4.3.3. Control motor paso a paso por corriente

Como ya se ha observado en el apartado anterior, la tensión de alimentación de los devanados juega un papel importante a la hora de trabajar a altas velocidades. Se ha de seleccionar la tensión de alimentación lo más alta posible, lo que proporciona un aumento en la rapidez del cambio de la corriente. La adopción de un generador de corriente constante limita la intensidad por la fase, y sólo se activa en el momento que la corriente por el devanado alcanza su valor nominal. Antes de llegar a este valor, el generador de corriente está saturado y la tensión de alimentación queda aplicada directamente al devanado.

Figura 4.30. Formas de onda de la corriente por el bobinado con un generador de corriente.

En la figura 4.30. se puede observar la evolución de la corriente por el bobinado. Esta tiende a asumir el valor marcado por la tensión de alimentación (V/Ri), pero cuando alcanza el valor nominal Inom se activa el generador de corriente, limitando el incremento en este nivel. De aquí podemos deducir que aumentando la tensión de alimentación la corriente incrementa el valor a que tiende, pero como el corte se realiza siempre al nivel de Inom, el efecto es que el incremento de cero a este valor se realiza mas rápidamente. También se puede observar la diferencia existente entre la evolución de la corriente con un control de tensión constante y por generador de corriente. Trabajando a altas relaciones de pasos con este sistema, la corriente logra alcanzar su valor nominal (figura 4.30.), cosa que no sucedía con el control por tensión. La perdida del valor nominal de la corriente se produce a velocidades mas elevadas.

Figura 4.31. Comparación de las características de par/velocidad del control por tensión y el control por corriente.

La figura 4.31. muestra la relación entre el par y la velocidad típica de un motor paso a paso. La mejora en el flujo de la corriente trabajando a altas velocidades proporciona una mayor potencia del motor, y en consecuencia un aumento del par disponible a esta relación de pasos, que es donde normalmente es mas necesario.

Figura 4.32. Control bipolar analógico y control bipolar conmutado de corriente.

El generador de corriente combinado con la tensión de alimentación elevada, garantiza que la velocidad de cambio de la corriente por el devanado sea suficientemente rápida. Sin embargo, en una situación estática de bajo número de revoluciones, produce que la pérdida de potencia en el generador de corriente aumente extraordinariamente. Por tanto el rendimiento del sistema es extremadamente pobre. El remedio consiste en la adopción de un regulador de corriente conmutado.

La figura 4.32. muestra el control de un devanado de forma bipolar, el primero con generador de corriente analógico y el segundo con control conmutado, también se puede observar una comparación en la forma y evolución de la corriente por el devanado para las respuestas típicas de ambos reguladores.

En el control conmutado, el devanado de la fase es conectado a la tensión de alimentación, hasta que la corriente detectada en los extremos de RS alcanza el valor nominal deseado, fijado por la tensión de referencia. En el momento de la conmutación, el terminal del conmutador que antes estaba conectado a +VS, cambia de posición y cortocircuita el devanado. De esta manera, la corriente que fluye por el bobinado (altamente inductivo) decae al cerrarse los terminales del devanado sobre si mismos. El tiempo de caída de esta corriente se determina durante esta fase mediante un circuito monoestable u oscilador de impulsos. Después de este tiempo, el conmutador retorna a su posición original, se vuelve a conectar a +VS, con lo que se inicia una nueva recarga por inducción, comenzando un nuevo ciclo.

Como las únicas pérdidas con esta técnica son las de saturación del elemento conmutador y las de las resistencias de los devanados, el rendimiento global del conjunto es muy elevado. La corriente media que circula por la línea de alimentación es menor que la corriente por el devanado, debido a la inversión del circuito.

Figura 4.33. Formas de onda de la tensión y la corriente en el control conmutado.

La fuente de alimentación tiene que ser capaz de proporcionar la corriente nominal para ambas fases. Pero cuando la corriente por dichos bobinados ha alcanzado el valor nominal, empieza a actuar el conmutador (figura 4.33.), conectando y desconectando el bobinado a la fuente, lo que se traduce en un consumo de energía reducido. La intensidad media consumida es muy inferior a la nominal que circula por el bobinado, ésta depende directamente de la tensión de alimentación, por lo que a más tensión, menos intensidad media. En éste tipo de control se cumple la relación de potencias; la potencia que entrega la fuente es igual a la potencia del motor menos las pérdidas, que se pueden despreciar, (VA*IA=VM*IM). Pero las tensiones en esta igualdad son muy distintas, mientras que el motor necesita tensiones bajas para funcionar, alrededor de 5V, la fuente puede llegar a los 100V o incluso superarlos. Siendo así, para que se cumpla la igualdad, la intensidad de la fuente tiene que ser muy inferior a la del motor. De esta manera, la fuente de alimentación está sometida a una carga menor. Este control de la corriente de fase tiene que realizarse por separado por cada fase del motor, para obtener la mejor relación posible entre la energía eléctrica consumida y la energía mecánica suministrada.

Figura 4.34. Evolución de la corriente por la carga para las diferentes técnicas de alimentación.

La figura 4.34. Muestra una comparación en la respuesta de corriente de los diferentes tipos de control. Control por tensión L/R, control por tensión con resistencia adicional L/(5*R) y el control conmutado.