Les moteurs pas à pas à courant continu sont largement utilisés dans les machines-outils à commande numérique et la robotique. La principale différence entre ce moteur électrique est le principe de son fonctionnement. L'arbre du moteur pas à pas ne tourne pas longtemps, mais ne tourne que d'un certain angle. Cela garantit un positionnement précis de l'élément de travail dans l'espace. L'alimentation d'un tel moteur est discrète, c'est-à-dire qu'elle s'effectue par impulsions. Ces impulsions font tourner l'arbre à un certain angle, chaque tour est appelé un pas, d'où son nom. Souvent, ces moteurs fonctionnent en tandem avec une boîte de vitesses pour améliorer la précision de réglage et le couple sur l'arbre, et avec un encodeur pour suivre la position de l'arbre à ce moment-là. Ces éléments sont nécessaires pour transférer et transformer l'angle de rotation. Dans cet article, nous dirons aux lecteurs du site Électricien lui-même sur l'appareil, le principe de fonctionnement et le but des moteurs pas à pas.
Teneur:
- Comment fonctionne un moteur pas à pas
- Principe de fonctionnement
- Types et types par polarité ou type d'enroulements
- Types de moteurs par conception de rotor
- Commande de moteur pas à pas
- Avantages et inconvénients des moteurs pas à pas
Comment fonctionne un moteur pas à pas
De par son type, il s'agit d'un moteur synchrone sans balais. Comprend stator et rotor. Sur le rotor, il y a généralement des sections en tôles d'acier électriques (sur la photo, c'est la partie "dentée"), et celles-ci, à leur tour, sont séparées par des aimants permanents. Les enroulements sont situés sur le stator, sous forme de bobines séparées.
Principe de fonctionnement
Le fonctionnement d'un moteur pas à pas peut être vu sur un modèle conditionnel. En position 1, une tension d'une certaine polarité est appliquée aux enroulements A et B. En conséquence, un champ électromagnétique est généré dans le stator. Comme différents pôles magnétiques sont attirés, le rotor prendra sa position le long de l'axe du champ magnétique. De plus, le champ magnétique du moteur empêchera les tentatives de changer la position du rotor de l'extérieur. En termes simples, le champ magnétique du stator fonctionnera pour empêcher le rotor de changer une position donnée (par exemple, sous une contrainte mécanique sur l'arbre).
Si une tension de même polarité est appliquée aux enroulements D et C, le champ électromagnétique se déplacera. Cela fera tourner le rotor à aimant permanent en position 2. Dans ce cas, l'angle de rotation est de 90°. Cet angle sera l'étape de rotation du rotor.
La position 3 est obtenue en appliquant une tension de polarité inversée aux enroulements A et B. Dans ce cas, le champ électromagnétique sera opposé à la position 1, le rotor des moteurs sera déplacé, et l'angle total sera de 180°.
Lorsqu'une tension de polarité inversée est appliquée aux enroulements D et C, le rotor tournera jusqu'à 270° à partir de la position de départ. Lorsqu'une tension positive est connectée aux enroulements A et B, le rotor prendra sa position d'origine - il effectuera un tour de 360 °. Il convient de garder à l'esprit que le mouvement du rotor se produit le long du chemin le plus court, c'est-à-dire de la position 1 à position 4 dans le sens des aiguilles d'une montre le rotor ne tournera qu'après avoir passé les intermédiaires 2 et 3 des provisions. Lors de la connexion des enroulements après la position 1 immédiatement à la position 4, le rotor tournera dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.
Types et types par polarité ou type d'enroulements
Les moteurs pas à pas utilisent des enroulements bipolaires et unipolaires. Le principe de fonctionnement a été envisagé sur la base d'une machine bipolaire. Cette conception prévoit l'utilisation de différentes phases pour alimenter les enroulements. Le circuit est très complexe et nécessite des cartes de contrôle coûteuses et puissantes.
Un schéma de contrôle plus simple dans les machines unipolaires. Dans un tel schéma, le début des enroulements est connecté à un "plus" commun. Sur les deuxièmes conclusions des enroulements, "moins" est fourni alternativement. Ceci assure la rotation du rotor.
Les moteurs pas à pas bipolaires sont plus puissants, ils ont 40% de couple en plus que les moteurs unipolaires. Les moteurs électriques unipolaires sont beaucoup plus pratiques à utiliser.
Types de moteurs par conception de rotor
Selon le type de conception de rotor, les moteurs pas à pas sont subdivisés en machines :
- avec un aimant permanent ;
- avec une réticence variable;
- hybride.
SM avec des aimants permanents sur le rotor est conçu de la même manière que dans les exemples discutés ci-dessus. La seule différence est qu'il y a beaucoup plus d'aimants dans les vraies machines. Ils sont généralement distribués sur un disque partagé. Le nombre de pôles dans les moteurs modernes atteint 48. Une étape dans de tels moteurs électriques est de 7,5 °.
Moteurs à réluctance variable. Le rotor de ces machines est en alliages magnétiques doux, ils sont aussi appelés "moteur pas à pas réactif". Le rotor est assemblé à partir de plaques séparées et ressemble à une roue dentée en section. Cette conception est nécessaire pour que le flux magnétique soit fermé à travers les dents. Le principal avantage de cette conception est l'absence de couple de blocage. Le fait est que le rotor à aimant permanent est attiré par les pièces métalliques du moteur électrique. Et il est assez difficile de faire tourner l'arbre en l'absence de tension sur le stator. Il n'y a pas un tel problème dans un moteur pas à pas à réluctance variable. Cependant, un inconvénient important est le faible couple. Le pas de telles machines est généralement compris entre 5° et 15°.
Le moteur pas à pas hybride a été développé pour combiner les meilleures caractéristiques des deux types précédents. Ces moteurs ont un petit pas allant de 0,9 à 5 °, et ont un couple et une capacité de maintien élevés. L'avantage le plus important est la grande précision de l'appareil. De tels moteurs électriques sont utilisés dans les équipements de haute précision les plus modernes. Les inconvénients ne comprennent que leur coût élevé. Structurellement, le rotor de cet appareil est un cylindre aimanté sur lequel sont situées des dents magnétiques douces.
Par exemple, un moteur pas à pas à 200 pas utilise deux disques dentés de 50 dents chacun. Les disques sont décalés les uns par rapport aux autres d'une demi-dent de sorte que la cavité du pôle positif coïncide avec la saillie du pôle négatif et inversement. Grâce à cela, le rotor possède 100 pôles à polarité inversée.
C'est-à-dire que les pôles sud et nord peuvent être déplacés par rapport au stator dans 50 positions différentes, et au total 100. Et un déphasage d'un quart donne 100 autres positions, ceci est dû à une excitation séquentielle.
Commande de moteur pas à pas
La gestion s'effectue selon les modalités suivantes :
- Vague. Dans cette méthode, la tension est appliquée à une seule bobine, vers laquelle le rotor est attiré. Étant donné qu'un seul enroulement est impliqué, le couple du rotor est faible et ne convient pas à une transmission de puissance élevée.
- Étape complète. Dans ce mode de réalisation, deux enroulements sont excités à la fois, assurant ainsi le couple maximal.
- Demi-étape. Combine les deux premières méthodes. Dans ce mode de réalisation, la tension est appliquée d'abord à l'un des enroulements, puis à deux. De cette façon, plus d'étapes sont réalisées et la force de maintien maximale, ce qui arrête le rotor à haute vitesse.
- Le contrôle de micropas est effectué en appliquant des impulsions de micropas. Cette méthode garantit une rotation en douceur du rotor et réduit les à-coups pendant le fonctionnement.
Avantages et inconvénients des moteurs pas à pas
Les avantages de ce type de machines électriques comprennent :
- vitesses élevées de démarrage, d'arrêt, de marche arrière;
- l'arbre est tourné conformément à la commande du dispositif de commande à un angle prédéterminé ;
- fixation claire de la position après l'arrêt;
- précision de positionnement élevée, sans exigences strictes en matière de présence de rétroaction ;
- haute fiabilité en raison de l'absence de collecteur;
- maintenir un couple maximal à basse vitesse.
Désavantages:
- le positionnement peut être violé lorsque la charge mécanique sur l'arbre est supérieure à celle admissible pour un modèle de moteur particulier ;
- probabilité de résonance;
- schéma de contrôle complexe ;
- faible vitesse de rotation, mais cela ne peut pas être attribué à des inconvénients importants, car les moteurs pas à pas ne sont pas utilisés pour simplement faire tourner quelque chose comme sans balais, par exemple, mais pour les mécanismes de positionnement.
Un moteur pas à pas est également appelé moteur à « nombre fini de positions de rotor ». C'est la définition la plus vaste et la plus concise de ces machines électriques. Ils sont activement utilisés dans les machines CNC, les imprimantes 3D et les robots. Le principal concurrent du moteur pas à pas est servomoteur, mais chacun d'eux a ses propres avantages et inconvénients, qui déterminent l'opportunité d'utiliser l'un ou l'autre dans chaque cas.
Matériaux associés :
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- Qu'est-ce que la tension de pas et à quel point c'est dangereux
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