MOTORES ELÉCTRICOS

El motor paso a paso

Cuando necesitamos tener un desplazamiento y una posición precisa, como sucede en las impresoras, máquinas eléctricas de escribir, fotocopiadoras, faxes, máquinas herramientas, etc. utilizamos motores paso a paso. Son motores especiales donde se controlan las revoluciones y las partes de vueltas del rotor. El desplazamiento del eje del motor se contabiliza en grados, por ejemplo: 90°, 45°, dependiendo del motor paso a paso puede incluso llegar a desplazarse una fracción de grado por pulso recibido en la alimentación del motor. Con lo dicho hasta ahora, se puede deducir que la alimentación que recibe el motor proviene de una fuente de potencia que suministra pulsos al motor paso a paso. Esta fuente de potencia es un aparato de control electrónico capaz de contabilizar los pulsos, tanto los positivos como los negativos. Esto quiere decir, que la mayoría de las veces, dicho aparato de control electrónico incorpora un microprocesador. Al poder recibir pulsos positivos y negativos, el motor paso a paso puede moverse en los 2 sentidos y, el microprocesador contabiliza todos estos desplazamientos. Asimismo, para controlar la velocidad de desplazamiento del motor paso a paso se procede a controlar la velocidad de los pulsos que alimentan al motor paso a paso. Con todo lo explicado hasta ahora, podemos deducir que el control del motor paso a paso se realiza desde dos variables, uno es el signo positivo o negativo que recibe el motor y la otra variable es la duración de los pulsos que recibe.
Los motores paso a paso son también conocidos como motores stepping o stepper. Este tipo de motor no requiere de sensores para ser controlado al estar alimentado por una serie de pulsos.

Tipos de motores paso a paso

En la actualidad existen 3 tipos de motores paso a paso:

- Motor de pasos con reluctancia variable.
- Motor de pasos de imanes permanentes.
- Motor de pasos híbrido.

Funcionamiento de los motores paso a paso

- Motor de pasos de reluctancia variable.

En este tipo de motor de pasos, se reduce al mínimo la reluctancia en todo el campo magnético. El estátor esta compuesto por una pila de láminas de acero con bobinas de fase devanadas en cada diente del estátor. El rotor también esta compuesto por una pila de láminas de acero pero sin ninguna bobina. El n° de dientes del estátor y del rotor es diferente.

Dibujo 1

dibujo de motor paso a paso con reluctancia
Dibujo 1 de motor paso a paso con reluctancia variable


Como se puede apreciar en el gráfico, el motor de pasos de reluctancia variable representado consta de 6 dientes en el estátor y 4 dientes en el rotor. Las bobinas del estátor se excitan en tiempos diferentes, de esta manera se forma un bobinado multifase del estátor. En este motor de pasos de reluctancia variable, tenemos un estátor con 3 fases:A,B,C, con dientes 1-4, 2-5, 3-6.
Si observamos detenidamente el dibujo, veremos que los dientes del rotor 1 y 2 están alineados con los dientes 1 y 4 del estátor, cuando la bobina de la fase A se excita al recibir un pulso. Mientras, la bobina de la fase A este excitada, pero las demás bobinas no, el rotor estará parado y actuará en contra del par causado por la carga mecánica del eje.

Dibujo 2

dibujo de motor paso a paso con reluctancia
Dibujo 2 de motor paso a paso con reluctancia variable


Si observamos el siguiente dibujo, veremos que entre el eje magnético del estátor donde se encuentra la fase B y entre los dientes 3 y 4 del eje del rotor, hay un ángulo de 30°. Desactivando la bobina de la fase A y excitando la bobina de la fase B, los dientes del rotor 3 y 4 se alinearÁn con los dientes 3 y 6 del estátor, de esta forma hay un desplazamiento de 30° del rotor.

Dibujo 3

dibujo de motor paso a paso con reluctancia
Dibujo 3 de motor paso a paso con reluctancia variable


Si desactivamos la bobina de la fase B y excitamos la bobina de fase C, el rotor volverá a realizar un giro de 30° para alinearse con los dientes del estátor.
Resumiendo, el rotor girará 30° en un orden secuencial, de la fase A pasará a la fase B, de la fase B pasará a la fase C y, finalmente, de la fase C volverá a la fase A. Este movimiento lo hará indefinidamente y será en el sentido de las agujas del reloj.

Si quisiéramos que el rotor girase en el sentido indirecto o antihorario, debemos invertir la activación de las fases.

Secuencia de giro de un un motor paso a paso
Secuencia de giro de un motor paso a paso con reluctancia variable


- Motor de pasos de imanes permanentes.



dibujo de motor paso a paso de imanes permanentes dibujo de motor paso a paso de imanes permanentes dibujo de motor paso a paso de imanes permanentes
Funcionamiento un motor paso a paso de imanes permanentes


Si excitamos la bobina de la fase A del estátor, el diente 1 funciona como un polo sur. El polo norte del rotor será atraído por dicho diente. Si desactivamos la bobina de la fase A y excitamos la bobina de la fase B, entonces el rotor realizará un giro de 90° en sentido inverso o antihorario para poder alinearse con el diente 2 de la fase B. Ahora bien, si desactivamos la bobina de la fase B y excitamos la bobina de la fase A con una corriente inversa, el rotor volverá a girar 90° en sentido antihorario, alineando el diente 3 del estátor con el polo norte del rotor.

Secuencia de giro de un un motor paso a paso de imanes permanentes
Secuencia de giro de un motor paso a paso de imanes permanentes


- Motor de pasos híbrido.

En los motores de pasos híbridos, el estátor es igual al estátor de imanes permanentes y al de reluctancia variable. Sin embargo, el rotor del motor de pasos híbrido integra las características de los rotores de los motores de imanes permanentes y de reluctancia variable, que son diferentes entre si.

motor de paso hibrido
Montaje de un motor de pasos híbrido


Como se puede observar en el dibujo, el imán permanente esta sujeto por 2 pilas de hierro dulce. Los dientes del rotor se montan en dichas pilas de chapas. De esta forma, los dientes que se encuentren en el polo norte del imán permanente serán de polo norte y, los dientes que se encuentren en el polo sur serán de polo sur. El movimiento del rotor se consigue de una forma parecida al movimiento del motor de pasos de imanes permanentes.