Fabricant de moteur pas à pas hybride en Chine - Besfoc

Introduction du moteur pas à pas

Qu'est-ce qu'un moteur pas à pas？

UN Le moteur pas à pas est un type de moteur électrique qui se déplace en étapes fixes précises plutôt que de rotation en continu comme un moteur ordinaire. Il est couramment utilisé dans les applications où un contrôle de position précis est requis, tels que les imprimantes 3D, les machines CNC, la robotique et les plates-formes de caméra.

Les moteurs pas à pas sont un type de moteur électrique qui convertit l'énergie électrique en mouvement de rotation avec une précision remarquable. Contrairement aux moteurs électriques ordinaires, qui fournissent une rotation continue, les moteurs pas à pas transforment les étapes discrètes, ce qui les rend idéales pour les applications nécessitant un positionnement précis.

Chaque impulsion d'électricité envoyée à un moteur pas à pas de son conducteur se traduit par un mouvement précis - chaque impulsion correspond à une étape spécifique. La vitesse à laquelle le moteur tourne directement en corrélation avec la fréquence de ces impulsions: plus les impulsions sont envoyées rapidement, plus la rotation est rapide.

L'un des principaux avantages de Le moteur pas à pas est leur contrôle facile. La plupart des conducteurs fonctionnent avec des impulsions de 5 volts, compatibles avec des circuits intégrés communs. Vous pouvez soit concevoir un circuit pour générer ces impulsions, soit utiliser un générateur d'impulsions auprès d'entreprises comme Besfoc.

Malgré leurs inexactitudes occasionnelles - les moteurs pas à pas standard ont une précision d'environ ± 3 minutes d'arc (0,05 °) - ces erreurs ne s'accumulent pas avec plusieurs étapes. Par exemple, si un moteur pas à pas standard fait un pas, il tourne 1,8 ° ± 0,05 °. Même après un million d'étapes, l'écart total n'est encore que de ± 0,05 °, ce qui les rend fiables pour des mouvements précis sur de longues distances.

De plus, les moteurs pas à pas sont connus pour leur réponse rapide et leur accélération en raison de leur faible inertie du rotor, ce qui leur permet d'atteindre rapidement des vitesses. Cela les rend particulièrement adaptés aux applications qui nécessitent des mouvements courts et rapides.

Comment fonctionne un moteur pas à pas?

UN Le moteur pas à pas fonctionne en divisant une rotation complète en un certain nombre d'étapes égales. Il utilise des électro-aimants pour créer un mouvement par incréments de petits incréments contrôlés.

1. À l'intérieur du moteur pas à pas

Un moteur pas à pas a deux pièces principales:

• Stator - La partie stationnaire avec des bobines (électromagnets).

• Rotor - La partie rotative, souvent un aimant ou en fer.

2. Mouvement par champs magnétiques

• Lorsque le courant électrique traverse les bobines de stator, il crée des champs magnétiques.

• Ces champs attirent le rotor.

• En allumant et en désactivant les bobines dans une séquence spécifique, le rotor est tiré étape par étape dans un mouvement circulaire.

3. Rotation étape par étape

• Chaque fois qu'une bobine est sous tension, le rotor se déplace sous un petit angle (appelé pas).

• Par exemple, si un moteur a 200 étapes par révolution, chaque étape déplace le rotor 1,8 °.

• Le moteur peut tourner vers l'avant ou vers l'arrière en fonction de l'ordre des impulsions envoyées aux bobines.

4. Contrôlé par un conducteur

• UN Le conducteur du moteur pas à pas envoie des impulsions électriques aux bobines de moteur.

• Plus il y a d'impulsions, plus le moteur tourne.

• Les microcontrôleurs (comme Arduino ou Raspberry Pi) peuvent contrôler ces pilotes pour déplacer le moteur avec précision.

Système de moteur pas à pas

L'illustration ci-dessous représente un système de moteur pas à pas standard, qui se compose de plusieurs composants essentiels qui fonctionnent ensemble. Les performances de chaque élément influencent la fonctionnalité globale du système.

1. Ordinateur ou PLC:

Au cœur du système se trouve l'ordinateur ou le contrôleur logique programmable (PLC). Ce composant agit comme le cerveau, contrôlant non seulement le moteur pas à pas mais aussi la machine entière. Il peut effectuer diverses tâches, telles que l'élévation d'un ascenseur ou le déplacement d'un tapis roulant. Selon la complexité nécessaire, ce contrôleur peut aller d'un PC ou d'un PLC sophistiqué à un simple bouton d'opérateur.

2. Indexeur ou carte PLC:

Vient ensuite l'indexeur ou la carte PLC, qui communique des instructions spécifiques au moteur pas à pas . Il génère le nombre requis d'impulsions pour le mouvement et ajuste la fréquence d'impulsion pour contrôler l'accélération, la vitesse et la décélération du moteur. L'indexeur peut être soit une unité autonome, comme le Besfoc, soit une carte de générateur d'impulsions qui se branche sur un API. Quelle que soit sa forme, ce composant est crucial pour le fonctionnement du moteur.

3. Conducteur du moteur:

Le conducteur du moteur se compose de quatre pièces clés:

• Logique pour le contrôle de phase: cette unité logique reçoit des impulsions de l'indexeur et détermine la phase du moteur doit être activée. L'énergie des phases doit suivre une séquence spécifique pour assurer un bon fonctionnement du moteur.

• Alimentation logique: il s'agit d'une alimentation basse tension qui alimente les circuits intégrés (ICS) dans le pilote, fonctionnant généralement autour de 5 volts, en fonction de l'ensemble de puces ou de la conception.

• Alimentation du moteur: Cette alimentation fournit la tension nécessaire pour alimenter le moteur, généralement autour de 24 VDC, bien qu'elle puisse être plus élevée en fonction de l'application.

• Amplificateur de puissance: Ce composant se compose de transistors qui permettent au courant de circuler à travers les phases du moteur. Ces transistors sont activés et éteints dans la séquence correcte pour faciliter le mouvement du moteur.

4. Charge:

Enfin, tous ces composants fonctionnent ensemble pour déplacer la charge, qui pourrait être une vis de plomb, un disque ou un tapis roulant, selon l'application spécifique.

Types de moteurs pas à pas

Il existe trois principaux types de moteurs pas à pas:

Moteurs pas à pas de réticence variable (VR)

Ces moteurs présentent des dents sur le rotor et le stator mais n'incluent pas un aimant permanent. En conséquence, ils manquent de couple de détente, ce qui signifie qu'ils ne tiennent pas leur position lorsqu'ils ne sont pas sous tension.

Motors pas pastographiques aimant permanent (PM)

Les moteurs pas à pas PM ont un aimant permanent sur le rotor mais n'ont pas de dents. Bien qu'ils présentent généralement moins de précision dans les angles de pas, ils fournissent un couple de détente, leur permettant de maintenir la position lorsque l'alimentation est désactivée.

Moteurs passants hybrides

Besfoc se spécialise exclusivement dans l'hybride moteur pas à pas . Ces moteurs fusionnent les propriétés magnétiques des aimants permanents avec la conception dentée de moteurs de réticence variable. Le rotor est magnétisé axialement, ce qui signifie que dans une configuration typique, la moitié supérieure est un pôle Nord et que la moitié inférieure est un pôle Sud.

Le rotor se compose de deux tasses dentées, chacune ayant 50 dents. Ces tasses sont compensées de 3,6 °, permettant un positionnement précis. Lorsqu'il est vu d'en haut, vous pouvez voir qu'une dent sur la tasse de pole nord s'aligne avec une dent sur la tasse du pole sud, créant un système d'engrenage efficace.

Les moteurs pas à pas hybrides fonctionnent sur une construction en deux phases, chaque phase contenant quatre pôles espacés à 90 °. Chaque pôle d'une phase est blessé de telle sorte que les pôles à 180 ° d'intervalle ont la même polarité, tandis que les polarités sont opposées pour ces à 90 °. En inversant le courant dans n'importe quelle phase, la polarité du poteau de stator correspondant peut également être inversée, permettant au moteur de convertir n'importe quel pôle Stator en un pôle Nord ou Sud.

Le rotor du moteur pas à pas dispose de 50 dents, avec un pas de 7,2 ° entre chaque dent. Au fur et à mesure que le moteur fonctionne, l'alignement des dents du rotor avec les dents du stator peut varier - en particulier, il peut être compensé par trois quarts de pas dent, un demi-pas dent ou un quart de pas dentaire. Lorsque le moteur marche, il prend naturellement le chemin le plus court pour réaligner lui-même, ce qui se traduit par un mouvement de 1,8 ° par étape (puisque 1/4 de 7,2 ° est égal à 1,8 °).

Couple et précision dans Les moteurs pas à pas sont influencés par le nombre de pôles (dents). Généralement, un nombre de pôles plus élevé conduit à un couple et à une précision améliorés. Besfoc propose des moteurs pas à pas 'haute résolution ', qui ont la moitié de la hauteur de dent de leurs modèles standard. Ces rotors à haute résolution ont 100 dents, entraînant un angle de 3,6 ° entre chaque dent. Avec cette configuration, un mouvement de 1/4 d'un pas dentaire correspond à une étape plus petite de 0,9 °.

En conséquence, les modèles 'haute résolution ' fournissent le double de la résolution des moteurs standard, atteignant 400 étapes par révolution contre 200 étapes par révolution dans les modèles standard. Les angles de pas plus petits entraînent également des vibrations plus faibles, car chaque étape est moins prononcée et plus progressive.

Structure

Le diagramme ci-dessous illustre une coupe transversale d'un moteur pas à pas en phase. Ce moteur se compose principalement de deux pièces principales: le stator et le rotor. Le rotor lui-même est composé de trois composants: tasse de rotor 1, tasse de rotor 2 et aimant permanent. Le rotor est magnétisé dans le sens axial; Par exemple, si le rotor Cup 1 est désigné comme le pôle Nord, Rotor Cup 2 sera le pôle Sud.

Le stator dispose de 10 pôles magnétiques, chacun équipé de petites dents et d'enroulements correspondants. Ces enroulements sont conçus pour que chacun soit connecté à l'enroulement de son pôle opposé. Lorsque le courant traverse une paire d'enroulements, les pôles qu'ils connectent magnétiser dans la même direction, soit au nord ou au sud.

Chaque paire de pôles opposée forme une phase du moteur. Étant donné qu'il y a 10 pôles magnétiques au total, cela se traduit par cinq phases distinctes dans cette phase en 5 phases moteur pas à pas.

Surtout, chaque tasse de rotor a 50 dents le long de son périmètre extérieur. Les dents sur le rotor tasse 1 et le rotor tasse 2 sont décalées mécaniquement les unes des autres par une demi-pas dentaire, permettant un alignement et un mouvement précis pendant le fonctionnement.

Speed-torque

Il est crucial de comprendre comment lire une courbe de vitesse-couple, car il donne un aperçu de ce qu'un moteur est capable d'atteindre. Ces courbes représentent les caractéristiques de performance d'un moteur spécifique lorsqu'ils sont associés à un pilote particulier. Une fois le moteur opérationnel, sa sortie de couple est influencée par le type de lecteur et la tension appliquée. En conséquence, le même moteur peut présenter des courbes de vitesse de vitesse significativement différentes en fonction du conducteur utilisé.

Besfoc fournit ces courbes de vitesse de vitesse comme référence. Si vous utilisez un moteur avec un pilote qui a des notes de tension et de courant similaires, vous pouvez vous attendre à des performances comparables. Pour une expérience interactive, veuillez vous référer à la courbe de vitesse de vitesse fournie ci-dessous:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pour fonctionner dans la région entre le couple de traction et de retrait, le moteur doit initialement commencer dans la région de début / arrêt. Au fur et à mesure que le moteur commence à fonctionner, la vitesse d'impulsion augmente progressivement jusqu'à ce que la vitesse souhaitée soit atteinte. Pour arrêter le moteur, la vitesse est ensuite diminuée jusqu'à ce qu'elle tombe en dessous de la courbe de couple de traction.

Le couple est directement proportionnel au courant et le nombre de fil tourne dans le moteur. Pour augmenter le couple de 20%, le courant devrait également être augmenté d'environ 20%. Inversement, pour réduire le couple de 50%, le courant doit être réduit de 50%.

Cependant, en raison de la saturation magnétique, il n'y a aucun avantage à augmenter le courant au-delà du double du courant nominal, car au-delà de ce point, les augmentations supplémentaires n'amélioreront pas le couple. Fonctionnant à environ dix fois le courant nominal présente le risque de démagnétiser le rotor.

Tous nos moteurs sont équipés d'une isolation de classe B, qui peut résister à des températures jusqu'à 130 ° C avant le début de l'isolation. Pour assurer la longévité, nous vous recommandons de maintenir un différentiel de température de 30 ° C de l'intérieur vers l'extérieur, ce qui signifie que la température du boîtier extérieur ne doit pas dépasser 100 ° C.

L'inductance joue un rôle important dans les performances de couple à grande vitesse. Il explique pourquoi les moteurs ne présentent pas de niveaux de couple infiniment élevés. Chaque enroulement du moteur a des valeurs distinctes d'inductance et de résistance. L'inductance mesurée dans Henrys, divisée par la résistance dans les ohms, entraîne une constante de temps (en secondes). Cette constante de temps indique combien de temps il faut pour que la bobine atteigne 63% de son courant nominal. Par exemple, si le moteur est évalué sur 1 ampère, après une constante de temps, la bobine atteindra environ 0,63 ampères. Il faut généralement environ quatre à cinq constantes de temps pour que la bobine atteigne le courant complet (1 ampli). Étant donné que le couple est proportionnel au courant, si le courant n'atteint que 63%, le moteur produira environ 63% de son couple maximal après une constante de temps.

À basse vitesse, ce retard dans l'accumulation de courant n'est pas un problème car le courant peut efficacement entrer et sortir rapidement les bobines, permettant au moteur de fournir son couple nominal. Cependant, à des vitesses élevées, le courant ne peut pas augmenter suffisamment rapidement avant que la phase suivante ne change, entraînant une réduction du couple.

Impact de tension du conducteur

La tension du conducteur affecte considérablement les performances à grande vitesse d'un moteur pas à pas . Un rapport plus élevé de tension d'entraînement à la tension du moteur entraîne une amélioration des capacités à grande vitesse. En effet, les tensions élevées permettent au courant de s'écouler dans les enroulements plus rapidement que le seuil de 63% précédemment discuté.

Vibration

Lorsqu'un moteur pas à pas passe d'une étape à l'autre, le rotor ne s'arrête pas instantanément en position cible. Au lieu de cela, il passe devant la position finale, puis est tiré en arrière, dépassant dans la direction opposée et continue de osciller d'avant en arrière jusqu'à ce qu'il finisse par s'arrêter. Ce phénomène, appelé 'Ringing, ' se produit à chaque étape que le moteur fait (voir le diagramme interactif ci-dessous). Tout comme un cordon élastique, l'élan du rotor le transporte au-delà de son point d'arrêt, le faisant 'rebondir ' avant de s'installer au repos. Dans de nombreux cas, cependant, le moteur est invité à passer à l'étape suivante avant de s'arrêter complètement.

Les graphiques ci-dessous illustrent le comportement de sonnerie d'un moteur pas à pas dans diverses conditions de chargement. Lorsque le moteur est déchargé, il présente une sonnerie importante, ce qui se traduit par une vibration accrue. Cette vibration excessive peut entraîner le décrochage du moteur lorsqu'elle est déchargée ou légèrement chargée, car elle peut perdre la synchronisation. Par conséquent, il est essentiel de toujours tester un moteur pas à pas avec une charge appropriée.

Les deux autres graphiques décrivent les performances du moteur lorsqu'ils sont chargés. Le chargement correct du moteur aide à stabiliser son fonctionnement et à réduire les vibrations. Idéalement, la charge doit nécessiter entre 30% et 70% de la sortie de couple maximale du moteur. De plus, le rapport d'inertie de la charge au rotor doit se situer entre 1: 1 et 10: 1. Pour les mouvements plus courts et plus rapides, il est préférable que ce rapport soit plus proche de 1: 1 à 3: 1.

Assistance de Besfoc

Les spécialistes et ingénieurs d'application de Besfoc sont disponibles pour aider à un bon dimensionnement de moteur.

Résonance et vibration

UN Le moteur pas à pas connaîtra des vibrations considérablement augmentées lorsque la fréquence d'impulsion d'entrée coïncide avec sa fréquence naturelle, un phénomène appelé résonance. Cela se produit souvent environ 200 Hz. À la résonance, le dépassement et le sous-jugement du rotor sont considérablement amplifiés, augmentant la probabilité de manquer des étapes. Bien que la fréquence de résonance spécifique puisse varier avec l'inertie de charge, elle oscille généralement autour de 200 Hz.

Perte de pas dans les moteurs en 2 phases

Les moteurs pas à pas en 2 phases ne peuvent manquer des étapes que dans des groupes de quatre. Si vous remarquez que la perte de pas se produisant en multiples de quatre, cela indique que les vibrations font perdre la synchronisation du moteur ou que la charge peut être excessive. Inversement, si les étapes manquées ne sont pas en multiples de quatre, il y a une forte indication que le nombre d'impulsions est incorrect ou le bruit électrique influence les performances.

Résonance atténuante

Plusieurs stratégies peuvent aider à atténuer les effets de résonance. L'approche la plus simple consiste à éviter de fonctionner complètement à la vitesse résonnante. Depuis 200 Hz correspond à environ 60 tr / min pour un moteur en deux phases, ce n'est pas une vitesse extrêmement élevée. La plupart Le moteur pas à pas a une vitesse de démarrage maximale d'environ 1000 impulsions par seconde (PPS). Par conséquent, dans de nombreux cas, vous pouvez initier le fonctionnement du moteur à une vitesse supérieure à la fréquence de résonance.

Si vous devez démarrer le moteur à une vitesse inférieure à la fréquence de résonance, il est important d'accélérer rapidement à travers la plage de résonance pour minimiser les effets des vibrations.

Réduction de l'angle de pas

Une autre solution efficace consiste à utiliser un angle de pas plus petit. Les angles de pas plus grands ont tendance à entraîner un dépassement et un sous-chantier plus élevés. Si le moteur a une courte distance à parcourir, il ne générera pas suffisamment de force (couple) pour dépasser considérablement. En réduisant l'angle de pas, le moteur subit moins de vibrations. C'est l'une des raisons pour lesquelles les techniques de demi-pas et de microsépping sont si efficaces pour réduire les vibrations.

Assurez-vous de sélectionner le moteur en fonction des exigences de charge. Le dimensionnement moteur approprié peut entraîner de meilleures performances globales.

À l'aide d'amortisseurs

Les amortisseurs sont une autre option à considérer. Ces appareils peuvent être installés sur la tige arrière du moteur pour absorber une partie de l'énergie vibrationnelle, aidant à lisser le fonctionnement d'un moteur vibrant de manière rentable.

Moteurs pas à pas en phase

Une progression relativement nouvelle en La technologie du moteur pas à pas  est le moteur pas à pas en 5 phases. La différence la plus notable entre les moteurs en 2 phases et en 5 phases (voir le diagramme interactif ci-dessous) est le nombre de poteaux stator: les moteurs à deux phases ont 8 pôles (4 par phase), tandis que les moteurs à 5 phases comportent 10 pôles (2 par phase). La conception du rotor est similaire à celle d'un moteur en deux phases.

Dans un moteur en deux phases, chaque phase déplace le rotor par 1/4 dent de dents, tandis que dans un moteur en 5 phases, le rotor déplace 1/10 d'un pas dent en raison de sa conception. Avec un pas dent de 7,2 °, l'angle de pas pour le moteur à 5 phases devient 0,72 °. Cette construction permet au moteur à 5 phases d'atteindre 500 étapes par révolution, par rapport aux 200 étapes du moteur à 2 phases par révolution, fournissant une résolution de 2,5 fois supérieure à celle du moteur en 2 phases.

Une résolution plus élevée conduit à un angle de pas plus petit, ce qui réduit considérablement les vibrations. Étant donné que l'angle de pas du moteur à 5 phases est 2,5 fois plus petit que celui du moteur en 2 phases, il connaît des sonneries et des vibrations beaucoup plus faibles. Dans les deux types de moteurs, le rotor doit dépasser ou sous-tendre plus de 3,6 ° pour manquer les étapes. Avec l'angle de pas du moteur à 5 phases de seulement 0,72 °, il devient presque impossible pour le moteur de dépasser ou de sous-tendre une telle marge, entraînant une très faible probabilité de perdre la synchronisation.

Méthodes de conduite

Il existe quatre méthodes de conduite principales pour Moteur pas à pas S:

1. Drive des vagues (étape complète)

2. 2 phases sur (étape complète)

3. 1-2 phases sur (demi-pas)

4. Micro-étage

Vague de vagues

Dans le diagramme ci-dessous, la méthode d'entraînement des vagues est simplifiée pour illustrer ses principes. Chaque virage à 90 ° représenté dans l'illustration représente 1,8 ° de rotation du rotor dans un moteur réel.

Dans la méthode d'entraînement des vagues, également connue sous le nom de méthode 1-phase, une seule phase est sous tension à la fois. Lorsque la phase A est activée, elle crée un pôle Sud qui attire le pôle Nord du rotor. Ensuite, la phase A est désactivée et la phase B est activée, ce qui fait tourner le rotor à 90 ° (1,8 °), et ce processus se poursuit avec chaque phase étant sous tension individuellement.

Le lecteur d'onde fonctionne avec une séquence électrique en quatre étapes pour faire pivoter le moteur.

 

2 phases sur

Dans la méthode '2 phases sur ', les deux phases du moteur sont en continu.

Comme illustré ci-dessous, chaque virage à 90 ° correspond à une rotation du rotor de 1,8 °. Lorsque les phases A et B sont sous tension sous forme de pôles sud, le pôle Nord du rotor est également attiré par les deux pôles, ce qui le fait s'aligner directement au milieu. Au fur et à mesure que la séquence progresse et que les phases sont activées, le rotor tournera pour maintenir l'alignement entre les deux pôles énergisés.

La méthode '2 phases sur ' fonctionne à l'aide d'une séquence électrique en quatre étapes pour faire pivoter le moteur.

Les moteurs standard en 2 phases et en phases m de Besfoc utilisent cette méthode '2 phases sur '.

Le principal avantage des phases '2 sur ' sur la méthode '1 phase sur ' est le couple. Dans la méthode '1 phase sur ', une seule phase est activée à la fois, résultant en une seule unité de couple agissant sur le rotor. En revanche, la méthode '2 sur ' dynamise simultanément les deux phases, produisant deux unités de couple. Un vecteur de couple agit à la position de 12 heures et l'autre à la position de 3 heures. Lorsque ces deux vecteurs de couple sont combinés, ils créent un vecteur résultant à un angle de 45 ° avec une magnitude de 41,4% supérieure à celle d'un seul vecteur. Cela signifie que l'utilisation de la méthode '2 phases sur ' nous permet d'obtenir le même angle d'étape que la méthode '1 phase sur ' tout en fournissant 41% de couple de plus.

Les moteurs à cinq phases fonctionnent cependant quelque peu différemment. Au lieu d'utiliser la méthode '2 phases sur ', ils utilisent la méthode '4 phases sur '. Dans cette approche, quatre des phases sont activées simultanément chaque fois que le moteur fait un pas.

En conséquence, le moteur à cinq phases suit une séquence électrique en 10 étapes pendant le fonctionnement.

1-2 phases sur (demi-pas)

La méthode '1-2 sur ', également connue sous le nom de demi-pas, combine les principes des deux méthodes précédentes. Dans cette approche, nous dynamisons d'abord la phase A, provoquant l'alignement du rotor. Tout en gardant la phase A sous tension, nous activons ensuite la phase B. À ce stade, le rotor est également attiré par les pôles et les alignements au milieu, entraînant une rotation de 45 ° (ou 0,9 °). Ensuite, nous désactivons la phase A tout en continuant à dynamiser la phase B, permettant au moteur de faire une autre étape. Ce processus se poursuit, alternant entre une phase énergisante et deux phases. Ce faisant, nous avons réduit efficacement l'angle de pas en deux, ce qui aide à réduire les vibrations.

Pour un moteur à 5 phases, nous utilisons une stratégie similaire en alternant entre 4 phases sur et 5 phases.

Le mode demi-pas se compose d'une séquence électrique en huit étapes. Dans le cas d'un moteur à cinq phases utilisant la méthode '4-5 sur ', le moteur passe par une séquence électrique en 20 étapes.

Micro-étage

(Plus d'informations peuvent être ajoutées sur le microstepage si nécessaire.)

Microste

Le microstepping est une technique utilisée pour rendre les étapes plus petites encore plus fines. Plus les étapes sont petites, plus la résolution est élevée et plus les caractéristiques de vibration du moteur sont élevées. Dans le microste, une phase n'est ni complètement en marche ni entièrement éteint; Au lieu de cela, il est partiellement énergique. Les ondes sinusoïdales sont appliquées à la phase A et à la phase B, avec une différence de phase de 90 ° (ou 0,9 ° dans une phase à cinq phases moteur pas à pas ).

Lorsque la puissance maximale est appliquée à la phase A, la phase B est à zéro, ce qui fait que le rotor s'aligne avec la phase A. à mesure que le courant de la phase A diminue, le courant de la phase B augmente, permettant au rotor de prendre de minuscules étapes vers la phase B. Ce processus se poursuit à mesure que le courant cycle entre les deux phases, ce qui entraîne un mouvement de microstèce lisse.

Cependant, le microsteping présente certains défis, principalement en ce qui concerne la précision et le couple. Étant donné que les phases ne sont que partiellement sous tension, le moteur subit généralement une réduction de couple d'environ 30%. De plus, comme le différentiel de couple entre les étapes est minime, le moteur peut avoir du mal à surmonter une charge, ce qui peut entraîner des situations où le moteur est ordonné de déplacer plusieurs étapes avant de commencer à se déplacer. Dans de nombreux cas, l'intégration des encodeurs est nécessaire pour créer un système en boucle fermée, bien que cela ajoute au coût global.

Systèmes de moteur pas à pas

Systèmes de boucle ouverte
Systèmes de boucle fermée
Systèmes

Boucle ouverte

Les moteurs pas à pas sont généralement conçus comme des systèmes de boucle ouverte. Dans cette configuration, un générateur d'impulsions envoie des impulsions au circuit de séquençage de phase. Le séquenceur de phase détermine quelles phases doivent être activées ou désactivées, comme décrit précédemment dans les méthodes complètes et demi-pas. Le séquenceur contrôle les FET haute puissance pour activer le moteur.

Cependant, dans un système de boucle ouverte, il n'y a pas de vérification de la position, ce qui signifie qu'il n'y a aucun moyen de confirmer si le moteur a exécuté le mouvement commandé.

Boucle fermée

L'une des méthodes les plus courantes pour mettre en œuvre un système en boucle fermée est d'ajouter un encodeur à l'arbre arrière d'un moteur à double tête. L'encodeur se compose d'un disque mince marqué de lignes qui tournent entre un émetteur et un récepteur. Chaque fois qu'une ligne passe entre ces deux composants, il génère une impulsion sur les lignes de signal.

Ces impulsions de sortie sont ensuite renvoyées au contrôleur, ce qui en tient compte. En règle générale, à la fin d'un mouvement, le contrôleur compare le nombre d'impulsions qu'il a envoyées au conducteur avec le nombre d'impulsions reçues de l'encodeur. Une routine spécifique est exécutée selon laquelle, si les deux dénombrements diffèrent, le système s'ajuste pour corriger l'écart. Si les dénombrements correspondent, cela indique qu'aucune erreur n'a eu lieu et que le mouvement peut se poursuivre en douceur.

Inconvénients des systèmes de boucle fermée

Le système en boucle fermée est livré avec deux principaux inconvénients: le coût (et la complexité) et le temps de réponse. L'inclusion d'un encodeur ajoute aux dépenses globales du système, ainsi que la sophistication accrue du contrôleur, ce qui contribue au coût total. De plus, comme les corrections ne sont effectuées qu'à la fin d'un mouvement, cela peut introduire des retards dans le système, ralentissant potentiellement les temps de réponse.

Système de service

Une alternative aux systèmes pas à pas en boucle fermée est un système de servomoteur. Les systèmes de servo utilisent généralement des moteurs à faible nombre de poteaux, permettant des performances à grande vitesse mais manquant de capacité de positionnement inhérente. Pour convertir un servo en un dispositif de position, des mécanismes de rétroaction sont nécessaires, à l'aide d'un codeur ou d'un résolveur avec des boucles de contrôle.

Dans un système de servo, le moteur est activé et désactivé jusqu'à ce que le résolveur indique qu'une position spécifiée a été atteinte. Par exemple, si le servo est invité à déplacer 100 révolutions, il commence par le nombre de résolvants à zéro. Le moteur fonctionne jusqu'à ce que le nombre de résolvants atteigne 100 révolutions, à quel point il s'éteint. S'il y a un décalage de position, le moteur est réactivé pour corriger la position.

La réponse du servo aux erreurs de position est influencée par un paramètre de gain. Un réglage de gain élevé permet au moteur de réagir rapidement aux modifications d'erreur, tandis qu'un paramètre à faible gain entraîne une réponse plus lente. Cependant, le réglage des paramètres de gain peut introduire des retards dans le système de contrôle de mouvement, affectant les performances globales.

Systèmes de moteur pas à pas en boucle fermée en alphaste

Alphastep est innovant de Besfoc Solution de moteur pas à pas  , avec un résolveur intégré qui offre une rétroaction de position en temps réel. Cette conception garantit que la position exacte du rotor est connue à tout moment, améliorant la précision et la fiabilité du système.

Systèmes de moteur pas à pas en boucle fermée en alphaste

Le pilote alphastep propose un compteur d'entrée qui suit toutes les impulsions envoyées au lecteur. Simultanément, la rétroaction du résolveur est dirigée vers un compteur de position du rotor, permettant une surveillance continue de la position du rotor. Toutes les écarts sont enregistrés dans un compteur de déviation.

En règle générale, le moteur fonctionne en mode boucle ouverte, générant des vecteurs de couple pour que le moteur puisse suivre. Cependant, si le compteur de déviation indique une divergence supérieure à ± 1,8 °, le séquenceur de phase active le vecteur de couple à la section supérieure de la courbe de déplacement de couple. Cela génère un couple maximal pour réaligner le rotor et le ramener dans le synchronisme. Si le moteur est éteint par plusieurs étapes, le séquenceur dynamise plusieurs vecteurs de couple à l'extrémité haute de la courbe de déplacement de couple. Le conducteur peut gérer des conditions de surcharge jusqu'à 5 secondes; S'il ne restaure pas le synchronisme dans ce délai, un défaut est déclenché et une alarme est émise.

Une caractéristique remarquable du système alphastep est sa capacité à apporter des corrections en temps réel pour toutes les étapes manquées. Contrairement aux systèmes traditionnels qui attendent jusqu'à la fin d'un mouvement pour corriger les erreurs, le conducteur en alphastep prend des mesures correctives dès que le rotor tombe en dehors de la plage de 1,8 °. Une fois que le rotor est de retour dans cette limite, le conducteur revient en mode boucle ouvrir et reprend les énergies de phase appropriées.

Le graphique d'accompagnement illustre la courbe de déplacement du couple, mettant en évidence les modes opérationnels du système - boucle ouverte et boucle fermée. La courbe de déplacement du couple représente le couple généré par une monophasie, atteignant un couple maximal lorsque la position du rotor s'écarte de 1,8 °. Un pas ne peut être manqué que si le rotor dépasse de plus de 3,6 °. Étant donné que le conducteur prend le contrôle du vecteur de couple chaque fois que l'écart dépasse 1,8 °, il est peu probable que le moteur manque des étapes à moins qu'il ne subisse une surcharge de plus de 5 secondes.

Précision des étapes de l'alphastep

Beaucoup de gens croient à tort que la précision des pas du moteur alphaste-sable est de ± 1,8 °. En réalité, l'alphastep a une précision de pas de 5 minutes d'arc (0,083 °). Le conducteur gère les vecteurs de couple lorsque le rotor est à l'extérieur de la plage de 1,8 °. Une fois que le rotor se situe dans cette plage, les dents du rotor s'alignent précisément avec le vecteur de couple généré. L'alphastep garantit que la bonne dent s'aligne sur le vecteur de couple actif.

La série Alphastep est disponible en différentes versions. Besfoc propose à la fois l'arbre rond et les modèles à engrenages avec plusieurs rapports de vitesse pour améliorer la résolution et le couple ou pour minimiser l'inertie réfléchie. La plupart des versions peuvent être équipées d'un frein magnétique à sécurité défaillante. De plus, Besfoc fournit une version de 24 VDC appelée la série ASC.

Conclusion

En conclusion, les moteurs pas à pas conviennent très bien aux applications de positionnement. Ils permettent un contrôle précis de la distance et de la vitesse simplement en variant le nombre et la fréquence d'impulsions. Leur nombre de pôles élevés permet une précision, même lorsqu'elle fonctionne en mode boucle ouverte. Lorsqu'il est correctement dimensionné pour une application spécifique, un Le moteur pas à pas ne manquera pas les étapes. De plus, comme ils ne nécessitent pas de rétroaction de position, les moteurs pas à pas sont une solution rentable.