2.2. Características dinámicas

Las característica de comportamiento dinámico del motor que nos relacionan la velocidad y el par, pudiéndose derivar de éstas el arranque, el paro, y la aceleración.

2.2.1. Curvas características par/frecuencia

Los motores paso a paso son usados para el posicionamiento en sistemas mecánicos que requieren un control preciso del paso, el par que generan tiene que ser suficiente para arrastrar las cargas a las que están sometidos, en secuencias de aceleración, desaceleración o trabajando a velocidad constante. Las condiciones de trabajo, las necesidades de velocidad y aceleración condicionan la elección del motor que debe cumplir con los requisitos de par/velocidad necesarios. Para llevar a cabo la elección, nos tenemos que basar en las curvas de par/velocidad que proporciona el fabricante. Éstas están formadas por dos curvas características; la primera denominada ‘pull in' nos indica el par de arranque o paro sin pérdida de pasos en función de la velocidad de arranque o paro, con el motor en estado de reposo, la segunda ‘pull out' nos da el par máximo de trabajo cuando el motor se encuentra en funcionamiento. Entre las curva de ‘pull in' y la de ‘pull out' tenemos el área de aceleración desaceleración que se conoce como campo de giro o zona de arrastre.

Figura 3.7. Curvas de características dinámicas.

La figura 3.7 nos muestra las curvas típicas de un motor paso a paso, la curva ‘pull in' queda delimitando la zona de arranque/paro, indicándonos en sus extremos la máxima frecuencia de arranque y el par máximo de arranque. Para que el motor pueda arrancar, se tiene que confrontar la curva de arranque ‘pull in' con la del par resistente del sistema y encontrar la frecuencia máxima de arranque, por encima de éste el par que entrega el motor es inferior al de la carga, quedando bloqueado. La curva ‘pull out' establece el par máximo de trabajo y la máxima frecuencia de trabajo. Si la relación par/frecuencia cae fuera de los límites de la curva ‘pull out' el rotor pierde el sincronismo del campo magnético generado por la excitación, provocando la pérdida de pasos o el paro completo, dejando el motor en un estado de oscilación sin movimiento.

Figura 3.7. Ejemplo de curvas de característica con dips y islands.

Las curvas de par/frecuencia presentan una serie de inestabilidades en la zona de bajas frecuencia, de 10Hz a 100Hz, variando según el tipo de motor. L figura 3.8 muestra los denominados ‘dips' valles o inclinaciones hacia abajo de la curva característica ‘pull out'. Éstos ocurren por la resonancia mecánica que experimenta el motor a estas frecuencia, pudiendo ser variados por la acción de la carga del sistema mecánico que esté acoplado al eje del motor. Estos ‘dips' producen una disminución drástica del par generado por el motor incluso la anulación total, provocando el paro de éste con cargas mínimas o trabajando en vacío.

Otro tipo de inestabilidades son las denominadas ‘islands' islas que forman parte de la curva de ‘pull in'. En estas zonas el motor no es capaz de arrancar y se pone a oscilar mientras tenga aplicado al eje un mínimo de par de fricción.

Por encima de una frecuencia de 100Hz y hasta el límite de la velocidad del motor, las curvas de características ‘pull in' y ‘pull out' son más o menos uniformes y no suelen presentar este tipo de irregularidades, por lo que el motor se suele arrancar y parar a una frecuencia mínima de 100Hz, manteniendo el régimen de giro siempre por encima de ésta. No obstante estos efectos se pueden minimizar mediante volantes de inercia ‘dampers' acoplados al eje del motor, mirar el apartado 3.2.4.

Otra forma de solventar este problema es trabajar en medios pasos ‘half stepping' o mejor en micropasos, ya que en este tipo de operaciones el movimiento del rotor no es incremental paso a paso con saltos angulares bruscos, sino que es prácticamente lineal, eliminándose las resonancias mecánicas que causan los problemas de inestabilidad, mirar el apartado 3.2.3.