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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.-