Boucle ferméemoteurs pas à pasont modifié le rapport performances/coût de nombreuses applications de contrôle de mouvement. Le succès des moteurs progressifs en boucle fermée VIC a également ouvert la voie au remplacement de servomoteurs coûteux par des moteurs à faible coût.moteurs pas à pasDans un nombre croissant d’applications d’automatisation industrielle de haut niveau, les avancées technologiques modifient le rapport performances/coût entre les moteurs pas à pas et les servomoteurs.
Moteurs pas à pas contre servomoteurs
Selon les idées reçues, les systèmes de servocommande sont plus performants dans les applications nécessitant des vitesses supérieures à 800 tr/min et une réponse dynamique élevée. Les moteurs pas à pas sont plus adaptés aux applications à faibles vitesses, à accélérations faibles à moyennes et à couple de maintien élevé.
Sur quoi se base donc cette idée reçue concernant les moteurs pas à pas et les servomoteurs ? Analysons-la plus en détail ci-dessous.
1. Simplicité et coût
Les moteurs pas à pas sont non seulement moins chers que les servomoteurs, mais aussi plus simples à mettre en service et à entretenir. Ils sont stables à l'arrêt et maintiennent leur position (même sous charge dynamique). Cependant, si des performances supérieures sont requises pour certaines applications, des servomoteurs plus coûteux et plus complexes doivent être utilisés.
2. Structure
Moteurs pas à pasLe moteur tourne par paliers, grâce à des bobines magnétiques qui tirent progressivement un aimant d'une position à l'autre. Pour déplacer le moteur de 100 positions dans n'importe quelle direction, le circuit nécessite 100 pas à pas. Les moteurs pas à pas utilisent des impulsions pour réaliser des mouvements incrémentaux, permettant un positionnement précis sans capteur de rétroaction.
Le mode de déplacement du servomoteur est différent. Il relie un capteur de position (un codeur) au rotor magnétique et détecte en permanence la position exacte du moteur. Le servomoteur surveille l'écart entre la position réelle du moteur et la position commandée et ajuste le courant en conséquence. Ce système en boucle fermée maintient le moteur dans le bon état de mouvement.
3. Vitesse et couple
La différence de performance entre les moteurs pas à pas et les servomoteurs provient de leurs différentes solutions de conception de moteur.Moteurs pas à pasLes moteurs pas à pas possèdent un nombre de pôles bien supérieur à celui des servomoteurs. Un tour complet nécessite donc un nombre d'échanges de courant beaucoup plus important, ce qui entraîne une chute rapide du couple à vitesse croissante. De plus, si le couple maximal est atteint, le moteur pas à pas peut perdre sa fonction de synchronisation de vitesse. C'est pourquoi les servomoteurs constituent la solution privilégiée dans la plupart des applications à grande vitesse. En revanche, le nombre de pôles plus élevé d'un moteur pas à pas est avantageux à faible vitesse, où le moteur pas à pas présente un avantage de couple par rapport à un servomoteur de même taille.
À mesure que la vitesse augmente, le couple du moteur pas à pas diminue
4. Positionnement
Il existe des différences importantes entre les moteurs pas à pas et les servomoteurs dans les applications où la position exacte de la machine doit être connue à tout moment. Dans les applications de mouvement en boucle ouverte contrôlées par des moteurs pas à pas, le système de contrôle suppose que le moteur est toujours dans le bon état de mouvement. Cependant, après un problème, comme un moteur bloqué par un composant, le contrôleur est incapable de connaître la position réelle de la machine, ce qui peut entraîner une perte de position. Le système en boucle fermée du servomoteur présente un avantage : s'il est bloqué par un objet, il le détecte immédiatement. La machine s'arrête alors et ne se retrouve jamais hors position.
5. Consommation de chaleur et d'énergie
Les moteurs pas à pas en boucle ouverte utilisent un courant fixe et dégagent beaucoup de chaleur. La régulation en boucle fermée fournit uniquement le courant nécessaire à la boucle de vitesse, évitant ainsi le problème d'échauffement du moteur.
Résumé de la comparaison
Les systèmes de servocommande sont particulièrement adaptés aux applications à grande vitesse impliquant des variations de charge dynamiques, comme les bras robotisés. Les systèmes de commande pas à pas, quant à eux, sont plus adaptés aux applications nécessitant une accélération faible à moyenne et un couple de maintien élevé, comme les imprimantes 3D, les convoyeurs, les sous-axes, etc. Leur prix plus abordable permet de réduire le coût des systèmes d'automatisation. Les systèmes de contrôle de mouvement qui doivent exploiter les caractéristiques des servomoteurs devront prouver que ces moteurs plus coûteux valent leur pesant d'or.
Moteurs pas à pas avec contrôle en boucle fermée
Le moteur pas à pas à commande électronique intégrée est l'équivalent d'un moteur CC sans balais biphasé et peut effectuer des contrôles de position, de vitesse, de qualité de signal et autres algorithmes. Un codeur absolu monotour assure la commutation en boucle fermée, garantissant ainsi un couple optimal à toutes les vitesses.
Faible consommation d'énergie et maintien au frais
Les moteurs pas à pas VIC sont très économes en énergie. Contrairement aux moteurs pas à pas en boucle ouverte, qui fonctionnent toujours à pleine puissance et génèrent des problèmes de surchauffe et de bruit, le courant varie en fonction des conditions réelles du mouvement, par exemple lors des accélérations et des décélérations. Comme pour les servomoteurs, le courant consommé par ces moteurs pas à pas à tout moment est proportionnel au couple requis. Grâce à la réduction de la température du moteur et de la carte de commande électronique intégrée, les moteurs pas à pas VIC peuvent atteindre des couples de pointe plus élevés, comparables à ceux des servomoteurs.
Même à des vitesses élevées, les moteurs pas à pas VIC nécessitent moins de courant
Grâce aux progrès de la technologie en boucle fermée, les moteurs pas à pas sont capables de pénétrer des applications hautes performances et à grande vitesse qui appartenaient auparavant exclusivement aux servomoteurs.
Moteurs pas à pas avec technologie en boucle fermée
Et si les avantages de la technologie servo en boucle fermée pouvaient être appliqués aux moteurs pas à pas ?
Pourrions-nous obtenir des performances comparables à celles des servomoteurs tout en bénéficiant des avantages de coût des moteurs pas à pas ?
En combinant la technologie de contrôle en boucle fermée, le moteur pas à pas deviendrait un produit complet offrant les avantages des servomoteurs et des moteurs pas à pas, à faible coût. Grâce à leurs performances et leur efficacité énergétique nettement améliorées, les moteurs pas à pas en boucle fermée peuvent remplacer les servomoteurs plus coûteux dans un nombre croissant d'applications haut de gamme.
Voici un exemple de moteur pas à pas intégré VIC avec contrôle en boucle fermée intégré pour expliquer les performances et les avantages et inconvénients des moteurs pas à pas avec technologie en boucle fermée.
Des exigences de performance parfaitement adaptées
Afin de garantir un couple suffisant pour surmonter les perturbations et éviter les pertes de pas, les moteurs pas à pas en boucle ouverte doivent généralement garantir un couple supérieur d'au moins 40 % à la valeur requise par l'application. Les moteurs pas à pas en boucle fermée ne présentent pas ce problème. En cas de blocage dû à une surcharge, ces moteurs maintiennent la charge sans perte de couple. Ils continuent de fonctionner après la suppression de la surcharge. Le couple maximal est garanti à n'importe quelle vitesse et le capteur de position garantit l'absence de perte de pas. Les moteurs pas à pas en boucle fermée peuvent donc être spécifiés pour répondre exactement aux exigences de couple de l'application concernée, sans nécessiter de marge supplémentaire de 40 %.
Avec les moteurs pas à pas en boucle ouverte, il est difficile de répondre aux exigences de couple instantané élevées en raison du risque de pertes de pas. Comparés aux moteurs pas à pas conventionnels, les moteurs pas à pas en boucle fermée VIC offrent une accélération très rapide, un faible bruit de fonctionnement et une faible résonance. Ils peuvent fonctionner à des bandes passantes beaucoup plus élevées et offrent d'excellentes performances.
Pas d'armoire
Toda intègre la carte de commande d'entraînement au moteur, réduisant ainsi le câblage et simplifiant la mise en œuvre. Avec Toda, vous pouvez construire des machines sans armoire.
L'intégration de l'électronique avec les moteurs pas à pas réduit la complexité
Grâce à la technologie en boucle fermée, les moteurs pas à pas offrent aux utilisateurs une précision et une efficacité exceptionnelles, alliant les performances d'un servomoteur à son faible coût. Les moteurs pas à pas à faible coût pénètrent progressivement des applications qui seraient autrement dominées par des servomoteurs coûteux.
Date de publication : 10 avril 2023