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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)
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Presentacion steppers

Feb 20, 2023

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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)

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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).

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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.

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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.

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Motores paso a paso: Control

• Secuencia de accionamiento1-2 (alternativamente 1 y 2 arrollamientos energizados).

• Cada fase avanza el stepper ½ paso.

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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).

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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

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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

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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)

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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

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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.

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Motores paso a paso: Conexión de las bobinas

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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

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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.

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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.

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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:

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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).

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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

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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.

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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.

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Motores paso a paso: Circuitos de drivers comerciales:

L298Para cargas mayores (hasta 2 A) puede usarse el L298, también puente H dual.

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Motores paso a paso: Circuitos de drivers comerciales:

L298Para corrientes mayores (4 A) pueden conectarse ambos puentes en paralelo:

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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.

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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.

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Motores paso a paso: Circuito controlador + driver

Mediante el L297 se generan las señales necesarias (paso o semipaso, cantidad de pasos, dirección, etc.).