Los motores paso a paso son esenciales en diversas aplicaciones, desde impresoras 3D hasta robots y máquinas CNC. Un aspecto crucial a considerar al seleccionar un motor paso a paso es su velocidad máxima. ¿Qué es la velocidad máxima de un motor paso a paso? Y ¿cómo se puede optimizar para alcanzar el mejor rendimiento? Esta tutorial te proporcionará respuestas detalladas a estas preguntas y más.
¿Los Motores Paso a Paso Tienen Una Velocidad Máxima?
Sí, los motores paso a paso tienen una velocidad máxima, que está limitada por factores como el diseño del motor, el driver utilizado y la carga aplicada.
Al aumentar el voltaje de los pulsos que impulsan el motor, la corriente que fluye a través de las bobinas se incrementa. El voltaje actúa como una presión para forzar la corriente a las bobinas a una velocidad mayor. Cuanto más rápido aumenta la corriente, más rápido alcanza el valor de corriente nominal. Entonces, aumentar el voltaje proporciona más corriente que un voltaje más bajo, especialmente a medida que aumenta la frecuencia de pulsos. Una corriente más alta a una frecuencia de pulsos alta se traduce en un par mayor a alta velocidad.
Para alcanzar velocidades más altas con los motores paso a paso, se utilizan dos tipos principales de drivers:
Drivers L/R
Los drivers L/R aumentan el voltaje del driver manteniendo la corriente que fluye al motor en o por debajo de la corriente nominal. Si se aumenta la corriente por encima de la corriente nominal, el motor se calentará mucho, ya que la potencia de calentamiento es I2R. Supongamos que hay un motor con una clasificación de 6 VDC, 1 A y 6 Ω. Si el motor recibe solo el voltaje nominal de 6 V, tendrá un rendimiento mínimo (6 VDC / 6 Ω = 1 AMP). Sin embargo, si se coloca una resistencia externa de 6 Ω en serie con las bobinas, la resistencia total por fase aumenta a 12 Ω. Con la señal de 6 VDC, el motor solo recibirá 0.5 amperios. Por lo tanto, con la resistencia externa de 6 Ω, ahora podemos aumentar el voltaje del driver a 12 VDC, ya que I = 12 V / 12 Ω = 1 amperio, que es la corriente nominal. Dado que la inductancia del circuito, L, es esencialmente la misma y la resistencia del circuito, L, se ha duplicado, la constante de tiempo del circuito L/R disminuye y la corriente aumentará más rápido en las bobinas. Por lo tanto, la curva de par vs. velocidad se empujará hacia afuera a velocidades más altas.
Además, supongamos que aumentamos la resistencia externa a 18 Ω. La resistencia total ahora es de 24 Ω y con una fuente de alimentación de 12 VDC, el motor solo obtendrá 0.5 amperios. Por lo tanto, podemos aumentar el voltaje del driver a 24 VDC, ya que I = 24 D / 24 Ω = 1 amperio, que, nuevamente, es la corriente nominal. Debido a que la constante de tiempo del circuito, L/R, se reduce aún más, la curva de par/velocidad se empujará hacia afuera aún más. El driver L/R es efectivo porque aumenta el par a alta velocidad. También es relativamente fácil de implementar. Sin embargo, es ineficiente, ya que el paso de corriente a través de la resistencia añadida aumenta la pérdida de potencia.
Drivers PWM (Chopper)
Los drivers PWM (modulación de ancho de pulso) utilizan un método de conmutación rápida para controlar la corriente al motor. Estos drivers pueden proporcionar una corriente de mayor amplitud y, por lo tanto, un mayor par, a velocidades más altas que los drivers L/R. Los drivers PWM son más complejos de implementar que los drivers L/R, pero son más eficientes en términos de consumo de energía.
¿Qué Tan Rápido Puede Rotar un Motor Paso a Paso NEMA 23?
La velocidad máxima de un motor paso a paso NEMA 23 depende del tipo de motor y del driver utilizado. Normalmente, la velocidad máxima se expresa en RPM (revoluciones por minuto). Los motores paso a paso NEMA 23 pueden alcanzar velocidades de hasta 1000 RPM en bucle abierto y 1500 RPM en bucle cerrado. Sin embargo, la velocidad de trabajo recomendada suele ser de 100 a 500 RPM para aplicaciones de bucle abierto y de 100 a 1000 RPM para aplicaciones de bucle cerrado.
¿Qué Tan Rápido Puede Rotar un Motor Paso a Paso NEMA 17?
Los motores paso a paso NEMA 17 son motores paso a paso de alto par que pueden alcanzar velocidades de hasta 3000 RPM. Son ideales para aplicaciones de automatización, CNC (por ejemplo, láseres de grabado, impresoras 3D, fresadoras, etc.) o robótica. Su diseño compacto y bajo peso los hacen perfectos para proyectos con espacio de construcción o capacidad de peso limitada.
¿Cuál Es La Velocidad Máxima de un Motor Paso a Paso NEMA 34?
Los motores paso a paso NEMA 34 son los más grandes de la serie NEMA y, por lo tanto, tienen el par más alto. Se pueden alcanzar velocidades de hasta 1500 RPM para aplicaciones de bucle cerrado. La velocidad de trabajo recomendada suele ser de 100 a 1000 RPM. Estos motores se utilizan en aplicaciones que requieren un par muy alto, como el corte y el mecanizado.
Consultas Habituales
A continuación, se presentan algunas consultas habituales relacionadas con la velocidad de los motores paso a paso:
- ¿Cómo afecta la carga a la velocidad máxima del motor paso a paso? La carga es un factor importante que afecta la velocidad máxima. Una carga más pesada reducirá la velocidad máxima alcanzable. A medida que aumenta la carga, el motor tendrá menos energía disponible para la aceleración y, por lo tanto, alcanzará una velocidad máxima más baja.
- ¿Qué es la subdivisión del driver y cómo afecta la velocidad máxima? La subdivisión del driver se refiere a la capacidad del driver de dividir los pasos del motor. Cuanto mayor sea el nivel de subdivisión, más suave será el movimiento y más alta será la velocidad máxima. Por ejemplo, un driver con una subdivisión de 1/10 permite que el motor se mueva en 1/10 del paso completo, lo que permite una velocidad máxima más alta.
- ¿Cómo se puede determinar la velocidad máxima de un motor paso a paso? La velocidad máxima de un motor paso a paso se puede determinar mediante la hoja de datos del motor. La hoja de datos proporcionará información sobre la velocidad máxima nominal, la velocidad de trabajo recomendada y la velocidad máxima alcanzable con diferentes drivers.
- ¿Cómo se pueden optimizar las velocidades del motor paso a paso? Para optimizar la velocidad de los motores paso a paso, se pueden utilizar drivers de alta calidad, minimizar la carga, optimizar el diseño del sistema y usar técnicas de subdivisión del driver.
Tabla Comparativa de Motores Paso a Paso
La siguiente tabla proporciona una comparación de las velocidades máximas de algunos motores paso a paso NEMA comunes:
| Tipo de Motor | Tamaño del Motor | Máx. Velocidad (RPM) | Velocidad de Trabajo Recomendada (RPM) |
|---|---|---|---|
| Open-loop | Nema 6 (14x14) | 1000 | 100-600 |
| Open-loop | Nema 8 (20x20) | 1000 | 100-600 |
| Open-loop | Nema 11 (28x28) | 1000 | 100-600 |
| Open-loop | Nema 14 (35x35) | 1000 | 100-600 |
| Open-loop | Nema 16 (40x40) | 1000 | 100-500 |
| Open-loop | Nema 17 (42x42) | 1000 | 100-500 |
| Open-loop | Nema 23 (57x57) | 1000 | 100-500 |
| Open-loop | Nema 24 (60x60) | 1000 | 100-500 |
| Open-loop | Nema 34 (86x86) | 1000 | 100-400 |
| Open-loop | Nema 42 (110x110) | 500 | 100-300 |
| Closed-loop | Nema 8 (20x20) | 2000 | 100-1500 |
| Closed-loop | Nema 11 (28x28) | 2000 | 100-1500 |
| Closed-loop | Nema 14 (35x35) | 2000 | 100-1000 |
| Closed-loop | Nema 17 (42x42) | 2000 | 100-1000 |
| Closed-loop | Nema 23 (57x57) | 1500 | 100-1000 |
| Closed-loop | Nema 24 (60x60) | 1500 | 100-1000 |
| Closed-loop | Nema 34 (86x86) | 1500 | 100-1000 |
La velocidad máxima de un motor paso a paso es un factor fundamental a considerar al elegir el motor adecuado para una aplicación específica. Entender los drivers, la carga, las técnicas de subdivisión y las especificaciones del motor es esencial para optimizar el rendimiento y lograr el movimiento deseado en tus proyectos.
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