boucle ferméemoteurs pas à pasont modifié le rapport performance/coût dans de nombreuses applications de commande de mouvement. Le succès des moteurs progressifs en boucle fermée VIC a également ouvert la voie au remplacement des servomoteurs coûteux par des moteurs à bas coût.moteurs pas à pasDans un nombre croissant d'applications d'automatisation industrielle de haut niveau, les progrès technologiques modifient le rapport performance/coût entre les moteurs pas à pas et les servomoteurs.
Moteurs pas à pas versus servomoteurs
De l'avis général, les systèmes d'asservissement sont plus performants dans les applications exigeant des vitesses supérieures à 800 tr/min et une réponse dynamique élevée. Les moteurs pas à pas, quant à eux, conviennent mieux aux applications à basse vitesse, à accélération faible à moyenne et à couple de maintien élevé.
Sur quoi repose 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 ils sont aussi plus simples à mettre en service et à entretenir. Stables à l'arrêt, ils maintiennent leur position (même sous charges dynamiques). Toutefois, pour certaines applications exigeant des performances supérieures, il est nécessaire d'utiliser des servomoteurs plus coûteux et plus complexes.
2. Structure
moteurs pas à pasLe moteur effectue une rotation par paliers, grâce à des bobines magnétiques qui déplacent 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 impulsions. Les moteurs pas à pas utilisent des impulsions pour réaliser des mouvements incrémentaux, permettant un positionnement précis sans capteur de retour d'information.
Le fonctionnement d'un servomoteur est différent. Il relie un capteur de position (un codeur) au rotor magnétique et détecte en continu la position exacte du moteur. Le servomoteur mesure l'écart entre la position réelle du moteur et la position de consigne, et ajuste le courant en conséquence. Ce système en boucle fermée maintient le moteur dans la position de consigne.
3. Vitesse et couple
La différence de performance entre les moteurs pas à pas et les servomoteurs provient de leurs différentes solutions de conception.moteurs pas à pasLes moteurs pas à pas possèdent un nombre de pôles bien supérieur à celui des servomoteurs. Par conséquent, un tour complet nécessite un nombre beaucoup plus important d'échanges de courant dans les enroulements, ce qui entraîne une chute rapide du couple à haute vitesse. De plus, si le couple maximal est atteint, le moteur pas à pas risque de perdre sa synchronisation. C'est pourquoi les servomoteurs sont privilégiés dans la plupart des applications à haute vitesse. En revanche, le nombre plus élevé de pôles d'un moteur pas à pas est avantageux à basse vitesse, car il offre alors un couple supérieur à celui d'un servomoteur de même dimension.
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 en permanence. Dans les applications de mouvement en boucle ouverte pilotées par des moteurs pas à pas, le système de commande suppose que le moteur est toujours dans la bonne position de mouvement. Cependant, en cas de problème, comme le blocage du moteur par un composant grippé, 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 : en cas de blocage par un objet, il le détecte immédiatement. La machine s'arrête et conserve sa position initiale.
5. Consommation de chaleur et d'énergie
Les moteurs pas à pas à boucle ouverte consomment un courant fixe et dégagent beaucoup de chaleur. La commande en boucle fermée ne fournit que le courant nécessaire à la régulation de vitesse et évite ainsi le problème de surchauffe du moteur.
Résumé comparatif
Les systèmes de servocommande sont parfaitement adaptés aux applications à haute vitesse impliquant des variations de charge dynamiques, comme les bras robotisés. Les systèmes de commande par moteurs pas à pas, quant à eux, conviennent mieux aux applications nécessitant une accélération faible à moyenne et un couple de maintien élevé, telles que les imprimantes 3D, les convoyeurs, les sous-axes, etc. Les moteurs pas à pas étant moins coûteux, leur utilisation permet de réduire le coût des systèmes d'automatisation. Les systèmes de commande de mouvement qui doivent tirer parti des caractéristiques des servomoteurs devront démontrer que ces moteurs, plus onéreux, sont un investissement judicieux.
Moteurs pas à pas à commande en boucle fermée
Le moteur pas à pas à commande électronique intégrée est l'équivalent d'un moteur CC sans balais biphasé et permet la régulation de position, de vitesse, le contrôle DQ et d'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 de la fraîcheur
Les moteurs pas à pas VIC sont extrêmement économes en énergie. Contrairement aux moteurs pas à pas à boucle ouverte, qui fonctionnent en permanence à courant maximal et génèrent chaleur et bruit, le courant varie ici en fonction des conditions réelles du mouvement, notamment lors des phases d'accélération et de décélération. À l'instar des servomoteurs, le courant consommé par ces moteurs est proportionnel au couple requis. Grâce à un fonctionnement plus froid du moteur et de sa 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 haute vitesse, les moteurs pas à pas VIC nécessitent moins de courant
Grâce aux progrès réalisés dans le domaine de la technologie en boucle fermée, les moteurs pas à pas sont capables de pénétrer des applications à hautes performances et à grande vitesse qui étaient auparavant l'apanage des 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 économiques des moteurs pas à pas ?
Grâce à l'intégration de la technologie de commande en boucle fermée, le moteur pas à pas deviendrait un produit complet, combinant les avantages des servomoteurs et des moteurs pas à pas à moindre coût. Offrant des performances et une efficacité énergétique nettement supérieures, les moteurs pas à pas en boucle fermée peuvent remplacer les servomoteurs, plus onéreux, dans un nombre croissant d'applications exigeantes.
L'exemple suivant illustre les performances, les avantages et les inconvénients des moteurs pas à pas dotés de la technologie en boucle fermée, en utilisant un système de contrôle intégré VIC.
Exigences de performance parfaitement adaptées
Pour garantir un couple suffisant afin de compenser les perturbations et d'éviter les pertes de pas, les moteurs pas à pas à boucle ouverte doivent généralement fournir un couple supérieur d'au moins 40 % à la valeur requise par l'application. Les moteurs pas à pas à boucle fermée actuels ne présentent pas cet inconvénient. En cas de blocage dû à une surcharge, ils continuent de supporter la charge sans perte de couple et reprennent leur fonctionnement une fois la surcharge éliminée. Le couple maximal est garanti à toute vitesse et le capteur de position assure l'absence de perte de pas. Les moteurs pas à pas à boucle fermée peuvent ainsi être spécifiés pour répondre précisément aux exigences de couple de l'application, sans nécessiter de marge supplémentaire de 40 %.
Avec les moteurs pas à pas à boucle ouverte, il est difficile de satisfaire aux exigences élevées de couple instantané en raison du risque de perte de pas. Comparés aux moteurs pas à pas conventionnels, les moteurs pas à pas à boucle fermée VIC offrent une accélération très rapide, un faible niveau sonore et une faible résonance. Ils peuvent fonctionner sur des bandes passantes beaucoup plus larges et atteindre d'excellentes performances.
Pas d'armoire
Toda intègre la carte de commande du variateur au moteur, réduisant ainsi le câblage et simplifiant la mise en œuvre. Avec Toda, vous pouvez concevoir des machines sans armoires.
L'intégration de l'électronique aux 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 au faible coût d'un moteur pas à pas. Ces moteurs pas à pas, moins onéreux, s'imposent progressivement dans des applications qui seraient autrement dominées par les servomoteurs, plus coûteux.
Date de publication : 10 avril 2023