Seminario control de motores paso a paso
Ing. Héctor Hugo Mazzeo 1
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)
Seminario control de motores paso a paso
Ing. Héctor Hugo Mazzeo 2
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).
Seminario control de motores paso a paso
Ing. Héctor Hugo Mazzeo 3
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.
Seminario control de motores paso a paso
Ing. Héctor Hugo Mazzeo 4
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.
Seminario control de motores paso a paso
Ing. Héctor Hugo Mazzeo 5
Motores paso a paso: Control
• Secuencia de accionamiento1-2 (alternativamente 1 y 2 arrollamientos energizados).
• Cada fase avanza el stepper ½ paso.
Seminario control de motores paso a paso
Ing. Héctor Hugo Mazzeo 6
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).
Seminario control de motores paso a paso
Ing. Héctor Hugo Mazzeo 7
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
Seminario control de motores paso a paso
Ing. Héctor Hugo Mazzeo 8
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
Seminario control de motores paso a paso
Ing. Héctor Hugo Mazzeo 9
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)
Seminario control de motores paso a paso
Ing. Héctor Hugo Mazzeo 10
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
Seminario control de motores paso a paso
Ing. Héctor Hugo Mazzeo 11
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.
Seminario control de motores paso a paso
Ing. Héctor Hugo Mazzeo 12
Motores paso a paso: Conexión de las bobinas
Seminario control de motores paso a paso
Ing. Héctor Hugo Mazzeo 13
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
Seminario control de motores paso a paso
Ing. Héctor Hugo Mazzeo 14
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.
Seminario control de motores paso a paso
Ing. Héctor Hugo Mazzeo 15
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.
Seminario control de motores paso a paso
Ing. Héctor Hugo Mazzeo 16
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:
Seminario control de motores paso a paso
Ing. Héctor Hugo Mazzeo 17
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 = 1000.
• 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).
Seminario control de motores paso a paso
Ing. Héctor Hugo Mazzeo 18
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
Seminario control de motores paso a paso
Ing. Héctor Hugo Mazzeo 19
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.
Seminario control de motores paso a paso
Ing. Héctor Hugo Mazzeo 20
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.
Seminario control de motores paso a paso
Ing. Héctor Hugo Mazzeo 21
Motores paso a paso: Circuitos de drivers comerciales: L298
Para cargas mayores (hasta 2 A) puede usarse el L298, también puente H dual.
Seminario control de motores paso a paso
Ing. Héctor Hugo Mazzeo 22
Motores paso a paso: Circuitos de drivers comerciales: L298
Para corrientes mayores (4 A) pueden conectarse ambos puentes en paralelo:
Seminario control de motores paso a paso
Ing. Héctor Hugo Mazzeo 23
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.
Seminario control de motores paso a paso
Ing. Héctor Hugo Mazzeo 24
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.
Seminario control de motores paso a paso
Ing. Héctor Hugo Mazzeo 25
Motores paso a paso: Circuito controlador + driver
Mediante el L297 se generan las señales necesarias (paso o semipaso, cantidad de pasos, dirección, etc.).
Top Related