Moteur Pas à Pas

Principe

Un moteur pas à pas permet de transformer une impulsion électrique en un mouvement angulaire.

Ce type de moteur est très courant dans tous les dispositifs où l’on souhaite faire du contrôle de vitesse ou de position en boucle ouverte (sans asservissement) , typiquement dans les systèmes de positionnement.

On distingue 3 familles :

• aimants permanents,
• réluctance variable,
• hybrides

Les moteurs pas à pas ne sont pas des moteurs rapides : au mieux 3000 tr/min.

 

Fonctionnement

Moteur à aimant permanent bipolaires

Il possède un rotor à aimants permanents et un stator constitué de bobines. Le rotor reste freiné à sa dernière position lorsque le bloc d’alimentation cesse de fournir des impulsions.
Une façon simple de voir le système, est de placer une boussole entre deux aimants. Suivant la bobine qui est alimentée et le sens du courant, l’aimant va s’aligner avec le champ.

Fonctionnement à pas complet

On alimente les bobines une par une. Il y a quatre pas.

Fonctionnement avec couple maximal

On alimente les bobines deux par deux à chaque fois. Il y a toujours quatre pas.

 

Fonctionnement à demi-pas

Si on mélange les deux fonctionnements, on peut obtenir le double de pas : pour faire un tour complet, il faut 8 pas.

 

Moteur à réluctance variable

Le noyau de fer doux se positionne dans l’axe du flux crée par les enroulements alimentés, afin de réduire l’entrefer (loi du flux maximal). La réluctance du circuit magnétique varie pendant le mouvement du noyau. La polarité du courant est sans importance. Le nombre de pas par tour est relativement élevé.

 

Pilotage des bobines

Moteur bipolaire

Chaque bobine est pilotée pas un pont en H, de manière à pouvoir changer le sens du courant en changeant le sens de l’alimentation.

 

Moteur unipolaire

Le moteur unipolaire est plus coûteux à fabriquer (4 bobines au lieu de deux), mais plus simple à piloter : il ne nécessite que 4 transistors au lieu de 8 :

 

Comportement

Fréquence maximale d’arrêt – démarrage (ou fréquence maximale réversible)

C’est la fréquence maximale des impulsions de commande du moteur qui lui permettent de démarrer, de s’arrêter ou de changer de sens de rotation, sans perte de pas. On dit que le moteur reste en synchronisme avec sa commande.
Si l’inertie de la partie entraînée augmente (charge plus importante), cette fréquence diminue.
Malgré cela, un arrêt brutal (butée) ne peut avoir lieu sans perte de pas.

Fréquence de survitesse

Pour obtenir un fonctionnement sans perte de pas, il faut démarrer le moteur avec une fréquence inférieure à la fréquence maximale d’arrêt – démarrage, puis augmenter progressivement la fréquence jusqu’à la fréquence souhaitée (inférieure à la fréquence maximale de survitesse). A l’approche de la position désirée, une décélération progressive doit être effectuée jusqu’au retour à la zone d’arrêt – démarrage dans laquelle l’arrêt brutal peut être effectué.
Cette technique est surtout utilisée dans les déplacements de grande amplitude où une grande rapidité est souhaitée.

Couple maximal dynamique

C’est le couple disponible sur l’arbre lorsque les phases sont alimentées séquentiellement.

Couple statique (ou de maintien)

C’est le couple maximal auquel le moteur peut résister à l’arrêt, les enroulements étant alimentés de façon permanente (sans commutation de pas).

Couple résiduel

C’est le couple maximal auquel le moteur peut résister lorsqu’il n’est pas alimenté (dû aux aimants permanents).

 

Pour en savoir plus …

http://en.nanotec.com/support/tutorials/stepper-motor-and-bldc-motors-animation/
http://www.sitelec.org/cours/abati/flash/pas.swf