Elegir el motor incorrecto provoca ineficiencias en el sistema, incumplimiento de las tolerancias y costosos rediseños. Saber distinguir entre motores paso a paso y servomotores le ayudará a diseñar con precisión y confianza. Aquí le explicamos cómo hacerlo bien.

Los motores paso a paso y los servomotores difieren en el método de control, la precisión, el par y la realimentación. Para elegir uno u otro es necesario evaluar el perfil de movimiento, las necesidades de precisión y la eficiencia energética de la aplicación.

Explore las ventajas y desventajas técnicas y prácticas en esta guía comparativa de motores.

Introducción

Al diseñar un sistema de control de movimiento, los ingenieros se enfrentan a menudo a una decisión crítica: Motor paso a paso o Servomotor? Ambos tienen características únicas y desempeñan funciones importantes en la automatización de precisión, la robótica, la maquinaria CNC y los dispositivos médicos. La elección correcta depende de varios factores técnicos y operativos, como el rendimiento, el coste, la complejidad y el entorno.

Un motor paso a paso es un dispositivo de control de bucle abierto que se mueve en pasos discretos, ideal para necesidades de movimiento más sencillas sin realimentación. Un servomotor, por el contrario, es un sistema de bucle cerrado que se ajusta constantemente en función de la realimentación de un encóder, lo que permite aplicaciones dinámicas, de alta velocidad y alto par.

Este artículo analiza sus diferencias y le orienta hacia la elección óptima para su aplicación de ingeniería.

Diferencias clave entre steppers y servos

La principal diferencia entre los motores paso a paso y los servomotores radica en cómo controlan el movimiento.

1. Mecanismo de control

• Motor paso a paso: Funciona mediante control en bucle abierto. El controlador del motor envía impulsos y el motor da los pasos correspondientes. No requiere realimentación.

• Servomotor: Funciona con control de bucle cerrado. Un dispositivo de realimentación (normalmente un codificador) informa constantemente de la posición, la velocidad y el par al controlador.

2. Precisión y resolución

• Los motores paso a paso ofrecen una gran precisión de posicionamiento en operaciones estáticas o de baja velocidad gracias a sus pasos discretos (normalmente 200 pasos/rev).

• Los servomotores, aunque suelen ser de rotación continua, consiguen una mayor precisión dinámica gracias a la corrección en tiempo real de la realimentación.

3. Velocidad y par

• Los servomotores son superiores en aplicaciones de alta velocidad y alta carga, manteniendo el par en una amplia gama de RPM.

• Los motores paso a paso ofrecen un par elevado a bajas velocidades, pero pierden mucho par a medida que aumenta la velocidad.

4. Complejidad y coste

• Los sistemas paso a paso son menos complejos y, por lo general, más baratos de implantar.

• Los servosistemas requieren ajuste, cableado de realimentación y controladores avanzados, pero ofrecen eficacia a largo plazo.

Comprender estas diferencias es la base para elegir el motor adecuado para las necesidades de control de movimiento de su sistema.

Stepper vs Servo en acción

El rendimiento en el mundo real pone aún más de relieve las diferencias entre los motores paso a paso y los servomotores. Consideremos tres aspectos clave:

1. Aceleración y desaceleración

• Los motores paso a paso tienen una capacidad limitada para manejar cambios rápidos de velocidad. Su brusco movimiento por pasos puede provocar resonancias y requerir técnicas de amortiguación.

• Los servomotores, con realimentación continua, permiten curvas de aceleración más suaves, lo que los hace ideales para perfiles de movimiento dinámicos.

2. Posición

• Los motores paso a paso son excelentes para mantener una posición fija sin oscilación, siempre que no estén sobrecargados. No necesitan realimentación para hacerlo.

• Los servomotores mantienen la posición mediante una corrección constante, lo que puede provocar un comportamiento de "caza", es decir, ligeros movimientos alrededor del punto deseado.

3. Recuperación de sobrecargas

• Cuando se sobrecarga, un motor paso a paso simplemente se detiene y pierde la posición, sin notificación al controlador.

• Un servomotor, sin embargo, detecta la sobrecarga mediante realimentación y puede responder ajustando la corriente, generando una alarma o intentando la corrección.

Estos escenarios prácticos demuestran que los motores paso a paso son mejores para sistemas predecibles y de baja carga, mientras que los servomotores se encargan de operaciones de alto rendimiento y tolerantes a fallos.

Consumo y eficiencia energética: La batalla de la energía

En el mundo actual de la ingeniería concienciada con la energía, eficiencia energética es una consideración crítica a la hora de elegir entre un motor paso a paso y un servomotor.

Motores paso a paso:

• Consumo de corriente constante: Independientemente de la carga o el movimiento, los motores paso a paso consumen una corriente constante, lo que provoca la acumulación de calor incluso en reposo.

• Menor eficiencia: A menudo se desperdicia energía en mantener el par o en pasos no utilizados.

• Menor adaptación dinámica de la carga: No puede ajustar el par en función de la demanda real.

Servomotores:

• Consumo de corriente variable: Sólo consume una corriente proporcional a la carga real, lo que reduce significativamente el consumo de energía.

• Mayor eficacia: Especialmente en sistemas de alta velocidad o ciclo de trabajo elevado.

• Frenado regenerativo: Algunos servoaccionamientos pueden devolver el exceso de energía a la fuente de alimentación.

En los sistemas en los que la eficiencia energética y la gestión térmica son prioritarias, los servomotores ofrecen una clara ventaja.

Aplicaciones y casos prácticos

La elección del motor adecuado también depende en gran medida de las exigencias de la aplicación. A continuación se comparan los puntos fuertes de cada tipo de motor:

Casos de uso ideales para motores paso a paso:

• Impresoras 3D (movimiento preciso y repetible a baja velocidad)

• Sistemas CNC de bucle abierto

• Material de laboratorio

• Pequeños robots "pick and place

• Actuadores lineales simples

¿Por qué?
Son rentables, fiables y no requieren complejos sistemas de retroalimentación.

Casos de uso ideales para servomotores:

• Automatización industrial (cintas transportadoras, brazos robóticos)

• Fresadoras y tornos CNC de alta velocidad

• Maquinaria textil y de embalaje

• AGV y AMR (sistemas de movimiento autónomo)

• Robots quirúrgicos y dispositivos médicos de precisión

¿Por qué?
Ofrecen un mejor control dinámico, optimización de la energía y alto rendimiento de par.

Criterios de selección del motor

La elección entre un motor paso a paso y un servomotor requiere una evaluación cuidadosa de los requisitos del sistema. A continuación se indican los criterios clave que deben tener en cuenta los ingenieros:

1. Precisión

• Elija Stepper si necesita incrementos pequeños y precisos sin realimentación de bucle cerrado.

• Elija Servo si la precisión dinámica durante el movimiento es crítica.

2. Velocidad

• Los motores paso a paso son suficientes para velocidades bajas a moderadas.

• Servomotors son necesarios para cargas de alta velocidad y gran inercia.

3. Requisitos de par

• Los motores paso a paso son óptimos para un par elevado a bajas velocidades.

• Los servomotores mantienen el par en una gama de velocidades más amplia.

4. Limitaciones presupuestarias

• Los sistemas paso a paso suelen ser 30-50% menos costosos por adelantado.

• Los servosistemas pueden costar más, pero ofrecen eficiencia y ahorro a largo plazo.

5. Complejidad del sistema

• Las configuraciones paso a paso son plug-and-play para muchas aplicaciones.

• Los servosistemas requieren ajuste, bucles de realimentación y controladores más sofisticados.

6. Variabilidad de la carga

• Si la carga varía o debe responder a fuerzas externas, opte por los servomotores.

• Si la carga es fija y predecible, los motores paso a paso son suficientes.

Tabla comparativa: Motor paso a paso vs Servomotor

Resumen

Los motores paso a paso y los servomotores tienen cada uno sus puntos fuertes: una elección acertada garantiza una precisión, eficacia y fiabilidad óptimas en su sistema de movimiento.Para más información, póngase en contacto con [email protected]