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Plotter Router Fresadora CNC

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4.2.2. Motores paso a paso de 8 hilos

Según el tipo de conexionado, las etapas de potencia pueden ser de dos tipos: unipolares o bipolares. En las unipolares los devanados se excitan de uno en uno, mientras que en las bipolares se realiza por pares con inversión de la corriente. El control es el mismo que el mencionado en el apartado anterior para los motores de 4 y 6 hilos.

Las conexiones y la relación de colores típicas para un motor de 8 hilos en conexión bipolar y unipolar lo ilustra la figura 4.18.

Figura 4.18. Posibles conexiones con un motor paso a paso híbrido de ocho hilos.
Figura 4.19. Etapa bipolar con conexión en serie de 6 o 8 hilos y paralelo de 8 hilos.

La figura 4.19. nos muestra que con una etapa de potencia bipolar existen básicamente dos conexiones posibles (realmente hay cuatro), conectando los bobinados en serie y en paralelo. Este último permite obtener mejor par con una gama de velocidades más amplia, pero con el consiguiente aumento en el consumo, pues la corriente por la fase se duplica con relación a la conexión en serie.

Figura 4.20. Relación entre el par y la velocidad para los diferentes tipos de alimentación con motor de igual dimensiones y para la corriente máxima disponible en cada caso

La elección del tipo de conexionado dependerá de las necesidades de par y velocidad de la aplicación. En la configuración unipolar se obtiene un mayor rendimiento del motor a alta velocidad, el bipolar lo hace a baja velocidad. Mirando las curvas par/velocidad mostradas en la figura 4.20. se observa que la respuesta de la conexión unipolar es bastante uniforme, alcanzando un régimen de pasos elevado sin que decaiga el par. Mientras que en las configuraciones bipolares se obtiene un par más elevado a baja velocidad, pero éste decae rápidamente. En otras palabras, si utilizamos la conexión bipolar para arrastrar una carga con el par que proporciona, la velocidad de trabajo no puede aumentar mucho, ya que enseguida el par de carga superaría al par del motor. Este efecto aún se agudiza mas en la conexión en serie, que proporciona un elevado par pero a régimen de velocidad bajo. Sin embargo con la conexión unipolar y con una carga cercana al par que proporciona el motor en este tipo de conexión, hace que éste pueda trabajar a más alta velocidad, por que el par se mantiene constante hasta un régimen elevado.

Figura 4.21. Respuesta par/velocidad para las conexiones en serie y en paralelo para una corriente y tensión fija.

Hasta el momento sólo se ha considerado el máximo par teórico disponible del motor, asumiendo que las únicas limitaciones son las dimensiones del motor y la temperatura de trabajo, siempre a la máxima corriente disponible para cada caso (condiciones para la obtención de las curvas de la figura 4.20.). Cuando las características se comparan sobre la base de una corriente de fase fija. El par a baja velocidad en el modo serie puede ser casi el doble que en el modo paralelo, según ilustra la figura 4.21. Se ha de observar que bajo estas condiciones el motor se calentará mucho más a bajas velocidades en el modo serie, debido a que la corriente de fase estará circulando a través de un doble número de vueltas del bobinado. Por otra parte, la duplicación del número de vueltas trae aparejado un incremento en la inductancia de los devanados. Que en la práctica significa que la corriente caerá más rápidamente con el incremento de la velocidad. El porcentaje real del incremento del par en el modo serie respecto al paralelo, dependerá de lo cerca que se esté de la saturación del núcleo en estas condiciones de trabajo.

Figura 4.22. Relación entre el par y la velocidad para diferentes valores de la tensión de alimentación.

En la elección del motor se ha de tener en cuenta el tipo que se pretende utilizar, sobre todo en las conexiones en serie, ya que el tiempo de conmutación de los devanados se ve afectado por la constante de tiempo L/R. Si se emplea un motor con alta inductancia y baja resistencia por devanado, se incrementa este tiempo y la consiguiente limitación de la razón de pasos por segundo.

Una manera de aumentar el par en un intervalo de velocidad dado o lo que es lo mismo, aumentar el intervalo de velocidad para un par determinado, consiste en utilizar etapas de potencia que admitan una mayor tensión de alimentación. La adopción de una tensión superior hace que la pendiente de subida en la corriente por los devanados sea más rápida, consiguiéndose un mejor flujo de ésta cuando se trabaja a alta velocidad. En la figura 4.22. se observa las respuestas de par/velocidad en función de las diferentes tensiones de alimentación.

Otro aspecto a cuidar cuando se conecta un motor de 8 hilos es observar la fase correcta de los devanados, debido a que si éstos se conectan en oposición, la inductancia efectiva sería virtualmente cero y se podría dañar la etapa de potencia.

Cuando se trata la elección del motor, si se tienen acotadas las necesidades de la aplicación se pueden elegir los bipolares o unipolares, de 4 y 6 hilos respectivamente, según la necesidad. Pero lo más versátil es disponer de 8 hilos, ya que este admite cualquier tipo de conexión.

 

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