Capítulo 1: Introducción.
En muchas ocasiones
se hace necesario convertir una energía eléctrica en otra mecánica; cuando
dicha energía mecánica se requiere en forma rotacional, un motor es el elemento
ideal para tal conversión.
Cuando se
requiere un control preciso de la trayectoria a seguir por la mano o
herramienta de un robot manipulador, es más sencillo y económico usar motores
paso a paso que servomotores de c.c. con realimentación. Se obtienen una
elevada exactitud y una muy buena regulación de la velocidad, aunque su mayor
inconveniente es su no muy elevada velocidad angular o de giro.
Sus principales
aplicaciones se pueden encontrar en robótica, tecnología aeroespacial, gobierno
de discos duros y flexibles en sistemas informáticos, manipulación y
posicionamiento de piezas y herramientas en general.
El motor de
paso a paso es un elemento capaz de transformar pulsos eléctricos (información
digital) en movimientos mecánicos. El eje del motor gira un determinado ángulo
por cada impulso de entrada. El resultado de este movimiento, fijo y repetible,
es un posicionamiento preciso y fiable.
Un motor de
paso a paso puede girar, en ambos sentidos, un número exacto de grados, con
incrementos mínimos determinados por el diseño.
Capítulo 2: Interacción de los campos electromagnéticos.
El principio de
funcionamiento de los motores de paso a paso es muy sencillo. Se basa en las
fuerzas de atracción y repulsión ejercidas entre polos magnéticos.
Teniendo en
cuenta que los polos magnéticos del mismo signo se repelen, si los bobinados
del estator 1, se alimentan de tal manera que éste se comporta como un polo
norte y el estator 2 como un polo sur, el rotor imantado (imán permanente), si
es giratorio, se mueve hasta alcanzar la posición de equilibrio magnético.
Si cambiamos
por algún método, al alcanzar el rotor la posición de equilibrio que el estator
cambie la orientación de sus polos, aquél tratará de buscar la nueva posición
de equilibrio; manteniendo dicha situación de manera continuada, se conseguirá
un movimiento giratorio y continuo del rotor. El rotor girará 180º cada vez que
cambian las condiciones.
Capítulo 3 : Principio de funcionamiento de los motores paso a
paso.
Si el estator
consta de dos polos situados uno respecto al otro un ángulo de 90º, tendremos
que el rotor giratorio irá posicionándose de las siguientes direcciones:
Sin aplicar
corriente a ninguno de los estator el rotor estará libre sin posición alguna,
en la de reposo.
Si se hace
circular corriente por ambos estator como se indica en el dibujo nº 1 el rotor
evolucionará de esa manera . Si invertimos la polaridad de la corriente que
circula por E1, se obtendrá la situación magnética
indicada en el dibujo nº2 y rotor se verá desplazado hasta la
nueva posición de equilibrio, es decir, ha girado 90º en sentido contrario a
las agujas del reloj.
Invirtiendo
ahora la polaridad de la corriente en E2, se llega a la situación nº 3 habiendo
girado el rotor otros 90º. Si por fin, invertimos de nuevo el sentido de la
corriente en E1, el rotor girará otros 90º y se habrá obtenido una revolución
completa de dicho imán (rotor) en cuatro pasos de 90º.
El motor descrito recibe el nombre de
bipolar ya que, para obtener la secuencia completa, se requiere disponer
de corrientes de dos polaridades. Al necesitarse dos corrientes opuestas y ser
un serio incoveniente, se solventará introduciendo otros dos estator más.
Será un motor de cuatro estator y la corriente circulará en un
solo sentido por ellos.
Se inyectará corriente a dos estator cada vez mediante unos
interruptores debidamente secuenciados en sus aperturas y cierres.
Si se aplica corriente a E1 y E2
cerrando los interruptores I1 e I2 se generarán dos polos norte que atraerán al
polo sur del rotor hasta encontrar la posición de equilibrio entre ambos.
Si se abre posteriormente I1 y se
cierra I3, por la nueva distribución de polos magnéticos, el rotor evoluciona
hasta la situación de la figura 2.
Siguiendo la secuencia de las figuras 3
y 4, de la misma forma se obtienen avances del rotor de 90º.
Si las secuencias
de excitación se generan en orden inverso, el rotor girará en sentido
contrario. Es un motor reversible y muy útil en los posicionamientos del eje
según las necesidades de avanzar o retroceder.