1. MOTORES PASO A PASO (STEP MOTOR)
El motor paso a paso (step motor) está concebido para el posicionamiento con precisión y de forma discreta, con incrementos angulares de su eje, denominados pasos. Éstos se producen en la inversión de la corriente por los devanados, que a su vez es controlada por unos interruptores de estado sólido de potencia. A éstos llega una señal discreta proveniente del circuito digital de control, el cual determina la acción del motor.
Existe una gran variedad de motores paso a paso, diferenciados entre si por su constitución y forma de construcción. Entre éstos destacan tres tipos:
- Motores de imán permanente.
- Motores de reluctancia variable.
- Motores híbridos.
1.1. Motores de imán permanente
Este tipo de motores se caracteriza por la utilización de un imán permanente cerámico cilíndrico en el rotor. El imán está magnetizado radialmente en una serie de polos. El estator está constituido por láminas de material ferro magnético, bobinado con el mismo número de polos que el rotor.
El ángulo de paso de este tipo de motores depende del número de polos del estator y el rotor. Debido a las características del material magnético utilizado en la construcción del rotor, el número de polos de éste es limitado, por lo que los ángulos que se consiguen con este tipo de motor son grandes.
En un intento de reducción del ángulo del paso se puede incrementar el diámetro del imán del rotor, con ello se consigue aumentar el número de polos, pero también el momento de inercia de éste (que para un cilindro aumenta con la cuarta potencia del diámetro). Esto reduce drásticamente el par de arranque, por lo que esta posibilidad queda descartada. La solución a adoptar consiste en construir el motor con más de un estator, con lo que se puede obtener ángulos del paso inferiores a 3,75º.
Figura 2.1 Motor de dos polos y una fase
La figura 2.1 representa un motor de imán permanente básico con un bobinado (fase) y dos polos. En la figura 2.1 (a), la alimentación del bobinado genera un flujo magnético en sentido horario, este se cierra sobre los polos del estator, provocando el movimiento del rotor, hasta conseguir el equilibrio en la orientación de los campos magnéticos, estado de reposo. En la figura 2.1 (b) cambia el sentido de la corriente, lo que conlleva a la inversión del flujo magnético, y por consiguiente, los polos que antes se atraían en equilibrio, ahora se repelen, produciendo un nuevo movimiento del rotor, buscando la nueva orientación del campo, posición de equilibrio.
El resultado constituye un motor con pasos de 180º. Generalizando, el número de pasos para el motor viene determinado por la expresión:
n=ne*np
Donde;
ne = número de devanados (fases)
np = número de polos
el ángulo por fase será:
Θ=360/n
Figura 2.2 Ejemplo de un devanado de 6 polos
Un sistema con un número de polos superior a dos podría ser el que muestra la figura 2.2. Un bobinado (fase) con seis polos tanto para el rotor como para el estator. Todos los polos se encuentran repartidos de forma equidistante formando un círculo.
Un motor que esté formado por una única fase no tiene sentido, ya que la dirección de arranque quedaría indeterminada, y el cambio de sentido seria imposible. El número mínimo de fases es dos.
Figura 2.3 Motor paso a paso de dos polos y dos fases
Con un motor de dos fase y dos polos por fase (figura 2.3), se puede controlar el sentido de giro. La figura 2.3 (a) nos muestra el estado inicial, las dos fases excitadas forman un campo magnético que orienta el rotor a la posición uno de equilibrio. En la figura 2.3 (b) se realiza la inversión de la corriente en la fase B, lo que produce una variación del campo magnético en sentido horario, a su vez, el rotor se desplaza con el mismo sentido, buscando siempre la posición de equilibrio. La figura 2.3 (c) muestra una nueva inversión de la corriente en la fase A, produciendo un nuevo paso de 90º en sentido horario.
Si se invierte el orden de inversión de la corriente por las fases, el movimiento igualmente se invierte, obteniendo una rotación del rotor en sentido anti horario.
