Com funcionen els motors pas a pas

En aquest post aprendrem sobre el motor pas a pas. Explorarem què és el motor pas a pas, el seu mecanisme de treball fonamental, els tipus de motor pas a pas, els modes de pas i, finalment, els seus avantatges i desavantatges.

Què és el motor pas a pas?

El motor pas a pas és un motor sense escombretes, el seu eix giratori (rotor) completa una rotació amb un nombre determinat de passos. A causa de la naturalesa escalonada de la rotació, el guanya com a motor pas a pas.

El motor pas a pas proporciona control precís sobre l’angle de rotació i velocitat. És un disseny de bucle obert, el que significa que no s’implementa cap mecanisme de retroalimentació per al seguiment de la rotació.

Pot variar la seva velocitat, canviar la direcció de rotació i bloquejar-se en una posició a l'instant. El nombre de passos està determinat pel nombre de dents presents al rotor. Per exemple: si un motor pas a pas consta de 200 dents,

360 (grau) / 200 (nombre de dents) = 1,8 graus

Per tant, cada pas serà d’1,8 graus. Els motors pas a pas estan controlats per microcontroladors i circuits de controladors. S'utilitza àmpliament en impressores làser, impressores 3D, unitats òptiques, robòtica, etc.

Mecanisme de treball fonamental:

Un motor pas a pas pot consistir en diversos nombres de pols enrotllats amb fil de coure aïllat anomenat estator o part del motor que no es mou. La part mòbil del motor s’anomena rotor, que consta de diversos nombres de dents.

Quan un pol s’energia, les dents més properes s’alinearan amb aquest pol energitzat i l’altra dent del rotor es compensarà lleugerament o no s’alinea amb altres pols sense energia.

El pol següent s’energitzarà i el pol anterior es desactivarà, ara els pols no alineats s’alinearan amb el pol actualment activat, això farà un sol pas.

El pol següent s'energia i el pol anterior es desencén, això fa un altre pas i aquest cicle continua diverses vegades per fer una rotació completa.

Aquí hi ha un altre exemple molt senzill de com funciona el motor pas a pas:

En general, les dents del rotor són imants disposats alternativament al pol nord i sud. Igual que els pols es repel·leixen i, a diferència de l’atracció de pols, ara el bobinatge de pol ‘A’ s’energia i assumeix el pol energitzat com a Pol Nord i rotor com a Pol Sud, això atrau el pol sud del rotor cap al pol ‘A’ estator com es mostra a la imatge.

Ara el pol A està desactivat i el pol ‘B’ s’energia, ara el pol sud del rotor s’alinea amb el pol ‘B’. Un pol similar 'C' i un pol 'D' s'energitzaran i es desactivaran de la mateixa manera per completar una rotació.

Ara ja entendríeu com funciona un mecanisme de motor pas a pas.

Tipus de motor pas a pas:

Hi ha tres tipus de motors pas a pas:

• Pas imant permanent
• Pas a pas renuent variable
• Pas a pas síncron híbrid

Pas imant permanent:

Els motors pas a pas d’imant permanent utilitzen dents d’imant permanent al rotor que es disposen de manera alternant al pol (nord-sud-nord-sud ...), cosa que proporciona un parell superior.

Variable pas a pas reticent:

El pas a pas reticent variable utilitza material de ferro tou com a rotor amb diverses dents i funciona basant-se en el principi que el mínim reticent es produeix a la bretxa mínima, la qual cosa significa que les dents més properes del rotor s’atrauen cap al pol quan s’energia, com si un metall s’atrau cap a un imant.

Pas a pas síncron híbrid:

En el motor pas a pas híbrid, el mètode esmentat anteriorment es combina per obtenir el parell màxim. Aquest és el tipus de motor pas a pas més comú i també el mètode car.
Modes de pas:

Hi ha 3 tipus de modes de pas

• Mode de pas complet
• Mode de mig pas
• Mode de micro pas

Mode de pas complet:

En el mode de pas complet es pot entendre amb el següent exemple: si un motor pas a pas té 200 dents, un pas complet és d’1,8 graus (que es dóna al principi de l’article) no girarà ni més ni menys d’1,8 graus.

El pas complet es classifica a més en dos tipus:

• Mode monofàsic
• Mode de dues fases

Tant en el mode de fase, el rotor fa un pas complet, la diferència bàsica entre aquests dos és, el mode simple dóna menys parell i el mode de dues fases dóna més parell.

• Mode monofàsic:

En el mode monofàsic, només una fase (un grup de bobinatge / pal) s’energia en un moment determinat, és el mètode que menys consumeix energia, però també dóna menys parell.

• Mode de dues fases:

En el mode bifàsic, el bifàsic (dos grups de bobinatge / pol) s’energia en un moment donat, produint més parell (30% a 40%) en el mode monofàsic.

Mode de mig pas:

El mode de mig pas es fa per duplicar la resolució del motor. En mig pas, tal com el seu nom indica, es fa la meitat del pas complet, en lloc d’1,8 graus complets, el mig pas té 0,9 graus.
El mig pas s’aconsegueix canviant alternativament el mode monofàsic i el mode de fase doble. Redueix l'estrès de les peces mecàniques i augmenta la suavitat en la rotació. Mitja esglaó redueix el parell al voltant d’un 15%. Però el parell es pot augmentar augmentant el corrent aplicat al motor.

Micro pas:

El micro pas es realitza per a una rotació més suau. Un pas complet es divideix fins a 256 passos. Per a micro passos es necessita un controlador especial de pas micro. El seu parell es dedueix al voltant d’un 30%.

Els conductors necessiten introduir ona sinusoïdal per a la rotació del fluid. Els controladors proporcionen dues entrades sinusoïdals amb una eliminació gradual de 90 graus.

Ofereix el millor control sobre la rotació i redueix significativament l'estrès mecànic i redueix el soroll operatiu.

Els principals avantatges i desavantatges del motor pas a pas es poden aprendre amb els següents punts:

Avantatges:

• Millor control sobre la rotació angular.
• Parell elevat a velocitat lenta.
• Canvi instantani de sentit de rotació.
• Construcció mecànica mínima.

Desavantatges:

• Es consumeix energia fins i tot si no es fa cap rotació, per bloquejar el rotor a la posició fixa.
• No hi ha cap mecanisme de retroalimentació per corregir els errors de rotació i rastrejar la posició actual.
• Necessita un circuit de controlador complicat.
• Es redueix el parell a velocitat superior.
• No és fàcil controlar el motor a més velocitat.