Elección de la combinación adecuada de motor paso a paso, controlador de motor y fuente de alimentación

Necesito hacer funcionar 15 motores paso a paso simultáneamente con diferentes ciclos de trabajo para un estudio mecánico. Sin embargo, como ingeniero mecánico, mi conocimiento sobre la electrónica no es mucho más que ninguno. ¿Podría por favor orientarme sobre cómo debo abordar este problema?

Motor paso a paso:

Según mis estimaciones, los motores paso a paso llamados 17HS4401 funcionarán para mí. El siguiente enlace muestra la hoja de datos de estos motores. Tiene una tensión nominal de 3,6 V y una corriente nominal de 1,5 A/fase

https://m.media-amazon.com/images/I/71ZPjYkgxwL.jpg

Conductor de motor

Estoy planeando usar un controlador para cada uno de los motores paso a paso, ya que cada uno de ellos girará a velocidades independientes y variables. El que planeo usar es A4988. La hoja de datos está disponible en el siguiente enlace. Dice que tiene una corriente máxima de 2A.

https://www.pololu.com/file/0J450/a4988_DMOS_microstepping_driver_with_translator.pdf

Fuente de alimentación

Todavía no he decidido la fuente de alimentación.

Mis preguntas:

  1. Estoy planeando alimentar el controlador del motor con un suministro de 12V. ¿Será suficiente el controlador del motor para el motor paso a paso que usaré? (No sé cuánta corriente pueden consumir los motores paso a paso al máximo con este voltaje, por eso no puedo estar seguro)

  2. En general, para este controlador de motor se sugiere utilizar un condensador electrolítico entre VMOT y GND. Dicen que si no se hace, los picos pueden ser un problema. ¿Significa que dañará al conductor o puede tener otros impactos? Y tiene que ser electrolítico? Los electrolíticos que pude encontrar eran SMD y no sé cómo encajarlos.

  3. He encontrado un escudo CNC para Arduino Uno. Pero el escudo tiene enchufes para solo 4 controladores. Parece que necesitaré ejecutar 4 Aurdinos al mismo tiempo. ¿Tengo alguna otra opción? Si no, ¿es posible ejecutar 4 de ellos correctamente (como mi computadora portátil no tiene 4 puertos USB diferentes, tendré que usar un divisor)?

  4. Estoy planeando usar una fuente de alimentación de 12V. ¿Cuánta corriente total debo esperar al máximo? Necesito elegir la capacidad actual de la fuente de alimentación.

¿Necesita coordinar movimientos multidimensionales entre todos los motores como lo haría una máquina CNC de varios ejes? Si los movimientos son independientes o solo en pequeños grupos fijos, probablemente podría usar varias copias de "electrónica de impresora 3d" que son básicamente Arduino Megas equipados con esos o chips paso a paso comparables para ejecutar 4/5 motores cada uno y mínima modificación de firmware. Si necesita una planificación de movimiento multidimensional, es posible que se encuentre en un aprieto real que requiera una codificación cuidadosa en tiempo real en una MCU rápida, o una MCU simple que controle un FPGA diminuto.
Gracias por tu comentario. Lo que quiero hacer es generar una base de datos. Cada motor tendrá un eje largo y cada uno tendrá placas en ellos. Soplaré aire a través de estas placas y registraré el perfil de presión del aire detrás de las placas. Para este propósito, necesito hacer funcionar los motores a diferentes velocidades muchas veces (es decir, Caso 1: M1=100 rpm, M2= 250 rpm, ..., M15= 50 rpm, Caso 2: M1=150 rpm, M2=200 rpm, ... M15 = 100 rpm).

Respuestas (1)

Bueno, parece que está buscando una guía general, en lugar de presentar una pregunta real de ingeniería electrónica. A la mayoría de la gente aquí no le gustan este tipo de preguntas. Pero, de todos modos, puedo decir algo sobre tus dudas...

1 Estoy planeando alimentar el controlador del motor con un suministro de 12V. ¿Será suficiente el controlador del motor para el motor paso a paso que usaré? (No sé cuánta corriente pueden consumir los motores paso a paso al máximo con este voltaje, por eso no puedo estar seguro)

Es imposible saberlo con certeza, ya que no describió su aplicación. Para la mayoría de los usos generales, A4988 debería ser suficiente para este tipo de motor paso a paso.

Los motores paso a paso controlados por controladores chopper son algo extraños: el voltaje aplicado no es tan importante como la corriente. Para la mayoría de los usos generales, 12 V están bien.

2 En general, para este controlador de motor se sugiere utilizar un condensador electrolítico entre VMOT y GND. Dicen que si no se hace, los picos pueden ser un problema. ¿Significa que dañará al conductor o puede tener otros impactos? Y tiene que ser electrolítico? Los electrolíticos que pude encontrar eran SMD y no sé cómo encajarlos.

Sí, los clavos pueden dañar el controlador. O puede suceder algo más, e incluso si el controlador no está dañado, es posible que el circuito no funcione como se desea. La hoja de datos A4988 especifica 100 uF, así que siga lo que dice la hoja de datos. Sí, tiene que ser un condensador electrolítico. Hay condensadores electrolíticos SMD, tipo lata de aluminio.

3 - He encontrado un escudo CNC para Arduino Uno. Pero el escudo tiene enchufes para solo 4 controladores. Parece que necesitaré ejecutar 4 Arduinos al mismo tiempo. ¿Tengo alguna otra opción? Si no, ¿es posible ejecutar 4 de ellos correctamente (como mi computadora portátil no tiene 4 puertos USB diferentes, tendré que usar un divisor)?

Simplemente no uses Arduino Uno, es algo lento y tiene pocas salidas. Hay una gran cantidad de microcontroladores disponibles que podrían adaptarse mejor a su proyecto, cualquiera que sea su proyecto (no lo describió). 15 motores paso a paso en un circuito no es una solución trivial y probablemente no encontrará una placa lista para instalar esos controladores... Este también es un diseño algo crítico para encajar en placas de prueba. Probablemente necesitaría una PCB personalizada.

4 Estoy planeando usar una fuente de alimentación de 12V. ¿Cuánta corriente total debo esperar al máximo? Necesito elegir la capacidad actual de la fuente de alimentación.

Como dije sobre la pregunta 1, es imposible saberlo, ya que no describió su aplicación. Si el motor consume 1,5 A por fase, y cada motor tiene dos fases, habrá un máximo teórico de 3 A por motor, 45 A en total para 15 motores.

Tal vez el consumo de corriente total sea menor, pero esto no es razón para ahorrar unos cuantos dólares en un suministro de 30A o 40A. La diferencia de precio es insignificante (sabiendo que gastará mucho en motores y controladores), así que elija una fuente de alimentación de 50A o incluso 60A o 70A 12V.

Muchas gracias por sus comentarios. Tienes razón sobre el concepto de la pregunta. Desafortunadamente, no sé acerca de la electrónica lo suficientemente bien como para presentar una pregunta real de ingeniería electrónica. Su respuesta contribuyó mucho y la he marcado como la respuesta aceptada. En general, puede considerar mis proyectos como ejes girados por motores paso a paso y tener placas en ellos. Quiero observar el impacto de diferentes combinaciones. Correré tal vez cientos de escenarios en los que cada motor tendrá una velocidad independiente.