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Guía para principiantes sobre los motores paso a paso y su funcionamiento
Los motores paso a paso, pequeños pero potentes, transforman impulsos eléctricos en movimientos precisos, lo que los hace esenciales en dispositivos como impresoras 3D y máquinas CNC. Su principal ventaja es la precisión de posicionamiento sin sensores adicionales, ya que utilizan imanes e inducción electromagnética para moverse en pasos definidos. Con diseños que incluyen imanes permanentes, reluctancia variable y tipos híbridos, satisfacen diversas necesidades de rendimiento. Rentables y fáciles de controlar, requieren un cableado y una selección de controladores adecuados, así como un mantenimiento regular para evitar problemas como el sobrecalentamiento o la omisión de pasos. La demanda mundial sigue creciendo, impulsada por las tendencias de automatización y miniaturización, lo que augura un futuro sólido.
Un motor paso a paso es un motor especial que se mueve en pequeños pasos. Se mueve cada vez que le envías una señal eléctrica. Puedes controlar muy bien su movimiento. Esto hace que los motores paso a paso sean diferentes de los motores normales.
Los motores paso a paso pueden moverse a puntos con gran precisión. Pueden detenerse exactamente donde usted quiera.
Muchos dispositivos utilizan motores paso a paso porque se mueven en pasos constantes.
El mercado mundial de motores paso a paso está creciendo. Podría alcanzar los 1.330 millones de euros en 2032.
| Tipo de motor | Gama de costes (por eje) |
| Motores paso a paso | $40 - $80 |
| Servomotores | $150 - $300 (nivel básico) / $500 - $1.000 (nivel industrial) |
Si necesita un movimiento sencillo y repetible, los motores paso a paso son una buena elección.
Principales conclusiones
Los motores paso a paso se mueven en pasos diminutos y exactos. Esto les ayuda a ir al punto correcto sin sensores adicionales. Estos motores funcionan bien cuando se necesitan movimientos estables y repetibles. Se utilizan en impresoras 3D y máquinas CNC. Cuando elijas un motor paso a paso, piensa en la distancia que tiene que recorrer. Piensa también en lo rápido y preciso que debe ser. También debes comprobar el lugar donde se va a utilizar. Esto te ayudará a elegir el el mejor para su proyecto. Los motores paso a paso pueden calentarse demasiado o saltarse pasos. Estos problemas pueden evitarse realizando comprobaciones periódicas y utilizando los ajustes adecuados. Cada vez más gente compra motores paso a paso. Esto los convierte en una buena opción para muchos trabajos e industrias.
Qué es un motor paso a paso
Definición simple
A motor paso a paso es un motor eléctrico especial. Se mueve en pequeños pasos, no en un giro suave. Cada señal le hace girar una cantidad determinada. Esto permite controlar muy bien su posición. La gente utiliza motores paso a paso en máquinas que necesitan desplazarse a lugares exactos. Algunos ejemplos son las impresoras 3D y los robots.
He aquí dos definiciones formales de los ingenieros:
| Definición | Descripción |
| Motor paso a paso | Motor eléctrico de corriente continua sin escobillas que gira por pasos cuando se le da tensión continua. Funciona en sistemas de bucle abierto. Puedes controlar su posición contando los pasos. |
| Motor paso a paso | Motor eléctrico que gira su eje un número fijo de grados. Esto permite seguir su ángulo sin sensores. |
�� Consejo: No necesita sensores adicionales para un motor paso a paso. Basta con contar los pasos para saber dónde apunta.
Características principales
A motor paso a paso tiene características especiales que lo hacen útil. He aquí algunas importantes:
Posicionamiento preciso: Puede moverlo a un punto exacto. Puede detenerse con una precisión tan fina como ±0.05°. Esto es mejor que muchos otros motores.
Alta capacidad de respuesta: En motor paso a paso reacciona rápidamente a tus señales. Se mueve con cada impulso que envías.
Fuerte par a bajas velocidades: Da buena potencia a velocidades bajas y medias. Esto ayuda cuando se necesita un movimiento constante.
Larga vida útil: Más motores paso a paso último sobre 10.000 horas. Algunos duran decenas de miles de horas si se usan bien. Si lo usas un turno de ocho horas al día, puede durar casi cinco años. Algunos motores pueden funcionar hasta 20 años, dependiendo de los rodamientos y de cómo los utilices.
Control sencillo: No necesita sistemas de retroalimentación ni sensores. Basta con contar los pasos para conocer su posición.
| Característica | Motores paso a paso | Otros motores (por ejemplo, servo) |
| Precisión de parada | ±0,05° (±1,4µm con husillo de bolas) | ±10µm (rectificado), ±20µm (laminado) |
| Características del par | Alta en la gama baja/media velocidad | Plano de gamas media y alta |
| Capacidad de respuesta | Alto, funciona sincrónicamente con el pulso | Retrasos debidos a la retroalimentación del codificador |
Es posible que tenga problemas con motores paso a paso. Aquí tiene problemas comunes y cuáles son sus causas:
| Problema común | Posibles causas |
| El actuador del motor paso a paso no se mueve | Cables no conectados, controladores defectuosos, señales de impulso erróneas, potencia débil o algo que lo bloquea. |
| Ruido o vibraciones excesivos durante el funcionamiento | Conexiones de carga no alineadas, rodamientos viejos, ajustes erróneos. |
| Problemas de sobrecalentamiento del actuador del motor paso a paso | Demasiada corriente, poco aire, ajustes erróneos del conductor. |
| Paradas inesperadas en actuadores de motor paso a paso | Problemas de alimentación, circuitos de protección térmica o problemas de software. |
Puedes evitar la mayoría de los problemas comprobando los cables y manteniendo limpio el motor.
Utilice la configuración adecuada para su proyecto.
Nota: ¿Cuánto tiempo durará su motor paso a paso dura depende de cómo lo uses y dónde lo uses. Un buen cuidado ayuda a que dure más.
Cómo funciona un motor paso a paso
Estructura: Rotor y estator
Dentro de un motor paso a paso hay dos partes principales. El rotor se sitúa en el centro y gira cuando el motor funciona. Puede estar hecho de un imán o de un núcleo de hierro especial. Muchos motores paso a paso tienen tres piezas en el rotor: la copa del rotor 1, la copa del rotor 2 y un imán permanente. Los polos norte y sur del imán recorren la longitud del rotor.
El estator gira alrededor del rotor y no se mueve. El estator tiene muchos polos magnéticos, a menudo diez. Cada polo está rodeado por una bobina de alambre. Cuando la electricidad fluye a través de las bobinas, el estator crea un campo magnético. Este campo empuja y tira del rotor para que se mueva. La forma en que están construidos el rotor y el estator permite controlar el motor paso a paso en pasos pequeños y exactos.
Consejo: Las bobinas del estator crean el campo magnético que tira del rotor. El número de polos y bobinas cambia el número de pasos que puede dar el motor en una vuelta.
Principio de funcionamiento
Un motor paso a paso se mueve a pequeños pasos controlados. Esto ocurre por su funcionamiento. Cuando se envía corriente eléctrica a las bobinas del estator, éstas crean un campo magnético. Este campo tira del rotor para que se alinee con el estator. Si enciendes las bobinas en un orden determinado, el rotor se desplaza al siguiente punto. Cada vez que cambias de bobina, el rotor salta a una nueva posición. Por eso un motor paso a paso se mueve por pasos y no en un giro suave.
"Un motor paso a paso es un motor de corriente continua sin escobillas que divide una vuelta completa en pasos iguales. Los motores normales giran todo el tiempo, pero los motores paso a paso se mueven en pequeños pasos. Cada paso corresponde a un ángulo determinado. Por eso son ideales para trabajos que requieren un movimiento o posicionamiento exactos.
El motor paso a paso funciona principalmente por inducción electromagnética. Cuando la corriente eléctrica pasa por las bobinas del estator, crea un campo magnético. Este campo interactúa con el rotor. Encendiendo las bobinas del estator en un orden especial, el motor gira en pequeños pasos controlados".
El motor paso a paso se controla enviando impulsos eléctricos. Cada impulso hace que el rotor se mueva un ángulo determinado, llamado paso. El tamaño de cada paso depende de cómo estén construidos el rotor y el estator. Algunos motores paso a paso se mueven 1,8° por paso, por lo que se necesitan 200 pasos para dar una vuelta completa. Otros pueden moverse en pasos aún más pequeños para un mayor control.
El rotor y el estator trabajan juntos para dar al motor paso a paso su movimiento especial. El campo magnético del estator agarra el rotor y lo retiene hasta que envías el siguiente impulso. Esto te permite mover el motor a puntos exactos sin sensores adicionales.
| Característica Tipo | Descripción |
| Características dinámicas | Afectan a la forma en que el motor arranca o gira y modifican su velocidad de funcionamiento. |
| Características estáticas | Éstos afectan a cómo cambia el ángulo cuando se detiene y cambian la precisión del equipo. |
| Par de retención máximo (TH) | Este es el par máximo cuando el motor está alimentado pero no en movimiento. |
| Par de extracción | Este es el par máximo que puede dar el motor a cada velocidad. |
| Ángulo - Características de par | Esto muestra cómo cambian el ángulo y el par cuando se ejerce fuerza sobre el eje del motor. |
Un motor paso a paso consume energía incluso cuando no está en movimiento. Necesita corriente para mantener su posición. Esto puede hacer que el motor se caliente y sea menos eficiente que otros motores, como los servomotores, que sólo utilizan corriente cuando mueven o mantienen una carga.
Si quieres saber cómo funciona un motor paso a paso, recuerda estos puntos: El estator crea un campo magnético al alimentar sus bobinas. El rotor se alinea con este campo y se mueve por pasos a medida que cambias las bobinas que reciben energía. El motor funciona por inducción electromagnética y una sincronización cuidadosa de los impulsos eléctricos. Este diseño permite controlar muy bien la posición y el movimiento del motor.
Tipos de motores paso a paso
Existen tres tipos principales tipos de motores paso a paso. Cada tipo funciona a su manera. Cada uno sirve para un trabajo diferente. Conocerlos te ayudará a elegir el motor adecuado.
Imán permanente
Los motores paso a paso de imán permanente tienen un imán en el rotor. Este diseño permite controlar muy bien el movimiento. También proporciona un par motor muy elevado a bajas velocidades. Estos motores son sencillos y funcionan de forma fiable. Puedes encontrarlos en robots y máquinas CNC. También se utilizan en impresoras 3D. También se utilizan en dispositivos médicos y electrónicos.
| Características | Aplicaciones |
| Control preciso | Robótica |
| Alto par a bajas velocidades | Máquinas CNC |
| Diseño sencillo para mayor fiabilidad y eficacia | Impresoras 3D |
| Versatilidad | Productos sanitarios |
| Imprescindible en la automatización moderna | Electrónica de consumo |
Consejo: Los motores paso a paso de imán permanente se mueven con suavidad y son fáciles de configurar. Utilízalos cuando necesites precisión y fiabilidad.
Reluctancia variable
Los motores paso a paso de reluctancia variable son los más sencillos. El rotor no tiene bobinados. Está hecho de hierro dulce con dientes. El estator tiene bobinas que crean un campo magnético. Al enviar potencia, el rotor se desplaza al punto más fácil. Estos motores no hacen par de retención. El rotor no es un imán.
El rotor utiliza hierro dulce y tiene muchos dientes.
El estator es de acero al silicio y tiene bobinas.
El punto del rotor depende de los dientes y de la reluctancia.
El estator tiene un número par de polos para facilitar el arranque y el giro en ambos sentidos.
Estos motores tienen menos par pero lo mantienen a velocidades más rápidas.
Pueden ser ruidosas, por lo que no son buenas para lugares tranquilos.
Nota: Los motores paso a paso de reluctancia variable son buenos para aprender. Puedes utilizarlos para trabajos que requieran una velocidad media o rápida.
Híbrido
Los motores paso a paso híbridos combinan características de los otros dos tipos. Proporcionan alta resolución, velocidad y par. El rotor tiene dientes y está magnetizado en toda su longitud. Este diseño funciona mejor pero cuesta más.
| Característica | Motores paso a paso híbridos | Motores de imán permanente | Motores de reluctancia variable |
| Par de apriete | Mayor retención y par dinámico | Par moderado | Par inferior |
| Paso Resolución | Mayor resolución (0,9°, 1,8°) | Resolución moderada | Resolución inferior |
| Velocidad | Adecuado para velocidades inferiores a 1.000 rpm | Mayor velocidad | Velocidad limitada |
| Complejidad de la construcción | Más complejo debido al diseño híbrido | Construcción más sencilla | Construcción más sencilla |
| Coste | Mayor coste debido a la complejidad | Coste moderado | Menor coste |
Los motores paso a paso híbridos son los mejores para trabajos que requieren la máxima precisión y par. Funcionan bien en máquinas y equipos avanzados.
Consejo: Los motores paso a paso híbridos ofrecen los mejores resultados. Elíjalos para tareas que requieran un control cuidadoso y una gran potencia.
Cableado del motor paso a paso
Cuando se trabaja con un motor paso a paso, es necesario saber cómo conectar sus cables. El cableado afecta a cómo funciona el motor y cuánto control tiene. Usted verá tres configuraciones comunes de cableado: 4 hilos, 6 hilos y 8 hilos. Cada tipo le da diferentes opciones para conectar a los controladores y para controlar el movimiento.
4 hilos
Un motor paso a paso de 4 hilos es sencillo de conectar. Tiene dos bobinas dentro del motor. Cada bobina tiene dos cables. Conecta A+ y A- a una bobina, y B+ y B- a la otra bobina. Usted puede encontrar los pares de cables comprobando la hoja de datos, utilizando un ohmímetro, o torciendo los cables y sintiendo los cambios de resistencia. Esta configuración funciona bien con muchos controladores, como el controlador CNC Buildbotics.
Dos bobinas, cada una con dos hilos
Pares de cables fáciles de identificar
Funciona con los controladores habituales
Consejo: Consulte siempre la hoja de datos del motor antes de realizar el cableado. Así evitarás errores y mantendrás seguro tu motor paso a paso.
6 hilos
Un motor paso a paso de 6 hilos te ofrece más opciones. Cada bobina tiene tres hilos: dos extremos y una derivación central. Puedes utilizar la derivación central para funcionamiento unipolar. En el modo unipolar, se conecta el hilo central a la corriente. Esto permite que la corriente fluya en una dirección a través de cada mitad de la bobina. Si quieres más par, puedes ignorar la toma central y utilizar el modo bipolar. En el modo bipolar, toda la bobina recibe corriente en ambas direcciones.
Puede alternar entre los modos unipolar y bipolar. Esta flexibilidad le ayuda a adaptar el motor a las necesidades de su proyecto.
8 hilos
Un motor paso a paso de 8 hilos ofrece la mayor cantidad de opciones de cableado. Puede conectar los cables en serie o en paralelo. Esto cambia el rendimiento del motor a diferentes velocidades. En La siguiente tabla muestra cómo afecta cada método de cableado al par motor:
| Configuración del cableado | Par a bajas velocidades | Par a altas velocidades |
| Unipolar | Moderado | Moderado |
| Media bobina bipolar | Moderado | Bien |
| Serie bipolar | Alta | Moderado |
| Paralelo bipolar | Alta | Alta |
Las fresadoras CNC necesitan un par elevado a bajas velocidades. El cableado en serie bipolar funciona mejor para estas máquinas.
Si necesita una velocidad muy alta, el cableado bipolar de media bobina da mejores resultados.
Nota: El motor paso a paso de 8 hilos le permite elegir la mejor configuración para su aplicación. Puede ajustar el cableado para obtener el par y la velocidad que desee.
Control de motores paso a paso
Señales de control
Las señales de control indican al motor paso a paso cómo moverse. Estas señales deciden los pasos y la dirección. Las señales más comunes son las señales de impulso y las señales de dirección. Cada impulso hace que el motor se mueva un paso. La señal de dirección muestra en qué dirección gira el motor. Un controlador moderno puede enviar muchos impulsos por segundo. Esto le ayuda a cambiar la velocidad y la posición rápidamente.
Las señales de control pueden tener distintos aspectos. Puede utilizar modulación por anchura de impulsos (PWM) para cambiar la potencia haciendo cada pulso más ancho o más fino. El control sinusoidal utiliza una onda suave para que el motor funcione de forma silenciosa y precisa. Algunos sistemas utilizan PWM de un solo extremo, que envía ondas cuadradas. Otros utilizan PWM diferencial, que envía dos ondas para un mejor control.
| Tipo de señal de control | Descripción |
| Modulación por ancho de pulsos (PWM) | Cambia la anchura del pulso para controlar la potencia, a menudo desde microcontroladores. |
| Control sinusoidal | Utiliza una onda sinusoidal para un control suave y preciso. |
| PWM de un solo extremo | Envía señales de onda cuadrada con una frecuencia establecida. |
| PWM diferencial | Utiliza dos formas de onda para un control más preciso. |
Consejo: Puedes utilizar un microcontrolador para hacer señales de control. Esto te permite controlar la velocidad y la dirección fácilmente.
Controladores y microcontroladores
Un driver conecta sus señales de control al motor. El driver toma las señales y envía el voltaje y la corriente adecuados a las bobinas del motor. Necesitas un driver porque un microcontrolador no puede dar suficiente potencia por sí solo. Diferentes drivers te dan diferente control y rendimiento.
| Tipo de conductor | Pros | Contras |
| L/R (controlado por resistencia) | Diseño sencillo y barato | No es bueno para altas velocidades |
| Chopper (corriente constante) | Funciona eficazmente | El circuito es más complejo |
| Controladores de micropasos | Hace que el movimiento sea muy suave | Puede reducir el par a pequeños pasos |
| Controladores paso a paso inteligentes | Ofrece diagnósticos en tiempo real | Más información |
Puede utilizar un microcontroladorcomo un PIC16F877A, para hacer señales de control para el controlador. El microcontrolador permite programar cómo se mueve el motor. Enciende el driver, que alimenta el motor. Puede establecer la velocidad, la dirección y el tamaño del paso en su código. El controlador del motor paso a paso utiliza tanto el microcontrolador y el conductor para el control exacto.
Los microcontroladores emiten señales de control en el orden correcto.
El excitador potencia estas señales para mover el motor.
Puedes programar el microcontrolador para tareas de control especiales.
Nota: Obtendrá los mejores resultados si elige el controlador adecuado para sus necesidades de motor y control.
Elegir un motor paso a paso
Factores de selección
A la hora de elegir un motor paso a paso, hay que tener en cuenta varias cosas. Quieres que el motor se adapte a tu proyecto. En primer lugar, calcula la distancia que debe recorrer el motor. A continuación, decide a qué velocidad debe llegar. También tienes que saber cómo de exacto debe ser el movimiento. Algunos proyectos necesitan pasos muy pequeños. Otros, pasos más grandes.
Éstos son algunos puntos importantes que hay que comprobar:
* La distancia que recorre el motor
* El mayor tiempo permitido para moverse
* La exactitud con la que se para el motor
* Si el motor sobrepasa su objetivo
* Tiempo para que el motor se asiente después de moverse
* Resolución del paso, en función del tamaño del paso y del diseño.
* Fricción en tu configuración
* La inercia, que afecta a la velocidad de arranque y parada.
* Velocidad y par necesarios
* Relación par-inercia para arranques rápidos
* Par extra para un mejor rendimiento
También debes pensar en el lugar donde vas a utilizar el motor. El calor elevado puede hacer que el motor se caliente demasiado y funcione peor. La humedad y el polvo pueden acortar la vida del motor. Si trabaja en lugares difíciles, elija un motor con un alto grado de protección IP. Esto lo protege del agua y el polvo.
Consejo: Elija siempre un motor paso a paso que se adapte a su proyecto y al lugar donde lo vaya a utilizar.
Aplicaciones comunes
Los motores paso a paso se utilizan en muchos campos. Ayudan a las máquinas a moverse con precisión y a repetir pasos. Éstas son algunas de las formas en que se utilizan:
Las impresoras 3D utilizan motores paso a paso para controlar el cabezal y la cama de impresión.
Las máquinas CNC utilizan motores paso a paso para cortar y dar forma.
Los robots utilizan motores paso a paso para movimientos exactos y gran potencia.
Los motores paso a paso también se utilizan en electrónica y automatización. Por ejemplo, las cámaras de los smartphones utilizan diminutos motores paso a paso para enfocar con rapidez y nitidez. Las etiquetadoras de las fábricas de alimentos y medicamentos utilizan motores paso a paso para mejorar la velocidad y la precisión.
| Aplicación | Descripción | Precisión |
| AF de la cámara del smartphone (iPhone) | Pequeño motor paso a paso, enfoque rápido, sin retardo de obturación | ±0.05° |
| Etiquetadoras en línea | Etiquetas más precisas y trabajo más rápido | ±0,5 mm |
Como ves, los motores paso a paso ayudan a que muchos aparatos funcionen mejor y más a menudo.
Un motor paso a paso convierte los impulsos eléctricos en pasos exactos. Esto le permite controlar muy bien la posición. Se obtienen pocos errores y se ahorra dinero en muchos proyectos. Cuando elijas un motor paso a paso, piensa en cómo quieres que se mueva. Además, ten en cuenta la velocidad, el peso, el modo paso a paso y el cableado.
Puede leer guías como Todo sobre los motores paso a paso. También puede tomar clases como Dominio de los motores paso a paso: Un curso de robótica Arduino para saber más.
Los motores paso a paso son cada vez más inteligentes y pequeños. También son cada vez más potentes. Pruebe a utilizarlos y vea lo que puede hacer.
PREGUNTAS FRECUENTES
¿En qué se diferencia un motor paso a paso de un motor normal?
Los motores paso a paso se mueven en pequeños pasos. Cada paso se controla con un impulso eléctrico. Los motores normales giran suavemente. Los motores paso a paso le permiten fijar posiciones exactas. No necesita sensores adicionales.
Consejo: utilice motores paso a paso cuando necesite un control preciso.
¿Puede funcionar un motor paso a paso sin controlador?
No se puede hacer funcionar un motor paso a paso directamente desde un microcontrolador. El controlador aumenta las señales y proporciona suficiente potencia. Utiliza siempre un driver para proteger tu motor y conseguir un movimiento suave.
¿Cómo elegir el motor paso a paso adecuado para su proyecto?
Compruebe las necesidades de velocidad, par y precisión de su proyecto. Observe el ángulo de paso del motor y el tipo de cableado. Adapte el motor a su entorno de trabajo. Utilice las hojas de datos para más detalles.
| Factor | Qué comprobar |
| Velocidad | RPM necesarias |
| Par de apriete | Peso de la carga |
| Precisión | Ángulo de paso |
¿Por qué se calienta un motor paso a paso durante su uso?
Los motores paso a paso consumen energía incluso cuando mantienen la posición. Esto hace que se calienten. Una corriente elevada o un flujo de aire deficiente pueden provocar un sobrecalentamiento. Asegúrate de utilizar los ajustes adecuados y de mantener el motor frío.
¿Cuáles son los problemas habituales de los motores paso a paso?
Es posible que observe pasos omitidos, ruido o sobrecalentamiento. Compruebe el cableado, los ajustes del controlador y la fuente de alimentación. Limpie el motor y utilice los ajustes correctos para evitar la mayoría de los problemas.
Nota: Las comprobaciones periódicas ayudan a que su motor paso a paso dure más.
