Estrategias para evitar problemas de resonancia del motor paso a paso

Cuando una aplicación requiere un motor confiable y de bajo costo con una operación simple, los motores paso a paso pueden ser difíciles de superar. Sin embargo, el mismo diseño sencillo y el mismo método de conducción que hacen populares a los motores paso a paso pueden provocar problemas de resonancia en ciertas condiciones.

Cuando una aplicación requiere un motor confiable y de bajo costo con una operación simple, los motores paso a paso pueden ser difíciles de superar. Se pueden accionar paso a paso sin necesidad de un codificador o sensor Hall para la retroalimentación de la posición del rotor. Sin embargo, el mismo diseño sencillo y el mismo método de accionamiento que hacen que los motores paso a paso sean tan populares pueden provocar problemas de resonancia en determinadas condiciones. Este artículo revisará diferentes formas de evitar problemas de resonancia y garantizar un movimiento sin problemas.

Las fases del motor paso a paso son conmutadas secuencialmente por un controlador electrónico externo que posteriormente mueve el rotor, que a menudo lleva un imán permanente, de una posición estable a la siguiente. Un motor apropiado proporcionará un par suficiente para mover el rotor y la carga al siguiente paso después de cada conmutación. Si el par no es suficiente o si la velocidad es demasiado alta, se puede perder la sincronización entre el controlador y la posición real del rotor.

En cada paso, el rotor tiende a alinear sus polos con los polos del estator. Mientras una fase esté energizada continuamente, sin cambiar a la siguiente fase, el rotor mantiene una posición estable.

Evita la frecuencia natural La resonancia normalmente ocurre cuando la frecuencia de conmutación está cerca de la frecuencia de vibración natural del sistema mecánico. En consecuencia, la forma más básica de evitar que se produzca resonancia es mantener la frecuencia de conmutación alejada de la frecuencia natural del sistema. Trabajar con una frecuencia de conmutación diferente puede requerir otros cambios en la aplicación para mantener la misma velocidad, pero dichos cambios no siempre son posibles.Cambio de frecuencia natural En lugar de cambiar la frecuencia de conmutación, puede aumentar o disminuir la frecuencia natural, según sus limitaciones o desafíos, para evitar que la frecuencia de conmutación coincida. Esto se puede hacer trabajando en los dos factores que influyen en la frecuencia natural: el par de retención y la inercia total en el sistema.

Evite la resonancia con microstepping Cuanto mayor sea la energía aportada al sistema mecánico, mayor será el riesgo de desencadenar un fenómeno de resonancia. Para evitar esto, los micropasos pueden ser una buena alternativa a la conducción de un motor paso a paso con pasos completos. Cada micropaso tiene un ángulo de paso más pequeño y requiere menos energía para pasar de una posición estable a la siguiente. Debido a que el sobreimpulso de la posición del objetivo es más pequeño junto con la magnitud de la oscilación, los micropasos suelen ser una forma eficaz de evitar la resonancia. Además, los micropasos generalmente ofrecen menos ruido, menos vibraciones y un funcionamiento más suave.Amortiguación por fricción La fricción proporciona un par de frenado que se opone a la dirección instantánea de rotación. Este par es constante, independientemente de la velocidad del motor. Si bien ayuda a amortiguar la oscilación y evita la resonancia, tenga en cuenta que la fricción también aumenta la carga aplicada al motor a cualquier velocidad. Por lo tanto, es importante asegurarse de que el motor proporcione el rendimiento suficiente al agregar fricción para evitar la resonancia. La fricción viscosa también proporciona un par de frenado, pero su magnitud depende de la velocidad del motor. Cuanto mayor sea la velocidad, mayor será la amortiguación viscosa. Por esta razón, la amortiguación viscosa proporciona un frenado fuerte al principio, mientras que la velocidad y la amplitud de la oscilación son mayores, y solo un frenado muy ligero una vez que la oscilación es menor, a diferencia de la fricción seca que proporciona la misma magnitud de frenado incluso a muy baja velocidad. Eso hace que la fricción viscosa sea deseable para amortiguar las oscilaciones en muy poco tiempo y sin agregar demasiada carga al motor. Diferentes fenómenos pueden traer fricción viscosa a un sistema:

Si bien los motores paso a paso ofrecen un posicionamiento fácil y rentable, su funcionamiento secuencial paso a paso puede provocar problemas de resonancia en determinadas condiciones. A veces la resonancia se puede solucionar actuando sobre una única causa. Pero, según la tecnología y el diseño del motor, puede haber rangos de frecuencia adicionales, como resonancia de frecuencia media, que pueden desencadenar resonancia, además de la frecuencia de oscilación natural. Los proveedores de motores pueden ayudarlo a determinar los rangos de frecuencia que probablemente desencadenen la resonancia y ofrecer soluciones para evitar que ocurran los problemas. Para obtener más información sobre los motores paso a paso Portescap, visite nuestra página de productos.

Daniel Muller es ingeniero de aplicaciones en Portescap.

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