4.1.5. Secuencia de excitación de micropasos en motores paso a paso
La excitación de un motor híbrido puede simbolizarse mediante un diagrama polar (figura 4.10). Un ciclo completo ( 360 grados eléctricos) de la señal por las fases genera exactamente cuatro pasos. Un paso completo equivale a 90º de la señal eléctrica. La representación de la corriente por los bobinados IA e IB se emplaza sobre los ejes de coordenadas x e y respectivamente, formando un ángulo de 90º, que corresponde al ángulo que forma la disposición mecánica de los polos del estator con relación a un paso. O sea que los campos magnéticos que generan las fases del motor forman un ángulo de 90º entre si, mirar apartado 2.3. (Motores híbridos). Las intensidades IA e IB pueden tomar los valores discretos 0, +i y -i, correspondiendo i al valor máximo de la corriente de la fase.
Figura 4.10. Diagrama polar de la corriente por las fases y el par resultante de un motor híbrido.
El par es proporcional a la corriente por el bobinado del motor, y el par resultante es la suma de los pares individuales producidos por la corriente de la fase A y la fase B. La dirección del par la determina la dirección del flujo de la corriente. En la figura 4.10 se puede observar que para una excitación individual de una de las fases se produce un par proporcional y con el mismo sentido que la corriente de excitación, por ejemplo, si tenemos excitada la fase A con una corriente +i el par que genera se representa mediante el fasor de nombre TA, con la misma dirección que la intensidad. Lo mismo sucede si excitamos la fase B, el par resultante lo representa el vector TB. Si ambas fases son excitadas al mismo tiempo (fase A = +i y fase B = +i) cada una de ellas produce un par TA y TB en las direcciones correspondientes al flujo de la intensidad, y el par resultante es la suma de estos vectores, simbolizado por el vector TA+TB.
Figura 4.11. Diagrama polar para la secuencia de excitación de una fase activa (a), dos fases activas (b).
Con la excitación discreta de 0, +i y -i para los valores de la corriente, el vector de par tiene cuatro posiciones en el diagrama polar, correspondiendo cada una de ellas a un paso completo. La figura 4.11 muestra la disposición del vector de par y la intensidad por la fase para una secuencia de excitación de una fase activa (a), y para una secuencia de dos fases activas (b). En estas gráficas se puede observar la diferencia que existe en el par resultante cuando se trabaja con cada tipo de excitación. Para el funcionamiento a medio paso, las posiciones del vector resultante son el doble que las de paso completo y corresponden a la suma de las posiciones mostradas en la figura 4.11 (a) y (b), de forma intercalada.
Figura 4.12. Proyecciones y recorrido del vector par para obtener un módulo constante.
Si el vector de par resultante es la suma de los vectores de par individuales de cada fase, y estos son proporcionales a la intensidad que circula por ellas, ajustando el valor de esta intensidad se puede hacer que el vector resultante adopte un ángulo α diferente, comprendido entre 0 y 90º eléctricos o el ángulo de un paso. Así como ajustar el valor del par resultante. En la excitación de medio paso con el control de intensidad de forma discreta, existe una diferencia entre el par producido con una fase activa y con dos fases activas. Para conseguir que el par sea constante en todo momento, tomamos el vector T correspondiente al par total que produce el motor y lo hacemos girar formando un círculo con el centro en el eje de coordenadas (figura 4.12). Las proyecciones de este vector sobre los ejes de coordenadas x e y representan las corrientes de excitación de la fase A y B respectivamente, para conseguir el par constante en cada instante. Estas proyecciones forman una onda de forma senoidal, desfasadas entre si 90º.
Figura 4.13. Diagrama polar para una secuencia de micropasos.
Figura 4.14. Formas de onda de la corriente por los devanados para una secuencia de cuatro micropasos por paso.
La figura 4.13. muestra un diagrama polar de un paso equivalente a π/2 grados eléctrico. Este está dividido en m micropasos discretos. Si tomamos como variable independiente el valor discreto x correspondiente al número de micropaso. Con el módulo correspondiente a la intensidad máxima I. El valor de la intensidad por cada fase iA e iB es el resultado de proyectar el vector x, con un argumento α que corresponde al número de micropasos por el ángulo de un micropaso (x(π/(2m)), sobre los ejes de coordenadas.
\ =\ \frac{i_A}{I}\ \ cos(\alpha )\ =\ \frac{i_B}{I}\\ i_A\ =\ I*sin ( \frac{\pi }{2*m}*x )\\ i_B\ =\ I*cos ( \frac{\pi }{2*m}*x ) "Intensidad por fase en un motor paso a paso")
(4.1)
Los valores de iA e iB tienen que ser lo mas precisos posibles, ya que la posición del micropaso depende directamente del valor que tengan. Por ejemplo, si queremos obtener cuatro micropasos por paso (m=4), con un valor de intensidad I, aplicamos las formulas de iA e iB de la ecuación 4.1, dando un valor discreto a la variable x = 1, 2, 3, 4, 5 ... correspondiente a cada micropaso. Obtenemos una secuencia de intensidad por cada fase como la mostrada en la figura 4.14.
Aunque el número de micropasos por paso pueda ser de un rango muy elevado, del orden de 100 micropasos o incluso mas, una relación superior a (25-32) micropasos no aporta ninguna ventaja mensurable. La figura 4.15. Muestra la respuesta de un motor trabajando a un paso completo en forma de onda superior, y trabajando a micropasos (onda inferior). Con la secuencia de micropasos el movimiento del motor es prácticamente lineal, desapareciendo los saltos bruscos y las oscilaciones mecánicas.
Se ha de tener en cuenta que no hay una relación lineal suficientemente precisa entre un esquema de forma de onda senoidal y un ángulo exacto de micropaso. La razón de ello es que suele haber un campo magnético no homogéneo entre los dos campos del rotor y el estator.
En caso de que el motor tenga que funcionar a revoluciones elevadas, es más conveniente trabajar solamente en pasos completos, porque el control por armónicos ya no es una ventaja debido a que la corriente en el devanado del motor sólo tiene una forma de onda triangular.
Figura 4.15. Formas de onda de la respuesta de un motor en secuencia de un paso completo (superior) y en micropasos (inferior).
