Introducción – Generalidades Definición Tipos de motores paso a paso Principio de funcionamiento del motor “RV” Principio de funcionamiento del motor.

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2 Introducción – Generalidades Definición Tipos de motores paso a paso Principio de funcionamiento del motor “RV” Principio de funcionamiento del motor “IP” Comparación Características de salida Circuitos de excitación Aplicación

3  Renacimiento de los motores paso a paso, debido a:  Menos costosos y mas confiables.  Se adaptan perfectamente para operar en sistemas digitales.  Progreso en los equipos de estado solido. Ya que antes eran comandados por dispositivos lentos, voluminosos y poco confiable por el desgaste.

4  Definición: Es un dispositivo electromecánico que convierte una serie de impulsos eléctricos en desplazamientos angulares discretos, lo que significa que es capaz de girar una cantidad de grados dependiendo de sus entradas de control. Tiene un error sistemático de sus pasos del 5% del valor del paso, pero es no acumulativo e independiente del ángulo total de girado y del numero de veces que se repita la posición final.

5 Según su principio de funcionamiento:  Reluctancia variable (RV). o De estator simple o De estatores múltiple  Imán permanente (IP). o Con imán en el estator Magnetización Radial o Con imán en el rotor Magnetización Axial

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7  Es un dispositivo magnético que consiste en una parte fija (estator) y una móvil (rotor).  La tendencia del rotor de a alcanzar o permanecer en la posición de mínima reluctancia es la base de la operación de los motores paso a paso

8  Cuando el rotor y el estator presentan un dentado, la posición de mínima reluctancia se da cuando están alineados.  Si intentamos hacerlo rotar la fuerza restauradora tiende a alinearse con el eje neutro pero por inercia sobrepasara dicha posición.

9  Se producirá una serie de oscilaciones del rotor alrededor de la línea neutra, que debido al amortiguamiento terminara colocando al rotor a la posición de mínima reluctancia.  Características importantes a saber: 1. La existencia de una cupla de retención. 2. La existencia de oscilaciones del movimiento del rotor que para algunas aplicaciones presentan un problema.

10  Forma constructiva real de un motor paso a paso de RV de estator simple y 4 fases con entrehierro radial.  En cuatro pasos el rotor gira 72º, con 18º por paso.

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12 Funciona de acuerdo al principio básico del magnetismo. No podemos asegurar el sentido del giro del roto cuando lo polarizamos al estator.

13 Excitando los polos del estator según la polaridad en la imagen, podemos asegurar el sentido de giro anti horario y sus polaridades se mantienen, permaneciendo en su posición de equilibrio en las líneas N medio y S medio. Si su modo de energización es fijo su única posición de equilibrio es como la que se muestra:

14 Si se somete las bobinas a una excitación secuencial, el punto de equilibrio se desplazara a las 4 posiciones realizando giros de 90º por cada cambio de polaridad del estator. Cualquier fuerza que intente sacar al rotor de su posición de equilibrio, origina una fuerza que se opone al cambio y es llamada Cupla de Retención. Si el rotor se lo separa un cierto ángulo φ, y lo soltamos este comienza a oscilar alrededor del punto.

15 En la imagen se muestra el aspecto constructivo de un motor paso a paso de imán permanente

16 Las imágenes muestran el funcionamientos del motor paso a paso.

17 Los motores IP, sus ángulos de giro pueden ser: 0.72º, 1.80º, 2º, 2.50º, 5º, y 15º.

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19  Cupla de retención sin excitación de los bobinados: La presencia del imán permanente genera una cupla de retención de bajo valor, sin haber tenido que excitar la bobina.  Generación de un voltaje de salida cuando es arrastrado mecánicamente: El imán permanente facilita el amortiguamiento de las oscilaciones. Otros puntos de interés son:  Motores de imán permanente.  Motores de reluctancia variable.

20 Motores de imán permanente.  son menos sensibles a las variaciones de tención y corriente.  Su constante de cupla es mayor y posee un mejor amortiguamiento.  Tiene menor inductancia.  A altas velocidades posee mayores cuplas.  La relación de cupla-velocidad es prácticamente plana. Motores de reluctancia variable.  Posee menos inercia.  Mayor cupla de retención.  Al no usar IP posee mayor flexibilidad en el diseño.

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23 La cupla de retención varia con la corriente de excitación la cual es fácilmente medible.

24 Los valores especificados por el fabricante están por debajo de la curva. Este valor puede aumentarse hasta un 30% incrementando su corriente causando que su temperatura aumente. Los cuales benefician los problemas de aceleración y/o frenado.

25  Característica cupla-velocidad: Cuando se alimenta un motor PaP con corriente constante su cupla en el eje del rotor disminuye a medida que aumenta la velocidad. El crecimiento de la corriente depende de la constante de tiempo L/R, cuando la frecuencia de los pulsos aumenta provocando que su corriente disminuya y por lo tanto también su cupla. A su vez el motor IP, genera un FCEM que impide la corriente por los bobinados.

26 La cupla de salida en sincronismo, es la máxima cupla aplicada a un motor PaP girando a una determinada velocidad. La cual gira sin perder su sincronismo. La cupla de entrada en sincronismo, es la máxima cupla aplicada en un régimen de pasos por segundo dados. Permitiéndole arrancar y permanecer en sincronismo.

27 En esta zona el motor es capaz de arrancar desde reposo y alcanzar una velocidad sin perder pasos permanecer en sincronismo. En esta zona el motor ha tenido que ser acelerado, a partir de un punto cualquiera de la región de arranque- parada sin error. El motor permanecerá en sincronismo hasta que la curva limite de salida. Para obtener las curvas es necesario del requerimiento de equipos de frenado de bajo rozamiento interno y rotores con una inercia no mayor a dos veces la inercia del motor.

28  Dado el carácter netamente oscilatorio del movimiento del rotor, el motor posee frecuencias de oscilación cuyo valor dependerá de : 1. La inductancia de los devanados. 2. El momento de inercia del rotor. 3. El rozamiento de los cojinetes. 4. El amortiguamiento propio.

29  Cuando los devanados se excitan con una frecuencia tal que el sistema “campo magnético- rotor” entre en resonancia, el rotor pierde sincronismo con los pulsos de alimentación y en consecuencia la cupla entregada por el motor se reduce a cero.

30  Para salvar estos inconvenientes se han desarrollado sistemas de amortiguamiento, que podemos clasificar en: 1. Viscosos 2. De fricción 3. De corrientes parasitas Estos incrementan sus costos y reducen su performance.  El problema de resonancia debe salvarse eligiendo el motor adecuado a cada aplicación.

31  Circuito de excitación para motores RV  Circuito de excitación para motores IP  Funcionamiento en corriente alterna  Funcionamiento en lazo abierto y lazo cerrado Tipos de motores Diversos circ. de excitación Mismo objetivo Máxima eficiencia con menor costo en la conversión de energía

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34 Valor que condiciona el valor de la “cupla de salida de sincronismo”  Bobina simple

35  Bobina doble: Aumenta la cupla para una frecuencia dada.

36 Incremento de 87% Disminuir el valor de la cte de tiempo del circuito El ancho de pulso es el doble que en la excitación de “bobina simple”. Y el valor de la corriente al final del pulso es:

37 Bobinas arrolladas sobre cada podo del estator, en sentidos opuestos. Fuente de alimentación simple. Sin invertir la polaridad de la corriente.

38 Secuencia de pulsos Circ. equivalente Funciones del capacitor “C”: Proteger interruptores SW1…SW4 Obtenerse mayor cupla

39 Forma de onda real de la corriente con C en el circuito Cuplas de desaceleración No deseadas

40 Motores paso a paso “IP”Motores sincrónicos a baja velocidad En red CA monofásica. Para motor monofásico de inducción, la vel. sincrónica es: f: frecuencia de la red p= pares de polos del estator Para un paso a paso, la velocidad sincrónica esta dada por:

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42 Motor paso a paso conectado como motor sincrónico a una red CA

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44 Aplicaciones NO criticas Cargas estables LAZO CERRADO LAZO ABIERTO Inercias importantes Cargas MUY variables

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48  Cada aplicación de un motor paso a paso requiere un cuidadoso estudio. Las indicaciones siguientes pretenden ayudar a los diseñadores de equipos en la selección y efectiva aplicación de motores paso a paso, y son validos tanto para sistemas de lazo abierto como de lazo cerrado.

49  La precisión de posicionamiento requerida por el sistema debe estar dentro de los valores declarados para el motor funcionando en vacío (normalmente esta es un 6% del paso)

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51  La carga debe estar completamente definida y su inercia debe conocerse al menos en forma aproximada.

52  Como primer aproximación supóngase que el motor puede acelerar y desacelerar el sistema en 4 pasos (4). Supongamos además que estos 4 paso constituyen el desplazamiento incremental básico (o unitario) del sistema. Como generalmente el tiempo “t” entre el arranque y parada es conocido, con una variación de la velocidad lineal tendremos:

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56  Elección de una fuente de alimentación que pueda suministrar la máxima corriente requerida por el motor con el máximo voltaje; ello permite utilizar resistencias externas de alto valor, que mejoren la constante de tiempo del sistema.  Elección de incrementos de movimiento de sistema que sean múltiplos exactos del paso del motor. Ello permite obtener la máxima precisión de posicionado y simplifica el problema de control.

57  Lograr una adecuada relación entre la inercia del sistema y la propia del motor. Generalmente las curvas “cupla-velocidad” se obtienen con dinamómetros cuya inercia no es mayor de dos veces la inercia propia del motor, por lo tanto en las aplicaciones practicas es recomendable aproximarse a dicha relación.  Utilizar motores standard existentes en plaza. consultar al fabricante cuando ningunos de los motores obtenibles satisfaga la aplicación.-