Comment fonctionnent les moteurs pas à pas

Dans cet article, nous allons en apprendre davantage sur le moteur pas à pas. Nous explorerons ce qu'est le moteur pas à pas, son mécanisme de fonctionnement fondamental, les types de moteur pas à pas, les modes pas à pas, et enfin ses avantages et ses inconvénients.

Qu'est-ce que le moteur pas à pas?

Le moteur pas à pas est un moteur sans balais, son arbre rotatif (rotor) effectue une rotation avec un nombre déterminé de pas. En raison de la nature étagée de la rotation, il prend le nom de moteur pas à pas.

Le moteur pas à pas fournit contrôle précis de l'angle de rotation et la vitesse. Il s'agit d'une conception en boucle ouverte, ce qui signifie qu'aucun mécanisme de rétroaction n'est mis en œuvre pour suivre la rotation.

Il peut varier sa vitesse, changer de sens de rotation et se verrouiller instantanément dans une position. Le nombre de pas est déterminé par le nombre de dents présentes dans le rotor. Par exemple: si un moteur pas à pas est composé de 200 dents, alors,

360 (degrés) / 200 (nombre de dents) = 1,8 degré

Ainsi, chaque étape sera de 1,8 degré. Les moteurs pas à pas sont contrôlés par des microcontrôleurs et un circuit pilote. Il est largement utilisé dans les imprimantes laser, les imprimantes 3D, les lecteurs optiques, la robotique, etc.

Mécanisme de travail fondamental:

Un moteur pas à pas peut être constitué de plusieurs nombres de pôles enroulés avec un fil de cuivre isolé appelé stator ou partie non mobile du moteur. La partie mobile du moteur est appelée rotor, qui se compose de plusieurs nombres de dents.

Lorsqu'un pôle est sous tension, les dents les plus proches s'alignent avec ce pôle sous tension et l'autre dent du rotor est légèrement décalée ou non alignée avec d'autres pôles non alimentés.

Le pôle suivant sera sous tension et le pôle précédent sera désexcité, maintenant les pôles non alignés s'aligneront avec le pôle actuellement sous tension, cela fait un seul pas.

Le pôle suivant est sous tension et le pôle précédent est mis hors tension, cela fait une autre étape et ce cycle se poursuit plusieurs fois pour faire une rotation complète.

Voici un autre exemple très simple de fonctionnement du moteur pas à pas:

Généralement, les dents du rotor sont des aimants disposés en alternance avec les pôles nord et sud. Comme les pôles se repoussent et contrairement à l’attrait des pôles, l’enroulement du pôle «A» est maintenant sous tension et assume le pôle sous tension comme le pôle nord et le rotor comme le pôle sud, ce qui attire le pôle sud du rotor vers le stator du pôle «A», comme indiqué sur l'image.

Maintenant le pôle A est hors tension et le pôle «B» est sous tension, maintenant le pôle sud du rotor s’alignera sur le pôle «B». Le pôle «C» et le pôle «D» similaires s’exciteront et se désactiveront de la même façon pour effectuer une rotation.

A présent, vous comprendrez comment un mécanisme de travail de moteur pas à pas.

Types de moteur pas à pas:

Il existe trois types de moteurs pas à pas:

• Pas à pas à aimant permanent
• Pas à pas à réticence variable
• Pas à pas synchrone hybride

Pas à pas à aimant permanent:

Les moteurs pas à pas à aimant permanent utilisent des dents à aimant permanent dans le rotor qui sont disposées en pôles alternés (Nord-Sud-Nord-Sud ……), ce qui fournit un plus grand couple.

Pas à pas à réticence variable:

Le moteur pas à pas à réticence variable utilise un matériau en fer doux comme rotor avec plusieurs nombres de dents et fonctionne sur la base du principe que le minimum de réticence se produit au minimum, ce qui signifie que les dents les plus proches du rotor sont attirées vers le pôle lorsqu'il est sous tension, comme un métal est attiré vers un aimant.

Pas à pas synchrone hybride:

Dans le moteur pas à pas hybride, les deux méthodes mentionnées ci-dessus sont combinées pour obtenir un couple maximal. Il s'agit du type de moteur pas à pas le plus courant et de la méthode coûteuse.
Modes pas à pas:

Il existe 3 types de modes de progression

• Mode pas à pas complet
• Mode demi-pas
• Mode micro pas à pas

Mode pas à pas complet:

En mode pas à pas complet, on peut comprendre l'exemple suivant: si un moteur pas à pas a 200 dents, un pas complet équivaut à 1,8 degré (ce qui est donné au début de l'article), il ne tournera pas moins ou plus de 1,8 degré.

L'étape complète est en outre classée en deux types:

• Mode monophasé
• Mode biphasé

Dans les deux modes de phase, le rotor fait un pas complet, la différence fondamentale entre ces deux modes est que le mode unique donne moins de couple et le mode biphasé donne plus de couple.

• Mode monophasé:

En mode monophasé, une seule phase (un groupe d'enroulements / pôles) est excitée à un instant donné, c'est la méthode la moins consommatrice d'énergie mais elle donne aussi moins de couple.

• Mode biphasé:

En mode biphasé, le biphasé (deux groupes d'enroulement / pôle) est alimenté à un instant donné, il produit plus de couple (30% à 40%) que le mode monophasé.

Mode demi-pas:

Le mode demi-pas est effectué pour doubler la résolution du moteur. En demi-pas, comme son nom l'indique, il faut la moitié du pas complet, au lieu d'un plein 1,8 degré, le demi-pas prend 0,9 degré.
La demi-étape est obtenue en changeant alternativement le mode monophasé et le mode biphasé. Il réduit les contraintes sur les pièces mécaniques et augmente la douceur de rotation. Un demi-pas réduit le couple d'environ 15%. Mais le couple peut être augmenté en augmentant le courant appliqué au moteur.

Micro pas à pas:

Le micro pas à pas est fait pour la rotation la plus douce. Une étape complète est divisée en 256 étapes. Pour le micro pas à pas, il faut un contrôleur spécial de micropas. Son couple en est déduit d'environ 30%.

Les pilotes doivent entrer une onde sinusoïdale pour la rotation du fluide. Les pilotes donnent deux entrées sinusoïdales avec une sortie de phase à 90 degrés.

Il donne le meilleur contrôle de la rotation et réduit considérablement les contraintes mécaniques et réduit le bruit de fonctionnement.

Les principaux avantages et inconvénients du moteur pas à pas peuvent être appris avec les points suivants:

Avantages:

• Meilleur contrôle de la rotation angulaire.
• Couple élevé à vitesse lente.
• Changement instantané du sens de rotation.
• Construction mécanique minimale.

Désavantages:

• La puissance est consommée même sans rotation, ceci est fait pour verrouiller le rotor en position fixe.
• Aucun mécanisme de rétroaction n'est là pour corriger les erreurs de rotation et pour suivre la position actuelle.
• Il a besoin d'un circuit de pilotage compliqué.
• Le couple est réduit à une vitesse plus élevée.
• Il n'est pas facile de contrôler le moteur à une vitesse plus élevée.