¿Cuál es el adecuado para su aplicación? Exploremos criterios de decisión clave que incluyen velocidad, aceleración y precios objetivos.

Motores paso a paso

Los motores paso a paso constan de un rotor con imanes permanentes y un estator estacionario que lleva los devanados. Cuando la corriente pasa por los devanados del estator, genera una distribución de flujo magnético que interactúa con la distribución del campo magnético del rotor para aplicar una fuerza de giro. Los motores paso a paso presentan un número de polos muy alto, normalmente 50 o más. El controlador del motor paso a paso energiza cada polo en secuencia para que el rotor gire en una serie de incrementos o pasos. Debido al elevado número de polos, el movimiento parece ser continuo.

En teoría, se podría utilizar una caja de cambios para aumentar el par, pero aquí es donde la baja velocidad de los motores paso a paso se convierte en un problema. Agregar un reductor de engranajes 10:1 a un motor paso a paso de 1200 RPM podría aumentar el par en un orden de magnitud, pero también reducirá la velocidad a 120 RPM. Si el motor se utiliza para accionar un actuador de husillo de bolas o similar, probablemente no proporcionará suficiente velocidad para satisfacer las necesidades de la aplicación.

Los motores paso a paso generalmente no están disponibles en tamaños de bastidor mayores que NEMA 34, y la mayoría de las aplicaciones se encuentran en los tamaños de motor NEMA 17 o NEMA 23. Como resultado, es inusual encontrar motores paso a paso capaces de producir más de 1000 a 2000 onzas por pulgada de torque.

Los motores paso a paso también tienen limitaciones de rendimiento. Puedes pensar en un motor paso a paso como un sistema de masa de resorte. El motor necesita romper la fricción para comenzar a girar y mover la carga, momento en el que el rotor no está completamente controlado. Como resultado, una orden de avanzar cinco pasos puede provocar que el motor solo gire cuatro pasos, o seis.

Sin embargo, si el variador ordena a un motor que avance 200 pasos, lo hará dentro de unos pocos pasos, lo que en ese punto representa un error de un pequeño porcentaje. Aunque disponemos de motores paso a paso con una resolución típica de entre 25.000 y 50.000 cuentas por revolución, debido a que el motor es un sistema de masa de resorte bajo carga, nuestra resolución típica es de 2.000 a 6.000 cuentas por revolución. Aun así, con estas resoluciones, incluso un movimiento de 200 pasos corresponde a una fracción de grado.

Agregar un codificador permitirá que el sistema rastree con precisión el movimiento, pero no podrá superar la física básica del motor. Para aplicaciones que requieren mayor precisión y resolución de posicionamiento, los servomotores proporcionan una mejor solución.

Servomotores

Al igual que los motores paso a paso, los servomotores tienen muchas implementaciones. Consideremos el diseño más común, que incorpora un rotor con imanes permanentes y un estator estacionario con los devanados. También en este caso la corriente crea una distribución del campo magnético que actúa sobre el rotor para desarrollar el par. Sin embargo, los servomotores tienen un número de polos significativamente menor que los motores paso a paso. Como resultado, deben ejecutarse en circuito cerrado.

Sin embargo, la operación de circuito cerrado permite que el controlador/variador ordene que la carga permanezca en una posición específica y el motor hará ajustes continuos para mantenerla allí. Por tanto, los servomotores pueden ofrecer un par de retención de facto. Sin embargo, tenga en cuenta que el escenario de par de velocidad cero depende de que el motor tenga el tamaño adecuado para controlar la carga y evitar la oscilación alrededor de la ubicación ordenada.

Los servomotores suelen utilizar imanes de tierras raras, mientras que los motores paso a paso utilizan con mayor frecuencia imanes convencionales menos costosos. Los imanes de tierras raras permiten el desarrollo de un par más alto en un paquete más pequeño. Los servomotores también obtienen una ventaja de par gracias a su tamaño físico general. Los diámetros de los servomotores suelen variar desde NEMA 17 hasta 220 mm. Como resultado de estos factores combinados, los servomotores pueden generar pares de torsión de hasta 250 libras-pie.

La combinación de velocidad y par permite que los servomotores proporcionen una mejor aceleración que los motores paso a paso. También ofrecen una precisión de posicionamiento mejorada como resultado de la operación de circuito cerrado.

Pensamientos finales

Los servomotores ofrecen una ventaja de rendimiento innegable. Sin embargo, en términos de repetibilidad, los motores paso a paso pueden ser bastante competitivos. Este punto plantea un error común sobre los motores paso a paso, que es el mito del movimiento perdido. Como comentamos anteriormente, la naturaleza masa-resorte de un motor paso a paso puede provocar la pérdida de algunos pasos. Sin embargo, debido a que el motor ordena al motor paso a paso que se mueva a una ubicación angular, los pasos perdidos no se transfieren de una rotación a otra. De rotación a rotación, los motores paso a paso son altamente repetibles. Busque una discusión más detallada sobre este tema en una futura publicación de blog.

La discusión anterior nos lleva a una última diferenciación clave entre ejes paso a paso y servoejes, que es el costo. Los motores paso a paso normalmente no requieren retroalimentación, utilizan imanes menos costosos y rara vez incorporan cajas de cambios. Debido al alto número de polos y su capacidad para generar par de retención, consumen menos energía a velocidad cero. Como resultado, un motor paso a paso puede ser hasta un orden de magnitud más económico que un servomotor comparable.

En resumen, los motores paso a paso son buenas soluciones para aplicaciones con requisitos de baja velocidad, baja aceleración y baja precisión. Los motores paso a paso también tienden a ser compactos y económicos. Esto hace que estos motores sean una buena opción para aplicaciones médicas, biotecnológicas, de seguridad y defensa, y de fabricación de semiconductores. Los servomotores son una mejor opción para sistemas que requieren alta velocidad, alta aceleración y alta precisión. La contrapartida es un mayor costo y complejidad. Los servomotores se utilizan normalmente en embalaje, conversión, procesamiento web y aplicaciones similares.

Cuando su aplicación es indulgente pero su presupuesto no, considere un motor paso a paso. Si el rendimiento es el aspecto más importante, un servomotor hará el trabajo, pero esté preparado para pagar más.