Moteurs pas à pas
(23)Les moteurs pas à pas sont des moteurs à courant continu sans balais qui se déplacent par pas précis. Ils sont équipés de nombreuses bobines qui sont organisées en phases. L’alimentation des phases successives met le moteur en mouvement, pas à pas. Grâce au contrôle informatique, ils peuvent être positionnés et il est possible également de contrôler leur vitesse. Par conséquent, les moteurs pas à pas sont les moteurs de choix dans de nombreuses applications de contrôle de mouvement de précision.
Caractéristiques des moteurs pas à pas
Les moteurs pas à pas se déplacent par pas précis et répétables, ils sont donc parfaits pour les applications telles que les imprimantes 3D, les CNC, les plates-formes de caméra et les traceurs X, Y. La fiabilité résultant du manque de brosses constitue l’avantage des moteurs pas à pas. La durée de vie du moteur dépend donc de la durée de vie des roulements.
Des incréments de mouvement précis permettent de contrôler parfaitement la vitesse de rotation. De plus, les moteurs à courant continu normaux n’ont pas beaucoup de couple à basse vitesse. Le moteur pas à pas a cependant un couple maximal à basse vitesse, c’est donc un bon choix pour les applications à basse vitesse avec une haute précision.
Grâce à la dépendance du fonctionnement du moteur à des impulsions discrètes, il est possible de le contrôler en boucle ouverte. Cela rend le moteur pas à pas plus facile à utiliser et moins coûteux à contrôler. Cette possibilité de contrôler avec précision en boucle ouverte constitue l’avantage le plus important du moteur pas à pas. Le fonctionnement en boucle ouverte signifie qu’aucun retour n’est requis. Grâce à ce contrôle, les codeurs optoélectroniques, par exemple, ne sont plus nécessaires, ce qui réduit les coûts. Les positions sont trouvées en comptant les impulsions d’entrée.
Cependant, notez que les moteurs pas à pas ont tendance à chauffer car ils consomment la plus grande partie du courant lorsqu’ils ne fonctionnent pas. Autrement dit, contrairement aux moteurs à courant continu, la consommation de courant d’un moteur pas à pas est indépendante de la charge. Un autre inconvénient est leur couple plus faible à haute vitesse. Cependant, ils peuvent être optimisés de manière à ce qu’ils aient de meilleures performances à haute vitesse, mais ils doivent être associés au driver approprié pour atteindre ces performances.
Contrairement aux servomoteurs, la plupart des moteurs pas à pas n’ont pas de retour intégré pour la position.
Types de moteurs pas à pas
Il existe de nombreux types de moteurs pas à pas sur le marché, dont certains nécessitent des drivers hautement spécialisés. Les plus populaires sont les moteurs pas à pas entraînés par des drivers couramment disponibles. Ce sont : les moteurs pas à pas à aimants permanents ou hybrides, biphasés bipolaires ou quadriphasés unipolaires.
Caractéristiques importantes lors du choix d’un moteur pas à pas
Les paramètres du moteur pas à pas sont la tension nominale des enroulements, la tension d’alimentation, le courant nominal pouvant être utilisé afin de ne pas surcharger le moteur, la résistance des enroulements, le moment d’inertie du rotor, le moment de l’arrêt moteur lorsqu’il est alimenté par le courant nominal (appelé couple de maintien), les caractéristiques de couple du moteur en fonction du nombre d’impulsions par seconde (pps), la vitesse maximale (à vide), la vitesse de démarrage-d’arrêt, les dimensions de le corps, généralement le long de l’axe de rotation et la masse.
L’une des premières choses à considérer avant d’acheter est le type de fonctionnement prévu du moteur. Les moteurs plus gros fournissent la puissance plus élevée. Il est possible d’acheter les moteurs dans diverses tailles. Les gros moteurs sont utilisés dans les imprimantes 3D et les petites fraiseuses CNC. Des moteurs plus petits sont utilisés en robotique.
Un autre paramètre important à prendre en compte est le couple du moteur pas à pas. Il dépend de sa vitesse de rotation. Lorsque les deux pôles du rotor et du stator sont opposés l’un à l’autre, le moteur a le couple le plus élevé. Pendant l’exécution du pas il y a des moments où les pôles s’alignent jusqu’à ce que le rotor tourne vers le pôle suivant. Si la charge est trop lourde, le moteur ne peut pas sauter entre une dent et l’autre. Il peut peut-être même revenir en arrière,
Le nombre de pas dans un moteur pas à pas
Une autre chose à considérer est la résolution de positionnement requise. Les pas par tour vont de 4 à 400. Les nombres de pas couramment disponibles sont 24, 48 et 200.La résolution est souvent exprimée en degrés par pas. Le moteur 1,8° est un moteur à 200 pas/tour. La vitesse et le couple sont le compromis pour la haute résolution. Si le nombre de pas nécessaires pour faire tourner les moteurs pas à pas est plus élevé, le couple est plus faible.
Mécanisme d’entraînement des moteurs pas à pas
La boîte de vitesses est le moyen d’atteindre une résolution de positionnement élevée. Une boîte de vitesses 32:1 appliquée à la sortie d’un moteur de 8 pas/tours permettra d’obtenir un moteur pas à pas de 256 pas. L’engrenage permettra également d’augmenter le couple du moteur. Les plus petits moteurs pas à pas à boîte de vitesses ont un couple impressionnant. Mais la vitesse est bien sûr le compromis.
Types d’arbres dans les moteurs pas à pas
La façon dont le moteur se connectera au reste de la transmission est une autre question à considérer. Les moteurs sont disponibles avec différents types d’arbres :
- Arbre rond ou « D » : Ils sont disponibles dans divers diamètres standard et il existe de nombreuses poulies, engrenages et accouplements d’arbre conçus pour s’adapter. Les arbres « D » ont une surface aplatie pour éviter le glissement. Ils sont souhaitables pour les couples élevés.
- Arbre avec engrenage : Certains arbres ont des dents d’engrenage fraisées. D’habitude, ils sont conçus pour fonctionner avec des engrenages modulaires.
- Arbre à vis-mère : Les moteurs avec arbres à vis-mère sont utilisés dans la construction d’actionneurs linéaires. Leurs versions miniatures peuvent être trouvées comme positionneurs de tête dans de nombreux lecteurs de disque.
Câblage de moteurs pas à pas
Il existe de nombreuses variantes de câblage de moteur pas à pas. Il convient d’en considérer quelques-uns lorsqu’il est utilisé avec des drivers couramment disponibles. Ce sont des moteurs pas à pas à aimants permanents ou hybrides, câblés comme bipolaires biphasés ou unipolaires quadriphasés. Un moteur pas à pas peut avoir n’importe quel nombre de bobines et toutes les bobines d’une phase sont alimentées ensemble.
Moteur pas à pas unipolaire et bipolaire
Les drivers unipolaires alimentent toujours les phases de la même manière. Une piste sera toujours négative et l’autre toujours positive. Les drivers unipolaires peuvent être mis en œuvre avec des circuits à transistors simples. L’inconvénient consiste à ce que le couple disponible est inférieur car seule la moitié des bobines peuvent être alimentées simultanément. Les drivers bipolaires utilisent un circuit en pont en H pour inverser le flux de courant à travers les phases. En alimentant des phases à polarité alternée, il est possible de démarrer toutes les bobines en faisant tourner le moteur.
Composants supplémentaires
Il ne faut pas oublier que le moteur pas à pas est un composant et il ne fonctionne pas de manière indépendante. Pour ces raisons lorsque nous construisons une transmission, il est nécessaire de prendre le moteur et également le driver. Les paramètres des deux éléments sont importants. Le choix de l’ensemble moteur et contrôleur aura un impact significatif sur les caractéristiques du système d’entraînement. Les types de base de commandes des moteurs pas à pas actuellement utilisés sont : la commande pas à pas, la commande à demi-bas, la commande à micropas.
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