Qu'est-ce qu'un moteur pas à pas: types et son fonctionnement

Un moteur pas à pas est un dispositif électromécanique qui convertit la puissance électrique en puissance mécanique. En outre, il s'agit d'un moteur électrique synchrone sans balais qui peut diviser une rotation complète en un grand nombre d'étapes. La position du moteur peut être contrôlée avec précision sans aucun mécanisme de rétroaction, à condition que le moteur soit soigneusement dimensionné en fonction de l’application. Les moteurs pas à pas sont similaires aux moteurs à réluctance. Le moteur pas à pas utilise la théorie de fonctionnement des aimants pour faire tourner l'arbre du moteur sur une distance précise lorsqu'une impulsion d'électricité est fournie. Le stator a huit pôles et le rotor a six pôles. Le rotor aura besoin de 24 impulsions d'électricité pour déplacer les 24 étapes pour faire un tour complet. Une autre façon de dire cela est que le rotor se déplacera précisément de 15 ° pour chaque impulsion électrique que le moteur reçoit.

Construction et principe de fonctionnement

Le construction d'un moteur pas à pas est assez lié à un docteur moteur . Il comprend un aimant permanent comme le Rotor qui est au milieu et il tournera une fois que la force agira dessus. Ce rotor est entouré d'un no. du stator qui est enroulé à travers une bobine magnétique partout. Le stator est disposé à proximité du rotor de sorte que les champs magnétiques à l'intérieur des stators peuvent contrôler le mouvement du rotor.

Moteur pas à pas

Le moteur pas à pas peut être contrôlé en alimentant chaque stator un par un. Ainsi, le stator se magnétisera et fonctionnera comme un pôle électromagnétique qui utilise l'énergie répulsive sur le rotor pour avancer. La magnétisation et la démagnétisation alternatives du stator déplaceront le rotor progressivement et lui permettront de tourner avec un excellent contrôle.

Le principe de fonctionnement du moteur pas à pas est l'électro-magnétisme. Il comprend un rotor qui est fait avec un aimant permanent tandis qu'un stator est avec des électroaimants. Une fois que l'alimentation est fournie à l'enroulement du stator, le champ magnétique se développe à l'intérieur du stator. Maintenant, le rotor du moteur commencera à se déplacer avec le champ magnétique rotatif du stator. C'est donc le principe de fonctionnement fondamental de ce moteur.

Construction de moteur pas à pas

Dans ce moteur, il y a un fer doux qui est enfermé dans les stators électromagnétiques. Les pôles du stator et du rotor ne dépendent pas du type de moteur pas à pas. Une fois que les stators de ce moteur sont sous tension, le rotor tournera pour s'aligner avec le stator, sinon il tournera pour avoir le moins d'espace à travers le stator. De cette manière, les stators sont activés en série pour faire tourner le moteur pas à pas.

Techniques de conduite

Technique d'entraînement du moteur pas à pas Cela peut être possible avec certains circuits spéciaux en raison de leur conception complexe. Il existe plusieurs méthodes pour entraîner ce moteur, certaines d'entre elles sont décrites ci-dessous en prenant un exemple de moteur pas à pas à quatre phases.

Mode d'excitation unique

La méthode de base pour entraîner un moteur pas à pas est un mode d'excitation unique. C'est une méthode ancienne et peu utilisée à l'heure actuelle mais il faut connaître cette technique. Dans cette technique, chaque phase sinon stator côte à côte sera déclenchée une par une alternativement avec un circuit spécial. Cela magnétisera et démagnétisera le stator pour faire avancer le rotor.

Entraînement à pas complet

Dans cette technique, deux stators sont activés à la fois au lieu d'un dans un laps de temps très court. Cette technique entraîne un couple élevé et permet au moteur d'entraîner la charge élevée.

Entraînement demi-pas

Cette technique est assez liée à l'entraînement à pas complet car les deux stators seront disposés l'un à côté de l'autre de sorte qu'il sera activé en premier tandis que le troisième sera activé par la suite. Ce type de cycle pour commuter deux stators d'abord et après ce troisième stator entraînera le moteur. Cette technique se traduira par une résolution améliorée du moteur pas à pas tout en diminuant le couple.

Micro pas à pas

Cette technique est la plus fréquemment utilisée en raison de sa précision. Le courant de pas variable sera fourni par le circuit de commande de moteur pas à pas vers des bobines de stator sous la forme d'une forme d'onde sinusoïdale. La précision de chaque pas peut être améliorée par ce petit courant de pas. Cette technique est largement utilisée car elle offre une grande précision et diminue dans une large mesure le bruit de fonctionnement.

Circuit de moteur pas à pas et son fonctionnement

Les moteurs pas à pas fonctionnent différemment de Moteurs à brosse CC , qui tournent lorsque la tension est appliquée à leurs bornes. Les moteurs pas à pas, d'autre part, ont effectivement de multiples électroaimants dentés disposés autour d'une pièce de fer en forme d'engrenage central. Les électroaimants sont alimentés par un circuit de commande externe, par exemple un microcontrôleur.

Circuit de moteur pas à pas

Pour faire tourner l'arbre du moteur, un électroaimant est d'abord alimenté, ce qui rend les dents de l'engrenage attirées magnétiquement vers les dents de l'électroaimant. Au moment où les dents de l’engrenage sont ainsi alignées sur le premier électroaimant, elles sont légèrement décalées par rapport à l’électroaimant suivant. Ainsi, lorsque l'électroaimant suivant est activé et que le premier est désactivé, l'engrenage tourne légèrement pour s'aligner avec le suivant et à partir de là, le processus est répété. Chacune de ces légères rotations est appelée une étape, avec un nombre entier d'étapes faisant une rotation complète.

De cette façon, le moteur peut être tourné par une précision. Le moteur pas à pas ne tourne pas en continu, ils tournent par étapes. Il y a 4 bobines avec un 90^ouangle entre eux fixés sur le stator. Les connexions du moteur pas à pas sont déterminées par la manière dont les bobines sont interconnectées. Dans un moteur pas à pas, les bobines ne sont pas connectées. Le moteur a un 90^ouétape de rotation avec les bobines étant excitées dans un ordre cyclique, déterminant le sens de rotation de l'arbre.

Le fonctionnement de ce moteur est indiqué en actionnant l'interrupteur. Les bobines sont activées en série à des intervalles de 1 seconde. L'arbre tourne 90^ouchaque fois que la bobine suivante est activée. Son couple à basse vitesse variera directement avec le courant.

Types de moteur pas à pas

Il existe trois principaux types de moteurs pas à pas, ils sont:

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

Moteur pas à pas à aimant permanent

Les moteurs à aimants permanents utilisent un aimant permanent (PM) dans le rotor et fonctionnent sur l'attraction ou la répulsion entre le rotor PM et les électroaimants du stator.

C'est le type de moteur pas à pas le plus courant par rapport aux différents types de moteurs pas à pas disponibles sur le marché. Ce moteur comprend des aimants permanents dans la construction du moteur. Ce type de moteur est également connu sous le nom de moteur de boîte de conserve / boîte de conserve. Le principal avantage de ce moteur pas à pas est un coût de fabrication moindre. Pour chaque révolution, il comporte 48 à 24 étapes.

Moteur pas à pas à réluctance variable

Les moteurs à réluctance variable (VR) ont un rotor en fer ordinaire et fonctionnent sur la base du principe selon lequel une réluctance minimale se produit avec un écart minimal, par conséquent les points du rotor sont attirés vers les pôles des aimants du stator.

Le moteur pas à pas, comme la réluctance variable, est le type de moteur de base et il est utilisé depuis de nombreuses années. Comme son nom l’indique, la position angulaire du rotor dépend principalement de la réticence du circuit magnétique qui peut se former entre les dents du stator ainsi qu’un rotor.

Moteur pas à pas synchrone hybride

Les moteurs pas à pas hybrides sont nommés parce qu'ils utilisent une combinaison de techniques à aimant permanent (PM) et à réluctance variable (VR) pour obtenir une puissance maximale dans les petits emballages.

Le type de moteur le plus populaire est le moteur pas à pas hybride car il donne de bonnes performances par rapport à un rotor à aimant permanent en termes de vitesse, de résolution de pas et de couple de maintien. Mais, ce type de moteur pas à pas est cher par rapport aux moteurs pas à pas à aimant permanent. Ce moteur combine les caractéristiques des moteurs pas à pas à aimant permanent et à réluctance variable. Ces moteurs sont utilisés là où un angle de pas inférieur est requis, comme 1,5, 1,8 et 2,5 degrés.

Comment sélectionner un moteur pas à pas?

Avant de sélectionner un moteur pas à pas pour vos besoins, il est très important d'examiner la courbe couple-vitesse du moteur. Cette information est donc disponible auprès du concepteur du moteur, et il s'agit d'un symbole graphique du couple du moteur à une vitesse spécifiée. La courbe couple-vitesse du moteur doit correspondre étroitement aux nécessités de l’application, sinon les performances attendues du système ne peuvent pas être obtenues.

Types de câblage

Les moteurs pas à pas sont généralement des moteurs biphasés du type unipolaire sinon bipolaire. Pour chaque phase d'un moteur unipolaire, il y a deux enroulements. Ici, la prise centrale est un fil commun entre deux enroulements vers un pôle. Le moteur unipolaire a 5 à 8 fils.

Dans la construction, où le commun de deux pôles est divisé mais à prise centrale, ce moteur pas à pas comprend six conducteurs. Si les prises centrales bipolaires sont courtes à l'intérieur, ce moteur comprend cinq fils. Unipolaire avec 8 fils facilitera la connexion en série et en parallèle tandis que le moteur à cinq fils ou six fils a une connexion en série de la bobine du stator. Le fonctionnement du moteur unipolaire peut être simplifié car lors de leur fonctionnement, il n'est pas nécessaire d'inverser le flux de courant à l'intérieur du circuit d'entraînement qui sont connus sous le nom de moteurs bifilaires.

Dans un moteur pas à pas bipolaire, pour chaque pôle, il y a un seul enroulement. La direction de l'alimentation doit changer à travers le circuit de commande pour qu'elle devienne complexe, ces moteurs sont donc appelés moteurs unifilaires.

Contrôle du moteur pas à pas en faisant varier les impulsions d'horloge

Contrôle du moteur pas à pas circuit est un circuit simple et peu coûteux, principalement utilisé dans les applications à faible puissance. Le circuit est montré sur la figure, qui se compose de 555 minuteries IC en tant que multi-vibrateur stable. La fréquence est calculée en utilisant la relation donnée.

Fréquence = 1 / T = 1,45 / (RA + 2RB) C Où RA = RB = R2 = R3 = 4,7 kilo-ohms et C = C2 = 100 µF.

Contrôle du moteur pas à pas en faisant varier les impulsions d'horloge

La sortie du temporisateur est utilisée comme horloge pour deux bascules 7474 doubles «D» (U4 et U3) configurées comme compteur en anneau. Lors de la mise sous tension initiale, seule la première bascule est activée (c'est-à-dire que la sortie Q sur la broche 5 de U3 sera à la logique '1') et les trois autres bascules sont réinitialisées (c'est-à-dire que la sortie de Q est en logique 0). A la réception d'une impulsion d'horloge, la sortie logique «1» de la première bascule est décalée vers la deuxième bascule (broche 9 de U3).

Ainsi, la sortie logique 1 continue de se déplacer de manière circulaire à chaque impulsion d'horloge. Les sorties Q des quatre bascules sont amplifiées par des matrices de transistors Darling-ton à l'intérieur de l'ULN2003 (U2) et connectées aux enroulements du moteur pas à pas orange, marron, jaune, noir à 16, 15,14, 13 d'ULN2003 et le rouge à + ve approvisionnement.

Le point commun de l'enroulement est connecté à l'alimentation + 12V DC, qui est également connectée à la broche 9 de l'ULN2003. Le code couleur utilisé pour les enroulements peut varier d'une marque à l'autre. À la mise sous tension, le signal de commande connecté à la broche SET de la première bascule et aux broches CLR des trois autres bascules devient actif `` bas '' (en raison du circuit de réinitialisation à la mise sous tension formé par le R1 -C1) pour régler la première bascule et réinitialiser les trois autres bascules.

Lors de la réinitialisation, Q1 de IC3 passe à «haut» tandis que toutes les autres sorties Q deviennent «bas». Une réinitialisation externe peut être activée en appuyant sur le commutateur de réinitialisation. En appuyant sur l'interrupteur de réinitialisation, vous pouvez arrêter le moteur pas à pas. Le moteur recommence à tourner dans le même sens en relâchant le commutateur de réinitialisation.

Différence entre le moteur pas à pas et le servomoteur

Les servomoteurs conviennent aux applications à couple et vitesse élevés, tandis que le moteur pas à pas est moins coûteux, ils sont donc utilisés là où le couple de maintien élevé, l'accélération avec une vitesse faible à moyenne, la flexibilité de fonctionnement en boucle ouverte sinon fermée sont nécessaires. La différence entre le moteur pas à pas et le servomoteur comprend les éléments suivants.

Moteur pas à pas vs moteur à courant continu

Les moteurs pas à pas et à courant continu sont utilisés dans différentes applications industrielles, mais les principales différences entre ces deux moteurs sont un peu déroutantes. Ici, nous énumérons quelques caractéristiques communes entre ces deux modèles. Chaque caractéristique est discutée ci-dessous.

Paramètres du moteur pas à pas

Les paramètres du moteur pas à pas comprennent principalement l'angle de pas, les pas pour chaque révolution, les pas pour chaque seconde et le régime.

Angle de pas

L’angle de pas du moteur pas à pas peut être défini comme l’angle auquel le rotor du moteur tourne une fois qu’une seule impulsion est donnée à l’entrée du stator. La résolution du moteur peut être définie comme le nombre de pas du moteur et le nombre de tours du rotor.

Résolution = nombre de pas / nombre de révolution du rotor

La disposition du moteur peut être décidée par l'angle de pas et elle est exprimée en degrés. La résolution d'un moteur (le numéro de pas) est le no. d'étapes qui font en une seule révolution du rotor. Lorsque l'angle de pas du moteur est petit, la résolution est élevée pour l'agencement de ce moteur.

L'exactitude de la disposition des objets à travers ce moteur dépend principalement de la résolution. Une fois que la résolution est élevée, la précision sera faible.

Certains moteurs de précision peuvent créer 1000 pas en une seule révolution, y compris 0,36 degré d'angle de pas. Un moteur typique comprend 1,8 degrés d'angle de pas avec 200 pas pour chaque révolution. Les différents angles de pas tels que 15 degrés, 45 degrés et 90 degrés sont très courants dans les moteurs normaux. Le nombre d'angles peut changer de deux à six et un petit angle de pas peut être atteint grâce à des pièces polaires fendues.

Étapes pour chaque révolution

Les pas pour chaque résolution peuvent être définis comme le nombre d'angles de pas nécessaires pour une révolution totale. La formule pour cela est 360 ° / Angle de pas.

Étapes pour chaque seconde

Ce type de paramètre est principalement utilisé pour mesurer le nombre d'étapes couvertes par seconde.

Révolutions par minute

Le RPM est le tour par minute. Il est utilisé pour mesurer la fréquence de révolution. Ainsi, en utilisant ce paramètre, nous pouvons calculer le nombre de tours en une seule minute. La relation principale entre les paramètres du moteur pas à pas est la suivante.

Pas par seconde = révolution par minute x pas par révolution / 60

Interfaçage du moteur pas à pas avec le microcontrôleur 8051

L'interfaçage du moteur pas à pas avec le 8051 est très simple en utilisant trois modes tels que l'entraînement par ondes, l'entraînement par pas complet et l'entraînement par demi-pas en donnant le 0 et 1 aux quatre fils du moteur en fonction du mode d'entraînement que nous devons choisir pour faire fonctionner ce moteur.

Les deux fils restants doivent être couplés à une alimentation en tension. Ici, le moteur pas à pas unipolaire est utilisé lorsque les quatre extrémités des bobines sont connectées aux quatre broches principales du port-2 dans le microcontrôleur à l'aide de l'ULN2003A.

Ce microcontrôleur ne fournit pas suffisamment de courant pour entraîner les bobines, de sorte que le circuit intégré du pilote actuel aime ULN2003A. ULN2003A doit être utilisé et c'est la collection de 7 paires de transistors NPN Darlington. La conception de la paire Darlington peut être effectuée à travers deux transistors bipolaires qui sont connectés pour obtenir une amplification de courant maximale.

Dans le circuit intégré de pilote ULN2003A, les broches d'entrée sont 7, les broches de sortie sont 7, où deux broches sont pour l'alimentation et les bornes de terre. Ici, des broches à 4 entrées et 4 sorties sont utilisées. Comme alternative à ULN2003A, le L293D IC est également utilisé pour l'amplification du courant.

Vous devez observer très attentivement deux fils communs et quatre fils de bobine, sinon le moteur pas à pas ne tournera pas. Cela peut être observé en mesurant la résistance à l’aide d’un multimètre, mais le multimètre n’affichera aucune lecture entre les deux phases des fils. Une fois que le fil commun et les deux autres fils sont dans la phase égale, ils doivent montrer une résistance similaire, tandis que les deux points de finition des bobines dans la phase similaire démontreront la double résistance par rapport à la résistance entre le point commun et un point final.

Dépannage

• Le dépannage est le processus permettant de vérifier l'état du moteur, que le moteur fonctionne ou non. La liste de contrôle suivante est utilisée pour dépanner le moteur pas à pas.
• Vérifiez d'abord les connexions ainsi que le code du circuit.
• Si tout va bien, vérifiez ensuite que le moteur est correctement alimenté ou bien il vibre simplement mais ne tourne pas.
• Si la tension d'alimentation est correcte, vérifiez les points d'extrémité des quatre bobines qui sont associées au CI ULN2003A.
• Tout d'abord, découvrez les deux points de terminaison généraux et fixez-les à l'alimentation 12v, puis fixez les quatre fils résiduels à IC ULN2003A. Jusqu'à ce que le moteur pas à pas démarre, essayez toutes les combinaisons possibles. Si la connexion n'est pas correcte, ce moteur vibrera au lieu de tourner.

Les moteurs pas à pas peuvent-ils fonctionner en continu?

Généralement, tous les moteurs fonctionnent ou tournent en continu, mais la plupart des moteurs ne peuvent pas s'arrêter lorsqu'ils sont sous tension.Lorsque vous essayez de restreindre l'arbre d'un moteur lorsqu'il est sous alimentation, il brûle ou se brise.

Alternativement, les moteurs pas à pas sont conçus pour faire un pas discret, puis attendre à nouveau et y rester. Si nous voulons que le moteur reste dans un seul endroit pendant moins de temps avant de recommencer, il ressemblera à une rotation continue. La consommation d'énergie de ces moteurs est élevée mais la dissipation de puissance se produit principalement une fois que le moteur est arrêté ou mal conçu, alors il y a un risque de surchauffe. Pour cette raison, l’alimentation en courant du moteur est fréquemment diminuée une fois que le moteur est en position de maintien pendant plus longtemps.

La raison principale est qu'une fois que le moteur tourne, sa partie d'alimentation électrique d'entrée peut être changée en puissance mécanique. Lorsque le moteur est arrêté alors qu'il tourne, toute la puissance d'entrée peut être transformée en chaleur à l'intérieur de la bobine.

Avantages

Le avantages du moteur pas à pas inclure les éléments suivants.

• Rugosité
• Construction simple
• Peut fonctionner dans un système de contrôle en boucle ouverte
• La maintenance est faible
• Cela fonctionne dans toutes les situations
• La fiabilité est élevée
• L'angle de rotation du moteur est proportionnel à l'impulsion d'entrée.
• Le moteur a un couple maximal à l'arrêt.
• Positionnement précis et répétabilité du mouvement car les bons moteurs pas à pas ont une précision de 3 à 5% d'un pas et cette erreur n'est pas cumulative d'une étape à l'autre.
• Excellente réponse au démarrage, à l'arrêt et à l'inversion.
• Très fiable car il n'y a pas de balais de contact dans le moteur. Par conséquent, la durée de vie du moteur dépend simplement de la durée de vie du roulement.
• La réponse du moteur aux impulsions d’entrée numérique permet un contrôle en boucle ouverte, ce qui rend le moteur plus simple et moins coûteux à contrôler.
• Il est possible d'obtenir une rotation synchrone à très faible vitesse avec une charge directement couplée à l'arbre.
• Une large gamme de vitesses de rotation peut être réalisée car la vitesse est proportionnelle à la fréquence des impulsions d'entrée.

Désavantages

Le inconvénients du moteur pas à pas inclure les éléments suivants.

• L'efficacité est faible
• Le couple d'un moteur diminue rapidement avec la vitesse
• La précision est faible
• Les commentaires ne sont pas utilisés pour spécifier les étapes manquées potentielles
• Petit couple vers le rapport d'inertie
• Extrêmement bruyant
• Si le moteur n'est pas contrôlé correctement, des résonances peuvent se produire
• Le fonctionnement de ce moteur n'est pas facile à très haute vitesse.
• Le circuit de commande dédié est nécessaire
• Par rapport aux moteurs à courant continu, il utilise plus de courant

Applications

Le applications du moteur pas à pas inclure les éléments suivants.

1. Machines industrielles - Les moteurs pas à pas sont utilisés dans les jauges automobiles et les équipements de production automatisés de machines-outils.
2. Sécurité - nouveaux produits de surveillance pour l'industrie de la sécurité.
3. Médical - Les moteurs pas à pas sont utilisés dans les scanners médicaux, les échantillonneurs et également dans la photographie dentaire numérique, les pompes à fluide, les respirateurs et les machines d'analyse du sang.
4. Electronique grand public - Moteurs pas à pas dans les caméras pour la mise au point automatique de l'appareil photo numérique et les fonctions de zoom.

Et aussi avoir des applications de machines professionnelles, des applications de périphériques informatiques.

Ainsi, il s'agit de un aperçu du moteur pas à pas comme la construction, le principe de fonctionnement, les différences, les avantages, les inconvénients et ses applications. Vous avez maintenant une idée des types de super moteurs et de leurs applications si vous avez des questions sur ce sujet ou sur les projets électroniques laissez les commentaires ci-dessous.

Crédit photo

• Moteur pas à pas par MST