Qu'est-ce qu'un moteur pas à pas, pourquoi est-il nécessaire et comment fonctionne-t-il
Les moteurs pas à pas DC sont largement utilisés dans les machines à commande numérique et la robotique. La principale différence de ce moteur électrique est le principe de son fonctionnement. L'arbre d'un moteur pas à pas ne tourne pas longtemps, mais ne tourne que d'un certain angle. Cela garantit un positionnement précis de l'élément de travail dans l'espace. L'alimentation d'un tel moteur est discrète, c'est-à-dire qu'elle est réalisée par impulsions. Ces impulsions font également tourner l'arbre d'un certain angle, chacune de ces rotations est appelée un pas, d'où le nom. Souvent, ces moteurs électriques fonctionnent en tandem avec une boîte de vitesses pour augmenter la précision d'installation et le couple sur l'arbre, et avec un encodeur pour suivre la position de l'arbre en ce moment. Ces éléments sont nécessaires pour transmettre et convertir l'angle de rotation. Dans cet article, nous dirons aux lecteurs du site Elecroexpert sur l'appareil, le principe de fonctionnement et le but des moteurs pas à pas.
Comment fonctionne un moteur pas à pas
En type, il s'agit d'un moteur électrique synchrone sans balais. Consiste en stator et rotor. Sur le rotor, les sections sont généralement situées, assemblées à partir de tôles d'acier électrique (sur la photo, c'est la partie «engrenage»), et celles-ci, à leur tour, sont séparées par des aimants permanents. Sur le stator, il y a des enroulements sous forme de bobines séparées.
Principe de fonctionnement
Le fonctionnement d'un moteur pas à pas peut être envisagé sur un modèle conditionnel. En position 1, une tension d'une certaine polarité est appliquée aux enroulements A et B. En conséquence, un champ électromagnétique est généré dans le stator. Puisque différents pôles magnétiques sont attirés, le rotor prendra sa position le long de l'axe du champ magnétique. De plus, le champ magnétique du moteur entravera les tentatives de modification de la position du rotor de l'extérieur. En termes simples, le champ magnétique du stator fonctionnera pour empêcher le rotor de changer la position définie (par exemple, sous des charges mécaniques sur l'arbre).
Si une tension de même polarité est appliquée aux enroulements D et C, le champ électromagnétique se déplacera. Cela fait tourner le rotor à aimant permanent en position 2. Dans ce cas, l'angle de rotation est de 90 °. Cet angle sera le pas de rotation du rotor.
La position 3 est obtenue en appliquant une tension de polarité inverse aux enroulements A et B. Dans ce cas, le champ électromagnétique deviendra opposé à la position 1, le rotor des moteurs se déplacera et l'angle total sera de 180 °.
Lors de l'application d'une tension de polarité inversée aux enroulements D et C, le rotor tournera jusqu'à 270 ° par rapport à la position initiale. Lorsque la tension positive est connectée aux enroulements A et B, le rotor prendra sa position initiale - il effectuera une révolution de 360 °.Il convient de garder à l'esprit que le rotor se déplace le long du plus petit chemin, c'est-à-dire de la position 1 à la position 4, le rotor ne tournera qu'après avoir passé les positions intermédiaires 2 et 3. Lors de la connexion des enroulements après 1 position, immédiatement en position 4, le rotor tourne dans le sens antihoraire.
Types et types par polarité ou type d'enroulements
Dans les moteurs pas à pas, des enroulements bipolaires et unipolaires sont utilisés. Le principe de fonctionnement a été envisagé sur la base d'une machine bipolaire. Cette conception implique l'utilisation de différentes phases pour alimenter les enroulements. Le circuit est très complexe et nécessite des cartes de contrôle coûteuses et puissantes.
Un schéma de contrôle plus simple dans les machines unipolaires. Dans un tel schéma, le début des enroulements est connecté à un "plus" commun. Sur les deuxièmes conclusions des enroulements, un moins est appliqué alternativement. Cela garantit la rotation du rotor.
Les moteurs pas à pas bipolaires sont plus puissants, leur couple est 40% supérieur à celui des moteurs unipolaires. Les moteurs électriques unipolaires sont beaucoup plus pratiques à utiliser.
Types de moteurs pour la conception du rotor
Selon le type de conception du rotor, les moteurs pas à pas sont divisés en machines:
- avec un aimant permanent;
- à résistance magnétique variable;
- hybride.
Le moteur pas à pas à aimant permanent sur le rotor est disposé de la même manière que dans les exemples ci-dessus. La seule différence est que dans les machines réelles, le nombre d'aimants est beaucoup plus important. Ils sont généralement distribués sur un lecteur partagé. Le nombre de pôles dans les moteurs modernes atteint 48. Une étape dans ces moteurs électriques est de 7,5 °.
Moteurs électriques à résistance magnétique variable. Le rotor de ces machines est en alliages magnétiques doux, on les appelle également "moteur pas à pas à réaction". Le rotor est assemblé à partir de plaques individuelles et dans le contexte ressemble à une roue dentée. Cette conception est nécessaire pour que le flux magnétique se ferme à travers les dents. Le principal avantage de cette conception est l'absence de moment de verrouillage. Le fait est que le rotor à aimants permanents est attiré par les parties métalliques du moteur électrique. Et faire tourner l'arbre en l'absence de tension sur le stator est assez difficile. Dans un moteur pas à pas à résistance magnétique variable, un tel problème n'existe pas. Cependant, un petit inconvénient est le faible couple. Le pas de ces machines est généralement de 5 ° à 15 °.
Le moteur pas à pas hybride a été conçu pour combiner les meilleures caractéristiques des deux types précédents. Ces moteurs ont un petit pas dans la plage de 0,9 à 5 °, un couple élevé et une capacité de maintien élevée. Le plus important est la grande précision de l'appareil. Ces moteurs électriques sont utilisés dans les équipements de haute précision les plus modernes. Par contre on ne peut attribuer que leur coût élevé. Structurellement, le rotor de cet appareil est un cylindre magnétisé sur lequel se trouvent des dents magnétiquement molles.
Par exemple, dans un moteur pas à pas à 200 étapes, deux disques à engrenages de 50 dents chacun sont utilisés. Les disques sont décalés les uns par rapport aux autres par une dent de sorte que la dépression du pôle positif coïncide avec la saillie du négatif et vice versa. Pour cette raison, le rotor a 100 pôles avec une polarité inversée.
C'est-à-dire que les pôles sud et nord peuvent se déplacer par rapport au stator dans 50 positions différentes, et au total 100. Et un déphasage d'un quart donne 100 autres positions, ceci est dû à une excitation séquentielle.
Gestion SD
La gestion est effectuée par les méthodes suivantes:
- Vague. Dans cette méthode, la tension n'est appliquée qu'à une seule bobine, à laquelle le rotor est attiré. Puisqu'un seul enroulement est impliqué, le couple du rotor est petit et ne convient pas pour transmettre de grandes puissances.
- Étape complète. Dans ce mode de réalisation, deux enroulements sont excités à la fois, ce qui garantit un couple maximal.
- Demi-pas. Combine les deux premières méthodes.Dans ce mode de réalisation, une tension est appliquée d'abord à l'un des enroulements, puis à deux. Ainsi, un plus grand nombre d'étapes est réalisé, et une force de maintien maximale qui arrête le rotor à des vitesses élevées.
- Le micropas est effectué en appliquant des impulsions micropas. Cette méthode permet une rotation en douceur du rotor et réduit les secousses pendant le fonctionnement.
Avantages et inconvénients des moteurs pas à pas
Les avantages de ce type de machines électriques comprennent:
- vitesses de démarrage, d'arrêt et de marche arrière élevées;
- l'arbre tourne selon la commande du dispositif de commande selon un angle prédéterminé;
- fixation claire de la position après un arrêt;
- précision de positionnement élevée, sans exigences strictes de rétroaction;
- haute fiabilité due à l'absence d'un collecteur;
- maintien d'un couple maximal à basse vitesse.
Inconvénients:
- éventuellement, une violation du positionnement pendant la charge mécanique sur l'arbre est supérieure à ce qui est autorisé pour un modèle de moteur spécifique;
- probabilité de résonance;
- schéma de contrôle complexe;
- faible vitesse de rotation, mais cela ne peut pas être attribué à des inconvénients importants, car les moteurs pas à pas ne sont pas utilisés pour faire simplement tourner quelque chose comme sans brosse, par exemple, mais pour les mécanismes de positionnement.
Un moteur pas à pas est également appelé «moteur électrique à position de rotor fini». C'est la définition la plus vaste et en même temps la plus brève de ces machines électriques. Ils sont activement utilisés dans les machines CNC, les imprimantes 3D et les robots. Le principal concurrent du moteur pas à pas est servo, mais chacun d'eux a ses propres avantages et inconvénients qui déterminent la pertinence d'utiliser l'un ou l'autre dans chaque cas.
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