Los motores paso a paso son uno de los motores más sencillos de implementar en diseños electrónicos donde se necesita un nivel de precisión y repetibilidad. Desafortunadamente, la construcción de motores paso a paso impone una limitación de baja velocidad en el motor, mucho más baja que la velocidad con la que la electrónica puede impulsar el motor. Cuando se requiere la operación a alta velocidad de un motor paso a paso, la dificultad de la implementación aumenta a medida que comienzan a surgir una serie de factores.
Factores del motor paso a paso de alta velocidad
Varios factores se convierten en importantes diseños y desafíos de implementación cuando los motores paso a paso se accionan a altas velocidades. Al igual que muchos componentes, el comportamiento del mundo real de los motores paso a paso no es ideal y está muy lejos de la teoría. La velocidad máxima de los motores paso a paso variará según el fabricante, el modelo y la inductancia del motor con velocidades de 1000-3000 RPM alcanzables (para velocidades más altas, los servomotores son una mejor opción). Los principales factores que afectan el motor paso a paso a alta velocidad son:
Inercia
Cualquier objeto en movimiento tiene inercia que resiste el cambio en la aceleración de un objeto. En aplicaciones de baja velocidad, es posible comenzar a conducir un motor paso a paso a la velocidad deseada sin perder un paso. Sin embargo, intentar conducir una carga en un motor paso a paso a alta velocidad inmediatamente es una excelente manera de saltar pasos y perder posición. A excepción de las cargas muy ligeras con pocos efectos de inercia, un motor paso a paso debe aumentar su velocidad y velocidad para mantener la posición y la precisión. Los controles avanzados del motor paso a paso incluyen limitaciones de aceleración y estrategias para compensar la inercia.
Curvas de torsión
El par de torsión de un motor paso a paso no es el mismo para todas las velocidades operativas, pero disminuye a medida que aumenta la velocidad. La razón de esto se basa en los principios operativos de los motores paso a paso. La señal de accionamiento para 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 la fuerza total depende de la inductancia de la bobina, el voltaje de activación y la limitación de corriente. A medida que aumenta la velocidad de conducción, el tiempo que permanecen las bobinas en su fuerza máxima se acorta y el par que el motor puede generar disminuye.
Señal de conducción
Para maximizar la fuerza en un motor paso a paso, la corriente de señal del variador debe alcanzar la corriente máxima del variador, y en aplicaciones de alta velocidad, esto debe hacerse lo más rápido posible. Conducir un motor paso a paso con una señal de mayor voltaje puede ayudar a mejorar el par a altas velocidades, que se aplican automáticamente en las soluciones de corriente constante de paso a paso.
Zona muerta
El concepto ideal de un motor permite que se accione a cualquier velocidad y, en el peor de los casos, una reducción del par a medida que aumenta la velocidad. Desafortunadamente, los motores paso a paso a menudo tienen una zona muerta donde el motor no puede conducir la carga a una velocidad determinada. Esto se debe a la resonancia en el sistema y varía para cada producto y diseño.
Resonancia
Los motores paso a paso accionan los sistemas mecánicos y todos los sistemas mecánicos pueden sufrir resonancia. La resonancia se produce cuando la frecuencia de activación coincide con la frecuencia natural del sistema y la energía agregada al sistema tiende a aumentar su vibración y pérdida de par en lugar de su velocidad. En aplicaciones donde las vibraciones excesivas tendrán problemas, es especialmente importante encontrar y saltear las velocidades del motor paso a paso de resonancia. Incluso las aplicaciones que pueden tolerar la vibración deben evitar la resonancia cuando sea posible, ya que puede reducir significativamente la vida útil del sistema.
Numero de pie
Los motores paso a paso tienen algunas estrategias de conducción disponibles, incluido el micro paso a paso que permite que el motor realice pasos más pequeños que completos. Estos micro pasos tienen una precisión reducida, pero hacen que el funcionamiento del motor paso a paso sea más silencioso a velocidades más bajas. Los motores paso a paso solo se pueden conducir tan rápido, y el motor no ve ninguna diferencia en un micro paso o en un paso completo. Para una operación a toda velocidad, a menudo se requiere conducir un motor de pasos con pasos completos Sin embargo, el uso de micro pasos a través de la curva de aceleración del motor paso a paso puede disminuir significativamente el ruido y la vibración en el sistema.
