Taller de electrónica: motores ‘paso a paso’

Nueva lección de electrónica: motores paso a paso.

Compartimos una nueva lección de electrónica, esta vez sobre los motores paso a paso. Estos pequeños motores de corriente continua son muy utilizados, entre otras cosas en juguetes. Si nunca habéis desmontado uno, ha llegado la hora de hacerlo, ‘destriparlo’ y analizarlo. Tomad nota…

El mundo de los motores es un campo abierto a la experimentación. Por ejemplo algunos aficionados a la electrónica los trucan para hacer que sus coches de Scalextric corran más.

Motor paso a paso de imán permanente del tipo bipolar a 4 hilos. Este modelo se alimenta a 7,5V y tiene una resolución de 100 pasos.

Hoy os explicamos un tipo de motor que no tiene nada que ver con estos tipos de motores, pero que sin duda os interesará. Es un tipo de motor muy utilizado actualmente en multitud de aparatos -por ejemplo impresoras, posicionadores, robótica...-, que sin embargo es un gran desconocido para el público en general. Nos referimos al motor "paso a paso".

Este motor es un poco más complicado que los motores corrientes, en los cuales basta con aplicarles tensión para que giren, y que solo disponen de dos contactos. En los motores paso a paso, el número de contactos mínimo es de 4, y hacerlos girar en principio no es sencillo.

La gran ventaja de este tipo de motor respecto a los clásicos, es su gran precisión de posicionamiento; es decir, podemos controlar con gran exactitud en qué lugar se situará el eje del motor. Pensad por un momento en la precisión (décimas de milímetro), que tiene el posicionador del cartucho de una impresora; pues bien, este posicionador en un motor paso a paso.

Existen dos tipos de motores paso a paso:

- Los de imán permanente.

- Los de reluctancia variable.

En los motores de imán permanente, el estator está formado por una serie de bobinas que producen unos campos magnéticos al circular por las mismas una corriente. El rotor está formado por un potente imán, con una serie variable de polos.

En los motores de reluctancia variable, el estator es igual que en los del tipo anterior, pero el rotor está formado por un cuerpo metálico no magnético, que gira por la atracción del campo magnético generado por los bobinados del estator.

Cada uno de estos motores tiene unas características, que lo hacen apropiado para una u otra tarea, por lo tanto no podemos decir que uno sea superior al otro, pues los dos se complementan.

Dentro de los motores de imán per­manente, existen dos tipos bien defini­dos:

• Motores unipolares.
• Motores bipolares.

Los motores unipolares son muy precisos pero su par (fuerza de giro del eje), es inferior a los de tipo bipolar.

En este tipo de motor, el estator está formado por una serie de bobinas (generalmente dos), cada una de las cuales tiene una toma central que se conecta al positivo de la alimentación, siendo en los otros cuatro hilos, donde se aplica la corriente para producir el giro del motor (figura 1).

Figura 1. Conexiones de un motor unipolar.

Los motores bipolares son más potentes que los anteriores y requieren menos conexiones, por el contrario, el control del motor es más difícil, pues hemos de conmutar el sentido de la corriente en los debanados, utilizando transistores en "puente" o montaje en "H" (figura 2).

Figura 2. Control de una bobina de un motor bipolar. Montaje en puente o H.

En la actualidad los motores más empleados en disqueteras e impresoras son los del tipo paso a paso de imán permanente, tanto del tipo unipolar como bipolar, siendo el uso de uno u otro modelo un problema solo de elección, pues existen circuitos integrados que controlan perfectamente la secuencias de cualquiera de estos dos motores.

Los motores paso a paso, sea cual sea su tipo, no disponen de ningún tipo de escobilla o contacto, y puesto que la corriente se aplica a las bobinas del estator -y estas junto con el rotor forman un bloque cerrado-, su vida útil es muy superior a la de cualquier otro motor.

Los motores paso a paso, se definen también por unas características que varían de un modelo a otro y que son:

• Su tensión de trabajo, generalmente 5v, 7,5v, 10, 24v, etc.
• La máxima corriente de sus bobinados, del orden de lOOmA a 1ª.
• La resistencia óhmica de los bobinados, que suelen ser de unas decenas de ohmios.
• Del número de paso por vuelta.

El número de paso por vuelta es una característica muy importante en este tipo de motores, pues nos indica la precisión que pueden llegar a tener.

Por ejemplo un motor de 100 pasos, tiene un giro de 360/100 = 3,6 grados por paso, que puede reducirse aún más por medios mecánicos, aumentando la precisión y el par.

Mientras más pasos tenga un motor, mayor es su precisión, pero menor será su velocidad y par de giro, por lo tanto se ha de elegir con mucho cuidado el tipo de motor para cada aplicación.

Motor paso a paso bipolar de 40 pasos a 4 hilos, este modelo es semejante al anterior.

Como dijimos anteriormente, las secuencias de tensión que hemos de aplicar a los bobinados del estator para que el motor gire, están genera­das actualmente por circuitos integra­dos que se dedican específicamente a esta tarea. Algunos de estos integrados son:

• MC 3479 Integrado de 16 pines, que incluye los transistores de potencia.
• L 293 Genera las señales para motores bifásicos.
• SAA 1042 Generador de pasos.
• L 297 Puente de potencia.

Existen muchos tipos de estos integrados, y pueden consultar los manuales de muchos fabricantes, en los cuales descubrirán otros nuevos.

Existen tres tipos de secuencias para controlar un motor paso a paso del tipo unipolar, que son:

1. Control monofásico, en el cual solo se alimenta una fase cada vez. Es el sistema más sencillo, pero el que menos par desarrolla.
2. Control bifásico, en el cual se alimentan dos fases sucesivas. Es el mejor tipo de control y el que produce más par, pero necesita de una serie de señales más complejas.
3. Control en semipaso, consiste en intercalar un paso bifásico entre dos monofásicos, para aumentar la precisión y el par de motor. Sus características están entre las dos anteriores.

Hasta aquí llega esta introducción a los motores paso a paso, en futuros artículos o propuestas de proyectos trabajaremos más con ellos. Esperamos que os haya sido útil :)

Si necesitáis motores paso a paso para vuestros proyectos podéis encontrarlos en nuestra web.

Si queréis aprender más cosas interesantes, os proponemos hacer el Curso de Electrónica de Todoelectronica, que además de la teoría incluye herramientas y kits para montar y aprender practicando.

Cualquier duda, ya sabéis, ¡os ayudaremos encantados!