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

Motores paso a paso

Los motores paso a paso consisten en un rotor con imanes permanentes y un estator estacionario que transporta los devanados. Cuando la corriente corre a través de 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 cuentan con recuentos de postes muy altos, típicamente 50 o más. El controlador del motor paso a paso energiza cada polo en secuencia para que el rotor se convierta en una serie de incrementos o pasos. Debido al recuento de postes muy alto, el movimiento parece ser continuo.

En teoría, se podría usar una caja de cambios para aumentar el torque, pero aquí es donde la baja velocidad de los motores paso a paso se convierte en un problema. Agregar un reductor de engranaje de 10: 1 a un motor paso a paso de 1.200 rpm podría aumentar el par por orden de magnitud, pero también reducirá la velocidad a 120 rpm. Si el motor se está utilizando para conducir un actuador de tornillo de bolas o similar, probablemente no ofrecerá suficiente velocidad para satisfacer las necesidades de la aplicación.

Los motores paso a paso generalmente no están disponibles en tamaños de cuadro mayores que NEMA 34, y la mayoría de las aplicaciones caen en los tamaños de motor NEMA 17 o NEMA 23. Como resultado, es inusual encontrar motores paso a paso capaces de producir más de 1,000 a 2.000 pulgadas de torque.

Los motores paso a paso también tienen limitaciones de rendimiento. Puede 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 cual el rotor no está completamente controlado. Como resultado, un comando para avanzar por cinco pasos solo puede dar como resultado que el motor diga cuatro pasos, o seis.

Sin embargo, si la unidad ordena a un motor que avance 200 pasos, lo hará en solo unos pocos pasos, lo que en ese punto representa un error de un pequeño porcentaje. Aunque comandamos motores paso a paso con una resolución de típicamente entre 25,000 y 50,000 recuentos 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 recuentos por revolución. Aún así, en estas resoluciones, incluso un movimiento de 200 pasos corresponde a una fracción de un título.

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

Servomotores

Al igual que Stepper Motors, los servomotores tienen muchas implementaciones. Consideremos el diseño más común, que incorpora un rotor con imanes permanentes y un estator estacionario con los devanados. Aquí también, la corriente crea una distribución de campo magnético que actúa sobre el rotor para desarrollar el par. Sin embargo, los servomotores tienen recuentos de polos significativamente más bajos que los motores paso a paso. Como resultado, deben ejecutar el circuito cerrado.

Sin embargo, la operación de circuito cerrado permite que el controlador/unidad comande que la carga permanezca en una posición específica, y el motor hará ajustes continuos para mantenerlo allí. Por lo tanto, los servomotores pueden entregar el par de retención de facto. Tenga en cuenta que el escenario de torque de velocidad cero depende del tamaño del motor correctamente para controlar la carga y evitar la oscilación sobre la ubicación ordenada.

Los servomotores generalmente usan imanes de tierras raras, mientras que los motores paso a paso frecuentemente usan imanes convencionales menos costosos. Los imanes de tierras raras permiten el desarrollo de un mayor par en un paquete más pequeño. Los servomotores también obtienen una ventaja de torque de su tamaño físico general. Los diámetros del servomotor generalmente varían desde NEMA 17 hasta 220 mm. Como resultado de estos factores combinados, los servomotores pueden entregar pares de hasta 250 libras de pie.

La combinación de velocidad y par permite a los servomotores ofrecer una mejor aceleración que los motores paso a paso. También ofrecen una mejor precisión de posicionamiento 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 concepto erróneo común sobre los motores paso a paso, que es el mito del movimiento perdido. Como discutimos anteriormente, la naturaleza de resorte de masa de un motor paso a paso puede dar lugar a algunos pasos perdidos. Debido a que la unidad está ordenando al paso a paso que se mueva a una ubicación angular, los pasos perdidos no se transportan de rotación a rotación. Rotación a rotación, los motores paso a paso son muy repetibles. Busque una discusión más detallada de este tema en una futura publicación de blog.

La discusión anterior nos lleva a una diferenciación de clave final entre los ejes paso a paso y los ejes servo, que es el costo. Los motores paso a paso generalmente no requieren retroalimentación, usan imanes menos costosos y rara vez incorporan cajas de cambios. Debido al alto recuento de postes y su capacidad para generar un par de retención, consumen menos potencia a velocidad cero. Como resultado, un motor paso a paso puede ser hasta un orden de magnitud menos costoso que un servomotor comparable.

Para resumir, los motores paso a paso son buenas soluciones para aplicaciones con 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 adecuados para aplicaciones médicas, biotecnológicas, de seguridad y defensa, y de fabricación de semiconductores. Los servomotores son una mejor opción para los sistemas que requieren alta velocidad, alta aceleración y alta precisión. La compensación es un mayor costo y complejidad. Los servomotores se usan generalmente en embalaje, conversión, procesamiento web y aplicaciones similares.

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