Synthèse sur les moteurs pas à pas

Terminale STI Génie électronique
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Synthèse sur les moteurs pas à pas
I - PRESENTATION
I.1 Généralités
Un moteur pas à pas est un moteur dont la partie mobile se déplace d’une quantité élémentaire
appelée PAS chaque fois que le moteur reçoit une impulsion de courant convenable.
Le déplacement peut être circulaire (cas les plus nombreux) ou linéaire suivant la construction du
moteur. Ainsi, à chaque pas, on obtient un déplacement angulaire. On définit alors le nombre de pas par
tours :
- pour les moteurs les plus courant, on trouve :
12
24
36
48
60
100 200 400 pas par tours
le pas angulaire correspondant étant respectivement
30°
15°
10°
7.5° 6°
3.6° 1.8° 0.9°
D’autre part, ses remarquables possibilités d’adaptation lui permettent également de pouvoir
travailler selon le cas à vitesse continue ou variable.
c) Fonction globale
énergie électrique
CONVERSION
Information numérique
énergie mécanique
déplacement linéaire
ou angulaire
d) Commande d’un moteur pas à pas
Unité de
pilotage
Production des
signaux de
commande du
moteur pas à pas
Amplification en
puissance
Moteur pas à pas
Unité de pilotage : elle permet de commander :
- le sens de rotation,
- l’angle de rotation et donc la vitesse qui en résulte.
Production des signaux de commande du moteur : elle permet de produire les signaux de commande
des moteurs pas à pas. Ces signaux dépendent du choix du mode de fonctionnement du moteur pas à pas.
Amplification en puissance : cette fonction permet d’amplifier en puissance les signaux de commande
du moteur afin de pouvoir commander le moteur pas à pas. Cette fonction dépend des caractéristiques du
moteur pas à pas.
Moteur pas à pas : le moteur pas à pas permet de convertir les signaux de commande du moteur pas à
pas en déplacement linéaire ou angulaire.
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III LES DIFFERENTS MODES DE COMMANDE DES MOTEURS PAS A PAS
Les modes de fonctionnement des moteurs pas à pas sont obtenues par la fonction : « Production
des signaux de commande du moteur ».
Alors que l’alimentation (unipolaire ou bipolaire) sera fixée par la fonction « Amplification en
puissance ».
MODE DE COMMANDE UNE PHASE "ON" PAS ENTIER : ONE PHASE ON DRIVE MODE
CLK
t
A
t
ALIMENTATION
B
t
UNIPOLAIRE
C
t
D
t
ALIMENTATION
A-B
t
BIPOLAIRE
C-D
t
Les phases du moteur pas à pas sont alimentées l’une après l’autre, à chaque impulsion de
l’horloge l’angle de rotation est équivalent à un pas.
MODE DE COMMANDE DEMI-PAS : HALF STEP MODE
CLK
t
A
t
ALIMENTATION
B
t
UNIPOLAIRE
C
t
D
t
ALIMENTATION
A-B
t
BIPOLAIRE
C-D
t
Les bobines sont alimentées alternativement une seule, et ensuite les deux. À chaque impulsion
d’horloge l’angle de rotation est équivalent à un demi pas, ceci permet de gagner en précision avec un
même moteur.
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MODE DE COMMANDE 2 PHASES "ON" PAS ENTIER : TWO-PHASE-ON DRIVE MODE
CLK
t
A
t
ALIMENTATION
B
t
UNIPOLAIRE
C
t
D
t
ALIMENTATION
A-B
t
BIPOLAIRE
C-D
t
Le mode de commande ci-dessus est en pas entier, la seule différence est que l’on alimente à
chaque fois deux phases à la fois ceci permet d’avoir un couple plus élevé.
MODE DE COMMANDE DEMI-PAS ** ( couple constant ) : HALF STEP MODE
CLK
t
A
t
ALIMENTATION
B
t
UNIPOLAIRE
C
t
D
t
ALIMENTATION
A-B
t
BIPOLAIRE
C-D
t
** En mode demi-pas, le nombre de bobines excité n'est pas toujours le même . pour avoir un couple constant,
on augmente la tension ( intensité ) à différents moments du cycle.
Ce mode de commande permet d’obtenir un fonctionnement en demi pas à couple constant (la
somme des tensions appliquées sur les bobines est toujours constante, contrairement au mode demi pas
classique où une bobine est alimentée puis deux …).
Remarque : il est possible de choisir à chaque fois une commande unipolaire ou bipolaire, ceci
dépendra du nombre de fils disponible sur le moteur pas à pas. Il est à noter que la commande
bipolaire sera plus compliquée à réaliser que la commande unipolaire (inversion de la tension
d’alimentation).
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IV CARACTÉRISTIQUES DES MOTEURS PAS À PAS
IV.1 PARTIE COMMANDE
Les phases des moteurs sont symbolisées par des bobines :
•
4 fils
5 fils
6 fils
La commande unipolaire ou bipolaire dépendra du degré d’accessibilité des contacts des bobines
du moteur. Un moteur 4 fils ne pourra être alimenté qu’en bipolaire.
Les caractéristiques de la bobine sont données par la documentation constructeur :
-valeur de l’inductance (en Henry),
-valeur de la résistance des enroulements, (en Ohms),
-valeur du courant qui doit circuler dans la bobine afin d’obtenir un fonctionnement correct
du moteur pas à pas.
C’est en fonction de ces caractéristiques que la conception du circuit de puissance sera réalisée.
IV.2 PARTIE ROTOR
Le choix du moteur pas à pas se fera en fonction de l’application que l’on souhaite en faire. La
caractéristique principale est le couple (force du rotor).
IV.3 LE NOMBRE DE PAS
Le nombre de pas du moteur dépendra de deux caractéristiques du moteur :
-le nombre de phase (partie commande),
-le nombre de paires de pôles (partie rotor).
Nombre de pas par tour = nombre de phase x nombre de paires de pôles du rotor
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