Que es el motor paso a paso y como funciona

Desde un simple reproductor de DVD o una impresora en su hogar hasta una máquina CNC altamente sofisticada o un brazo robótico, los motores paso a paso se encuentran en casi todas partes. Su capacidad para realizar movimientos precisos controlados electrónicamente ha hecho que estos motores encuentren aplicación en muchos felinos como cámaras de vigilancia, disco duro, máquinas CNC, impresoras 3D, robótica, robots de ensamblaje, cortadoras láser y mucho más. En este artículo, aprendamos qué hace que estos motores sean especiales y la teoría que lo respalda. Aprenderemos a usar uno para su aplicación.

Introducción a los motores paso a paso

Como todos los motores, los motores paso a paso también tienen un estator y un rotor, pero a diferencia de un motor de CC normal, el estator consta de conjuntos individuales de bobinas. El número de bobinas diferirá según el tipo de motor paso a paso, pero por ahora solo comprenda que en un motor paso a paso el rotor consta de polos metálicos y cada polo será atraído por un conjunto de bobinas en el estator. El siguiente diagrama muestra un motor paso a paso con 8 polos de estator y 6 polos de rotor.

Si observa las bobinas del estator, están dispuestas en términos de pares de bobinas, como A y A 'forman un par B y B' forman un par y así sucesivamente. Entonces, cada uno de estos pares de bobinas forma un electroimán y se pueden energizar individualmente usando un circuito de controlador. Cuando una bobina se energiza, actúa como un imán y el polo del rotor se alinea con él, cuando el rotor gira para ajustarse a sí mismo para alinearse con el estator, se denomina un paso. De manera similar, al energizar las bobinas en una secuencia, podemos hacer girar el motor en pequeños pasos para hacer una rotación completa.

Tipos de motores paso a paso

Existen principalmente tres tipos de motores paso a paso basados ​​en la construcción, que son:

• Motor paso a paso de reluctancia variable: Tienen un rotor con núcleo de hierro que es atraído hacia los polos del estator y proporcionan movimiento por una mínima reticencia entre el estator y el rotor.
• Motor paso a paso de imán permanente: Tienen rotor de imán permanente y son repelidos o atraídos hacia el estator según los pulsos aplicados.
• Motor paso a paso síncrono híbrido: son una combinación de reluctancia variable y motor paso a paso de imán permanente.

Aparte de esto, también podemos clasificar los motores paso a paso como Unipolar y Bipolar en función del tipo de bobinado del estator.

• Motor paso a paso bipolar: las bobinas del estator en este tipo de motor no tendrán un cable común. La conducción de este tipo de motor paso a paso es diferente y compleja y, además, el circuito de conducción no se puede diseñar fácilmente sin un microcontrolador.
• Motor paso a paso unipolar: en este tipo de motor paso a paso podemos tomar la derivación central de ambos devanados de fase para una tierra común o para una potencia común como se muestra a continuación. Esto facilita la conducción de los motores, también hay muchos tipos de motores paso a paso unipolares

Bien, a diferencia de un motor de CC normal, este tiene cinco cables de todos los colores elegantes que salen de él y ¿por qué es así? Para entender esto primero debemos saber cómo es un paso a paso del que ya hablamos. En primer lugar, los motores paso a paso no giran, sino que también se conocen como motores paso a paso. Es decir, se moverán solo un paso a la vez. Estos motores tienen una secuencia de bobinas presentes en ellos y estas bobinas tienen que ser energizadas de una manera particular para hacer girar el motor. Cuando se activa cada bobina, el motor da un paso y una secuencia de activación hará que el motor dé pasos continuos, haciéndolo girar. Echemos un vistazo a las bobinas presentes dentro del motor para saber exactamente de dónde vienen estos cables.

Como puede ver, el motor tiene una disposición unipolar de bobina de 5 conductores. Hay cuatro bobinas que deben activarse en una secuencia particular. Los cables rojos se suministrarán con + 5V y los cuatro cables restantes se conectarán a tierra para activar la bobina respectiva. Usamos cualquier microcontrolador para energizar estas bobinas en una secuencia particular y hacer que el motor realice el número requerido de pasos. Nuevamente, hay muchas secuencias que puede usar, normalmente se usa un control de 4 pasos y para un control más preciso también se puede usar un control de 8 pasos . La tabla de secuencia para el control de 4 pasos se muestra a continuación.

Paso	Bobina energizada
Paso 1	A y B
Paso 2	B y C
Paso 3	C y D
Etapa 4	D y A

Entonces, ¿por qué este motor se llama 28-BYJ48 ? ¡¡¡Seriamente!!! No lo sé. No hay ninguna razón técnica para que este motor se llame así; tal vez no deberíamos sumergirnos mucho más en ello. Veamos algunos de los datos técnicos importantes obtenidos de la hoja de datos de este motor en la imagen a continuación.

Esa es una cabeza llena de información, pero necesitamos mirar algunas importantes para saber qué tipo de paso a paso estamos usando para poder programarlo de manera eficiente. Primero sabemos que es un motor paso a paso de 5V ya que energizamos el cable rojo con 5V. Entonces, también sabemos que es un motor paso a paso de cuatro fases, ya que tenía cuatro bobinas. Ahora, la relación de transmisión es 1:64. Esto significa que el eje que ve afuera hará una rotación completa solo si el motor en el interior gira 64 veces. Esto se debe a los engranajes que están conectados entre el motor y el eje de salida, estos engranajes ayudan a aumentar el par.

Otro dato importante a tener en cuenta es el ángulo de zancada: 5.625 ° / 64. Esto significa que el motor, cuando funciona en una secuencia de 8 pasos, se moverá 5.625 grados por cada paso y tomará 64 pasos (5.625 * 64 = 360) para completar una rotación completa.

Cálculo de los pasos por revolución para motor paso a paso

Es importante saber cómo calcular los pasos por revolución para su motor paso a paso porque solo entonces puede programarlo / conducirlo de manera efectiva.

Supongamos que operaremos el motor en una secuencia de 4 pasos, por lo que el ángulo de zancada será de 11,25 °, dado que es de 5,625 ° (dado en la hoja de datos) para la secuencia de 8 pasos, será de 11,25 ° (5,625 * 2 = 11,25).

Pasos por revolución = 360 / ángulo de paso Aquí, 360 / 11,25 = 32 pasos por revolución.

¿Por qué necesitamos módulos de controlador para motores paso a paso?

La mayoría de los motores paso a paso funcionarán solo con la ayuda de un módulo de controlador. Esto se debe a que el módulo controlador (microcontrolador / circuito digital) no podrá proporcionar suficiente corriente desde sus pines de E / S para que funcione el motor. Entonces usaremos un módulo externo como el módulo ULN2003 como controlador de motor paso a paso. Hay muchos tipos de módulos de controlador y la clasificación de uno cambiará según el tipo de motor utilizado. El principio principal para todos los módulos de controlador será generar / absorber suficiente corriente para que el motor funcione. Aparte de eso, también hay módulos de controlador que tienen la lógica preprogramada, pero no lo discutiremos aquí.

Si tiene curiosidad por saber cómo rotar un motor paso a paso usando algún microcontrolador y controlador IC, entonces hemos cubierto muchos artículos sobre su funcionamiento con diferentes microcontroladores:

• Interfaz del motor paso a paso con Arduino Uno
• Interfaz del motor paso a paso con STM32F103C8
• Interfaz del motor paso a paso con el microcontrolador PIC
• Interfaz del motor paso a paso con MSP430G2
• Interfaz de motor paso a paso con microcontrolador 8051
• Control de motor paso a paso con Raspberry Pi

Ahora creo que tiene suficiente información para controlar cualquier motor paso a paso que necesite para su proyecto. Echemos un vistazo a las ventajas y desventajas de los motores paso a paso.

Ventajas de los motores paso a paso

Una de las principales ventajas del motor paso a paso es que tiene un excelente control de posición y, por lo tanto, se puede utilizar para una aplicación de control precisa. También tiene un par de retención muy bueno que lo convierte en una opción ideal para aplicaciones robóticas. También se considera que los motores paso a paso tienen una mayor vida útil que los servomotores o CC normales.

Desventajas de los motores paso a paso

Como todos los motores, los motores paso a paso también tienen sus propias desventajas, ya que gira dando pequeños pasos y no puede alcanzar altas velocidades. También consume energía para mantener el par incluso cuando es ideal, lo que aumenta el consumo de energía.