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Moteurs, Servo Moteurs, Actionneurs Linéaires
Un moteur pas à pas, ou stepper motor, est un type de moteur électrique utilisé pour convertir des impulsions électriques en mouvements discrets et précis. C'est ce qu'on appelle « pas à pas » car le moteur avance d'un certain nombre de pas individuels en réponse à chaque impulsion électrique qu'il reçoit. Ces moteurs sont largement utilisés dans les applications nécessitant un positionnement précis, telles que les imprimantes 3D, les machines CNC, les robots, les caméras et autres systèmes de contrôle de mouvement.
Le fonctionnement de base d'un moteur pas à pas repose sur l'interaction entre un rotor (généralement une série d'aimants permanents) et un ensemble de bobines électromagnétiques disposées autour du rotor.
Un moteur pas à pas est un dispositif électromécanique qui convertit les impulsions électriques en mouvements mécaniques discrets et précis. Les composants et le fonctionnement détaillé d'un moteur pas à pas sont décrits ci-dessous :
Composants de base:
Stator : Le stator est la partie fixe du moteur et est constitué d'un ensemble de bobines électromagnétiques disposées autour du rotor. Ces bobines sont la clé pour générer le mouvement du moteur.
Rotor : Le rotor est la partie mobile du moteur et se compose généralement d'un aimant permanent ou d'un ensemble d'aimants permanents. Le rotor est situé au centre du stator et peut tourner par étapes discrètes.
Arbre de sortie : L'arbre de sortie est la partie du rotor utilisée pour connecter le moteur à la charge qui doit être déplacée ou positionnée. Grâce à la rotation du rotor, l'arbre de sortie effectue le travail mécanique souhaité.
Principe de fonctionnement:
Dans ce mode, le moteur tourne selon des angles prédéfinis, par exemple 1,8°, ce qui signifie que 200 pas sont nécessaires pour une rotation complète (200×1,8° = 360°). Le mouvement de l'arbre est obtenu en alimentant une ou deux bobines. L'utilisation d'une seule bobine nécessite moins de puissance de la part du contrôleur, tandis que l'utilisation de deux bobines opposées augmente la puissance, la vitesse et le couple du moteur.
La figure ci-dessous nous montre comment cela fonctionne en mode pas à pas avec une alimentation biphasée :
En mode demi-pas, la course du rotor est divisée par 2, ce qui signifie qu'une seule course vaut 0,9° au lieu de 1,8° dans l'exemple ci-dessus. Cela donne 400 pas par tour complet. Dans ce mode, les deux bobines du moteur reçoivent de l'énergie en alternance, ce qui augmente le couple par rapport au fonctionnement en mode monophasé. Cela rend également le fonctionnement du moteur plus fluide et double la résolution angulaire.
La figure ci-dessous montre le fonctionnement du moteur pas à pas en demi-pas avec une alimentation biphasée :
Le pas nominal est divisé en sections plus courtes qu'un demi-pas, avec un rapport de division maximum de 256. Les positions précises du rotor sont contrôlées par le flux magnétique généré par les bobines alimentées par des ondes échelonnées. Ce mode est idéal pour les applications qui nécessitent un fonctionnement fluide et une haute précision.
Cependant, lors de l’utilisation du micropas, il est important de prendre en compte les exigences de vitesse de l’application. La réactance inductive des bobines augmente avec la fréquence de commutation du courant dans le moteur, ce qui peut diminuer le courant moyen et, par conséquent, le couple du moteur. Cela peut entraîner des problèmes tels que des oscillations, des arrêts du rotor ou des pertes de pas dans la machine entraînée. Par conséquent, il est crucial de consulter la fiche technique du moteur, qui doit inclure un graphique montrant le couple en fonction de la fréquence du courant dans les bobines lors de l'utilisation du micropas.
En résumé, le choix entre un moteur pas à pas unipolaire et un moteur bipolaire dépend des besoins spécifiques de l'application. Les moteurs unipolaires sont plus faciles à contrôler et conviennent aux applications à faible charge et faible puissance, tandis que les moteurs bipolaires offrent des performances supérieures en termes de couple et d'efficacité, ce qui les rend idéaux pour les applications à charge lourde et haute précision, bien qu'ils nécessitent des circuits de contrôle plus complexes.
Cela dépendra du type de moteur dont nous disposons et du type de mode de fonctionnement que nous souhaitons faire fonctionner le moteur. En général, nous utiliserons des drivers de moteur pas à pas qui intègrent des ponts en H, et ne soulèvent pas de questions de connexion et varient en fonction du mode de connexion. L'article est trop complet pour les besoins de cet article et nous n'expliquerons que les cas de connexion avec un pont en H ou en mode bipolaire, car c'est le plus courant.
La connexion de ces moteurs est la plus simple. Nous avons le même nombre de câbles ou de fils que dans le contrôleur ou le pilote de moteur. Seul le boîtier du moteur a été protégé de la terre pour éviter d'éventuelles interférences.
Dans ce cas, nous avons un moteur pas à pas unipolaire, identique au précédent bipolaire auquel une prise moyenne a été ajoutée à chaque enroulement du moteur. Dans ce cas, nous pouvons nous connecter des manières suivantes :
Ce type de moteur pas à pas est un type unipolaire à 2 enroulements dans lequel les deux prises médianes de chaque enroulement sont reliées en interne. Nous connecterions les extrémités des bobines aux sorties du pilote ou du pont en H, laissant les bobines communes non connectées.
Dans certains moteurs, le constructeur opte pour une conception à 4 bobinages avec 8 câbles, ce qui permet de mettre les bobinages en série ou en parallèle, selon que la vitesse ou le couple du moteur est plus important.
Les moteurs pas à pas sont disponibles dans une variété de tailles et de configurations standard pour s'adapter à diverses applications. Les tailles standard sont définies principalement par leur taille de montage, mesurée en millimètres ou en pouces, et par leur capacité de couple. Vous trouverez ci-dessous quelques-unes des tailles standard courantes de moteurs pas à pas :
NEMA 17 : C'est l'une des tailles les plus courantes et les plus utilisées. Les moteurs pas à pas NEMA 17 ont une bride carrée avec une dimension de montage de 1,7 x 1,7 pouces (43,18 x 43,18 mm) et sont utilisés dans une variété d'applications, des imprimantes 3D aux machines CNC de taille moyenne.
NEMA 23 : les moteurs pas à pas NEMA 23 ont une bride carrée plus grande avec une dimension de montage de 2,3 x 2,3 pouces (58,42 x 58,42 mm). Ces moteurs conviennent aux applications nécessitant un couple plus élevé et sont utilisés dans les grandes machines CNC, les imprimantes industrielles et les équipements d'automatisation.
NEMA 34 : les moteurs pas à pas NEMA 34 ont une bride carrée encore plus grande avec une dimension de montage de 3,4 x 3,4 pouces (86,36 x 86,36 mm). Ce sont des moteurs à couple élevé utilisés dans les applications industrielles lourdes, telles que les machines de découpe et les équipements de chargement.
NEMA 11 : Ces moteurs sont plus petits que NEMA 17, avec une dimension de montage d'environ 1,1 x 1,1 pouces (28 x 28 mm). Ils sont utilisés dans les applications où l'espace est limité et où un couple modéré est nécessaire.
NEMA 14 : les moteurs pas à pas NEMA 14 sont encore plus petits, avec une dimension de montage d'environ 1,4 x 1,4 pouces (35 x 35 mm). Ils sont idéaux pour les applications compactes et légères.
NEMA 08 : Ce sont les plus petits moteurs avec une dimension de montage d'environ 0,8 x 0,8 pouces (20 x 20 mm). Ils sont utilisés dans des applications micro et miniaturisées.
Il arrive parfois que l'un des modèles précédents soit également commercialisé avec une broche montée comme arbre de rotor. Sur cet arbre se trouve un support fileté qui tourne avec les tours du moteur. Nous avons donc ensemble un actionneur linéaire d’une excellente précision. Voir l'actionneur linéaire basé sur un moteur pas à pas
Veuillez noter qu'au sein de chaque taille standard, les moteurs pas à pas peuvent varier en termes de longueur, de couple nominal, de courant nominal et d'autres spécifications. Le choix de la taille et du type de moteur pas à pas dépendra des exigences spécifiques de votre application, telles que la charge à déplacer, la précision requise et l'espace disponible.