Marco teorico motores pap

MARCO TEORICO

Motores paso a paso (PaP)

Un motor Paso a Paso (PaP en adelante) se diferencia de un motor convencional en que en este se puede posicionar su eje en posiciones fijas o pasos, pudiendo mantener la posición. Esta peculiaridad es debida a la construcción del motor en sí, teniendo por un lado el rotor constituido por un imán permanente y por el otro el estator construido por bobinas; al alimentar estas bobinas se atraerá el polo del magnético opuesto del rotor con respecto al polo generado por la bobina y este permanecerá en esta posición atraído por el campo magnético de la bobina hasta que esta deje de generar el campo magnético y se active otra bobina haciendo avanzar o retroceder el rotor variando los campos magnéticos en torno al eje del motor y haciendo que este gire. Este motor presenta las ventajas de tener precisión y repetitividad en cuanto al posicionamiento. Entre sus principales aplicaciones destacan los robots, drones, radiocontrol, impresoras digitales, automatización, etc.

Los motores PaP pueden ser de dos tipos Unipolar o Bipolar, como se muestra en la figura 1.[pic 1]

Figura 1.- Tipos de motores PAP

Motor PAP Bipolar

Este tipo de motor lleva dos bobinados independientes el uno del otro, para controlar este motor se necesita invertir la polaridad de cada una de las bobinas en la secuencia adecuada, para esto es necesario usar un puente en "H" o driver tipo L293b para cada bobina y aplicar una secuencia de activación como se muestra en la tabla 1.[pic 2]

Tabla 1.- secuencia de activación de motor Pap bipolar

Cada inversión en la polaridad provoca el movimiento del eje, avanzando este un paso, la dirección de giro se corresponde con la dirección de la secuencia de pasos, por ejemplo para avanzar el sentido horario la secuencia sería 1-2-3-4,1-2-3-4.... y para sentido anti-horario sería; 4-3-2-1,-4-3-2-1…

En la figura 2 se muestra la conexión de un motor PaP bipolar con el driver, en este caso un CI L293b [pic 3]

Figura 2.- Conexión de motor PaP bipolar con su driver

Motor PAP Bipolar

El motor unipolar normalmente dispone de 5 o 6 cables dependiendo si el común está unido internamente o no, para controlar este tipo de motores existen tres métodos con sus correspondientes secuencias de encendido de bobinas, el común irá conectado a +Vcc o masa según el circuito de control usado y luego tan solo tendremos que activar la bobina correcta para que avance o retroceda el motor según avancemos o retrocedamos en la secuencia.

Las secuencias son las siguientes:

Secuencia simple:

En esta secuencia, se activa solo una bobina a la vez. En algunos motores, esto brinda un funcionamiento más suave. La contrapartida es que al estar solo una bobina activada, el torque de paso y retención es menor. En esta secuencia mostrada en la figura 3, se alimenta sólo una bobina a la vez, lo que proporciona un menor par motor y una menor potencia de entrada. Al mover un paso en la secuencia a la siguiente, hace mover el motor un paso. Si vamos hacia adelante en la secuencia, el motor se mueve hacia adelante un paso y si lo hacemos al revés, el motor se mueve un paso atrás.

En cada paso el rotor se mueve un ángulo igual a 1 paso (depende de cada motor), en la figura solo ejemplifica el sentido de rotación, no los grados por paso.[pic 4]

Figura 3.- Secuencia paso simple para motor PaP unipolar

Secuencia en onda:

En esta secuencia, se alimentan dos bobinas a la vez y produce un par motor de aproximadamente un 40% mayor que el de la secuencia anterior, mientras que también, consume el doble de energía. Esta es la secuencia que generalmente recomienda el fabricante. Con esta secuencia ilustrada en la figura 4, el motor avanza un paso por impulso y debido a que siempre hay al menos dos bobinas activadas, se obtiene un alto torque de paso y retención, es la secuencia más usada.[pic 5]

Figura 4. Secuencia paso doble para motor PaP unipolar

Secuencia de medio paso:

Combinando los dos tipos de secuencias anteriores podemos hacer moverse al motor en pasos más pequeños y precisos y así pues tenemos el doble de pasos de movimiento para el recorrido total de 360º del motor. Esta secuencia se ilustra en la figura 5.[pic 6]

Figura 5. Secuencia medio paso para motor PaP unipolar

 Para controlar un motor PaP unipolar deberemos alimentar el común del motor con Vcc y conmutaremos con masa en los cables del devanado correspondiente con lo que haremos pasar la corriente por la bobina adecuada del motor y esta generará un campo electromagnético que atraerá el polo magnetizado del rotor y el eje de este girará.

Se puede utilizar transistores montados en configuración Darlington o usar un circuito integrado como el ULN2003 que ya los lleva integrados en su interior, aunque la corriente que soporta este integrado es baja y si se quiere controlar motores de mayor potencia se deberá montar el circuito de control a base de transistores de potencia. El esquema de uso del ULN2003 para un motor unipolar se muestra en la figura 6.

Figura 6. Conexión de motor PaP unipolar con su driver [pic 7]

Las entradas del CI ULN2003 son TTL y se activan a nivel alto, también disponen de resistencias de polarización internas con lo que no deberemos de preocuparnos de esto y podremos dejar "al aire" las entradas no utilizadas. Las salidas son en colector abierto.

Los cables del motor unipolar son de diferentes colores no estandarizados, por lo cual es necesario determinar que cable es A,B,C,D y común. Para determinar el común se utiliza un óhmetro con el cual se mide la resistencia entre los cables. Una vez determinado el común, este se conecta a V+ y a continuación iniciando con cualquiera de los restantes cables, se van conectando a tierra uno a la vez y con los dedos sobre el rotor sentir el sentido de rotación, cuando se tenga una secuencia de activación donde el sentido de rotación es el mismo, se etiquetan los cables como A,B,C y D.  

La frecuencia de los pulsos a aplicar depende de factores como la inercia del rotor, la tensión de trabajo y sobre todo el ancho del pulso, esto se puede obtener mediante, ensayo/prueba/error. Para obtener un arranque suave y preciso, conviene comenzar con una frecuencia de pulso baja e ir aumentándola gradualmente hasta alcanzar la velocidad deseada, sin superar la máxima tolerada por el motor. El cambio de dirección de giro debe realizarse primero, bajando la velocidad de giro y luego cambiar el sentido de rotación.

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