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Documentación Motor Paso a Paso

sebest — Mié, 04/06/2011 - 09:04

Introducción:
El motor Paso a Paso (PaP) es un dispositivo electromecánico que convierte impulsos eléctricos en desplazamientos angulares discretos, lo que significa es que es capaz de avanzar una serie de grados (paso) dependiendo de sus entradas de control.

Tipos:
Si bien existen diferentes tipos de motores, las característica principales a tener en cuenta son:

  • Tensión de alimentación máxima soportada
  • Configuración de sus bobinas

Estos datos obviamente se encuentran detallados en las hoja de dato correspondiente a cada motor. En caso excepcional de no disponer de la misma podemos recurrir a algunas observaciones y mediciones básicas que nos permitan discernir el tipo de motor.

Observaciones y Mediciones:
Si se desconoce la tensión máxima soportada por el motor, lo recomendable es usar tensiones bajas para probar. Si bien algunos motores podrían no funcionar con poca tensión, este es un ensayo no destructivo.

La configuración interna de la bobinas es muy importante, si el motor PaP tiene solo 4 conectores este seguramente será un motor Bipolar, mediante un multímetro medimos la continuidad entre los conectores de esta forma encontraremos 2 conectores que tienen continuidad y los otros 2 conectores que también dan continuidad, esto se debe a que este tipo de motores están fabricados con 2 bobinas separadas, de esta forma es posible encontrar que conectores son cada bobina. Si bien las bobinas pueden ser conectadas de cualquier forma la "orientación" de la bobina da la dirección del motor, en caso de que el motor gire exactamente al revés de lo esperado hay que dar vuelta una de las bobinas.

Si el motor tiene 5 o 6 conectores estaremos en presencia de un motor Unipolar. Para identificar las bobinas aislamos el cable(s) común que va a la fuente de alimentación, en el caso de motores con 6 cables, estos poseen dos cables comunes, pero generalmente poseen el mismo color, por lo que lo mejor es unirlos antes de comenzar las pruebas. Usando un multimetro para medir la resistencia entre pares de cables, el cable común será el único que tenga la mitad del valor de la resistencia entre este y el resto de los cables. Esto se debe a que el cable común tiene una bobina entre este y cualquier otro cable, mientras que cada uno de los otros cables tienen dos bobinas entre ellos. De ahí la mitad de la resistencia medida en el cable común.
Aplicamos un voltaje al cable común (generalmente 12 volts, pero puede ser más o menos), elegimos uno de los otros 4 cables y lo etiquetamos como A y lo conectamos a masa. Manteniendo el cable A conectado a masa, probar cuál de los tres cables restantes provoca un paso en sentido anti horario al ser conectado también a masa. Ese será el cable B. Desconectamos de masa al cable B y buscamos con que otro cable conectado a masa (con el cable A conectado a masa) provoca un paso en sentido horario, este será el cable D, el cable restante será el cable C.

Secuencias de motor Bipolar:
Estos motores necesitan la inversión de la corriente que circula en sus bobinas en una secuencia determinada. Cada inversión de la polaridad provoca el movimiento del eje en un paso, cuyo sentido de giro está determinado por la secuencia seguida.

PASO      
TERMINALES
  A B C D
1 +I -I +I -I
2 +I -I -I +I
3 -I +I -I +I
4 -I +I +I -I

NOTA: Existen otras configuraciones de secuencias, con las cuales se pueden modificar los torques de los pasos, o la vibración del motor, se pueden ver en la hoja de datos la secuencia recomendada por cada fabricante.

Secuencia de motores Unipolares:
Con esta secuencia el motor avanza un paso por vez y debido a que siempre hay al menos dos bobinas activadas, se obtiene un alto torque de paso y de retención.

PASO Bobina
A
Bobina
B
Bobina
C
Bobina
D
1 ON ON OFF OFF
2 OFF ON ON OFF
3 OFF OFF ON ON
4 ON OFF OFF ON

NOTA: Existen otras configuraciones de secuencias, con las cuales se pueden modificar los torques de los pasos, o la vibración del motor, se pueden ver en la hoja de datos la secuencia recomendada por cada fabricante.

Diseño de la etapa de potencia:
La etapa de potencia es diferente según el tipo de motor que se quiera controlar, los motores Bipolares requieren de un puente H. En general es recomendable el uso de H-Bridge integrados como son los casos del L293
Mientras que los motores Unipolares pueden ser conectados mediante transistores. Es recomendable el uso de un ULN2803, el cual es una array de 8 transistores tipo Darlington capaces de manejar cargas de hasta 500mA.

Observaciones finales
Luego de realizar la etapa de potencia y el firmware de control, es posible que el motor no funcione como lo esperado. Problemas frecuentes:

  • El motor gire en sentido contrario a lo esperado. Esto se debe a una inversión en las bobinas, una posible solución sería invertir los cables de las bobinas.
  • El motor se mueve pero no gira correctamente. Es posible que no hayan sido bien identificadas las bobinas
  • El motor no se mueve. Posiblemente se este ejecutando la secuencia de forma correcta, pero a una velocidad mucho mayor a la admisible por el motor, en estos casos el motor suele hacer una especie de zumbido
  • El motor no se mueve y se lo nota frenado. No se esta ejecutando ninguna secuencia

En todos los casos es recomendable revisar con un multimetro todas las conexiones y las tensiones de salida.

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