Informations essentielles sur les moteurs pas à pas

1. Qu'est-ce qu'un moteur pas à pas ?

Un moteur pas à pas est un actionneur qui convertit des impulsions électriques en déplacement angulaire. En d'autres termes : lorsque le contrôleur du moteur pas à pas reçoit un signal d'impulsion, il le fait tourner d'un angle fixe (et d'un pas) dans la direction définie. Le nombre d'impulsions permet de contrôler le déplacement angulaire et ainsi d'obtenir un positionnement précis ; la fréquence des impulsions permet quant à elle de contrôler la vitesse et l'accélération de rotation du moteur et ainsi de réguler sa vitesse.

2. Quels types de moteurs pas à pas existe-t-il ?

Il existe trois types de moteurs pas à pas : à aimant permanent (PM), réactifs (VR) et hybrides (HB). Les moteurs pas à pas à aimant permanent sont généralement biphasés, avec un couple et un volume réduits, et un angle de pas généralement de 7,5° ou 15°. Les moteurs pas à pas réactifs sont généralement triphasés, avec un couple élevé et un angle de pas généralement de 1,5°, mais ils génèrent beaucoup de bruit et de vibrations. En Europe, aux États-Unis et dans d'autres pays développés, ils ont été abandonnés dans les années 80. Les moteurs pas à pas hybrides combinent les avantages des moteurs à aimant permanent et des moteurs réactifs. Ils se déclinent en versions biphasées et pentaphasées : l'angle de pas est généralement de 1,8° pour les moteurs biphasés et de 0,72° pour les moteurs pentaphasés. Ce type de moteur pas à pas est le plus répandu.

3. Quel est le couple de maintien (COUP DE MAINTENANCE) ?

Le couple de maintien (ou couple de maintien) désigne le couple exercé par le stator pour bloquer le rotor lorsque le moteur pas à pas est alimenté mais ne tourne pas. C'est l'un des paramètres les plus importants d'un moteur pas à pas, et généralement, le couple à basse vitesse est proche du couple de maintien. Comme le couple de sortie et la puissance de sortie diminuent avec l'augmentation de la vitesse, le couple de maintien devient un paramètre essentiel pour la mesure d'un moteur pas à pas. Par exemple, un moteur pas à pas de 2 N.m possède un couple de maintien de 2 N.m, sauf indication contraire.

4. Qu'est-ce que le COUPLE DE DÉTENTE ?

Le couple de blocage est le couple que le stator exerce sur le rotor lorsque le moteur pas à pas n'est pas alimenté. En Chine, la traduction du terme « couple de blocage » n'est pas uniforme, ce qui peut prêter à confusion ; en effet, le rotor d'un moteur pas à pas réactif n'étant pas constitué d'un aimant permanent, il ne possède pas de couple de blocage.

 

5. Quelle est la précision du moteur pas à pas ? Est-elle cumulative ?

En général, la précision d'un moteur pas à pas est de 3 à 5 % de l'angle de pas, et elle n'est pas cumulative.

6. Quelle est la température maximale admissible à l'extérieur du moteur pas à pas ?

La température élevée d'un moteur pas à pas provoque d'abord la démagnétisation du matériau magnétique du moteur, ce qui entraîne une chute de couple, voire un désynchronisme. Par conséquent, la température maximale admissible à l'extérieur du moteur dépend du point de démagnétisation du matériau magnétique propre à chaque moteur. En général, ce point se situe au-dessus de 130 degrés Celsius, et peut même dépasser 200 degrés Celsius pour certains moteurs. Il est donc tout à fait normal que la température extérieure d'un moteur pas à pas se situe entre 80 et 90 degrés Celsius.

 

7. Pourquoi le couple du moteur pas à pas diminue-t-il avec l'augmentation de la vitesse de rotation ?

Lorsqu'un moteur pas à pas tourne, l'inductance de chaque phase de son enroulement génère une force électromotrice inverse. Cette force est d'autant plus importante que la fréquence est élevée. Sous son effet, le courant de phase du moteur diminue avec l'augmentation de la fréquence (ou de la vitesse), ce qui entraîne une diminution du couple.

 

8. Pourquoi le moteur pas à pas peut-il fonctionner normalement à basse vitesse, mais s'il dépasse une certaine vitesse, il ne démarre pas et émet un sifflement ?

Un moteur pas à pas possède un paramètre technique : la fréquence de démarrage à vide. Il s'agit de la fréquence d'impulsion à laquelle le moteur démarre normalement sans charge. Si cette fréquence est supérieure à cette valeur, le moteur ne démarrera pas correctement et risque de perdre des pas ou de se bloquer. En charge, la fréquence de démarrage doit être réduite. Pour atteindre une vitesse de rotation élevée, la fréquence d'impulsion doit être augmentée progressivement : la fréquence de démarrage est faible, puis elle augmente jusqu'à la fréquence souhaitée (passage d'une vitesse de rotation faible à une vitesse élevée) selon une accélération donnée.

 

9. Comment surmonter les vibrations et le bruit d'un moteur pas à pas hybride biphasé à basse vitesse ?

Les vibrations et le bruit sont des inconvénients inhérents aux moteurs pas à pas lorsqu'ils tournent à basse vitesse, qui peuvent généralement être surmontés par les programmes suivants :

A. Si le moteur pas à pas fonctionne dans la zone de résonance, cette zone peut être évitée en modifiant la transmission mécanique, par exemple le rapport de réduction ;

B. Adoptez le pilote avec fonction de subdivision, qui est la méthode la plus couramment utilisée et la plus simple ;

C. Remplacer par un moteur pas à pas avec un angle de pas plus petit, tel qu'un moteur pas à pas triphasé ou pentaphasé ;

D. Passer aux servomoteurs AC, qui peuvent presque complètement éliminer les vibrations et le bruit, mais à un coût plus élevé ;

E. Dans le cas de l'arbre moteur avec amortisseur magnétique, le marché propose de tels produits, mais la structure mécanique de la plus grande ampleur est modifiée.

 

10. La subdivision du disque dur représente-t-elle la précision ?

L'interpolation des moteurs pas à pas est essentiellement une technologie d'amortissement électronique (voir la documentation correspondante) dont l'objectif principal est d'atténuer, voire d'éliminer, les vibrations basse fréquence du moteur. L'amélioration de la précision de fonctionnement du moteur n'est qu'une fonction secondaire de cette technologie. Par exemple, pour un moteur pas à pas hybride biphasé avec un angle de pas de 1,8°, si le nombre d'interpolation du circuit d'interpolation est réglé sur 4, la résolution de fonctionnement du moteur est de 0,45° par impulsion. La précision atteinte par le moteur, même proche de 0,45°, dépend également d'autres facteurs, tels que la précision du contrôle du courant d'interpolation. La précision de la commande d'interpolation peut varier considérablement d'un fabricant à l'autre ; plus le nombre de points de subdivision est élevé, plus le contrôle de la précision est difficile.

 

11. Quelle est la différence entre une connexion en série et une connexion en parallèle d'un moteur pas à pas hybride à quatre phases et de son pilote ?

Un moteur pas à pas hybride à quatre phases est généralement piloté par un variateur biphasé. Le raccordement peut donc se faire en série ou en parallèle pour une utilisation en biphasé. Le raccordement en série est généralement utilisé lorsque la vitesse du moteur est relativement élevée et que le courant de sortie du variateur requis est de 0,7 fois le courant de phase du moteur, ce qui limite l'échauffement de ce dernier. Le raccordement en parallèle est généralement utilisé lorsque la vitesse du moteur est relativement élevée (également appelé raccordement haute vitesse) et que le courant de sortie du variateur requis est de 1,4 fois le courant de phase du moteur, ce qui entraîne un échauffement important.

12. Comment déterminer l'alimentation CC du pilote de moteur pas à pas ?

A. Détermination de la tension

La tension d'alimentation des contrôleurs de moteurs pas à pas hybrides est généralement disponible dans une large plage (par exemple, de 12 à 48 V CC pour l'IM483). Cette tension est généralement choisie en fonction de la vitesse de fonctionnement du moteur et des exigences de réactivité. Plus la vitesse de fonctionnement est élevée ou plus la réactivité est rapide, plus la tension doit être élevée. Cependant, il est impératif de veiller à ce que l'ondulation de la tension d'alimentation ne dépasse pas la tension d'entrée maximale du contrôleur, sous peine d'endommager ce dernier.

B. Détermination du courant

Le courant d'alimentation est généralement déterminé en fonction du courant de phase de sortie I du circuit de commande. Si une alimentation linéaire est utilisée, le courant d'alimentation peut être de 1,1 à 1,3 fois I. Si une alimentation à découpage est utilisée, le courant d'alimentation peut être de 1,5 à 2 fois I.

 

13. Dans quelles circonstances le signal hors ligne est-il LIBRE du pilote de moteur pas à pas hybride généralement utilisé ?

Lorsque le signal FREE est à l'état bas, l'alimentation du moteur par le variateur est coupée et le rotor du moteur est au repos (état hors ligne). Sur certains équipements d'automatisation, si vous devez faire tourner l'arbre moteur manuellement lorsque le variateur n'est pas alimenté, vous pouvez mettre le signal FREE à l'état bas pour mettre le moteur hors ligne et effectuer une opération ou un réglage manuel. Une fois l'opération manuelle terminée, remettez le signal FREE à l'état haut pour reprendre le contrôle automatique.

 

14. Quel est le moyen le plus simple de régler le sens de rotation d'un moteur pas à pas biphasé lorsqu'il est alimenté ?

Il suffit d'aligner A+ et A- (ou B+ et B-) du câblage du moteur et du pilote.

 

15. Quelle est la différence entre les moteurs pas à pas hybrides biphasés et pentaphasés pour les applications ?

Question Réponse :

De manière générale, les moteurs biphasés à grand pas présentent de bonnes performances à haute vitesse, mais une zone de vibrations apparaît à basse vitesse. Les moteurs pentaphasés, quant à eux, possèdent un petit pas et fonctionnent de manière régulière à basse vitesse. Par conséquent, lorsque les exigences de précision de fonctionnement sont élevées, on privilégie les moteurs pentaphasés, principalement pour les applications à basse vitesse (généralement inférieure à 600 tr/min). En revanche, si l'on recherche avant tout des performances à haute vitesse, et que les exigences en matière de précision et de régularité sont moins importantes, on peut opter pour des moteurs biphasés, moins coûteux. Par ailleurs, le couple des moteurs pentaphasés étant généralement supérieur à 2 Nm, on utilise généralement des moteurs biphasés pour les applications à faible couple, le problème de la régularité à basse vitesse pouvant être résolu par l'utilisation d'un variateur de fréquence.