Calculo de voltaje y amperaje sobre motores paso a paso DC

 La selección del voltaje para motores paso a paso no es crítica, ya que por ejemplo, una tensión de 45V trabaja tan bien como una tensión de 48V.

Si la tensión es demasiado alta, los motores podrían calentarse en exceso, y si la tensión es demasiado baja, se pierde en velocidad y fuerza (torque).

A la hora de seleccionar el cableado de los motores, tener en cuenta la cantidad de amperios que circulan por estos,

ya que unos cables muy finos,pueden dar lugar a sobrecalentamiento de estos, pudiendo llegar a quemarse.

---------- Voltaje ----------

La tensión de alimentación a cada motor, debe ser aproximadamente un 20% mayor a la tensión nominal.

La mayoría de la gente coincide que a mayor voltaje, mejor y que el límite está en la temperatura de trabajo de los motores, pero la tensión máxima, no debe de sobrepasar la tensión máxima (de seguridad)de los controladores del motor.

Por ejemplo, los controladores Leadshine, soportan voltajes de mínimo y máximo de entre +20VDC y +80VDC aunque el fabricante dice que a

un trabajo constante, no se sobrepasen los +65VDC, con lo que la tensión de los motores será adecuada a los controladores.

Pero, ¿cual es la tensión a la que debe trabajar un motor paso a paso?

Para calcularlo, hay que ver la ficha técnica del motor y observar el dato (Phase Inductanse mH) que es la inductancia de fase del motor, dada en mH (milliHenry), sacar la raíz cuadrada de este dato y el resultado multiplicarlo por 32.

Suponiendo que nuestro motor tiene un mH de 4.1 calculamos que:

√4.1 X 32 = 65 Voltios DC.

Esta es una fórmula conservadora de Marris Freimanis, destinada a motores en constante funcionamiento, a plena carga.

Sabemos que nuestra aplicación CNC nunca ejecutará un motor a plena carga todo el tiempo, con lo que se recomienda

aumentar la tensión un 20% sobre la formula dada.

65v x 120% / 100% = 78 Voltios DC.

El calentamiento de los motores, en el caso de trabajos muy largos o forzados, se puede regular mediante el ajuste

sencillo del amperaje en los controladores (Drivers).

Se aplica este porcentaje, ya que es mas aconsejable comprar una fuente de alimentación con el ya 20% aplicado, a que la

compremos sin el 20%, se nos quede corta nuestra aplicación CNC y tengamos que volver a comprar una fuente mayor.

Y cuantos voltios AC tendrá nuestro toroidal?

Esto depende de los controladores (drivers que estemos usando), y en este caso, usamos unos controladores, que su rango de trabajo está entre +20VDC y +65VDC, con lo que en vez de usar el máximo que soportan los motores, (78VDC), utilizaremos el voltáje máximo de los drivers (65VDC), recomendado por el fabricante.

Para seleccionar un toroidal, tenemos que hacerlo en VAC (voltios AC) con lo que, sabiendo que nuestra fuente, una vez rectificada tendrá 65VDC, podemos calcularlo con una fórmula:

65VDC / 1.4 = 46VAC

Donde 1.4 es el factor de corrección.

----------(VA y Watts)----------

Una vez mas, este dato viene en las especificaciones de cada motor.

Al sumar todos los amperios de todos los motores que tenemos en la aplicación CNC, sabremos de cuantos amperios será nuestra fuente de alimentación.

Si tenemos 6 motores que consumen 4Ah Amperios cada uno, nuestra fuente debe de tener como mínimo 24Ah.

Sorprendentemente, muchos controladores, no necesitan 4Ah para suministrar 4Ah de salida, necesitan bastante menos.

Se ha llegado a una conclusión: que la fuente puede administrar un 30% menos de la energía que calculamos anteriormente,

lo que sería 70% de 4Ah = 2.8Ah.

La razón es que el driver, en los ciclos ON de los pasos, (PWM), consume corriente, y en los ciclos OFF, no. En los ciclos ON, aprovecha la corriente proveniente del condensador, con lo que la corriente suministrada directamente desde la fuente, se reduce de entre un 30% y un 50% en todo el ciclo máximo (PWM).

Por ejemplo: Dos motores de 4Ah cada uno, podrán ser alimentados con una fuente de alimentació no regulada, de 6Ah. (En este caso, estamos hablando de fuentes de alimentación no reguladas, por ejemplo, un transformador toroidal sin sus condensadores y su puente de diodos.)

Pero, ¿Cuantos VA necesitamos en nuestro toroidal?.

Supongamos que necesitamos un toroidal de 46VAC y que nos entregue una potencia de 18Ah. (para 6 motores).

Para saber los VA que necesitamos en la fuente, solo hay que multiplicar los Voltios-AC por los Amperios:

46VAC x 18Ah = 828VA

Por lo que debemos empezar a buscar una fuente de alimentación que supere o iguale los 828VA para nuestros motores.

Si los VA de la fuente son demasiado bajos, esta pudiera calentarse en exceso o llegar a perder una pequeña cantidad de voltios a altas cargas.

Si los VA de la fuente son mas de los calculados, no hay problema, solo hay que vigilar que la fuente , si sobrepasa los 500VA, disponga de unsistema de encendido suave (soft Start).

Los transformadores Toroidales, vienen con los datos técnicos en VA que son (Voltio Amperios), y para saber cuantos W tendrá el toroidal, una vez regulado, que aplicando el coseno de phi (0.8), da lo siguiente:

828VA x 0.8 = 662W

El transformador tendrá una potencia de 662W.

---------- Condensadores ----------

Otra parte de nuestra fuente de alimentación, sin duda será la elección de la capacidad de los condensadores para que todo funcione correctamente.

Calculo de los uF

Y sabiendo que nuestro toroidal será de 46VAC y 828VA a 18Ah, podemos calcular los uF con la siguiente fórmula:

Imax x 80000 / VDC = uF

Donde (Imax) es la intensidad máxima en Amperios que da el toroidal y (VDC) es el Voltaje-DC.

18 x 80000 / 65 = 22154uF

Con lo que se pueden poner dos condensadores de 15000uf.

Calculo de los Voltios

El voltaje que tendrán nuestros condensadores, es calculado un 20% y un 50% por encima del voltaje de salida de la fuente de alimentación, que recordemos es de 65VDC, con lo que tenemos:

65VDC x 150% / 100% = 97,5V

Con lo que unos condensadores de 100V serían adecuados.

--------- Calcular fusible ----------

Para calcular el fusible que instalaremos antes de la fuente toroidal, hay que hacer el siguiente cálculo, Dividir los watios entre los vólitos y a la intensidad resultante se le hace un +25% y este es el valor del fusible.

W/V=I +25% = valor del fusible. 

662W/230V=2.9A +25%= 3.6A