Vues : 0 Auteur : Éditeur du site Heure de publication : 2025-04-18 Origine : Site
UN Le moteur pas à pas est un type de moteur électrique qui se déplace par étapes précises et fixes plutôt que de tourner en continu comme un moteur ordinaire. Il est couramment utilisé dans les applications où un contrôle de position précis est requis, telles que les imprimantes 3D, les machines CNC, la robotique et les plates-formes de caméras.
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 classiques, qui assurent une rotation continue, les moteurs pas à pas tournent par étapes discrètes, ce qui les rend idéaux pour les applications nécessitant un positionnement précis.
Chaque impulsion électrique envoyée à un moteur pas à pas par son pilote entraîne un mouvement précis : chaque impulsion correspond à une étape spécifique. La vitesse à laquelle le moteur tourne est directement corrélée à la fréquence de ces impulsions : plus les impulsions sont envoyées rapidement, plus la rotation est rapide.
L'un des principaux avantages de Les moteurs pas à pas sont leur contrôle facile. La plupart des pilotes fonctionnent avec des impulsions de 5 volts, compatibles avec les circuits intégrés courants. Vous pouvez soit concevoir un circuit pour générer ces impulsions, soit utiliser un générateur d'impulsions d'entreprises comme BesFoc.
Malgré leurs imprécisions 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 pas. Par exemple, si un moteur pas à pas standard fait un pas, il tournera de 1,8° ± 0,05°. Même après un million de pas, l'écart total n'est 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 et leur accélération rapides en raison de la faible inertie de leur rotor, leur permettant d'atteindre rapidement des vitesses élevées. Cela les rend particulièrement adaptés aux applications nécessitant des mouvements courts et rapides.
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 petits incréments contrôlés.
Un moteur pas à pas comporte deux parties principales :
Stator – la partie fixe avec des bobines (électroaimants).
Rotor – la partie rotative, souvent un aimant ou en fer.
Lorsque le courant électrique circule dans les bobines du stator, il crée des champs magnétiques.
Ces champs attirent le rotor.
En allumant et éteignant les bobines dans une séquence spécifique, le rotor est tiré étape par étape dans un mouvement circulaire.
Chaque fois qu'une bobine est alimentée, le rotor se déplace d'un petit angle (appelé pas).
Par exemple, si un moteur a 200 pas par tour, chaque pas déplace le rotor de 1,8°.
Le moteur peut tourner vers l'avant ou vers l'arrière selon l'ordre des impulsions envoyées aux bobines.
UN Le pilote du moteur pas à pas envoie des impulsions électriques aux bobines du 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.
L'illustration ci-dessous représente un système de moteur pas à pas standard, composé de plusieurs composants essentiels qui fonctionnent ensemble. Les performances de chaque élément influencent la fonctionnalité globale du système.
Au cœur du système se trouve l'ordinateur ou l'automate programmable (PLC). Ce composant agit comme le cerveau, contrôlant non seulement le moteur pas à pas mais également l’ensemble de la machine. Il peut effectuer diverses tâches, comme soulever un ascenseur ou déplacer un tapis roulant. En fonction de la complexité requise, ce contrôleur peut aller d'un PC ou d'un API sophistiqué à un simple bouton-poussoir d'opérateur.
Vient ensuite l'indexeur ou la carte PLC, qui communique des instructions spécifiques au moteur pas à pas . Il génère le nombre d'impulsions requis 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 génératrice d'impulsions qui se branche sur un automate. Quelle que soit sa forme, cet élément est crucial pour le fonctionnement du moteur.
Le pilote de moteur se compose de quatre éléments clés :
Logique pour le contrôle de phase : Cette unité logique reçoit des impulsions de l'indexeur et détermine quelle phase du moteur doit être activée. La mise sous tension des phases doit suivre une séquence spécifique pour garantir le bon fonctionnement du moteur.
Alimentation logique : il s'agit d'une alimentation basse tension qui alimente les circuits intégrés (CI) du pilote, fonctionnant généralement autour de 5 volts, en fonction du jeu de puces ou de la conception.
Alimentation du moteur : Cette alimentation fournit la tension nécessaire pour alimenter le moteur, généralement autour de 24 V CC, bien qu'elle puisse être plus élevée en fonction de l'application.
Amplificateur de puissance : ce composant est constitué de transistors qui permettent au courant de circuler dans les phases du moteur. Ces transistors sont activés et désactivés dans le bon ordre pour faciliter le mouvement du moteur.
Enfin, tous ces composants travaillent ensemble pour déplacer la charge, qui peut être une vis mère, un disque ou une bande transporteuse, selon l'application spécifique.
Il existe trois principaux types de moteurs pas à pas :
Ces moteurs comportent des dents sur le rotor et le stator mais n'incluent pas d'aimant permanent. En conséquence, ils manquent de couple de détente, ce qui signifie qu’ils ne maintiennent pas leur position lorsqu’ils ne sont pas sous tension.
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 leur position lorsque l'alimentation est coupée.
BesFoc se spécialise exclusivement dans l'Hybride moteur pas à pas s. Ces moteurs fusionnent les propriétés magnétiques des aimants permanents avec la conception dentée des moteurs à réluctance variable. Le rotor est magnétisé axialement, ce qui signifie que dans une configuration typique, la moitié supérieure est un pôle nord et la moitié inférieure est un pôle sud.
Le rotor est constitué de deux coupelles dentées comportant chacune 50 dents. Ces coupelles sont décalées de 3,6°, permettant un positionnement précis. Vu de dessus, vous pouvez voir qu'une dent de la coupelle du pôle nord s'aligne avec une dent de la coupelle du pôle sud, créant ainsi un système d'engrenage efficace.
Les moteurs pas à pas hybrides fonctionnent sur une construction biphasée, chaque phase contenant quatre pôles espacés de 90°. Chaque pôle d'une phase est enroulé de telle sorte que les pôles espacés de 180° aient la même polarité, tandis que les polarités sont opposées pour ceux espacés de 90°. En inversant le courant dans n'importe quelle phase, la polarité du pôle statorique correspondant peut également être inversée, permettant au moteur de convertir n'importe quel pôle statorique en pôle nord ou sud.
Le rotor du moteur pas à pas comporte 50 dents, avec un pas de 7,2° entre chaque dent. Pendant le fonctionnement du moteur, l'alignement des dents du rotor avec les dents du stator peut varier. En particulier, il peut être décalé de trois quarts de pas de dent, d'un demi-pas de dent ou d'un quart de pas de dent. Lorsque le moteur fait un pas, il emprunte naturellement le chemin le plus court pour se réaligner, ce qui se traduit par un mouvement de 1,8° par pas (puisque 1/4 de 7,2° équivaut 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 entraîne une amélioration du couple et de la précision. BesFoc propose des moteurs pas à pas « haute résolution », qui ont la moitié du pas de dent de leurs modèles standard. Ces rotors haute résolution comportent 100 dents, ce qui donne un angle de 3,6° entre chaque dent. Avec cette configuration, un mouvement de 1/4 de pas de dent correspond à un pas plus petit de 0,9°.
En conséquence, les modèles « haute résolution » offrent le double de la résolution des moteurs standard, atteignant 400 pas par tour contre 200 pas par tour dans les modèles standard. Des angles de pas plus petits conduisent également à des vibrations plus faibles, puisque chaque pas est moins prononcé et plus progressif.
Le schéma ci-dessous illustre une coupe transversale d'un moteur pas à pas triphasé. Ce moteur se compose principalement de deux parties principales : le stator et le rotor. Le rotor lui-même est composé de trois composants : la coupelle du rotor 1, la coupelle du rotor 2 et un aimant permanent. Le rotor est magnétisé dans le sens axial ; par exemple, si la coupelle du rotor 1 est désignée comme le pôle nord, la coupelle du rotor 2 sera le pôle sud.
Le stator comporte 10 pôles magnétiques, chacun équipé de petites dents et d'enroulements correspondants. Ces bobinages sont conçus pour que chacun soit relié au bobinage de son pôle opposé. Lorsque le courant circule dans une paire d’enroulements, les pôles qu’ils connectent se magnétisent dans la même direction, soit vers le nord, soit vers le sud.
Chaque paire de pôles opposés forme une phase du moteur. Étant donné qu'il y a 10 pôles magnétiques au total, cela se traduit par cinq phases distinctes au sein de ce plan à 5 phases. moteur pas à pas.
Il est important de noter que chaque coupelle de rotor comporte 50 dents le long de son périmètre extérieur. Les dents de la coupelle de rotor 1 et de la coupelle de rotor 2 sont mécaniquement décalées l'une par rapport à l'autre d'un demi-pas de dent, permettant un alignement et un mouvement précis pendant le fonctionnement.
Comprendre comment lire une courbe vitesse-couple est crucial, car cela donne un aperçu de ce qu'un moteur est capable d'accomplir. Ces courbes représentent les caractéristiques de performance d'un moteur spécifique lorsqu'il est associé à un pilote particulier. Une fois le moteur opérationnel, son couple de sortie est influencé par le type de variateur et la tension appliquée. En conséquence, un même moteur peut présenter des courbes vitesse-couple très différentes selon le pilote utilisé.
BesFoc fournit ces courbes vitesse-couple à titre de référence. Si vous utilisez un moteur avec un pilote ayant des valeurs de tension et de courant similaires, vous pouvez vous attendre à des performances comparables. Pour une expérience interactive, veuillez vous référer à la courbe vitesse-couple ci-dessous :
Couple de maintien
Il s'agit de la quantité de couple produite par le moteur lorsqu'il est au repos, le courant nominal circulant dans ses enroulements.
Région de démarrage/arrêt
Cette section indique les valeurs de couple et de vitesse auxquelles le moteur peut démarrer, s'arrêter ou s'inverser instantanément.
Couple d'entrée
Il s'agit des valeurs de couple et de vitesse qui permettent au moteur de démarrer, d'arrêter ou d'inverser tout en restant synchronisé avec les impulsions d'entrée.
Couple de retrait
Il s'agit des valeurs de couple et de vitesse auxquelles le moteur peut fonctionner sans caler, en maintenant la synchronisation avec les phases d'entrée. Il représente le couple maximum que le moteur peut délivrer en fonctionnement.
Vitesse de démarrage maximale
Il s'agit de la vitesse la plus élevée à laquelle le moteur peut démarrer lorsqu'aucune charge n'est appliquée.
Vitesse de fonctionnement maximale
Ceci indique la vitesse la plus rapide que le moteur peut atteindre lorsqu'il fonctionne sans charge.
Pour fonctionner dans la zone comprise entre le couple d'entrée et de sortie, le moteur doit d'abord démarrer dans la région de démarrage/arrêt. Au fur et à mesure que le moteur commence à fonctionner, la fréquence du pouls 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 d'appel.
Le couple est directement proportionnel au courant et au nombre de tours de fil dans le moteur. Pour augmenter le couple de 20 %, le courant doit également être augmenté d'environ 20 %. A l’inverse, pour diminuer le couple de 50 %, il faut réduire le courant de 50 %.
Cependant, en raison de la saturation magnétique, il n'y a aucun avantage à augmenter le courant au-delà de deux fois le courant nominal, car au-delà de ce point, des augmentations supplémentaires n'amélioreront pas le couple. Un fonctionnement à environ dix fois le courant nominal présente un risque de démagnétisation du rotor.
Tous nos moteurs sont équipés d'une isolation de classe B, qui peut résister à des températures allant jusqu'à 130°C avant que l'isolation ne commence à se dégrader. Pour garantir la longévité, nous recommandons de maintenir un différentiel de température de 30°C de l'intérieur vers l'extérieur, ce qui signifie que la température extérieure du boîtier ne doit pas dépasser 100°C.
L'inductance joue un rôle important dans les performances du couple à grande vitesse. Cela explique pourquoi les moteurs ne présentent pas des niveaux de couple infiniment élevés. Chaque enroulement du moteur a des valeurs distinctes d'inductance et de résistance. L'inductance mesurée en Henrys, divisée par la résistance en ohms, donne une constante de temps (en secondes). Cette constante de temps indique le temps nécessaire à la bobine pour atteindre 63 % de son courant nominal. Par exemple, si le moteur est évalué à 1 ampère, après une constante de temps, la bobine atteindra environ 0,63 ampère. Il faut généralement environ quatre à cinq constantes de temps pour que la bobine atteigne son courant maximum (1 ampère). Puisque le couple est proportionnel au courant, si le courant n'atteint que 63 %, le moteur produira environ 63 % de son couple maximum après une constante de temps.
À basse vitesse, ce retard dans l'accumulation de courant n'est pas un problème puisque le courant peut effectivement entrer et sortir rapidement des bobines, permettant au moteur de délivrer son couple nominal. Cependant, à des vitesses élevées, le courant ne peut pas augmenter assez rapidement avant le changement de phase suivant, ce qui entraîne une réduction du couple.
La tension du pilote affecte considérablement les performances à grande vitesse d'un moteur pas à pas . Un rapport plus élevé entre la tension du variateur et la tension du moteur entraîne des capacités améliorées à grande vitesse. En effet, des tensions élevées permettent au courant de circuler dans les enroulements plus rapidement que le seuil de 63 % évoqué précédemment.
Lorsqu'un moteur pas à pas passe d'une étape à l'autre, le rotor ne s'arrête pas instantanément à la position cible. Au lieu de cela, il dépasse la position finale, puis recule, dépasse dans la direction opposée et continue d'osciller d'avant en arrière jusqu'à ce qu'il finisse par s'arrêter. Ce phénomène, appelé « sonnerie », se produit à chaque pas effectué par le moteur (voir le schéma interactif ci-dessous). Tout comme un élastique, l'élan du rotor le transporte au-delà de son point d'arrêt, le faisant « rebondir » avant de se stabiliser. Dans de nombreux cas, cependant, le moteur reçoit l'ordre de 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 charge. Lorsque le moteur est déchargé, il présente des bourdonnements importants, ce qui se traduit par une augmentation des vibrations. Cette vibration excessive peut entraîner le calage du moteur lorsqu'il est déchargé ou légèrement chargé, car il peut perdre la synchronisation. Il est donc essentiel de toujours tester un moteur pas à pas avec une charge appropriée.
Les deux autres graphiques représentent les performances du moteur lorsqu'il est chargé. Charger correctement le moteur aide à stabiliser son fonctionnement et à réduire les vibrations. Idéalement, la charge devrait nécessiter entre 30 % et 70 % du couple de sortie maximal du moteur. De plus, le rapport d'inertie de la charge sur le rotor doit être compris entre 1:1 et 10:1. Pour des mouvements plus courts et plus rapides, il est préférable que ce rapport soit plus proche de 1:1 à 3:1.
Les spécialistes des applications et les ingénieurs de BesFoc sont disponibles pour vous aider à dimensionner correctement le moteur.
UN Le moteur pas à pas subira des vibrations considérablement accrues lorsque la fréquence d'impulsion d'entrée coïncide avec sa fréquence naturelle, un phénomène connu sous le nom de résonance. Cela se produit souvent autour de 200 Hz. À la résonance, les dépassements excessifs et inférieurs du rotor sont considérablement amplifiés, augmentant ainsi le risque de manques d'étapes. Bien que la fréquence de résonance spécifique puisse varier en fonction de l'inertie de la charge, elle oscille généralement autour de 200 Hz.
Les moteurs pas à pas biphasés ne peuvent manquer des étapes que par groupes de quatre. Si vous remarquez une perte de pas se produisant par multiples de quatre, cela indique que les vibrations entraînent une perte de synchronisation du moteur ou que la charge peut être excessive. À l’inverse, si les pas manqués ne sont pas des multiples de quatre, il y a une forte indication que soit le nombre d’impulsions est incorrect, soit que le bruit électrique influence les performances.
Plusieurs stratégies peuvent aider à atténuer les effets de résonance. L’approche la plus simple consiste à éviter complètement de fonctionner à la vitesse de résonance. Puisque 200 Hz correspond à environ 60 tr/min pour un moteur biphasé, ce n'est pas une vitesse extrêmement élevée. La plupart Les moteurs pas à pas ont une vitesse de démarrage maximale d'environ 1 000 impulsions par seconde (pps). Par conséquent, dans de nombreux cas, vous pouvez démarrer 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 sur la plage de résonance afin de minimiser les effets des vibrations.
Une autre solution efficace consiste à utiliser un angle de pas plus petit. Des angles de pas plus grands ont tendance à entraîner des dépassements supérieurs et inférieurs plus importants. 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 micropas sont si efficaces pour réduire les vibrations.
Assurez-vous de sélectionner le moteur en fonction des exigences de charge. Un dimensionnement approprié du moteur peut conduire à de meilleures performances globales.
Les amortisseurs sont une autre option à considérer. Ces dispositifs peuvent être installés sur l'arbre arrière du moteur pour absorber une partie de l'énergie vibratoire, contribuant ainsi à faciliter le fonctionnement d'un moteur vibrant de manière rentable.
Une avancée relativement nouvelle dans La technologie du moteur pas à pas est le moteur pas à pas à 5 phases. La différence la plus notable entre les moteurs biphasés et triphasés (voir le schéma interactif ci-dessous) est le nombre de pôles du stator : les moteurs biphasés ont 8 pôles (4 par phase), tandis que les moteurs triphasés comportent 10 pôles (2 par phase). La conception du rotor est similaire à celle d'un moteur biphasé.
Dans un moteur biphasé, chaque phase déplace le rotor de 1/4 de pas de dent, tandis que dans un moteur à 5 phases, le rotor se déplace de 1/10 de pas de dent en raison de sa conception. Avec un pas de dent de 7,2°, l'angle de pas du moteur triphasé devient 0,72°. Cette construction permet au moteur triphasé d'atteindre 500 pas par tour, contre 200 pas par tour pour le moteur biphasé, offrant une résolution 2,5 fois supérieure à celle du moteur biphasé.
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 triphasé est 2,5 fois plus petit que celui du moteur biphasé, il subit des bourdonnements et des vibrations beaucoup plus faibles. Dans les deux types de moteurs, le rotor doit dépasser ou sous-dépasser de plus de 3,6° pour rater des pas. Avec l'angle de pas du moteur triphasé de seulement 0,72°, il devient presque impossible pour le moteur de dépasser ou de sous-dépasser une telle marge, ce qui entraîne une très faible probabilité de perte de synchronisation.
Il existe quatre méthodes de lecteur principales pour Moteur pas à pas :
Wave Drive (étape complète)
2 phases activées (étape complète)
1-2 phases allumées (demi-pas)
Micropas
Dans le schéma ci-dessous, la méthode d'entraînement par vagues est simplifiée pour illustrer ses principes. Chaque tour de 90° représenté dans l'illustration représente 1,8° de rotation du rotor dans un moteur réel.
Dans la méthode d'entraînement par vagues, également connue sous le nom de méthode ON monophasée, une seule phase est alimentée 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, provoquant une rotation du rotor de 90° (1,8°), et ce processus se poursuit avec chaque phase étant alimentée individuellement.
Le moteur à vagues fonctionne avec une séquence électrique en quatre étapes pour faire tourner le moteur.
Dans la méthode d'entraînement « 2 phases activées », les deux phases du moteur sont alimentées en continu.
Comme illustré ci-dessous, chaque tour de 90° correspond à une rotation du rotor de 1,8°. Lorsque les phases A et B sont alimentées en tant que pôles sud, le pôle nord du rotor est attiré de manière égale vers les deux pôles, ce qui l'amène à 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 sous tension.
La méthode « 2 phases activées » fonctionne en utilisant une séquence électrique en quatre étapes pour faire tourner le moteur.
Les moteurs standard biphasés et biphasés de type M de BesFoc utilisent cette méthode d'entraînement « 2 phases activées ».
Le principal avantage de la méthode « 2 phases activées » par rapport à la méthode « 1 phase activée » est le couple. Dans la méthode « 1 Phase On », une seule phase est activée à la fois, ce qui entraîne une seule unité de couple agissant sur le rotor. En revanche, la méthode « 2 Phases On » alimente les deux phases simultanément, produisant deux unités de couple. Un vecteur de couple agit à la position 12 heures et l'autre à la position 3 heures. Lorsque ces deux vecteurs de couple sont combinés, ils créent un vecteur résultant à un angle de 45° avec une amplitude 41,4 % supérieure à celle d'un seul vecteur. Cela signifie que l'utilisation de la méthode « 2 phases activées » nous permet d'obtenir le même angle de pas que la méthode « 1 phase activée » tout en délivrant 41 % de couple en plus.
Les moteurs triphasés fonctionnent cependant un peu différemment. Au lieu d'employer la méthode « 2 phases activées », ils utilisent la méthode « 4 phases activées ». Dans cette approche, quatre des phases sont activées simultanément à chaque fois que le moteur fait un pas.
En conséquence, le moteur cinq phases suit une séquence électrique en 10 étapes pendant son fonctionnement.
La méthode « 1-2 Phases On », également connue sous le nom de half stepping, combine les principes des deux méthodes précédentes. Dans cette approche, nous alimentons d’abord la phase A, provoquant l’alignement du rotor. Tout en gardant la phase A sous tension, on active ensuite la phase B. À ce stade, le rotor est également attiré vers les deux pôles et s’aligne au milieu, ce qui entraîne une rotation de 45° (ou 0,9°). Ensuite, nous éteignons la phase A tout en continuant à alimenter la phase B, permettant au moteur de faire un pas de plus. Ce processus se poursuit en alternant entre la mise sous tension d'une phase et de deux phases. Ce faisant, nous réduisons efficacement l’angle de marche de moitié, ce qui contribue à réduire les vibrations.
Pour un moteur triphasé, nous employons une stratégie similaire en alternant entre 4 phases allumées et 5 phases allumées.
Le mode demi-pas consiste en une séquence électrique en huit étapes. Dans le cas d'un moteur cinq phases utilisant la méthode « 4-5 phases activées », le moteur passe par une séquence électrique de 20 étapes.
(Plus d'informations peuvent être ajoutées sur le micropas si nécessaire.)
Le micropas est une technique utilisée pour rendre les petits pas encore plus fins. Plus les pas sont petits, plus la résolution est élevée et meilleures sont les caractéristiques vibratoires du moteur. En micropas, une phase n'est ni complètement activée ni complètement désactivée ; au lieu de cela, il est partiellement alimenté. Les ondes sinusoïdales sont appliquées à la fois à la phase A et à la phase B, avec une différence de phase de 90° (ou 0,9° dans un système 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 entraîne l'alignement du rotor avec la phase A. À mesure que le courant vers la phase A diminue, le courant vers la phase B augmente, permettant au rotor de faire de petits pas vers la phase B. Ce processus se poursuit tandis que le courant circule entre les deux phases, ce qui entraîne un mouvement de micropas fluide.
Cependant, le micropas présente certains défis, principalement en termes de précision et de couple. Étant donné que les phases ne sont que partiellement alimentées, le moteur subit généralement une réduction de couple d'environ 30 %. De plus, étant donné que 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 dans lesquelles le moteur doit se déplacer de plusieurs étapes avant de commencer réellement à se déplacer. Dans de nombreux cas, l’intégration d’encodeurs est nécessaire pour créer un système en boucle fermée, même si cela augmente le coût global.
Systèmes en boucle ouverte
Systèmes en boucle fermée
Systèmes d'asservissement
Les moteurs pas à pas sont généralement conçus comme des systèmes en boucle ouverte. Dans cette configuration, un générateur d'impulsions envoie des impulsions au circuit de séquencement de phases. Le séquenceur de phases détermine quelles phases doivent être activées ou désactivées, comme décrit précédemment dans les méthodes pas à pas complet et demi-pas. Le séquenceur contrôle les FET haute puissance pour activer le moteur.
Cependant, dans un système en boucle ouverte, il n'y a aucune vérification de position, ce qui signifie qu'il n'y a aucun moyen de confirmer si le moteur a exécuté le mouvement commandé.
L'une des méthodes les plus courantes pour mettre en œuvre un système en boucle fermée consiste à ajouter un encodeur à l'arbre arrière d'un moteur à double arbre. L'encodeur est constitué d'un disque fin marqué de lignes qui tourne entre un émetteur et un récepteur. Chaque fois qu'une ligne passe entre ces deux composants, elle génère une impulsion sur les lignes de signal.
Ces impulsions de sortie sont ensuite renvoyées au contrôleur, qui en tient compte. Généralement, 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 par laquelle, si les deux comptes diffèrent, le système s'ajuste pour corriger l'écart. Si les comptes correspondent, cela indique qu’aucune erreur ne s’est produite et que le mouvement peut continuer sans problème.
Le système en boucle fermée présente deux inconvénients principaux : le coût (et la complexité) et le temps de réponse. L'inclusion d'un encodeur augmente les dépenses globales du système, ainsi que la sophistication accrue du contrôleur, qui contribue au coût total. De plus, étant donné que 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.
Une alternative aux systèmes pas à pas en boucle fermée est un système servo. Les systèmes servo utilisent généralement des moteurs avec un faible nombre de pôles, permettant des performances à grande vitesse mais manquant de capacité de positionnement inhérente. Pour convertir un servo en dispositif de position, des mécanismes de rétroaction sont nécessaires, utilisant souvent un encodeur ou un résolveur ainsi que des boucles de contrôle.
Dans un système d'asservissement, 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 doit effectuer 100 tours, il commence avec le compteur du résolveur à zéro. Le moteur tourne jusqu'à ce que le nombre de tours du résolveur atteigne 100 tours, après quoi il s'éteint. En cas de changement de position, le moteur est réactivé pour corriger la position.
La réponse du servo aux erreurs de position est influencée par un réglage de gain. Un réglage de gain élevé permet au moteur de réagir rapidement aux changements d'erreur, tandis qu'un réglage de gain faible entraîne une réponse plus lente. Cependant, l'ajustement des paramètres de gain peut introduire des retards dans le système de contrôle de mouvement, affectant les performances globales.
AlphaStep est la solution innovante de BesFoc Solution de moteur pas à pas , dotée d'un résolveur intégré qui offre un retour de position en temps réel. Cette conception garantit que la position exacte du rotor est connue à tout moment, améliorant ainsi la précision et la fiabilité du système.
Le pilote AlphaStep dispose d'un compteur d'entrée qui suit toutes les impulsions envoyées au lecteur. Simultanément, le retour du résolveur est dirigé vers un compteur de position du rotor, permettant une surveillance continue de la position du rotor. Tout écart est enregistré dans un compteur d'écarts.
Généralement, le moteur fonctionne en mode boucle ouverte, générant des vecteurs de couple que le moteur doit suivre. Cependant, si le compteur d'écart indique un écart supérieur à ± 1,8°, le séquenceur de phases active le vecteur couple dans la partie supérieure de la courbe de déplacement du couple. Cela génère un couple maximal pour réaligner le rotor et le ramener en synchronisme. Si le moteur est arrêté de plusieurs pas, le séquenceur excite plusieurs vecteurs de couple à l'extrémité supérieure de la courbe de déplacement de couple. Le conducteur peut gérer des conditions de surcharge pendant 5 secondes maximum ; s'il ne parvient pas à rétablir 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 à toute étape manquée. Contrairement aux systèmes traditionnels qui attendent la fin d'un mouvement pour corriger les erreurs éventuelles, le pilote AlphaStep prend des mesures correctives dès que le rotor sort de la plage de 1,8°. Une fois que le rotor est revenu dans cette limite, le pilote revient en mode boucle ouverte et reprend les excitations de phase appropriées.
Le graphique ci-joint illustre la courbe de déplacement de couple, mettant en évidence les modes de fonctionnement du système : boucle ouverte et boucle fermée. La courbe de déplacement du couple représente le couple généré par une seule phase, atteignant le couple maximum 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 couple chaque fois que l'écart dépasse 1,8°, il est peu probable que le moteur manque des pas à moins qu'il ne subisse une surcharge durant plus de 5 secondes.
Beaucoup de gens croient à tort que la précision des pas du moteur AlphaStep 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 couple lorsque le rotor est en dehors 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 avec le vecteur de couple actif.
La série AlphaStep est disponible en différentes versions. BesFoc propose des modèles à arbre rond et à engrenages avec plusieurs rapports de démultiplication pour améliorer la résolution et le couple ou pour minimiser l'inertie réfléchie. La plupart des versions peuvent être équipées d'un frein magnétique de sécurité. De plus, BesFoc propose une version 24 VDC appelée série ASC.
En conclusion, les moteurs pas à pas sont parfaitement adaptés aux applications de positionnement. Ils permettent un contrôle précis de la distance et de la vitesse simplement en faisant varier le nombre d'impulsions et la fréquence. Leur nombre élevé de pôles permet une précision, même en mode boucle ouverte. Lorsqu'il est correctement dimensionné pour une application spécifique, un Le moteur pas à pas ne manquera pas d'étapes. De plus, comme ils ne nécessitent pas de retour de position, les moteurs pas à pas constituent une solution rentable.
