Presentacion steppers

Seminario control de motores paso a pasoIng. 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)

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).

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.

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.

Motores paso a paso: Control
• Secuencia de accionamiento1-2 (alternativamente 1 y 2
arrollamientos energizados).
• Cada fase avanza el stepper ½ paso.

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).

• 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

• 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

• 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)

• 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

• 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.

Motores paso a paso: Conexión de las bobinas

• 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

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.

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.

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:

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).

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

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.

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.

Circuitos de drivers comerciales: L298
Para cargas mayores (hasta 2 A) puede
usarse el L298, también puente H dual.

Circuitos de drivers comerciales: L298
Para corrientes mayores (4 A)
pueden conectarse ambos
puentes en paralelo:

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.

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.

Motores paso a paso: Circuito controlador + driver
Mediante
el L297 se
generan
las
señales
necesarias
(paso o
semipaso,
cantidad
de pasos,
dirección,
etc.).

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