En tant qu'actionneur,moteur pas à pasLe moteur pas à pas est un produit clé de la mécatronique, largement utilisé dans divers systèmes de contrôle automatisés. Avec le développement de la microélectronique et de l'informatique, la demande en moteurs pas à pas augmente de jour en jour et ils sont utilisés dans de nombreux secteurs économiques nationaux.
01 Qu'est-ce qu'unmoteur pas à pas
Le moteur pas à pas est un dispositif électromécanique qui convertit directement des impulsions électriques en mouvement mécanique. En contrôlant la séquence, la fréquence et le nombre d'impulsions électriques appliquées à la bobine du moteur, on peut contrôler sa direction, sa vitesse et son angle de rotation. Sans recourir à un système de commande en boucle fermée avec détection de position, un contrôle précis de la position et de la vitesse peut être obtenu grâce à un système de commande en boucle ouverte simple et économique, composé d'un moteur pas à pas et de son circuit de commande.
02 moteur pas à passtructure de base et principe de fonctionnement
Structure de base :
Principe de fonctionnement : le pilote de moteur pas à pas, en fonction de l'impulsion de commande externe et du signal de direction, contrôle, via son circuit logique interne, l'alimentation des enroulements du moteur pas à pas dans un certain ordre temporel, en avant ou en arrière, de sorte que le moteur tourne dans un sens ou dans l'autre, ou se bloque.
Prenons l'exemple d'un moteur pas à pas biphasé de 1,8 degré : lorsque les deux enroulements sont alimentés, l'arbre de sortie du moteur est immobile et bloqué. Le couple maximal nécessaire pour maintenir le moteur bloqué au courant nominal est le couple de maintien. Si le courant dans l'un des enroulements est dévié, le moteur effectuera une rotation d'un pas (1,8 degré) dans la direction choisie.
De même, si le courant dans l'autre enroulement change de sens, le moteur effectuera une rotation d'un pas (1,8 degré) dans le sens inverse du premier. Lorsque les courants traversant les enroulements sont successivement redirigés vers l'excitation, le moteur effectuera une rotation continue dans le sens indiqué avec une très grande précision. Une rotation de 1,8 degré d'un moteur pas à pas biphasé nécessite 200 pas.
Les moteurs pas à pas biphasés possèdent deux types d'enroulements : bipolaires et unipolaires. Les moteurs bipolaires ne comportent qu'une seule bobine par phase ; la rotation continue du moteur est assurée par l'excitation séquentielle du courant dans cette même bobine. La conception du circuit de commande nécessite huit interrupteurs électroniques pour la commutation séquentielle.
Les moteurs unipolaires possèdent deux enroulements de polarité opposée sur chaque phase, et le moteur
tourne en continu en alimentant alternativement les deux bobines d'enroulement sur la même phase.
Le circuit de commande est conçu pour ne nécessiter que quatre commutateurs électroniques. Dans le bipolaire
En mode de conduite normale, le couple de sortie du moteur est augmenté d'environ 40 % par rapport au mode normal.
Mode de commande unipolaire car les bobines d'enroulement de chaque phase sont excitées à 100 %.
03, Charge du moteur pas à pas
A. Moment de charge (Tf)
Tf = G * r
G : Poids de la charge
r : rayon
B. Charge d'inertie (TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12+R22) / 2 (Kg * cm)
M : Masse de la charge
R1 : Rayon de l’anneau extérieur
R2 : Rayon de l’anneau intérieur
dω/dt : Accélération angulaire
04, courbe couple-vitesse du moteur pas à pas
La courbe couple-vitesse est une expression importante des caractéristiques de sortie d'un moteur pas à pas.
moteurs.
A. Point de fréquence de fonctionnement du moteur pas à pas
La valeur de vitesse du moteur pas à pas à un certain point.
n = q * Hz / (360 * D)
n : tr/s
Hz : Valeur de fréquence
D : Valeur d'interpolation du circuit d'entraînement
q : angle de pas du moteur pas à pas
Par exemple, un moteur pas à pas avec un angle de pas de 1,8°, avec un variateur d'interpolation de 1/2(soit 0,9° par pas), a une vitesse de 1,25 tr/s à une fréquence de fonctionnement de 500 Hz.
B. Zone d'auto-démarrage du moteur pas à pas
La zone où le moteur pas à pas peut être démarré et arrêté directement.
C. Zone de fonctionnement continu
Dans cette zone, le moteur pas à pas ne peut être démarré ou arrêté directement. Les moteurs pas à pas dansCette zone doit d'abord traverser la zone d'autodémarrage, puis être accélérée pour atteindre lazone de fonctionnement. De même, le moteur pas à pas de cette zone ne peut pas être freiné directement.sinon, il est facile de désynchroniser le moteur pas à pas ; il faut d'abord le ralentir.la zone de démarrage automatique puis le freinage.
D. Fréquence de démarrage maximale du moteur pas à pas
État à vide du moteur, afin de garantir que le moteur pas à pas ne perde pas de fonctionnement.Fréquence d'impulsion maximale.
E. Fréquence de fonctionnement maximale du moteur pas à pas
La fréquence d'impulsion maximale à laquelle le moteur est excité pour fonctionner sans perte de pasà vide.
F. Couple de démarrage / couple d'enclenchement du moteur pas à pas
Pour que le moteur pas à pas démarre et se mette en marche à une certaine fréquence d'impulsions, sansperte d'étapes du couple de charge maximal.
G. Couple de fonctionnement/couple d'attraction du moteur pas à pas
Le couple de charge maximal qui assure le fonctionnement stable du moteur pas à pas à une valeur donnéeune certaine fréquence d'impulsion sans perte de palier.
05 Commande de mouvement d'accélération/décélération du moteur pas à pas
Lorsque la fréquence de fonctionnement du moteur pas à pas se situe sur la courbe couple-vitesse de fonctionnement continuzone de fonctionnement, comment raccourcir l'accélération ou la décélération du démarrage ou de l'arrêt du moteurdu temps, de sorte que le moteur fonctionne plus longtemps à sa vitesse optimale, augmentant ainsi leLa durée de fonctionnement effective du moteur est un facteur crucial.
Comme le montre la figure ci-dessous, la courbe caractéristique du couple dynamique du moteur pas à pas estune ligne droite horizontale à faible vitesse ; à haute vitesse, la courbe diminue de façon exponentielle.en raison de l'influence de l'inductance.
Nous savons que la charge du moteur pas à pas est TL ; supposons que nous voulions accélérer de F0 à F1 enle temps le plus court (tr), comment calculer le temps le plus court tr ?
(1) Normalement, TJ = 70 % Tm
(2) tr = 1,8 * 10 -5 * J * q * (F1-F0)/(TJ -TL)
(3) F (t) = (F1-F0) * t/tr + F0, 0
B. Accélération exponentielle en conditions de vitesse élevée
(1) Normalement
TJ0 = 70%Tm0
TJ1 = 70%Tm1
TL = 60%Tm1
(2)
tr = F4 * Dans [(TJ 0-TL)/(TJ 1-TL)]
(3)
F (t) = F2 * [1 - e^(-t/F4)] + F0, 0
F2 = (TL-TJ 0) * (F1-F0)/TJ 1-TJ 0)
F4 = 1,8 * 10-5 * J * q * F2/(TJ 0-TL)
Remarques.
J indique l'inertie de rotation du rotor du moteur sous charge.
q représente l'angle de rotation de chaque pas, qui correspond à l'angle de pas du moteur pas à pas.
cas de l'ensemble du disque dur.
Lors de la décélération, il suffit d'inverser la fréquence des impulsions d'accélération ci-dessus.
calculé.
Vibrations et bruit du moteur pas à pas 06
De manière générale, un moteur pas à pas fonctionne à vide lorsque sa fréquence de fonctionnement est la plus élevée.si la fréquence est proche ou égale à la fréquence propre du rotor du moteur, il y aura résonance, ce qui sera gravephénomène de décalage.
Plusieurs solutions pour la résonance :
A. Évitez la zone de vibration : afin que la fréquence de fonctionnement du moteur ne se situe pas dansla plage de vibrations
B. Adopter le mode de commande par subdivision : utiliser le mode de commande par micro-pas pour réduire les vibrations par
subdiviser l'étape initiale en plusieurs étapes pour augmenter la résolution de chacune
Pas du moteur. Ceci peut être réalisé en ajustant le rapport phase/courant du moteur.
Le micropas n'augmente pas la précision de l'angle de pas, mais permet au moteur de fonctionner plus rapidement.
en douceur et avec moins de bruit. Le couple est généralement inférieur de 15 % en mode demi-pas.
que pour un fonctionnement par paliers entiers, et 30 % de moins pour une commande de courant sinusoïdal.
Date de publication : 9 novembre 2022