Motores paso a paso muy fiables: potencia y precisión en el control del movimiento
Los motores paso a paso a menudo están subestimados en comparación con los servomotores, pero ofrecen una fiabilidad comparable.que permite un posicionamiento preciso y un control de velocidadCon un par elevado a baja velocidad y vibraciones mínimas, sobresalen en aplicaciones de posicionamiento rápido a corta distancia.
Motores paso a paso: una guía completa de principios, tipos y aplicaciones
"Los motores paso a paso? los servomotores deben funcionar mejor". Este es un error común cuando se discute los motores paso a paso.Los motores paso a paso sobresalen en diversas aplicaciones, desde equipos industriales avanzados hasta instrumentos automatizados cotidianos.En este artículo se explica por qué siguen siendo la mejor opción para los sistemas de precisión.
Si bien algunos pueden pasar por alto los motores paso a paso, su papel en el control de alta precisión es fundamental en todas las industrias.dispositivos médicosLa tecnología de la información, la tecnología de la información, los instrumentos analíticos, las etapas de precisión, los sistemas financieros, las máquinas de envasado de alimentos e incluso los ajustes de la apertura de las cámaras® demuestran su versatilidad en entornos exigentes y críticos de precisión.
¿Por qué usas un motor paso a paso?
Fácil de usar: 34%
Bajo costo: 17%
Operaciones sencillas: 16%
No es necesario ajustar: 12%
Otros: 21%
*# de los cuestionados: 258 (se permiten respuestas múltiples) / investigado por Oriental Motor
Ventajas principales: fácil de usar, fácil de operar y de bajo costo
De acuerdo con una encuesta de usuarios de motores paso a paso, muchos los prefieren por su facilidad de uso, operación sencilla y bajos costos-beneficios directamente vinculados a su diseño estructural y del sistema.La mecánica sencilla y la configuración de los motores paso a paso explican naturalmente estas ventajasSin embargo, algunos lectores pueden cuestionar su precisión y rendimiento del par.Comprendiendo las características del motor paso a paso y adaptándolas a las necesidades operativasA continuación se describen sus características principales y sus conocimientos técnicos:
Alta precisión de frenado con un rendimiento rápido a baja/mediana velocidad
Los motores paso a paso ofrecen una precisión de frenado excepcional y permiten un control preciso de circuito abierto.Sin errores de paso acumuladosSu diseño sin codificador simplifica el sistema de accionamiento, reduciendo los costes y manteniendo la fiabilidad.
El punto 1
Precisión de parada fantástica
Por ejemplo, al convertir la precisión de frenado ±0,05° de un motor paso a paso en el mecanismo de tornillo de bola:
Condiciones de funcionamiento:
• Motor: serie RK II
• Plomo del tornillo de bolas: 10 mm
Precisión de frenado: ±1,4 μm
En general, la precisión de un tipo de tornillo de bola de tierra es de ± 10 μm. Cuando se utiliza un tipo de tornillo de bola laminado, su precisión disminuye a ± 20 μm,indicando que la precisión de frenado de un motor paso a paso es mucho mayor que la de los tipos de tornillos de bolas.
Los motores paso a paso sobresalen en el par de baja/mediana velocidad, un diferenciador clave de los servomotores, que entregan un par constante a velocidades medias y altas y se adaptan a tareas de larga duración y alta rotación.,Los motores paso a paso cuentan con una curva de par no plana: el par máximo a velocidades bajas/medias disminuye significativamente a altas velocidades.donde proporcionan:
- Alto par a las velocidades requeridas para posicionar rápidamente en tareas como mesas de rotación múltiple o centímetros.
- Rendimiento estable a baja velocidad (un desafío para los servos), con una necesidad mínima de operación a alta velocidad, ya que las tareas de carrera corta se desaceleran y se detienen antes de alcanzar el máximo de RPM.
En resumen, los pasos optimizan el par donde más importa: el rango de velocidad baja / media crítico para aplicaciones de precisión de corta distancia.
Alta capacidad de respuesta y excelente sincronización
La tercera característica destacada de los motores paso a paso es su capacidad de respuesta.En contrasteLos motores paso a paso, sin embargo, operan en tiempo real con los pulsos entrantes, minimizando la latencia y garantizando una respuesta rápida.
Esto hace que los motores paso a paso sean ideales para aplicaciones que requieren sincronización de varios motores.Los motores paso a paso pueden coordinar con precisión los movimientos, asegurando una transferencia sin problemas de la placa entre transportadores.
El punto 2
¡Excelente alcance de baja / media velocidad!
Ejemplo: el par de un marco de motor de 85 mm equivale a un par nominal de un servomotor de 400 W a 1000 r/min.
El par en un rango de velocidades aún más bajo puede ser hasta 5 veces mayor. Para un posicionamiento a corta distancia, es esencial tener un par alto en el rango de velocidades baja / media.
El punto 3
¡Excelente capacidad de respuesta!
Aplicaciones adecuadas
Además de una aplicación de pulgadas con arranque y parada frecuentes, los motores paso a paso son adecuados para el posicionamiento de procesadores de verificación de imagen que no les gustan las vibraciones,con una capacidad de transmisión superior a 300 W,Además, el costo se reduce significativamente al reemplazar un accionamiento de tornillo de bola por un accionamiento de cinta.
La ventaja de las grandes características
Además de la reducción de costos, los motores paso a paso tienen muchas ventajas en términos de rendimiento..Más adelante, se introduce información detallada sobre los motores paso a paso, como la estructura básica, el sistema y las aplicaciones de ejemplo, para obtener más información sobre los motores paso a paso.
Principios básicos de los motores paso a paso
Funcionamiento y estructura
Un motor paso a paso gira con un ángulo de paso fijo, como la segunda mano de un reloj.El posicionamiento de alta precisión se puede realizar con el control de circuito abierto gracias a la estructura mecánica dentro del motor.
Posicionamiento preciso (número de pasos)
Si bien tienen un control total de la rotación y la velocidad, la estructura simple de los motores paso a paso se logra sin utilizar componentes eléctricos, como un codificador dentro del motor.Los motores paso a paso son muy robustos y tienen una alta fiabilidad con muy pocos fallosEn cuanto a la precisión de frenado, ± 0,05 ° (sin errores de inclinación acumulados) es muy preciso.Debido a que el posicionamiento de los motores paso a paso se realiza por control de circuito abierto y operado por el estator magnetizado y rotor magnético con dientes pequeñosLos motores paso a paso tienen un mayor mecanismo de seguimiento hacia los comandos que el de los servomotores.que tengan baja rigidez.
Útil para el control de velocidad y control de posición
Cuando los impulsos se ingresan a un conductor a través de un generador de impulsos, los motores paso a paso se posicionan de acuerdo con el número de impulsos de entrada.8° para los motores paso a paso de dos fasesLa velocidad de rotación del motor paso a paso está determinada por la velocidad de la frecuencia de pulso (Hz) dada al conductor.y es posible cambiar libremente la rotación del motor simplemente cambiando el número de pulsos de entrada o frecuencias al conductorLos motores paso a paso no solo sirven como motores de control de posición, sino también como motores de control de velocidad con alta sincronización.
Los motores paso a paso utilizan:
• Alta frecuencia, posicionamiento repetitivo de ángulos fijos de paso
• Posicionamiento que requiere un largo tiempo de parada debido al ajuste de ancho, etc.
• Cargas fluctuantes y rigidez cambiante
• Posicionamiento que divide 1 ciclo
• Ejes del motor que requieren un funcionamiento sincrónico
Sistema operativo
Control sencillo sin sensores ni retroalimentación
Debido a que es posible realizar un posicionamiento preciso y un control de posición sincronizando con el número de pulsos de comando y la velocidad, no hay necesidad de dispositivos, como un sensor,para el posicionamientoPor lo tanto, todo el sistema es simple de construir. Si no se requiere un control avanzado, como una operación de interpolación, se recomienda el controlador de tipo de función integrado.Se reducen los costes eliminando los controladores, como un generador de pulsos y módulos de posicionamiento PLC.
Tipo de circuito cerrado del sensor incorporado
Aunque el posicionamiento de alta precisión es posible con el control de circuito abierto, ¿qué pasaría si ocurriera un problema?puede utilizarse un motor de tipo codificador o de tipo de circuito cerrado de control de sensor incorporado (serie AR).
¿Se puede reducir aún más el costo?
El problema común entre los ingenieros de diseño es la reducción de costos. ¿Realmente no hay manera de reducir aún más los costos?se llevó a cabo sobre la base del mecanismo de tornillo de bolasEn lo sucesivo se explican los detalles del ensayo:
Misión
Mecanismo de movimiento lineal
1Aumentar aún más la velocidad.
2. Reducir aún más el costo
[Condiciones del equipo originalmente planificado] Mecanismo: tornillo de bolas + servomotor Condiciones tales como carga, velocidad y plomo, mostradas a la derecha,se determinan sobre la base del servomotor conectado con tornillos de bolas y placa de acero.
El plan
Cambiar el mecanismo a la polea de la correa
• tornillo de bola si se trata de aumentar la velocidad => mecanismo de correa puede ser más adecuado => 1000 mm/s a 1500 mm/s es posible con el mecanismo de correa.Cambiar a cinturón si no hay ningún problema con la precisión de posicionamiento. • Reducir significativamente los costes si es posible cambiar a la correa => La correa es barata pero su baja rigidez puede afectar la estabilidad del funcionamiento del servomotor, incluso con ajuste automático.
Problemas
1Diferencia en la precisión de frenado entre tornillo y cinturón... ¿Cuánta precisión de frenado se requiere?
2. Impacto de baja rigidez... Impacto en el tiempo de asentamiento, evitando el problema de afinación
• Mejor precisión de frenado con el tornillo. ¿No hay problema para cambiar a la correa? => La precisión de frenado requerida de la aplicación es ± 0,05 ~ 0,1 mm, que no es tan precisa como la del tornillo.Por lo tanto, debería estar bien para reemplazar con el cinturón.
• Si se cambia a la correa, la rigidez del mecanismo se reduce, por lo que los movimientos del servomotor se vuelven inestables. => Entre los motores de posicionamiento, los motores paso a paso no tienen un codificador incorporado.Por esta razónSi el motor de paso es el mismo, considere el motor paso a paso.
Estimación
Mecanismo: polea de cinturón + motor: Pruebe con el motor paso a paso
Problemas
1Diferencia en la precisión de frenado entre tornillo y cinturón... ¿Cuánta precisión de frenado se requiere?
2. Impacto de baja rigidez... Impacto en el tiempo de asentamiento, evitando el problema de afinación
• Mejor precisión de frenado con el tornillo. ¿No hay problema para cambiar a la correa? => La precisión de frenado requerida de la aplicación es ± 0,05 ~ 0,1 mm, que no es tan precisa como la del tornillo.Por lo tanto, debería estar bien para reemplazar con el cinturón.
• Si se cambia a la correa, la rigidez del mecanismo se reduce, por lo que los movimientos del servomotor se vuelven inestables. => Entre los motores de posicionamiento, los motores paso a paso no tienen un codificador incorporado.Por esta razónSi el motor de paso es el mismo, considere el motor paso a paso.
Estimación
Mecanismo: polea de cinturón + motor: Pruebe con el motor paso a paso
• Masa transportable -> Carga máxima permitida 7 kg • Velocidad de desplazamiento -> Mejorado a 800 mm/s Motor => Cambiando de motor paso a servomotor, se reduce el coste en un 50%!Mecanismo => Cambiando de un tornillo de bola a un mecanismo de correa, reducido el costo en un 7%!
Resultados
¡Había mucho espacio para reducir los costos!
Al llevar a cabo una revisión de cero base del mecanismo, así como la selección del motor basado en las características, logramos aumentar las especificaciones y reducir el costo,incluso con el tamaño del motor se hizo ligeramente más grandeEn el pasado, la selección del motor se hacía basándose en su facilidad de uso o familiaridad.Fue sorprendente que los motores paso a paso son más asequibles de lo esperadoEn este ejercicio se reconoció de nuevo que la selección equilibrada entre las especificaciones del motor y el coste, en el caso de los motores de motor, no es suficiente.Mientras que maximizar las características motoras es la clave.
¿Cuál tiene mayor precisión de frenado: el motor paso a paso o el servomotor?
Encuesta del cliente: Buscando un motor con buena precisión de frenado. ¿Cuál es la diferencia entre los motores paso a paso y los servomotores?
Asunción: El servomotor CA de la serie NX está equipado con un codificador de 20 bits, por lo que debe tener una resolución fina y una buena precisión de frenado.
En primer lugar, es necesario aclarar la diferencia entre la resolución y la precisión de frenado: la resolución es el número de pasos por revolución y también se llama ángulo de paso para los motores paso a paso.Es necesario cuando se considera cuán precisa debe ser la posición requeridaLa precisión de frenado es la diferencia entre la posición de frenado real y la posición de frenado teórica.
¿Significa esto que el servomotor de CA equipado con un codificador de alta precisión tiene una mejor precisión de frenado que los motores paso a paso?
En el pasado no había ningún problema con el concepto de "precisión de parada de los servomotores que es igual a la resolución del codificador dentro de ± 1 pulso".Los nuevos servomotores están equipados con el codificador de 20 bits (1,048,576 pasos) que tiene una resolución muy fina. Debido a esto, los errores debido a la precisión de la instalación del codificador tienen un gran efecto en la precisión de parada.el concepto de precisión de frenado ha comenzado a cambiar ligeramente.
Según los gráficos de comparación, la precisión de frenado entre los motores paso a paso y los servomotores CA es casi la misma (± 0,02o ~ 0,03o).La precisión depende de la precisión mecánica del motor para los motores paso a pasoPor lo tanto, si la posición de parada se puede hacer por 7.2o, el posicionamiento se realiza por los mismos dientes pequeños en el rotor en todo momento, de acuerdo con la estructura del motor.Esto permite mejorar aún más la precisión de frenado.
Sin embargo, los motores paso a paso pueden generar un ángulo de desplazamiento dependiendo del valor del par de carga.Los servomotores de CA pueden tener una anchura de caza más amplia como respuesta a los ajustes de gananciaPor estas razones, se requiere cierta precaución.
Comparación de la precisión de frenado entre los motores paso a paso y los servomotores CA
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