Qu’est-ce qu’un moteur pas à pas ?
Les moteurs pas à pas désignent les moteurs dont l’angle de rotation peut être contrôlé par des signaux d’impulsion et constituent un type de moteur pouvant garantir une grande précision de positionnement.
Également appelé moteur à impulsions, l’angle de rotation est déterminé par le nombre de signaux d’impulsions, qui sont les signaux de commande, et le nombre de phases du moteur, tandis que la vitesse de rotation dépend de la fréquence des impulsions, correspondant à la vitesse des impulsions. Malgré son coût relativement faible et la simplicité de la configuration du moteur, il se caractérise par une grande précision de positionnement et un couple élevé avec une commande en boucle ouverte.
Utilisations des moteurs pas à pas
En raison de leur structure, les moteurs pas à pas sont excellent dans le contrôle précis et réversible des angles et sont donc principalement utilisés lorsqu’une précision de positionnement est requise. Les moteurs d’entraînement utilisés pour exprimer les mouvements bidimensionnels de dispositifs robotiques tels que les équipements de transfert automatique en sont un exemple.
En combinant des vis à billes de haute précision et des moteurs pas à pas, la vitesse d’avance de la platine peut être exprimée avec une précision et une répétabilité extrêmement élevées. De même, pour les machines de revêtement qui pulvérisent une certaine quantité de peinture en fonction de l’ouverture de la vanne, les moteurs pas à pas peuvent être utilisés pour ajuster précisément l’angle d’ouverture de la vanne pour des opérations plus élaborées.
Principe du moteur pas à pas
L’intérieur d’un moteur pas à pas se compose d’une section de rotor reliée à un arbre et de plusieurs stators installés sur sa périphérie. La section du rotor est elle-même divisée en deux parties, chacune étant magnétisée de manière à ce que les pôles N et S soient en phase opposée.
Le stator se caractérise également par la présence de petites dents, dont l’espacement est contrôlé avec précision : si l’on prend l’exemple d’un moteurs pas à pas à deux phases, les stators qui se font face sont magnétisés avec la même polarité, tandis que les stators voisins sont magnétisés en sens inverse. Par conséquent, le stator attirant et repoussant les irrégularités du rotor s’excluent mutuellement, et le rotor est maintenu dans une position énergétiquement stable par rapport à l’état de magnétisation du stator.
Le courant est alors appliqué pour inverser la polarité du stator, ce qui fait tourner le rotor d’un stator à l’autre. La commande répétée de cette opération permet de contrôler précisément l’angle de rotation en fonction de la précision mécanique des petites dents du stator ; dans un moteurs pas à pas à cinq phases, cette commande est séquentielle en cinq étapes, ce qui signifie qu’un contrôle plus fin de l’angle est possible.
Autres informations sur les moteurs pas à pas
1. Couple des moteurs pas à pas
Le couple de sortie d’un moteur pas à pas varie en fonction de la vitesse de rotation ; il est généralement élevé à des vitesses de rotation lentes, faible et élevées. Lors de la sélection d’un moteur pas à pas, vérifiez le tableau des caractéristiques vitesse de rotation-couple du moteur et sélectionnez un moteur de sorte que le couple requis à la vitesse de rotation de fonctionnement se situe dans la courbe du couple de sortie.
Une attention particulière doit être accordée à l’utilisation du moteur à des vitesses élevées, car le couple d’arrachement à des vitesses élevées est d’environ 20 % du couple de repos maximal de l’excitation.
Les caractéristiques de couple varient également en fonction du circuit d’attaque utilisé, des différences de structure interne et de la tension d’entrée, même pour des moteurs ayant les mêmes dimensions externes, de sorte que la sélection du moteur doit également tenir compte du fabricant, de la combinaison du circuit d’attaque et de la tension d’entrée.
2. Pilotes de moteurs pas à pas
Un dispositif de commande appelé « driver » ou pilote est nécessaire pour faire fonctionner un moteurs pas à pas. Le circuit d’attaque contrôle la tension du courant qui circule vers le moteurs pas à pas, contrôlant ainsi la vitesse de rotation, la quantité de rotation, etc.
Les pilotes sont disponibles dans les systèmes d’entraînement à courant constant et à basse tension, mais le système à courant constant est souvent utilisé en raison de ses caractéristiques de couple supérieures à des vitesses élevées. En général, un train d’impulsions est transmis au circuit d’attaque par un dispositif de commande hôte en tant que valeur d’indication de la vitesse de rotation et de la quantité de rotation, et le moteur tourne à la vitesse et à la quantité indiquées en fonction du train d’impulsions transmis.
Certains moteurs sont équipés d’une fonction appelée micropas. Les moteurs pas à pas tournent en utilisant l’angle de pas de base comme angle de rotation minimum, mais les pilotes dotés d’une fonction de micropas peuvent ajuster le courant circulant dans chaque bobine, subdiviser électriquement l’angle de pas de base et augmenter la résolution de la rotation.
Cela a également pour effet de réduire les vibrations et le bruit, le dépassement à chaque angle de pas et l’atténuation des chocs au démarrage et à l’arrêt. La résolution de la fonction micropas peut être sélectionnée par des commutateurs DIP, entre autres, en fonction de l’utilisation prévue.
3. Utilisation avec des servomoteurs à courant alternatif
Les servomoteurs à courant alternatif sont souvent cités en relation avec les moteurs pas à pas.
Adapté/inadapté aux moteurs pas à pas
Les servomoteurs à courant alternatif sont dotés d’un codeur intégré et d’un système de rétroaction, de sorte que le couple de rotation est relativement constant, quel que soit le nombre de tours. Les moteurs pas à pas, en revanche, ne conviennent pas à cette application car le couple de rotation diminue à grande vitesse. À l’inverse, si la rotation à faible vitesse est l’utilisation principale, les moteurs pas à pas conviennent.
Les moteurs pas à pas sont principalement disponibles sur le marché dans des types de contrôle en boucle ouverte, mais il existe également des produits qui peuvent être équipés d’encodeurs pour un contrôle fermé et une meilleure efficacité. Toutefois, dans ce cas, il sera nécessaire de reconsidérer l’autre avantage de ces moteurs, à savoir leur taille relativement petite, leur configuration simple et leur faible coût.
Applications pour lesquelles les servomoteurs à courant alternatif sont mieux adaptés
Les applications pour lesquelles les servomoteurs à courant alternatif doivent être utilisés sont celles qui nécessitent un contrôle avancé de la rotation à l’aide de plusieurs moteurs. Comme on ne peut s’attendre à ce que la commande en boucle ouverte compense les mouvements entre les moteurs par auto-détection, les servomoteurs AC conviennent mieux dans ce cas que les moteurs pas à pas. De même pour le fonctionnement rotatif à grande vitesse.