Descripción general
Cuando un motor paso a paso funciona a baja velocidad, el rotor tiende a oscilar repetidamente alrededor de su posición de equilibrio durante la conmutación de fases debido al impacto de velocidad y a la inercia. Esta oscilación degrada la precisión de funcionamiento y genera un ruido significativo.
Existen dos enfoques principales para abordar este problema:
- Aumentar el número de fases del motor para reducir el desplazamiento angular del rotor durante cada transición de paso.
- Aplicar control de micropasos, una técnica propuesta por primera vez a mediados de la década de 1970 que desde entonces se ha adoptado ampliamente. El control de micropasos reduce eficazmente el ángulo de paso del motor, mejora la estabilidad operativa y aumenta la flexibilidad de control.
¿Qué son los micropasos?
Los micropasos son un método de control que divide el ángulo de paso completo inherente del motor en un número de pasos intermedios más pequeños. Esto se logra íntegramente dentro del controlador mediante el control preciso de las corrientes de fase del motor paso a paso; es independiente de la construcción inherente del motor.
Cómo funcionan los micropasos
En un control de paso completo convencional, la corriente en una fase del estator energizada sube a su valor nominal instantáneamente, y la corriente en una fase desenergizada cae a cero de forma igualmente abrupta, produciendo una forma de onda de corriente aproximadamente cuadrada.
En un control de micropasos, las corrientes de fase se incrementan gradualmente en lugar de conmutarse abruptamente. La forma de onda de corriente del devanado se convierte en una onda escalonada aproximada de N niveles en lugar de una onda cuadrada. El campo magnético resultante generado por las corrientes del devanado del estator crea entonces N nuevas posiciones de equilibrio para el rotor dentro de cada paso completo, formando efectivamente N micropasos.
Ventajas de los micropasos
La tecnología de control de micropasos ha sido objeto de una amplia investigación a nivel mundial. Los controladores de micropasos modernos de alto rendimiento pueden alcanzar niveles de micropasos de miles o superiores. Los algoritmos avanzados de control de corriente producen ahora ángulos de micropaso altamente uniformes, lo que ofrece varias ventajas clave:
- Resolución de paso del motor paso a paso enormemente mejorada.
- Vibración de baja frecuencia reducida o eliminada.
- Menor ruido audible.
- Salida de par más suave con menor fluctuación de par.
Estas mejoras otorgan a los motores paso a paso características de rendimiento que se asemejan más a las de los servomotores.
Precisión de micropasos frente a resolución
Es importante distinguir entre la resolución de paso y la precisión de posicionamiento real al utilizar micropasos.
Los micropasos son fundamentalmente una técnica de amortiguación electrónica. Su propósito principal es reducir o eliminar la vibración de baja frecuencia inherente a los motores paso a paso. La mejora de la precisión de posicionamiento es un beneficio secundario de la tecnología de micropasos.
Aunque los micropasos aumentan la resolución de cada pulso de comando, si la precisión de funcionamiento real del motor se aproxima a esa resolución depende de varios factores, entre los que destaca la precisión del control de corriente del controlador de micropasos. La precisión del controlador varía significativamente entre fabricantes, y los niveles de micropasos más altos son inherentemente más exigentes de controlar con precisión.
Micropasos reales frente a suavizado de corriente
Los micropasos reales imponen requisitos técnicos y de fabricación rigurosos al controlador y, en consecuencia, conllevan un coste más elevado. Algunos controladores emplean en su lugar el suavizado de corriente como sustituto de los micropasos genuinos de las corrientes de fase del motor. Este enfoque se denomina a veces pseudomicropasos.
Las diferencias clave incluyen:
| Característica | Micropasos reales | Suavizado de corriente (pseudomicropasos) |
|---|---|---|
| Produce micropasos genuinos | Sí | No |
| Efecto sobre el par del motor | No reduce el par nominal; el par útil efectivo puede mejorar ligeramente debido a la reducción de las pérdidas por vibración y resonancia | Normalmente provoca una caída del par disponible del motor |
| Reducción de vibración | Significativa | Limitada |
| Complejidad y coste del controlador | Mayores | Menores |
Tenga en cuenta que los micropasos reales no aumentan el par de retención nominal del motor. Sin embargo, dado que reducen la vibración y las pérdidas de energía asociadas, el par útil efectivo entregado a la carga puede mejorar ligeramente en comparación con el funcionamiento a paso completo.