Para realizar una prueba a la secuencia del cuadro 3.7, fue necesario armar una etapa de potencia que permitiera suministrarle al motor dicha secuencia; en este caso sólo se conoce a qué intensidad de corriente trabaja este motor (1.75 A dato encontrado en la placa del motor) pero no se tiene el dato de voltaje, lo que dificulta el diseño de una etapa adecuada, por lo que se decidió desarrollar una etapa de potencia que fuera capaz de soportar una intensidad de corriente de 6 A a un voltaje de 100 V como límites máximos; la idea es mover el motor sin ninguna carga, subiendo gradualmente el voltaje hasta su activación, con el objetivo de sólo probar la secuencia y comprobar el funcionamiento del motor. Para iniciar, hubo que plantear la forma que debe poseer la etapa de potencia, dado que el motor posee cinco fases las cuales tienen un punto en común, lo requerido para realizar la conmutación son ramas con la configuración mostrada en la Figura 3.13.
Figura 3.13 Rama de conmutación básica para un motor de cinco fases con un punto en común sin acceso a este punto.
La configuración de la rama de potencia de la Figura 3.13 permitió cargar y descargar la bobina, siguiendo la trayectoria mostrada en la Figura 3.14, pero debido a que el motor tiene un punto en común, la forma en que ocurrió la carga y descarga de la bobina fue ligeramente distinta, ya que la secuencia permite cargar tres bobinas y tener dos flujos de salida o tener dos flujos de entrada y tres flujos de salida.
Figura 3.14 Puente H con flujo de carga y descarga.
Siguiendo este planteamiento se requirieron cinco ramas como las mostradas en la Figura 3.13 lo que queda representado en la Figura 3.15, donde también se muestra la conexión que se realizó en el embobinado del motor en cada una de las terminales de las cinco fases y el nombre que se le asignó a cada una de dichas terminales. Con esta configuración y dependiendo de qué rama se activaba, permitió que el flujo en la bobina circulara y permitiera la carga y descarga de la bobina.
Figura 3.15 Representación de las ramas de la etapa de potencia y las conexiones realizadas con el motor de pasos de cinco fases de la máquina CNC.
En la Figura 3.15 se muestra la configuración general representativa de la etapa de potencia requerida; el siguiente paso fue diseñar un circuito de disparo para la rama (este circuito será el mismo para todas las ramas), la lógica de este circuito debe permitir encender la parte superior de la rama sin encender la parte inferior de dicha rama (si se encienden al mismo tiempo el circuito de potencia entra en corto) y viceversa, también debe permitir apagar la rama completa, dejando la bobina en circuito abierto, para lograr que el motor haga la conmutación planteada en el circuito de potencia es requerido que se realice la secuencia mostrada en el cuadro 3.8, donde se representa con un uno encendido y con cero el apagado de la parte de la rama superior o inferior; este cuadro está representado por las cinco fases correspondientes al motor donde se desglosa la secuencia del cuadro 3.7, en donde se indica qué parte de la rama debe estar encendida y cual apagada para realizar la secuencia sin entrar en corto (superior o inferior según sea el caso).
Cuadro 3.8 Secuencia de encendido y apagado en la etapa de potencia del motor de cinco fases.
Paso Rama 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 Sup. 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 Fase 1 Inf. 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 Sup. 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 Fase 2 Inf. 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 Sup. 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 Fase 3 Inf. 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 Sup. 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 Fase 4 Inf. 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 Sup. 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 Fase 5 Inf. 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1
El componente que se decidió utilizar para realizar la conmutación de la etapa de potencia, fue un Atmega 328 en una tarjeta Arduino, las terminales del Arduino se conectan al circuito de disparo, una representación de estas conexiones en una rama se muestra en la Figura 3.16, donde además se representa el circuito de disparo conectado
a la parte superior e inferior de la rama, esto permitirá que el flujo circule en los dos sentidos mostrados en la Figura 3.14 y permite abrir el circuito si es necesario.
Figura 3.16 Microcontrolador con circuito de disparo y una rama de la etapa de potencia.
Con base en el planteamiento de la lógica requerida para la etapa de potencia así como la configuración que debía de tener, se diseñó y construyó un prototipo que cumpliera con las especificaciones de diseño; este prototipo se muestra en la Figura 3.17. Con esta etapa construida y la secuencia mostrada en el cuadro 3.8, se realizó una prueba a la secuencia propuesta para el movimiento del rotor del motor; realizando la conmutación y observando el comportamiento de la flecha del motor, el resultado fue que el motor se movió con la secuencia planteada. Teniendo este resultado y sabiendo que el motor es activado por dicha secuencia, el paso siguiente fue comprobar la estabilidad mecánica de la flecha del motor. Al referirnos a estabilidad mecánica queremos decir que la flecha del motor no vibre mientras está detenido, y que al enviarle un cierto número de pasos, la flecha del motor no se brinque a otro paso; para esto se requirió descifrar las conexiones del encoder y realizar un circuito que muestre la posición en la que se encontraría la flecha.