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LABORATORIO N° 6

MOTORES PASO A PASO

1. Objetivos.- Los objetivos del presente laboratorio son:

Descripción de los motores paso a paso.

Principio de funcionamiento de los motores paso a paso.

Aplicaciones.

Ensayo del motor paso a paso.

2. Marco teórico.-

2.1. Descripción de los motores paso a paso y principio de

funcionamiento.-

Un motor paso a paso como todo motor es en esencia un conversor

electromecánico que transforma energía eléctrica en energía

mecánica. Mientras en motor convencional se relaciona el giro

libremente al aplicarle una tensión, el motor paso a paso gira a un

determinado ángulo en forma incremental y en forma de impulsos

eléctricos en movimiento de giro controlado, esto le permite realizar

desplazamientos angulares fijos y precisos.

En la siguiente figura, se puede observar un motor paso a paso (de

avance) asociada a su unidad de control.

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a) Motor paso a paso trifásico simple y su unidad de control asociada.

Las entradas a la unidad de control consisten de una fuente de

potencia en C.C. y una señal de control que consta de un tren de

pulsos. b) Dibujo del voltaje de salida de la unidad de control

conforme se alimenta una serie de pulsos de control. C) Tabla que

muestra el voltaje de salida de la unidad de control en función del

número de pulsos.

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Para comprender la operación de los motores de avance paso a paso

(ver la siguiente figura). La figura muestra un estator trifásico de dos

polos con un rotor de imán permanente. Si se aplica un voltaje de

corriente continua a la fase “a” del estator y no se aplica ningún voltaje

a las fases “b” y “c”, entonces se inducirá un par en el rotor que provoca

su alineación con el campo magnético del estator Bs como se observa

en la figura b. Ahora se estima que se apaga la fase “a” y que se aplica

un voltaje negativo a la fase “c”. El campo magnético del estator rota

60o con respecto al campo magnético previo y el rotor del motor lo

sigue. Si se continúa con este patrón, es posible construir una tabla

que indique la posición del rotor en función del voltaje aplicado al

estator del motor. Si el voltaje producido por la unidad de control

cambia con cada pulso de entrada en el orden que se ilustra en la tabla

(5.1), entonces el motor de avance paso a paso avanzará 60o con cada

pulso de entrada.

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Operación de un motor paso a paso. a) Se aplica un voltaje V a la fase

“a” del estator, provocando que fluya una corriente en fase “a” y

produciendo un campo magnético del estator Bs. La interacción entre

BR y Bs produce un par en sentido contrario al de las manecillas del

reloj en el rotor. b) Cunado el motor se alinea con el campo magnético

del estator, el par neto baja a cero. C) Se aplica un voltaje –V a la fase

“c” del estator, provocando el flujo de corriente en la fase “c” y

produciendo un campo magnético del estator Bs. La interacción entre

BR y Bs produce un par en el rotor en sentido contrario al de las

manecillas del reloj, provocando que el rotor se alinee con la nueva

posición del campo magnético.

Tabla 5.1

No es complicado construir un motor paso a paso con un tamaño de

paso más pequeño si se incrementa el número de polos en el motor.

El número de grados mecánicos correspondientes a cierto número de

grados eléctricos es:

𝜃𝑚 = 2

𝑃 𝜃𝑒 (1)

Cada paso en la tabla 5.1 corresponde a 60 grados eléctricos, el

número de grados eléctricos avanzados por paso disminuye conforme

aumenta el número de polos. Por ejemplo, si el motor paso a paso

tiene ocho polos, entonces el ángulo mecánico del eje del motor

cambiará a 15o por paso.

La velocidad de un motor paso a paso se puede relacionar con el

número de pulsos que entran en su unidad de control por unidad de

tiempo mediante la ecuación (1). La ecuación (1) define el ángulo

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mecánico de un motor paso a paso en función del ángulo eléctrico. Si

se derivan ambos lados de la ecuación con respecto al tiempo,

entonces se tiene la relación entre las velocidades de rotación eléctrica

y mecánica del motor.

𝜔𝑚 = 2

𝑃 𝜔𝑒 (2)

𝑛𝑚 = 2

𝑃 𝑛𝑒 (3)

Tomando en cuenta que existen seis pulsos de entrada por revolución

eléctrica, la relación entre la velocidad del motor en revoluciones por

minuto y el número de pulsos por minuto es:

𝑛𝑚 = 1

3𝑃 𝑛𝑝𝑢𝑙𝑠𝑜𝑠 (4)

Donde: 𝑛𝑝𝑢𝑙𝑠𝑜𝑠 es el número de pulsos por minuto.

2.2. Aplicaciones.-

Las principales aplicaciones del motor paso a paso, son muy diversas

actualmente, podemos citar por ejemplo en la robótica, tecnología

aeroespacial, control, de discos duros y flexibles, unidades de

impresoras, sistemas informáticos, así mismo en la manipulación y

posicionamiento en general.

3. Equipo e instrumental para laboratorio.-

Para el presente laboratorio, se utilizara el siguiente equipo, instrumental y

material:

Un Motor paso a paso con las siguientes características:

- Tensión de entrada: 100 – 240 voltios, con circuito electrónico (de una

impresora)

- Frecuencia: 50 – 60 (Hz).

- Corriente: 600 (mA).

- Tensión de salida en corriente continua: + 32 (V). 375 (mA)

+ 16 (V). 500 (mA).

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Un motor paso a paso con las siguientes características:

- Tensión en corriente continua: 6 (V).

- Corriente: 1 (A).

- Resistencia: 3,15 (Ohms).

- Sistema de control para el motor paso a paso.

Un motor paso a paso con control arduino (Sacar características del mismo)

Instrumentos de medición: voltímetros, amperímetros,

Cables para conexión.

4. Circuito para el laboratorio.-

Para este laboratorio, se tienen los siguientes circuitos:

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5. Descripción del laboratorio.-

Realizar los circuitos como se indica en el punto 4.

Efectuar las mediciones correspondientes de tensión y corriente, registrar los

datos.

Verificar la inversión de giro.

6. Lecturas obtenidas en el laboratorios.-

Se tiene las siguientes lecturas:

No V (C.A) (V) V (C.C.) (V) Corriente (mA)

Encendido - Apagado Arranque

1

2

7. Cálculos y Gráficos.-

Realizar los gráficos de: I (C.C.) función de V (C.C.) encendido.

I (C.C.) función de V (C.C.) arranque.

Gráficos de obtenidos en laboratorio.

8. Análisis de Resultados.-

Como operan los motores paso a paso.

Aplicaciones en la industria de los motores paso a paso.

Que tipos de motores paso a paso existen.

9. Documentos de referencia.-