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  Como reparar Critical System error 13 en una CPU Williams  




Como reparar Critical System error 13 en una CPU Williams
Fuente: Colaboración Fernán Duque
Publicado: 2021-09-27

En esta guía de reparación nos vamos a centrar en las máquinas del tipo Williams NXT. Critical System error 13  Es una de las posibles situaciones a las que se enfrenta un Supertecknic@ y que nos puede dejar desconcertad@s:

 

 

 

Como hacer un RAM CLEAR

 

1. Alinee la muesca (ranura) del chip (integrado) y lo coloqué con la marca del socket , y cuando encendí la máquina, la pantalla comenzó a temblar, pero no dio imagen.

 

2. Verifiqué que el voltaje de la batería y era de 4.0v y volví a colocar ambas placas.

 

3. Intenté rehacer el procedimiento muchas veces, pero todavía nada

 

4. He intentado reiniciar con la llave y el botón de la tarjeta y el botón de reinicio ubicado encima de la tolva del Hopper (sólo para referencia porque no usamos Hopper , sólo billetero).

 

5. Incluso quité la batería durante unas horas. ¿Podría haber quemado el chip del juego o algo más?

 

 

 

 

 

Pudiera ser que el monitor tenga un pin partido o bien se ha dañado y  deba ser reparado, lo pensamos porque si enciende y se ve “temblando”; pero si se prueba el monitor en otra máquina o una computadora portátil y enciende entonces se debe descartar que sea el daño.

 

 

 

 

Primero asegúrese de que todos los chip (integrados) tengan la muesca (ranura) orientada en la dirección correcta.  Si conecta el chip (integrado) al revés, puede quemarlo y, como mínimo, necesitará borrarlo y volverlo a grabar.

 

Segundo saque todos los chip (integrados) límpielos y vuelva a ponerlos teniendo en cuenta la orientación de la muesca (ranura)

 

El hecho de que esté escuchando el sonido de un “bong” (que es el mismo que ocurre cuando se configura alguna opción o se cambia de juego) significa que XU3 está funcionando correctamente, de lo contrario no lo tendría en absoluto.

 

Cuarto mire la pantalla de dígitos LED en la MPU, ¿qué número muestra? Este le sirve de guía para buscar el código para resolver el misterio , el listado de códigos  por lo general está en la puerta de cada máquina, si no está disponible , puede verlos en este enlace aquí  MANUALES NXT

 

 

 

 

No está de más revisar el filtro de línea y las bombillas fluorescentes , al ser tan antigüas generan picos eléctricos que interfieren con el boot del inicio del programa al encenderse. Critical System error 13

 

 

 

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Que es PCM de batería ? Como conectar un PCM o Circuito de Gestión de una Batería 

Como reparar Critical System error 13 en una CPU Williams

PCM/BMS/PCB/ o Sistema de Gestión de batería

En muchos de los circuitos electrónicos donde se necesite respaldo de RAM o mantener ciertos elementos energizados, imperativamente se debe utilizar una batería para mantener el sistema. Una batería es un elemento que almacena energía eléctrica pero de manera química para después ser liberada en forma de corriente continua y controlada.

Existen varios tipos de baterías a saber: Litio, LiPo y LiFePo4 que tienen una larga duración en su capacidad de almacenamiento pero que no pueden equilibrarse por si mismas al momento de la recarga, porque la capacidad de la batería, el voltaje y la resistencia no están al mismo nivel, cuando están en un paquete de tres o más celdas; es por ello que pueden incorporar un circuito de protección de carga y descarga llamado Sistema de Gestión de batería o técnicamente nombrado como PCM/BMS/PCB/ pero que en realidad es lo mismo.

 

Litio-Ion: 3.6-3.7v ,imagen

LiFePo4: 3.2v imagen

LiPo Polímero: 3.6-3.7v imagen

La función de estos circuitos es la de controlar cuándo la batería o conjunto de celdas no debe descargarse, cortando la tensión de salida, y a su vez cuando se ha cargado suficientemente, cortando la tensión de entrada.

También permite que circule tensión de la batería y la carga hasta que la tensión disminuya a valores peligrosos para la vida de la celdas 2.75v.o 2.0v; en ese momento, el  Sistema de Gestión de batería o PCM impide la descarga, quedando el “drenaje” o salida de carga suspendido. Contrario, al  momento de la carga cuando cada una de las celdas de 3.2 o 3,7v. ha alcanzado la tensión de 3.6 o 4,22v, el circuito corta la entrada de corriente y goteo, permitiendo la descarga pero no la carga.

 

 

 

Los Sistemas de Gestión de batería o técnicamente nombrado como PCM/BMS/PCB/ se usan en referencias 10440, 14500, 17500, 17670,18500,18650; 20700, 26650, 32650, o en otros tipos conocidas como LiPo 

     

 

Sistemas de Gestión de batería o PCM/BMS con sistema de Balanceo y/o Equilibrado de carga

¿Qué es PCM de Batería?

El PCM/BMS con sistema de Balanceo y/o Equilibrado de carga es el más usado en Baterías LiPo que debido a su alta peligrosidad en el exceso de carga y calentamiento, pueden EXPLOTAR causando quemaduras, llamas y destrucción de los circuitos electrónicos donde pudieran estar instaladas.

 

 

Imagen de tarjeta de máquina de Casino quemada [en rojo] por utilizar una batería no adecuada sin PCM/BMS/PCB/ 

(lea aquí como reemplazar una batería con circuito PCM en máquina de casino MULTIGAME)

Como es el funcionamiento de un PCM/BMS con sistema de Balanceo y/o Equilibrado de carga?

Cuando el Paquete de baterías se está cargando, cada celda a su vez necesita el mismo voltaje, cuando el voltaje no es el mismo, la batería de más voltaje se descargará y espera que las otra alcance el mismo nivel, este funcionamiento se repetirá tantas veces como sea posible según el ciclo de carga/descarga .

 

 

 

No es lo mismo tener una batería de 3S/3 celdas y que cada una de ellas este cargada con 4.2V para un total de 12.6V, a tener otro paquete de celdas que estén cargadas con 4.1V, 4.15 y 4.25V respectivamente, aunque sus cargas sean iguales, el exceso de carga en la tercera celda podría calentarla y dañarla.

 

 

 

Así es como el circuito PCM/BMS/PCB se instala en una batería cilíndrica

Cuales son los componentes de un PCM/BMS/PCB

Básicamente se compone de 1 circuito integrado gestor de carga DW01, 2 Mosfet FS8205S (Dual Mos) para 5A, 2 resistencias y 1 condensador. Un PCM/BMS/PCB puede soportar corrientes mas altas de drenaje si disponen de más de dos Mosfet.  Cada grupo de dos Mosfet ofrecen un drenaje de 5A, hasta 15 amperios; es decir cada Mosfet ofrece 2.5 amperios.

Aquí un circuito de protección de batería (sobrecarga, descarga, sobrecorriente de carga, sobrecorriente de descarga) que utiliza un BQ29700 en la placa principal separada del paquete de batería sin procesar (que suponemos que es una muy mala práctica).

 

Aquí las especificaciones para tener en cuenta de un Sistema de Gestión de batería o PCM/BMS/PCB/

Máximo voltaje: 4.22/4.35V +/- 0.025V por celda
Mínimo voltaje: 2.4V +/-0.08V por celda
Corriente máxima de Protección: +40% de la corriente nominal
Corriente de trabajo: se lee en las espec. del PCM/BMS/PCB/
Respuesta de sobrecarga: 1 segundo
Respuesta de descarga: 0.1 segundo
Consumo: 25~30uA.

                      

 

 

 

Estos circuitos son necesarios para proteger la batería de una explosión, aquí una imagen de una tarjeta que se perdió porque la batería no era la indicada y no contaba con el Sistema de Gestión de batería o PCM/BMS/PCB/

 

 

 

 

 






Como reparar una Tarjeta S-plus cuando los contadores se quedan pegados  

Como reparar Critical System error 13 en una CPU Williams







 

 

 

En esta guía de reparación nos vamos a centrar en las máquinas de rieles de la referencia S-plus o S+.

 

 

 

 

Es común que en las instalaciones de sistemas Online se encuentren circuitos que no tienen señal de contadores, para lo que deberemos revisar los componentes como se detallan a continuación:

 

 

 

 

Todos los contadores son manejados por el integrado U23

 

Contador CoinIn es manejado por U23 y el C5

Contador Coinoutes manejado por U23 y el C4

Contador Coindrop es manejado por U23 y el C6

Contador Jackpot es manejado por U23 y el C9

 

Si alguno de estos (C´s) esta en corto estará afectando directamente al contador que maneja (si desea saber como medir un condensador refiérase a nuestro curso de electrónica básica en esta misma sección)

 

Todos los condensadores cerámicos son de 33000PF 100v

 

IMPORTANTE

Además de los C´s existen los K1,K2,K3,K4,K5,K6 que son relevos que trabajan en conjunción con el U23, es conveniente revisarlos de acuerdo al contador que este presentando la anomalía

 

 

 

 

 

En este caso (la mayoría de las veces) se deberá revisar el U23 que como ya sabemos es quien maneja todos los contadores; en conveniente revisar también U33 / U26 / U34 / U13 porque pueden haberse afectado por sobrecarga .

 

 

 

 

 

 

IMPORTANTE

No esta demás revisar los cableados y contadores en general, con el tiempo el recubrimiento del cable de cobre de las bobinas se pierde con el calor y puede producir cortos en el interior de los hardmeters

 

 






Circuito controlador para motor paso a paso, steeper motor 

Como reparar Critical System error 13 en una CPU Williams

Les enseñábamos en el artículo anterior las clases de motores paso a paso, explicábamos la diferencia entre motores multifase ,bipolares, unipolares, de reluctancia variable.

Los circuitos que aquí describiremos cumplen una tarea específica, conmutando la corriente que circula por cada embobinado del motor entre los estados de On y off y controlando su dirección.

Estos circuitos son para conexión directa de los embobinados del motor y la fuente de alimentación, y el circuito es controlado por un sistema digital, que determina cuando los conmutadores deben ser abiertos o cerrados.

Explicaremos todos los motores, desde los circuitos más sencillos para controlar un motor de reluctancia variable, hasta el puente H, circuito necesario para controlar motores de imán permanente bipolares.

 

 

Motores de Reluctancia Variable

Típicamente, los controladores para motores de reluctancia variable, son variaciones del circuito de la imagen.

En la imagen, los cuadros representan interruptores, la unidad de control (no se muestra) es la responsable de proporcionar las señales para abrir y cerrar los interruptores en el momento adecuado de modo que el motor gire. En la mayoría de los casos, el controlador será un ordenador o una unidad microcontrolada, con un software que proporciona las señales de salida necesarias para controlar los interruptores.

Los embobinados de los motores, los solenoides y dispositivos similares, son todos, cargas inductivas (esto significa que la corriente que fluye a través de las bobinas del motor no puede ser aplicada y suspendida inmediatamente sin involucrar “voltajes infinitos).

Cuando el interruptor que controla el flujo de corriente de la bobina es cerrado, permite que la corriente fluya; luego, cuando el interruptor es abierto, el resultado es un pico de voltaje que puede dañar seriamente el interruptor a menos que se hayan tomado las debidas precauciones.

 

 

En esta Imagen ,se ilustra estos dos métodos.

El diodo mostrado en esta imagen deberá ser capaz de manejar la corriente que circula a través de la bobina. Si un diodo “lento” como los de la familia 1N400X es usado junto con un interruptor rápido, debemos colocar un pequeño capacitor en paralelo con el diodo.

El capacitor mostrado en la imagen anterior involucra unos problemas de diseño un poco más complejos. Veamos por que.

Cuando el interruptor es cerrado, el condensador se descargara a través de este a tierra, así el interruptor deberá ser capaz de soportar este breve pico de corriente de descarga. Una resistencia en serie con el condensador o con la fuente de alimentación limitará esta corriente; cuando el interruptor se abre la energía almacenada en la bobina del motor cargará el condensador con un voltaje significativamente más grande que el de la fuente de alimentación, así que el interruptor deberá ser capaz de tolerar este voltaje.

Para calcular el tamaño del condensador, simplemente debemos igualar las fórmulas de energía almacenada en un circuito resonante:

P = CV2 /2

P = LI2 /2

Donde:

P= Energía almacenada (Ws)

C = Capacitancia (F)

V= Voltaje en el capacitor (V)

L= Inductancia de la Bobina del motor (H)

I= Corriente a través de la bobina del motor (A)

Obtener el valor del condensador más pequeño, para que no exista sobre voltaje en el interruptor, es muy sencillo:

C>LI2 /(Vb -Vs )2

Donde:

V,= Voltaje de ruptura del interruptor

V = Voltaje de la fuente de alimentación.

 

 

Algo más pera tener en cuenta, es que el condensador y la bobina del motor forman un circuito resonante, de modo que si el sistema de control maneja el motor muy cerca de la frecuencia de resonancia de este circuito, la corriente del motor a través de la bobina y en consecuencia el torque aplicado por el motor, será completamente diferente del obtenido en estado estable a un voltaje de operación normal. La frecuencia de resonancia es:

f = 1 / (2p (L C)0.5)

 También la frecuencia de resonancia en un motor de reluctancia variable dependerá del desplazamiento angular.

MOTORES DE IMAN PERMANENTE UNIPOLARES E HIBRIDOS

Los controladores para motores unipolares e híbridos, son variaciones del circuito mostrado en la figura .

En esta figura también los cuadros representan los interruptores, y tampoco se muestra la unidad de control, que es la encargada de generar los pulsos adecuados para el correcto funcionamiento del driver y el motor.

Como en el caso de los motores de reluctancia variable, debemos distribuir el golpe inductivo, cuando cada uno de estos interruptores es abierto.

Esto podremos hacerlo poniendo en paralelo diodos, que en este caso serán 4, como se ilustra en la figura

Los diodos extra son necesarios, ya que este embobinado del motor es una bobina con toma central unida a la fuente de alimentación. Esto actúa como un autotransformador, cuando uno de los lados de la bobina es aterrizado, el otro estará “al aire” y viceversa.

Un condensador también puede ser usado para limitar la inversión de voltaje, la figura nos ilustra como se hace.

Las ecuaciones para determinar la capacidad del condensador, son las mismas que para el caso anterior, con la salvedad de que el caso de la resonancia es bastante diferente. Con un motor de imán permanente, si el capacitor es manejado a la frecuencia de resonancia o cerca de ésta, se aumentara a 2 veces el torque que se tiene a bajas velocidades.

La figura de  torque Vs velocidad, puede resultar algo compleja de entender, pero es allí donde se ve claramente el efecto que mencionamos.

DRIVERS PRACTICOS PARA MOTORES UNIPOLARES Y DE RELUCTANCIA VARIABLE

En los anteriores circuitos los interruptores fueron deliberadamente ignorados para poder hacer más claro el entendimiento del driver propiamente dicho.

En la imagen observamos algunas sugerencias de implementación de cada interruptor incluyendo los embobinados de los motores y los circuitos de protección, de modo que exista una mejor orientación.

Cada uno de los interruptores mostrados en la imagen es compatible con entradas TTL. La fuente de alimentación de 5 Voltios necesaria para la lógica, deberá estar bien regulada; la fuente de alimentación para el motor, típicamente entre 5 y 24 voltios, necesita solo una mínima regulación. Es de especial importancia decirles que estos interruptores son también adecuados para manejar solenoides, motores DC y otras cargas inductivas.

El SK3180 que se observa en la figura, es un transistor darlington de potencia con una ganancia de corriente de mas de 1000, así, los 10 mA que cruzan por la resistencia de polarización de 470 ohm son más que suficientes para hacer que el transistor trabaje y haga circular la corriente por la bobina del motor. El buffer 7407 usado para manejar el darlington puede ser reemplazado por cualquier otro chip de colector abierto y alto voltaje capaz de proporcionar más de 10 mA.

 

 

( LEA AQUÍ QUE ES UN TRANSISTOR)

El IRC IRL540 es un transistor de efecto de campo (FET) de potencia, que puede manejar sin problemas corrientes del orden de 20 amperios y un voltaje de ruptura a 100 voltios, como resultado, este chip puede absorber picos inductivos sin diodos de protección, si éste se encuentra unido a un buen disipador de calor.

Este transistor tiene un tiempo de  conmutación bastante rápido, de modo que los diodos de protección deberán ser comparablemente rápidos o ser acoplado mediante pequeños condensadores.

Esto es particularmente esencial con los diodos utilizados para proteger el transistor contra la polarización inversa. En caso de que el transistor fallara, el diodo zener y la resistencia de 100 ohm ( AQUÍ COMO CALCULAR EL VALOR DE UNA RESISTENCIA ) , protegerán la circuitería TTL. -El resistor de 100 ohm también actúa como reductor de los tiempos de conmutación del transistor-

Para aplicaciones en donde cada bobina del motor requiere corrientes por debajo de los 500mA, el arreglo de darlington de la familia ULN200X, manejara los múltiples embobinados del motor u otras cargas inductivas desde las entradas lógicas directamente.

En la imagen se muestra un arreglo de 7 transistores darlington con 7 salidas compatibles con TTL, correspondiente al muy conocido ULN2003

Cada transistor NPN darlington,        ( LEA AQUÍ QUE ES UN TRANSISTOR) tiene su emisor conectado al pin 8 (tierra), también cada transistor de este chip esta protegido por dos diodos, uno conectado entre el emisor y el colector para protegerlo contra voltajes inversos y el otro conectado entre el colector y el pin 9, de modo que si este pin es conectado a la fuente de alimentación del motor, este diodo protegerá el transistor contra picos inductivos

EL MOTOR BIPOLAR Y EL PUENTE H

Las cosas son más complicadas para los MPAP de imán permanente, ya que estos no tienen derivaciones (taps) centrales en sus bobinas. Por esta razón, para invertir la dirección del campo generado por la bobina de un motor, es necesario invertir la corriente a través del embobinado.

El circuito que nos permite hacer esto es conocido como puente H (H Bridge) y que se muestra en la imagen.

Como en los drivers para los motores unipolares discutidos previamente; los interruptores en el puente H deberán ser protegidos contra los picos de voltaje producidos por la des-energización de las bobinas del motor; esto se hace usualmente con diodos como se puede ver en la imagen.

Con cuatro interruptores, el puente H ofrece 16 posible modos de operación:

- Forward Mode: Interruptores A y D cerrados

- Reverse Mode: Interruptores B y C cerrados.

Estos son los modos de operación usuales, permiten que la corriente fluya desde la fuente de alimentación, pasando por el embobinado del motor hasta llegar a tierra. En la imagen, podemos observar el modo Forward.

Fast Decay Mode: Todos los interruptores abiertos. Cualquier corriente fluyendo através del embobinado del motor trabajará en contra del voltaje total de la fuente de alimentación, más dos caídas en los diodos (0.7 V aproximadamente por c/u), así, la corriente caerá rápidamente.

Este modo de operación proporcionará un efecto de frenado no dinámico en el rotor del motor.

La imagen, ilustra este modo de operación

Slow decay Mode: En estos modos, la corriente puede fluir através de los embobinados del motor con una mínima resistencia. Como resultado, si la corriente esta fluyendo por una bobina del motor cuando este modo es aplicado, la corriente empezara a decaer lentamente, y si el rotor del motor esta girando, éste inducirá una corriente que actuará como freno para él mismo.

En la imagen se muestra uno de los múltiples modos de decaimiento lento, con el interruptor D cerrado; si anteriormente estaba funcionado recientemente en forward mode (hacia adelante), la posición del interruptor B, puede ser cualquiera, bien abierto o cerrado

La mayoría de los circuitos de puente H, incluyen la lógica necesaria para prevenir corto circuitos.

La anterior imagen, probablemente ilustra uno de los mejores arreglos.

Para este circuito, los siguientes modos de operación están disponibles.

La ventaja de este arreglo, es que todos los modos son posibles de manejar, además de que son codificados con un mínimo numero de bits; lo que es bastante importante si tenemos en cuenta que muchos de los sistemas computarizados o microcontrolados que utilizamos en ocasiones, tienen una cantidad muy limitada de bits disponibles para el control

CIRCUITOS PRACTICOS BIPOLARES

En el mercado podemos encontrar una gran cantidad de circuitos integrados, que incorporan en su interior un puente H, sin embargo, consideramos de especial importancia considerar el modelo discreto, de modo que logremos comprender la naturaleza del funcionamiento del puente H.     Para tal efecto, observemos el circuito de la imagen:

Las entradas X y Y de este circuito, pueden ser manejadas por cualquier circuito TTL de colector abierto, como lo fue para el caso de la imagen.

El embobinado del motor será energizado si una de las entradas X o Y esta a nivel alto y la otra a nivel bajo; si ambas se encuentran en bajo, los transistores de pull-down estarán apagados, y si ambas están en alto, ambos transistores de pull up estarán apagados, de modo que este circuito pone al motor en estado de frenado dinámico para las condiciones de 00 y 11.

Este circuito se divide en dos mitades idénticas, cada una de las cuales puede ser descrita como un driver push pull. El término “medio puente H” es aplicado algunas veces a éste tipo de circuitos.

Es de especial importancia hacer notar que el medio puente H es un circuito bastante similar, a los circuitos de salida de los dispositivos de lógica TTL; de hecho las compuertas de tres estados como es el caso del 7418125 y el 7418244 pueden ser usados como medio puente H para pequeñas cargas, como mostramos en la imagen anterior.

Este circuito será bastante útil para manejar motores cuyas bobinas tienen una resistencia de aproximadamente 50 ohmios por bobina y un voltaje de alimentación de 4.5 V.

Este driver también nos permitirá manejar todos los estados manejados por el circuito de la figura 13, con la salvedad, de que estos no quedan codificados tan eficientemente.

El problema con los chips para control de motores paso a paso, es su disponibilidad en el mercado por poco tiempo; solo por citar algunos ejemplos de este caso, encontramos el IpxMxx y el TA7279 de Toshiba.

La SGS Thompson (y otros), ofrecen, el L293, un chip de doble puente H, pero que no incluye los diodos de protección, como si los tenían los dos integrados mencionados anteriormente. El L293D, introducido posteriormente, incluye estos diodos de protección y es compatible en cuanto a sus pines se refiere con el L292.

 

 

La imagen, nos ilustra la estructura interna del L293B/D y la nomenclatura correspondiente a cada uno de sus terminales

También cabe mencionar el L298, un doble puente H, muy similar al anterior, pero con capacidad para manejar hasta dos amperios, como en el caso de este ejemplo que puede ser configurado de modo que podamos manejar corrientes del orden de los 4 amperios! (la hoja de datos de este chip, nos proporciona todos los detalles necesarios para llevar a cabo esta operación).

Algo para tener en cuenta de este integrado, es que tiene interruptores de alta velocidad, así que los diodos de la familia 1N400X, no deben ser usados como diodos de protección.

EL CIRCUITO

Ya habiendo  hablado acerca de los tipos de motores, de los circuitos de control, de los interruptores que en estos circuitos intervienen y de algunos integrados disponibles para estas aplicaciones, nos dedicaremos ahora si a realizar un montaje práctico, circuito con el cual, podremos manejar un MPAP con cualquier interface digital, como es común en estos casos.

Con el circuito que proponemos a continuación, podremos experimentar más ampliamente con los MPAP. Conectando a nuestro ordenador esta interface y desarrollando un programita de aplicación con uno de tantos lenguajes de alto nivel o bien descargando alguno de internet, podremos manejar hasta 3 MPAP según sea la necesidad de cada uno de nosotros.

De esta forma, es posible que controlemos el movimiento en 3 direcciones (X, Y, Z) de alguna cámara, sensor, etc, que se encuentre unido a nuestro “arreglo” de 3 MPAP.

Veamos entonces los diagramas que corresponden al circuito del que les hablamos.

Aquí el diagrama esquemático, el cual es idéntico para cada uno de los 3 motores que controla cada eje.

Las siguientes  imágenes, nos muestran la ubicación de los componentes sobre la placa de circuito impreso y el diagrama de conexiones de las pistas (lado de soldaduras) respectivamente.

 

Anteriormente dijimos que para manipular esta tarjeta de interface con nuestro ordenador, podíamos escribir un programa en algún lenguaje de alto nivel, o bien descargar alguno de internet, de modo que podamos sacarle un máximo provecho, para que realicen alguna aplicación en especial, como lo son las maquinas de control numérico (CNC) para cortar figuras en madera blanda o plástico, o hasta un plotter para dibujar nuestros diseños electrónicos o planos.

Lista de Componentes 

D1 a D12: 1N5404  ;  C1, C3: 0.01uF / 50V ; C2: 10uF / 50V ; R1: 4.7K / 0.25W ; RN1 a RN3: 4.7Kx8 Array ; IC2, IC3, IC4: UCN5804B ; IC1: LM7805

 

 

 






Como Funciona un MOTOR PASO A PASO o steeper motor 

Como reparar Critical System error 13 en una CPU Williams

Un motor paso a paso o steeper motor como todo motor, es en esencia un conversor electromecánico, que transforma la energía eléctrica en mecánica; pero de un modo tan peculiar que constituye en la actualidad una categoría aparte. Para poder reparar o programar cualquiera que sea la máquina que utiliza este tipo de motor , es importante entender su funcionamiento:

 

1.Imagen de un Motor paso a paso de Máquina dispensadora

2. .Imagen de un Motor paso a paso de Máquina de Casino IGT

3. .Imagen de un Motor paso a paso de Máquina de Casino Aruze

4. .Imagen de un Motor paso a paso de Máquina de Casino Bally

 

En efecto, mientras que un motor convencional gira libremente al aplicar una tensión comprendida dentro de ciertos límites (que se corresponden de un lado al par mínimo capaz de vencer su propia inercia mecánica, y de otro a sus propias limitaciones de potencia); el motor paso a paso está concebido de tal manera que gira un determinado ángulo proporcional a la «codificación» de tensiones aplicadas a sus entradas. La posibilidad de controlar en todo momento esta codificación permite realizar desplazamientos angulares lo suficientemente precisos, dependiendo el ángulo de paso (o resolución angular) del tipo de motor.

De la misma manera que se puede posicionar el eje del motor, es posible controlar la velocidad del mismo, la cual será función directa de la frecuencia de variación de las codificaciones en las entradas. De ello se deduce que el motor paso a paso presenta una precisión y repetitividad que lo habilita para trabajar en sistemas abiertos sin realimentación.

 

 

 

Los motores de imán permanente tienden a engancharse cuando uno trata de girar el rotor con los dedos, mientras que los motores de reluctancia variable giran libremente (eventualmente pueden tratar de engancharse suavemente, pero este efecto es debido a una magnetización residual del rotor), de todas maneras podemos distinguir estos dos tipos de motores con un óhmetro.

 Los motores de reluctancia variable tienen generalmente tres embobinados (algunas veces cuatro) con un retorno común, mientras que los de imán permanente tiene dos , embobinados independientes, con una o dos derivaciones (taps) centrales. Los embobinados con tap central son usados en los motores de imán permanente unipolares.

Los motores paso a paso se consiguen en una gran variedad de resoluciones angulares.

 

 

 

Con un controlador apropiado, la mayoría de los de imán permanente e híbridos pueden girar en medios pasos, y algunos controladores pueden manejar pequeñas fracciones de paso o micro-pasos.

Para ambos motores, tanto los de reluctancia variable como los de imán permanente, sólo un embobinado es energizado a la vez; el rotor (sin carga) se moverá hacia una posición fija y se mantendrá en este ángulo mientras el torque exceda el torque de retención del motor, punto en el cual el rotor girará, tratando de mantenerse en cada punto de equilibrio sucesivo.

MOTORES DE RELUCTANCIA VARIABLE

Si el motor tiene tres embobinados típicamente conectados como se ilustra en la figura 1, con un terminal común a cada embobinado, este seguramente será un motor paso a paso de reluctancia variable.

De hecho, el terminal común a cada embobinado típicamente se conecta al terminal positivo de la fuente de alimentación, mientras que cada embobinado se energiza secuencialmente.

La sección en cruz mostrada en la figura 1, corresponde a un motor de reluctancia variable de 30* por paso. El rotor en este motor tiene cuatro dientes, mientras que el estator tiene 6 polos, con cada embobinado enrollado en dos polos opuestos. Con el embobinado numero 1 energizado, el diente del rotor marcado con X, será atraído hacia estos polos.

Si la corriente que fluye por el embobinado número 1 es suspendida, y el embobinado número 2 es energizado ahora, el rotor girará 30% en sentido horario, de modo que los dientes marcados con Y, se alineen con los polos marcados con 2.

 

 

 

Asumiendo lógica positiva, es decir que donde aparezca un 1 significa energizar el embobinado, la siguiente secuencia de control hará girar el motor de la figura 1 en sentido horario 24 pasos o lo que es lo mismo 2 vueltas. 

E1 1001001001001001001001001

E2 0100100100100100100100100

E3 0010010010010010010010010

 

 

 

Como lo mencionamos anteriormente, es posible encontrar motores de reluctancia variable con mas de tres embobinados, cuatro o cinco, los cuales requieren 50 6 cables respectivamente. El principio para manejar estos motores es el mismo, que para los de tres embobinados, solo que es más importante tener en cuanta energizar cada bobina secuencialmente, para que el motor funcione correctamente.

El motor ilustrado en la figura 1 da 30% por vuelta, usa la menor cantidad posible de dientes en el rotor y polos en el estator para trabajar satisfactoriamente. Usando mas dientes en el rotor y más polos en el estator, es posible la construcción de motores con menor ángulo por paso.

MOTORES UNIPOLARES

Los motores paso a paso unipolares, tanto los de imán permanente como los híbridos, con 5 o 6 cables de conexión. están cableados internamente como se muestra en la figura 2, con un tap central en cada uno de los embobinados. De hecho, cada tap central comúnmente es llevado al terminal positivo de la fuente de alimentación, y los otros dos terminales de los embobinados son alternativamente aterrizados para invertir la acción del campo proporcionado por el embobinado.

La sección en cruz del motor mostrado en la figura 2, corresponde a un motor de 30% por paso, bien sea híbrido o de imán permanente (la diferencia entre estos dos tipos de motores no es relevante para este análisis). El embobinado número 1 del motor es distribuido entre el polo superior e inferior del estator, mientras que el embobinado número 2 del motor está distribuido entre los polos izquierdo y derecho del motor.

Para altas resoluciones angulares, el rotor deberá tener proporcionalmente mas polos. Los motores de 30% por paso como el de la figura 2, es uno de los diseños de motores de imán permanente más comunes, aunque de 15% y 7.5” por paso también se encuentran disponibles ampliamente.

Existen además motores de imán permanente con resoluciones tan buenas como 1.8” por paso, mientras que los híbridos se encuentran comúnmente en resoluciones que van desde los 3.6%, pasando por 1.8” y finalmente 0.72".

Como se muestra en la figura 2, la corriente fluyendo desde el tap central del embobinado número 1 hacia el terminal a, causa que el polo superior del estator sea el polo norte, mientras que el polo inferior del estator es el polo sur. Esto atrae al rotor a la posición mostrada. Si la energía del embobinado 1 es removida, y energizamos el embobinado 2, el rotor girará 30%, o un paso.

 

 

 

Una vez mas, aplicando lógica positiva, donde el 1 indica energizar la bobina del motor respectiva, con las siguientes secuencias, es posible hacer girar el motor 24 pasos, o lo que es lo mismo 4 vueltas.

E1 1000100010001000100010001

E2 0010001000100010001000100

E3 0100010001000100010001000

E4 0001000100010001000100010 

 

 

E1 1100110011001100110011001

E2 0011001100110011001100110

E3 0110011001100110011001100

E4 1001100110011001100110011

 

Noten que los extremos del mismo embobinado nunca son energizados al mismo tiempo. Ambas secuencias mostradas arriba harán girar el eje un paso a la vez. La primera secuencia solo energiza una bobina a la vez, de este modo, se utiliza menos potencia. La segunda secuencia energiza dos bobinas a la vez, de esta manera se consume mas potencia, pero obtenemos a cambio un torque 1.4 veces más grande que con la primera secuencia.

Las posiciones de paso producidas por las dos secuencias anteriormente mostradas no son las mismas, como resultado, combinando las dos, es posible obtener “medios pasos”, con el motor deteniéndose en las posiciones indicadas por una o por la otra secuencia. La secuencia resultante de combinar las dos, es la que sigue:

E1 11000001110000011100000111

E2 00011100000111000001110000

E3 01110000011100000111000001

E4 00000111000001110000011100

 

 

MOTORES BIPOLARES

Los motores de imán permanente bipolares, e híbridos son construidos con exactamente el mismo mecanismo que es usado para los motores unipolares, pero los embobinados son más simples puesto que no llevan tap central. Así el motor mismo es más simple, pero el circuito de control o driver, para invertir la polaridad de cada polo del motor es mucho más complicado. El esquema de la figura 3, nos muestra como esta cableado un motor, mientras que observamos también que la sección en cruz es exactamente igual al de la figura 2.

El circuito necesario para manejar el motor requiere un puente en H (H Bridge), para cada bobina; pero este tema lo tocaremos un poco mas adelante con mas detalle, por ahora, brevemente les diremos que el puente H lo que nos permite es controlar independientemente, la polaridad aplicada a cada terminal de la bobina.

La secuencia de control para realizar pasos sencillos se la mostramos a continuación, usamos los signos + y — para indicar la polaridad aplicada a cada terminal del motor.

Terminal 1a +—-+—-+—-+— ++—++—++—++—

Terminal 1b —+—-+—-+—-+- —++—++—++—++

Terminal 2a -+—-+—-+—-+— -++—++—++—++-

Terminal 2b —-+—-+—-+—-+ +—++—++—++—+

Para distinguir un motor bipolar de imán permanente de otro motor de cuatro cables, debemos medir la resistencia entre los diferentes terminales. Es importante hacer notar que algunos motores paso a paso de imán permanente tienen 4 embobinados independientes organizados en dos grupos de dos.

MOTORES MULTIFASE

 

La clase menos común de motores paso a paso de imán permanente es cableado con todos los embobinados del motor en series cíclicas, con un tap entre cada par de embobinados en el ciclo como se ilustra en la figura 4.

El más común de los diseños en esta categoría usa cableados de 3 y 5 fases. El control para este tipo de motores requiere la mitad de un puente H para cada terminal del motor. Estos motores pueden proporcionar mucho más torque que otros motores de igual tamaño. Algunos motores de estos tienen resoluciones angulares tan buenas como 0.72* por paso, lo que equivale a decir que tiene 500 posiciones intermedias para completar un giro completo.

Con un motor de 5 fases, son 10 pasos por repetición en el ciclo, como se muestra:

Terminal 1 +++——-+++++——-++

Terminal 2 —+++++——-+++++—-

Terminal 3 +——-+++++——-++++

Terminal 4 +++++——-+++++——

Terminal 5 ——+++++——-+++++-

 

Aquí, en el caso de un motor bipolar, cada terminal esta siendo conectado alternativamente al bus positivo o negativo del sistema de alimentación del motor. Notemos, que en cada paso solo un terminal cambia de polaridad.

Este cambio des-energiza el embobinado unido al terminal y aplica energía a la bobina que anteriormente se encontraba fuera de uso.

 

 

 

Aclaremos también que algunos motores de 5 fases tienen 5 bobinas independientes, lo que nos da un total de 10 terminales. Estos, pueden ser conectados en configuración “estrella” como en la figura 4, usando 5 circuitos de control “medio puente”, o que cada embobinado sea manejado por su propio circuito “full bridge”

 

 

 





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