El ingeniero dedicado al diseño de aplicaciones industriales debe elegir la tecnología en que se basarán los accionamientos que incorporan ciertas aplicaciones.
En función de los requerimientos de la aplicación, el entorno, el coste económico, el ciclo de vida, etc se elegirá la tecnología más apropiada.
Si la elección es un accionamiento electromecánico generalmente se optará por un SERVO: motor trifásico de imanes permanentes, sin escobillas y con algún sensor para determinar la posición angular. Al añadir una electrónica de control, (convertidor, driver) esta se encargará de cerrar los lazos de corriente, velocidad y posición que hacen al conjunto tan indicado para, prácticamente cualquier accionamiento: cintas transportadoras, elementos giratorios de posición, brazos robotizados, etiquetado de productos, etc.
Pero se observa en los últimos años que la mejora de los convertidores electrónicos y la aplicación de técnicas innovadoras de control de corriente, detección de posición e incluso de algoritmos de determinación de acciones de control dinámicas han permitido ampliar el rango de aplicaciones donde los motores paso a paso sustituyen o mejoran ampliamente a los servos «tradicionales».
Pero ¿sabemos qué son los motores paso a paso?
Un motor paso a paso es un transductor electromecánico sin escobillas y de imanes permanentes, y hasta aquí parece una definición de un SERVO, ¿verdad? Efectivamente, son muy parecidos, aunque presenta ciertas diferencias constructivas tales como el número de polos magnéticos. En un SERVO estándard se emplean motores de 6 polos y motor paso a paso generalmente tiene 50 polos.
En los motores paso a paso, igual que en los servos, la potencia eléctrica consumida y el par entregado tienen una relación óptima, gracias a la utilización de imanes de alta «potencia» de tierras raras (neodimio y similares).
Si nos centramos en el número de pares de polos veremos la principal ventaja de los SERVOS frente a los motores paso a paso: son rápidos.
Las corrientes inyectadas en las bobinas de los SERVOS son sinusoidales y la relación entre la frecuencia de dichas corrientes y la velocidad de giro del eje del motor es precisamente el número de polos del motor.
En los motores paso a paso se cumple el mismo principio pero como estos tienen muchos más polos enseguida entenderemos que se situarán en desventaja frente a los servos en ese aspecto. Serán motores «lentos» por construcción.
Ese elevado número de polos magnéticos ha llevado a considerarlos discretos (porque se movían a posiciones fijas desde posiciones fijas). Y esta característica permitió en el pasado diseñar controladores que generaban secuencias de pulsos con las que excitaban las distintas bobinas del motor por orden consiguiendo el movimiento del eje (a bajas velocidades y con vibraciones).
Por tanto, la principal ventaja de disponer de un elevado número de polos radica en que, con la conveniente excitación de las bobinas, se consigue mantener el eje del motor parado en una posición estable (sin vibraciones ni oscilaciones) y proporcionando el par máximo.
¿Sigue siendo el SERVO la solución ideal para la gran mayoría de las aplicaciones industriales?
Ambos tipos de motores necesitan un circuito electrónico que en base a la información proporcionada por los sensores de posición y los requerimientos del movimiento inyecte corriente en las bobinas del motor
Y tal como decíamos al principio, la evolución de estos controladores es la clave de la cuestión, muchas de las técnicas de control aplicada en los SERVOS se están aplicando en los controladores de motores paso a paso con la ventaja añadida que no precisan sensor de posición ya que ellos mismos lo son intrínsecamente gracias al elevado número de polos.
Actualmente se consiguen movimientos con amplios rangos de velocidades (desde 0.0 hasta 1500rpm) con un control de par muy bueno en todo el rango de velocidades.
Asi mismo, las vibraciones en todos los rangos de velocidades son cosa del pasado y obtener elevadas aceleraciones y frenadas se ha hecho possible.
Ventajas de los motores paso a paso frente a los servos:
- No precisan sensor de posición ni de velocidad.
- Simplicidad absoluta en el ajuste de parámetros.
- Velocidades de movimiento desde extremadamente bajas a medias sin vibraciones.
- Permiten mantener una determinada posición a velocidad cero sin vibraciones.
- Es posible controlar el par entregado a la carga, tanto en movimiento como en parado.
- Menores tensiones de alimentación en las bobinas.
- Más económicos.
Ventajas de los servos frente a los motores paso a paso:
- Alcanzan velocidades mayores.
- Mantenimiento del par máximo a mayores velocidades.
- Mayores rampas de aceleración y frenado.
Artículo original de Jesús Caum, director técnico de MicroPaP hasta su jubilación.