cada arrollamiento o bobina está distribuido entre 2 polos en el estator.

12 Seminario control de motores paso a paso Ing. Héctor Hugo Mazzeo12 Motores paso a paso: Conexión de las bobinas

13 Seminario control de motores paso a paso Ing. Héctor Hugo Mazzeo13 Motores paso a paso: Tipos de steppers Similares a unipolares pero sin derivación central en las bobinas. Es más simple que unipolares, pero el driver es más complejo. Requiere un puente H para alimentar cada bobina con ambas polaridades. Motores bipolares

14 Seminario control de motores paso a paso Ing. Héctor Hugo Mazzeo14 Motores paso a paso: Control de steppers Una unidad de control (no representada) provee las señales necesarias para abrir y cerrar las llaves con la secuencia apropiada para posicionar el motor o hacerlo girar. Puede ser una computadora con soft adecuado. Circuito de control para un stepper de reluctancia variable Se requiere una llave por cada bobina (transistor). Como las cargas son inductivas, hay que agregar diodos de damping en paralelo para proteger los transistores.

15 Seminario control de motores paso a paso Ing. Héctor Hugo Mazzeo15 Motores paso a paso: Control de steppers Como en el caso anterior, cada cuadro representa una llave electrónica. Circuito de control para steppers unipolares e híbridos Como la corriente circula en 2 sentidos por cada semibobina, se requieren 2 diodos por cada una.

16 Seminario control de motores paso a paso Ing. Héctor Hugo Mazzeo16 Motores paso a paso: Control de steppers Circuito de control para steppers bipolares: puente H En este tipo de circuitos hay que ser cuidadoso con el control para no cortocircuitar la fuente! (p.ej. al cerrar A y B simultáneamente). Para evitar cortocircuitar la fuente:

17 Seminario control de motores paso a paso Ing. Héctor Hugo Mazzeo17 Motores paso a paso: Circuitos de drivers prácticos Cada llave es compatible con una entrada TTL. Los 5 V para la lógica, incluyendo la del driver open collector 7407 debe estar bien regulada. El SK3180 es un Darlington con ganancia de corriente = El IRL540 puede manejar hasta 20 A, soportando tensiones inversas de hasta 100 V. Para motores unipolares y de reluctancia variable. El ULN2003, circuito comercial con 7 transistores Darlington con entradas compatibles con TTL, c/u protegido con 2 diodos ( protegen contra tensiones inversas y picos inductivos).

18 Seminario control de motores paso a paso Ing. Héctor Hugo Mazzeo18 Drivers para el control: el ULN2003 Corriente máxima: 500 mA (sólo se muestran 4 de los 7 transistores). Incluye los diodos de damping para proteger al transistor de la cte. inversa cuando se desconecta la carga inductiva

19 Seminario control de motores paso a paso Ing. Héctor Hugo Mazzeo19 Motores paso a paso: Circuitos de drivers prácticos Para motores bipolares y puentes H Las entradas X e Y pueden controlarse con drivers TTL open collector. Conocidos como puente H. Para energizar la bobina, sólo con X alto e Y bajo o viceversa. Para cargas y tensiones pequeñas puede usarse un tri-state TTL tipo LS244 como semipuente.

20 Seminario control de motores paso a paso Ing. Héctor Hugo Mazzeo20 Motores paso a paso: Circuitos de drivers comerciales Circuito puente H comercial El L293 contiene 2 puentes H (puente H dual). La versión L293D es igual pero incluye los diodos de protección. Permiten manejar steppers bipolares de hasta 1 A por bobina y 36 V.

21 Seminario control de motores paso a paso Ing. Héctor Hugo Mazzeo21 Motores paso a paso: Circuitos de drivers comerciales: L298 Para cargas mayores (hasta 2 A) puede usarse el L298, también puente H dual.

22 Seminario control de motores paso a paso Ing. Héctor Hugo Mazzeo22 Motores paso a paso: Circuitos de drivers comerciales: L298 Para corrientes mayores (4 A) pueden conectarse ambos puentes en paralelo:

23 Seminario control de motores paso a paso Ing. Héctor Hugo Mazzeo23 Motores paso a paso: Drivers El driver recibe los pulsos de bajo nivel desde el sistema de control (indexer), generando los pasos para mover el motor. La velocidad y torque depende del flujo de corriente a las bobinas, que está limitada por la inductancia. Para reducir este efecto, muchos drivers trabajan con mayores tensiones que las del motor.

24 Seminario control de motores paso a paso Ing. Héctor Hugo Mazzeo24 Motores paso a paso: Indexer o controlador Provee la cantidad de pasos y dirección de giro al driver. A veces incluye otros parámetros como aceleración, desaceleración, pasos por segundo. Los basados en microprocesador pueden funcionar stand-alone o controlados por una computadora vía RS232. En nuestro ejemplo se hace por el pto. paralelo.

25 Seminario control de motores paso a paso Ing. Héctor Hugo Mazzeo25 Motores paso a paso: Circuito controlador + driver Mediante el L297 se generan las señales necesarias (paso o semipaso, cantidad de pasos, dirección, etc.).


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