Todo lo que necesita saber sobre los motores paso a paso

Los servomotores recientes están equipados con un codificador de 20 bits (1.048.576 pasos) que tiene una resolución muy fina. Debido a esto, los errores debidos a la precisión de la instalación del codificador tienen un efecto enorme en la precisión de la parada.

Contribuido por | motor oriental

Los motores paso a paso a menudo se consideran erróneamente como los servomotores menores, pero de hecho, son altamente confiables al igual que los servomotores. El motor funciona sincronizándose con precisión con la salida de señal de pulso del controlador al controlador, logrando un posicionamiento y control de velocidad altamente precisos. Los motores paso a paso presentan un alto par y baja vibración a bajas velocidades, ideales para aplicaciones que requieren un posicionamiento rápido en distancias cortas.

"¿Motores paso a paso? Los servomotores deben tener un mejor rendimiento". Esta es una respuesta típica cuando se nos pregunta sobre motores paso a paso. Obviamente, existe una idea errónea importante sobre los motores paso a paso. De hecho, los motores paso a paso se han utilizado en diversos tipos de aplicaciones, como equipos avanzados e instrumentos automatizados accesibles. Los motivos por los que se han elegido continuamente los motores paso a paso se explican en este artículo, desde un punto de vista diferente de los aspectos técnicos.

La nueva serie RK II consta de un motor paso a paso de 0,72° de alta eficiencia y un controlador controlado digitalmente. El atractivo precio de lista comienza desde $391,85, cable incluido.

Algunos lectores pueden decir que nunca antes habían visto un motor paso a paso. Los motores paso a paso se han utilizado en muchas aplicaciones y campos como fuente de energía para sistemas de accionamiento que requieren un control de alta precisión, como automatización de fábricas (FA), equipos de fabricación de semiconductores, FPD y paneles solares, dispositivos médicos, instrumentos analíticos, etapas de precisión, finanzas. sistemas, máquinas de envasado de alimentos y ajustes de diafragma de apertura para cámaras.

En los siguientes capítulos, se explican las razones por las que los motores paso a paso se han utilizado en diversos tipos de aplicaciones y campos.

Fácil de usar: 34% Económico: 17% Operaciones simples: 16% Sin necesidad de ajuste: 12% Otros: 21%*# de encuestados: 258 (se permiten múltiples respuestas)/investigado por Oriental Motor

Según la encuesta realizada a usuarios de motores paso a paso, muchos prefieren los motores paso a paso por su "facilidad de uso", "operaciones simples" y "bajo costo" derivados de la estructura y configuración del sistema. Tiene sentido que muchos usuarios encuentren aspectos tan positivos en los motores paso a paso, gracias a la estructura simple y la configuración del sistema.

Sin embargo, algunos lectores pueden mostrarse escépticos sobre el rendimiento real del motor en términos de precisión y par. No es fácil comprender completamente la idea a menos que haya ejemplos comparativos con otros motores de control, como los servomotores. Al conocer las características y adoptar diferentes enfoques según las operaciones requeridas, los motores paso a paso ciertamente pueden reducir el costo del equipo.

Las características e información técnica de los motores paso a paso se explican a continuación:

¡Fantástica precisión de parada!

Por ejemplo, al convertir la precisión de parada ±0,05° de un motor paso a paso al mecanismo de husillo de bolas:

Condiciones de operación:

• Motor: Serie RK II

• Paso del husillo de bolas: 10 mm Precisión de parada: ±1,4 μm

Generalmente, la precisión de un tipo de husillo de bolas rectificado es de ±10 μm. Cuando se utiliza un tipo de husillo de bolas laminadas, su precisión disminuye a ±20 μm, lo que indica que la precisión de parada de un motor paso a paso es mucho mayor que la de los tipos de husillo de bolas.

¡Excelente rango de velocidad media/baja!

Ejemplo: El par de un motor con un tamaño de estructura de 85 mm es equivalente al par nominal de un servomotor de 400 W a 1000 r/min.

El par en un rango de velocidad aún más bajo puede ser hasta 5 veces mayor. Para un posicionamiento de corta distancia, es esencial tener un par alto en el rango de velocidad media/baja.

Impresionantes "precisión de frenado", "rango de velocidad media/baja" y "capacidad de respuesta"

Los motores paso a paso tienen una precisión de parada notable y es posible un control preciso con bucle abierto. Por ejemplo, cuando se utiliza la serie RK II para posicionar una mesa giratoria, su precisión de parada está dentro de ±0,05 grados (sin carga). Debido a que los errores de posición de parada no se acumulan entre pasos, es posible un posicionamiento de alta precisión. La estructura del motor paso a paso, que no requiere codificador, permite un sistema de accionamiento simple y de bajo costo.

El alto par dentro del rango de velocidad media/baja es otra gran característica de los motores paso a paso. Una de las características principales de los servomotores es generar un par plano desde rangos de velocidad media a alta. Los servomotores son adecuados para operaciones de carrera larga (muchas rotaciones), como mesas de rotación múltiple. Por otro lado, las características de par de los motores paso a paso no son planas. La curva de par dentro del rango de velocidad media/baja tiende a ser muy alta, mientras que se vuelve muy baja en el rango de alta velocidad. Además de las rotaciones estables en el rango de baja velocidad, con las que tienen problemas los servomotores, los motores paso a paso pueden ofrecer un alto par dentro del rango de velocidad requerido para operaciones de carrera corta (menos rotaciones), por lo que son adecuados para seleccionar el ángulo de paso deseado para rotaciones múltiples. mesas y aplicaciones de avance lento. Si actualmente utiliza servomotores, basándose en estas características, considere la efectividad del uso del RK II hasta el rango de velocidad máxima. Esto se debe al corto tiempo de posicionamiento para la operación de carrera corta, por lo que el motor desacelera y se detiene antes de alcanzar la velocidad máxima. En otras palabras, la mayoría de las veces no se requieren características de alta velocidad. Además, al observar las operaciones reales, en muchos casos no se realizan operaciones de alta velocidad, independientemente de si se trata de carreras largas o cortas. Actualmente, se encuentran disponibles muchos motores paso a paso asequibles y de buena calidad, por lo que se puede lograr una reducción de costos si se reemplaza el motor actual por un motor paso a paso.

La tercera característica destacable de los motores paso a paso es la capacidad de respuesta. El control de bucle abierto, que envía comandos unidireccionales al motor, tiene un mecanismo de seguimiento muy alto de los comandos. Mientras que los servomotores, que esperan retroalimentación del codificador, tienden a tener "retrasos" frente a los comandos, los motores paso a paso funcionan sincrónicamente con el pulso. Por lo tanto, hay muy pocos "retrasos", lo que da como resultado una respuesta excelente. Por esta razón, los motores paso a paso son adecuados para aplicaciones que requieren operaciones sincrónicas de múltiples motores. Un ejemplo es una aplicación de transferencia de tableros que requiere dos transportadores, con un motor montado respectivamente, para transferir tableros entre los dos transportadores.

Además de las aplicaciones de avance lento con arranques y paradas frecuentes, los motores paso a paso son adecuados para el posicionamiento de procesadores de verificación de imágenes a los que no les gustan las vibraciones, transmisiones de levas que serían difíciles de ajustar con servomotores y mecanismos de baja rigidez, como una transmisión por correa. Además, el coste se reduce significativamente al sustituir una transmisión por husillo de bolas por una transmisión por correa.

Además de la reducción de costes, los motores paso a paso tienen muchas ventajas en términos de rendimiento. Espero que este artículo brinde una oportunidad para que aquellos que habitualmente seleccionan servomotores comiencen a considerar los motores paso a paso como sus opciones. En las páginas siguientes, se presenta información detallada sobre los motores paso a paso, como la estructura básica, el sistema y aplicaciones de ejemplo, para aquellos que quieran aprender más sobre los motores paso a paso.

Un motor paso a paso gira con un ángulo de paso fijo, como el segundero de un reloj. Se puede realizar un posicionamiento de alta precisión con control de bucle abierto gracias a la estructura mecánica dentro del motor.

Posicionamiento preciso logrado únicamente mediante elementos mecánicos y precisión

Si bien se tenía control total de la cantidad y velocidad de rotación, la estructura simple de los motores paso a paso se logró sin utilizar componentes eléctricos, como un codificador, dentro del motor. Por esta razón, los motores paso a paso son muy robustos y tienen una alta confiabilidad con muy pocos fallos. En cuanto a la precisión de parada, el ejemplo representativo es ±0,05° (sin errores de paso acumulativos), lo cual es muy preciso. Debido a que el posicionamiento de los motores paso a paso se realiza mediante control de bucle abierto y es operado por el estator magnetizado y el rotor magnético con dientes pequeños, los motores paso a paso tienen un mecanismo de seguimiento de comandos más alto que el de los servomotores. Además, no se produce oscilación durante la parada de los motores paso a paso. También son excelentes en transmisiones por correa, que tienen baja rigidez.

Útil para control de velocidad y control de posición

Cuando se ingresan pulsos a un controlador a través de un generador de pulsos, los motores paso a paso realizan el ángulo de paso de acuerdo con la cantidad de pulsos de entrada. El ángulo de paso básico de los motores paso a paso de 5 fases es de 0,72° y de 1,8° para los motores paso a paso de 2 fases. La velocidad de rotación del motor paso a paso está determinada por la velocidad de la frecuencia de pulso (Hz) dada al controlador, y es posible cambiar libremente la rotación del motor simplemente cambiando el número de pulsos o frecuencias de entrada al controlador. Los motores paso a paso no sólo sirven como motores de control de posición, sino también como motores de control de velocidad con alta sincronización.

Usos de motores paso a paso:

Control simple sin sensor ni retroalimentación

Debido a que es posible realizar desplazamientos y paradas precisos mientras se sincroniza con el número de impulsos de comando y la velocidad, no hay necesidad de dispositivos, como un sensor, para el posicionamiento. Por tanto, todo el sistema es sencillo de construir. Si no se requiere control avanzado, como una operación de interpolación, se recomienda el controlador de tipo de función de controlador incorporado. El costo se reduce al eliminar controladores, como un generador de impulsos y módulos de posicionamiento PLC.

Aunque es posible un posicionamiento de alta precisión con el control de bucle abierto, ¿qué pasaría si ocurriera un problema? Para evitar estos problemas, se puede utilizar un motor de tipo codificador o de control de circuito cerrado (STEP) con sensor incorporado.

El problema común entre los ingenieros de diseño es la reducción de costos. ¿Realmente no hay manera de reducir aún más los costos? Para descubrirlo, se realizó una prueba de reducción de costos, con mejoras en las especificaciones, basada en el mecanismo de husillo de bolas. A continuación se explican los detalles de la prueba:

MisiónMecanismo de movimiento lineal: aumentar aún más la velocidad ② reducir aún más los costos [Condiciones del equipo planificado originalmente] Mecanismo: husillo de bolas + servomotor Las condiciones como carga, velocidad y avance, que se muestran a la derecha, se determinan en función del servomotor. Fijado con tornillos de bolas y placa de acero.

PlanCambie el mecanismo a polea de correa • Husillo de bolas si intenta aumentar la velocidad => El mecanismo de correa puede ser más adecuado • Reduzca significativamente el costo si es posible cambiar a correa => La correa es económica pero su baja rigidez puede afectar la estabilidad del funcionamiento del servomotor, incluso con sintonización automática.

Problemas � Diferencia en la precisión de parada entre el tornillo y la correa... ¿Cuánta precisión de parada se requiere?② Impacto de la baja rigidez... Impacto en el tiempo de asentamiento, evitando problemas de ajuste� Mejor precisión de parada con el tornillo. ¿No hay problema para cambiar el cinturón? => La precisión de parada requerida por la aplicación es ±0,05 ～ 0,1 mm, que no es tan precisa como la del tornillo. Por lo tanto, debería estar bien reemplazarlo con la correa.② Si se cambia a la correa, la rigidez del mecanismo disminuye, 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 razón, no requieren ajuste y son resistentes a la baja rigidez. Sus movimientos son estables independientemente de las cargas fluctuantes. Si la salida es la misma, considere motores paso a paso.

Estimacion

Mecanismo: Polea + Motor: Pruebe con motor paso a paso

Resultados ¡Había mucho margen para reducir costos! Al realizar una revisión de base cero del mecanismo, así como la selección del motor que evalúa las características, de alguna manera lograron aumentar las especificaciones y reducir los costos, aunque el tamaño del motor se hizo ligeramente mayor. En el pasado, la selección del motor se hacía en función de la facilidad de uso y las imágenes sin ningún motivo en particular. Después de este ejercicio, quedaron claras las diferencias de funcionamiento entre servomotores y motores paso a paso. Fue.

Consulta del cliente: Buscando un motor con buena precisión de parada. ¿Qué diferencia hay entre motores paso a paso y servomotores?

Supuesto: El servomotor de CA Serie NX está equipado con un codificador de 20 bits, por lo que debe tener una resolución fina y una buena precisión de parada.

Primero, es necesario aclarar la diferencia entre resolución y precisión de parada: la resolución es el número de pasos por revolución y también se llama ángulo de paso para motores paso a paso. Es necesario al considerar qué tan preciso debe ser el posicionamiento requerido. La precisión de parada es la diferencia entre la posición de parada real y la posición de parada teórica.

¿Significa esto que el servomotor de CA equipado con un codificador de alta precisión tiene una mayor precisión de parada que los motores paso a paso?

No exactamente. En el pasado no había ningún problema con el concepto de que "la precisión de parada de los servomotores es igual a la resolución del codificador dentro de ±1 pulso". Sin embargo, los servomotores más recientes están equipados con un codificador de 20 bits (1.048.576 pasos) que tiene una resolución muy fina. Debido a esto, los errores debidos a la precisión de la instalación del codificador tienen un efecto enorme en la precisión de la parada. Por lo tanto, el concepto de precisión de parada ha comenzado a cambiar ligeramente.

Según los cuadros comparativos, la precisión de parada entre los motores paso a paso y los servomotores de CA es casi la misma (±0,02°～ 0,03°). El rendimiento de la precisión de parada es el mismo entre los dos. Además, la precisión depende de la precisión mecánica del motor para motores paso a paso, por lo tanto, si la posición de parada se puede realizar cada 7,2°, el posicionamiento se realiza mediante los mismos dientes pequeños en el rotor en todo momento, de acuerdo con la estructura del motor. Esto hace posible mejorar aún más la precisión de parada.

Sin embargo, los motores paso a paso pueden generar un ángulo de desplazamiento dependiendo del valor del par de carga. Además, dependiendo de la condición del mecanismo, los servomotores de CA pueden tener un ancho de oscilación más amplio como respuesta a los ajustes de ganancia. Por estas razones, se requiere cierta precaución.

Paquete de controlador y motor paso a paso de 0,72° recientemente lanzado Serie RK II: En comparación con la serie RK convencional, la nueva serie RK II no solo logra un menor consumo de energía y amplía las funciones al implementar el motor de alta eficiencia, sino que también reduce el tamaño del controlador.

Desde nuestra fundación en Japón en 1885, Oriental Motor ha estado proporcionando globalmente los sistemas de movimiento óptimos como parte de nuestro servicio total, para satisfacer las demandas más amplias del mercado. Fabricamos y comercializamos motores de CA, motores paso a paso y servomotores, actuadores lineales y rotativos, soluciones de red, accesorios y soluciones de gestión térmica. La red de ventas y servicios de Oriental Motor es internacional, con oficinas en América del Norte, Europa y Asia.

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