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florence-etienne
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LE MOTEURPAS A PAS
GJC
Principe
GJC
Moteur pas à pasPrincipe
Le moteur pas à pas tourne d’un angle constant chaque fois qu’il reçoitune impulsion au stator.La vitesse du moteur ne dépend donc que de la fréquence des impulsionsreçues.L’angle de pas est de :
- 90° pour un moteur 4 pas/tour- 0,9° pour un moteur 400 pas/tour
Moteur à aimants permanents
GJC
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Constitution
Utilisation impérativement du courant continu
Le rotor comporte des aimants permanents pôles Nord et Sud successivement répartis.
Le stator est bobiné (électro-aimant)les polarités dépendent du sens du courant alimentant la bobine « phase »
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Fonctionnement
Le rotor est bipolaire1 pôle Nord1 pôle Sud
Le stator à 2 phasesla phase P ( pôles A et C)la phase Q ( pôles B et D)
Phase P
Phase Q
A
C
B
D
S
N
index
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
FonctionnementAlimentation du stator
B A
DC
S
NP
A
C
Q
B
D
U1 U2
K1
- +
K2
- +
B A
DC
S
N
N N
S S
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Fonctionnement
K1
+K2
+ N
A
N
B
S
C
S
D Position
1
U1
- + - +K1 K2
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Fonctionnement
K1
+- +
K2
+S
N
A
N
N
B
S
C
S
S
D
2
Position
1
N
B A
DC
S N
N S
N S
U1U2
- + - +K1 K2
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Fonctionnement
K1
+--
+
K2
+
- S
S
N
A
S
N
N
B
N
S
C
N
S
S
D
2
Position
1
3
N
B A
DCS
N
N N
S SU2
- + - +K1 K2
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Fonctionnement
K1
+--+
+
K2
+
-- N
S
S
N
A
S
S
N
N
B
S
N
S
C
N
NS
S
D
2
Position
1
3
4
N
B A
DC
SN
N
N
S
S
N
U2U1
- + - +K1 K2
U1
B A
DC
S
N
N N
S S
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Fonctionnement
K1
+--+
+
K2
+
-- N
S
S
N
A
S
S
N
N
B
S
N
S
C
N
N
S
S
D
2
Position
1
3
4
N
- + - +K1 K2
B A
DC
S
N
N N
S S
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Fonctionnement
K1
+--+
+
K2
+
-- N
S
S
N
A
S
S
N
N
B
S
N
S
C
N
N
S
S
D
2
Position
1
3
4
N
Sens deprogression
SensAnti-horaire
Le sens de rotation du moteurdépend de l’ordre dans lequelon manœuvre les interrupteurs .
B A
DC
S N
N S
N S
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Fonctionnement
K1
+--+
+
K2
+
-- N
S
S
N
A
S
S
N
N
B
S
N
S
C
N
N
S
S
D
2
Position
1
3
4
N
Sens deprogression
SensAnti-horaire
Le sens de rotation du moteurdépend de l’ordre dans lequelon manœuvre les interrupteurs .
B A
DCS
N
N N
S S
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Fonctionnement
K1
+--+
+
K2
+
-- N
S
S
N
A
S
S
N
N
B
S
N
S
C
N
N
S
S
D
2
Position
1
3
4
N
Sens deprogression
SensAnti-horaire
Le sens de rotation du moteurdépend de l’ordre dans lequelon manœuvre les interrupteurs .
B A
DC
SN
N
N
S
S
N
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Fonctionnement
K1
+--+
+
K2
+
-- N
S
S
N
A
S
S
N
N
B
S
N
S
C
N
N
S
S
D
2
Position
1
3
4
N
Sens deprogression
SensAnti-horaire
Le sens de rotation du moteurdépend de l’ordre dans lequelon manœuvre les interrupteurs .
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Fonctionnement
K1
+--+
+
K2
+
-- N
S
S
N
A
S
S
N
N
B
S
N
S
C
N
N
S
S
D
2
Position
1
3
4
N
Sens deprogression
SensAnti-horaire
Le sens de rotation du moteurdépend de l’ordre dans lequelon manœuvre les interrupteurs .
B A
DC
S
N
N N
S S
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Fonctionnement
K1
+--+
+
K2
+
-- N
S
S
N
A
S
S
N
N
B
S
N
S
C
N
N
S
S
D
2
Position
1
3
4
N
Sens deprogression
SensHoraire
Le sens de rotation du moteurdépend de l’ordre dans lequelon manœuvre les interrupteurs .
B A
DC
S
N
N N
S S
B A
DC
SN
N
N
S
S
N
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Fonctionnement
K1
+--+
+
K2
+
-- N
S
S
N
A
S
S
N
N
B
S
N
S
C
N
N
S
S
D
2
Position
1
3
4
N
Sens deprogression
SensHoraire
Le sens de rotation du moteurdépend de l’ordre dans lequelon manœuvre les interrupteurs .
B A
DCS
N
N N
S S
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Fonctionnement
K1
+--+
+
K2
+
-- N
S
S
N
A
S
S
N
N
B
S
N
S
C
N
N
S
S
D
2
Position
1
3
4
N
Sens deprogression
SensHoraire
Le sens de rotation du moteurdépend de l’ordre dans lequelon manœuvre les interrupteurs .
B A
DC
S N
N S
N S
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Fonctionnement
K1
+--+
+
K2
+
-- N
S
S
N
A
S
S
N
N
B
S
N
S
C
N
N
S
S
D
2
Position
1
3
4
N
Sens deprogression
SensHoraire
Le sens de rotation du moteurdépend de l’ordre dans lequelon manœuvre les interrupteurs .
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Fonctionnement
K1
+--+
+
K2
+
-- N
S
S
N
A
S
S
N
N
B
S
N
S
C
N
N
S
S
D
2
Position
1
3
4
N
Sens deprogression
SensHoraire
Le sens de rotation du moteurdépend de l’ordre dans lequelon manœuvre les interrupteurs .
B A
DC
S
N
N N
S S
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Fonctionnement
Le sens de rotation du moteur dépend de l’ordre dans lequel on manœuvre les interrupteurs.La vitesse de rotation du moteur dépend de la vitesse avec laquelleon manœuvre les interrupteurs.
Ce type de moteur nécessite deux alimentations, on préfère diviserchaque phase en deux et réaliser ainsi un moteur quatre phases.
Dans l’exemple de dessus l’angle de pas est de 90°.
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
FonctionnementAlimentation du stator position « G »
P Q U
K1
G D
K2
G D
P’ Q’P Q
A B
C D
N
S
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
FonctionnementAlimentation du stator position « D »
P’ Q’
A B
C DN
S
P Q U
K1 K2
G D
P’ Q’
G D
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Fonctionnement
K1
G N
A
N
B
S
C
S
D Position
1
B A
DC
S
N
N N
S S
K2
G
Phasesexcitées
P Q
U
P Q
B A
DC
S N
N S
N S
B A
DC
S N
N S
N S
D
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Fonctionnement
K1
G
S
N
A
N
N
B
S
C
S
S
D
2
Position
1
NG
K2
G
Phasesexcitées
P Q
P’ Q U
P’ Q
B A
DCS
N
N N
S S
D
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Fonctionnement
K1
G
D S
S
N
A
S
N
N
B
N
S
C
N
S
S
D
2
Position
1
3
NG
K2
G
D
Phasesexcitées
P Q
P’ Q
P’ Q’
U
P’ Q’
B A
DC
SN
N
N
S
S
N
D
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Fonctionnement
K1
G
D
G N
S
S
N
A
S
S
N
N
B
S
N
S
C
N
N
S
S
D
2
Position
1
3
4
NG
K2
G
D
D
Phasesexcitées
P Q
P’ Q
P’ Q’
P Q’
U
P Q’
D
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Fonctionnement
K1
G
D
G N
S
S
N
A
S
S
N
N
B
S
N
S
C
N
N
S
S
D
2
Position
1
3
4
N
B A
DC
S
N
N N
S S
G
K2
G
D
D
Phasesexcitées
P Q
P’ Q
P’ Q’
P Q’
U
P Q
D
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Fonctionnement
K1
G
D
G N
S
S
N
A
S
S
N
N
B
S
N
S
C
N
N
S
S
D
2
Position
1
3
4
N
Sens deprogression
SensAnti-horaire
Le sens de rotation du moteurdépend de l’ordre dans lequelon manœuvre les interrupteurs .
B A
DC
S
N
N N
S S
G
K2
G
D
D
Phasesexcitées
P Q
P’ Q
P’ Q’
P Q’
B A
DC
S N
N S
N S
D
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Fonctionnement
K1
G
D
G N
S
S
N
A
S
S
N
N
B
S
N
S
C
N
N
S
S
D
2
Position
1
3
4
N
Sens deprogression
SensAnti-horaire
Le sens de rotation du moteurdépend de l’ordre dans lequelon manœuvre les interrupteurs .
G
K2
G
D
D
Phasesexcitées
P Q
P’ Q
P’ Q’
P Q’
B A
DCS
N
N N
S S
D
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Fonctionnement
K1
G
D
G N
S
S
N
A
S
S
N
N
B
S
N
S
C
N
N
S
S
D
2
Position
1
3
4
N
Sens deprogression
SensAnti-horaire
Le sens de rotation du moteurdépend de l’ordre dans lequelon manœuvre les interrupteurs .
G
K2
G
D
D
Phasesexcitées
P Q
P’ Q
P’ Q’
P Q’
B A
DC
SN
N
N
S
S
N
D
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Fonctionnement
K1
G
D
G N
S
S
N
A
S
S
N
N
B
S
N
S
C
N
N
S
S
D
2
Position
1
3
4
N
Sens deprogression
SensAnti-horaire
Le sens de rotation du moteurdépend de l’ordre dans lequelon manœuvre les interrupteurs .
G
K2
G
D
D
Phasesexcitées
P Q
P’ Q
P’ Q’
P Q’
D
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Fonctionnement
K1
G
D
G N
S
S
N
A
S
S
N
N
B
S
N
S
C
N
N
S
S
D
2
Position
1
3
4
N
Sens deprogression
SensAnti-horaire
Le sens de rotation du moteurdépend de l’ordre dans lequelon manœuvre les interrupteurs .
B A
DC
S
N
N N
S S
G
K2
G
D
D
Phasesexcitées
P Q
P’ Q
P’ Q’
P Q’
D
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Fonctionnement
K1
G
D
G N
S
S
N
A
S
S
N
N
B
S
N
S
C
N
N
S
S
D
2
Position
1
3
4
N
Sens deprogression
SensHoraire
Le sens de rotation du moteurdépend de l’ordre dans lequelon manœuvre les interrupteurs .
B A
DC
S
N
N N
S S
G
K2
G
D
D
Phasesexcitées
P Q
P’ Q
P’ Q’
P Q’
B A
DC
SN
N
N
S
S
N
D
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Fonctionnement
K1
G
D
G N
S
S
N
A
S
S
N
N
B
S
N
S
C
N
N
S
S
D
2
Position
1
3
4
N
Sens deprogression
SensHoraire
Le sens de rotation du moteurdépend de l’ordre dans lequelon manœuvre les interrupteurs .
G
K2
G
D
D
Phasesexcitées
P Q
P’ Q
P’ Q’
P Q’
B A
DCS
N
N N
S S
D
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Fonctionnement
K1
G
D
G N
S
S
N
A
S
S
N
N
B
S
N
S
C
N
N
S
S
D
2
Position
1
3
4
N
Sens deprogression
SensHoraire
Le sens de rotation du moteurdépend de l’ordre dans lequelon manœuvre les interrupteurs .
G
K2
G
D
D
Phasesexcitées
P Q
P’ Q
P’ Q’
P Q’
B A
DC
S N
N S
N S
D
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Fonctionnement
K1
G
D
G N
S
S
N
A
S
S
N
N
B
S
N
S
C
N
N
S
S
D
2
Position
1
3
4
N
Sens deprogression
SensHoraire
Le sens de rotation du moteurdépend de l’ordre dans lequelon manœuvre les interrupteurs .
G
K2
G
D
D
Phasesexcitées
P Q
P’ Q
P’ Q’
P Q’
D
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Fonctionnement
K1
G
D
G N
S
S
N
A
S
S
N
N
B
S
N
S
C
N
N
S
S
D
2
Position
1
3
4
N
Sens deprogression
SensHoraire
Le sens de rotation du moteurdépend de l’ordre dans lequelon manœuvre les interrupteurs .
B A
DC
S
N
N N
S S
G
K2
G
D
D
Phasesexcitées
P Q
P’ Q
P’ Q’
P Q’
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Fonctionnement
Le sens de rotation du moteur dépend de l’ordre dans lequel on manœuvre les interrupteurs.La vitesse de rotation du moteur dépend de la vitesse avec laquelleon manœuvre les interrupteurs.
Dans l’exemple de dessus l’angle de pas est de 90°.
Moteur pas à pasMoteurs à aimants permanents
Caractéristiques
L’alimentation des phases sans commutation de l’électroniqueproduit un couple de maintien.
Inertie du rotor élevée (aimants permanents).
Variation des performances liée au vieillissement des aimants.
Moteur à réluctance variable
GJC
Moteur pas à pasMoteurs à réluctance variable
Constitution
Utilisation d’un courant CC ou ACentrefer réduit au maximum 0,05 mm
Les pôles en fer doux feuilleté du rotor sont attirés par le champ magnétique créé par les bobines du stator, cette attraction a pour effet de diminuer l'entrefer pour faciliter le passage du flux magnétique de la bobine en diminuantla réluctance du circuit magnétique.
Le stator est bobiné (électro-aimant)les polarités dépendent du sens du courantalimentant la bobine « phase »
Moteur pas à pasMoteurs à réluctance variable
Fonctionnement
A
BC
E
G
FH
L’angle de pas a est ici
=a a s - a r angle du stator a s = 360 / Nsangle du rotor a r = 360 / Nr
= a + 360 / Ns ( Ns + 1)
il faut que Nr = Ns + 1
= 360 (a Nr-Ns) / Nr.Ns_
Moteur pas à pasMoteurs à réluctance variable
Fonctionnement
A=1
BC
E
G
FH
On alimente la phase A, le pôle E se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Le pôle E sera la référence pour la suite.
Moteur pas à pasMoteurs à réluctance variable
Fonctionnement
A
B=1C
E
GF
H
On alimente la phase B, le pôle F se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de + 30°.
Moteur pas à pasMoteurs à réluctance variable
Fonctionnement
A
BC=1
E
GF
H
On alimente la phase C, le pôle G se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de + 30°.
Moteur pas à pasMoteurs à réluctance variable
Fonctionnement
A=1
BC
EG
F
H
On alimente la phase A, le pôle H se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de + 30°.
Moteur pas à pasMoteurs à réluctance variable
Fonctionnement
A
B=1C
E
G
F
H
On alimente la phase B, le pôle E se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de + 30°.
Moteur pas à pasMoteurs à réluctance variable
Fonctionnement
A
BC=1
E
G
F
H
On alimente la phase C, le pôle F se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de + 30°.
Moteur pas à pasMoteurs à réluctance variable
Fonctionnement
A=1
BC
E
G
F H
On alimente la phase A, le pôle G se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de + 30°.
Moteur pas à pasMoteurs à réluctance variable
Fonctionnement
A
B=1C
E
GF
H
On alimente la phase B, le pôle H se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de + 30°.
Moteur pas à pasMoteurs à réluctance variable
Fonctionnement
A
BC=1
E
GF
H
On alimente la phase C, le pôle E se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de + 30°.
Moteur pas à pasMoteurs à réluctance variable
Fonctionnement
A=1
BC
E
F
H
G
On alimente la phase A, le pôle F se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de + 30°.
Moteur pas à pasMoteurs à réluctance variable
Fonctionnement
A
B=1C
H
FE
G
On alimente la phase B, le pôle G se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de + 30°.
Moteur pas à pasMoteurs à réluctance variable
Fonctionnement
A
BC=1
H
FE
G
On alimente la phase C, le pôle H se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de + 30°.
Moteur pas à pasMoteurs à réluctance variable
Fonctionnement
A=1
BC
H
E
G
F
On alimente la phase A, le pôle E se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de + 30°.
Moteur pas à pasMoteurs à réluctance variable
Fonctionnement
A=1
BC
H
E
G
F
Si on alimente les phases dans l’ordre A-B-C-A-B-C ..etc…le moteur tourne dans le sens horaire avec un pas de + 30°.Il faut 12 pas pour faire un tour.
Si on alimente les phases dans l’ordre A-C-B-A-C-B ..etc…le moteur tourne dans le sens anti- horaire avec un pas de - 30°.Il faudra aussi 12 pas pour faire un tour.
Moteur pas à pasMoteurs à réluctance variable
Fonctionnement
A
BC=1
H
FE
G
On alimente la phase C, le pôle H se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de - 30°.
Moteur pas à pasMoteurs à réluctance variable
Fonctionnement
A
B=1C
H
FE
G
On alimente la phase B, le pôle G se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de - 30°.
Moteur pas à pasMoteurs à réluctance variable
Fonctionnement
A=1
BC
E
F
H
G
On alimente la phase A, le pôle F se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de - 30°.
Moteur pas à pasMoteurs à réluctance variable
Fonctionnement
A
BC=1
E
GF
H
On alimente la phase C, le pôle E se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de - 30°.
Moteur pas à pasMoteurs à réluctance variable
Fonctionnement
A
B=1C
E
GF
H
On alimente la phase B, le pôle H se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de - 30°.
Moteur pas à pasMoteurs à réluctance variable
Fonctionnement
A=1
BC
E
G
F H
On alimente la phase A, le pôle G se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de - 30°.
Moteur pas à pasMoteurs à réluctance variable
Fonctionnement
A
BC=1
E
G
F
H
On alimente la phase C, le pôle F se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de - 30°.
Moteur pas à pasMoteurs à réluctance variable
Fonctionnement
A
B=1C
E
G
F
H
On alimente la phase B, le pôle E se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de - 30°.
Moteur pas à pasMoteurs à réluctance variable
Fonctionnement
A=1
BC
EG
F
H
On alimente la phase A, le pôle H se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de - 30°.
Moteur pas à pasMoteurs à réluctance variable
Fonctionnement
A
BC=1
E
GF
H
On alimente la phase C, le pôle G se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de - 30°.
Moteur pas à pasMoteurs à réluctance variable
Fonctionnement
A
B=1C
E
GF
H
On alimente la phase B, le pôle F se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de - 30°.
Moteur pas à pasMoteurs à réluctance variable
Fonctionnement
A=1
BC
E
G
FH
On alimente la phase A, le pôle E se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de - 30°.
Moteur pas à pas Moteurs à réluctance variable
Fonctionnement
Le sens de rotation du moteur dépend de l’ordre dans lequel on manœuvre les interrupteurs.La vitesse de rotation du moteur dépend de la vitesse avec laquelleon manœuvre les interrupteurs.
Dans l’exemple de dessus l’angle de pas est de 30°.
Caractéristiques
Pas de couple résiduel.
Inertie du rotor faible (rotors creux).
Angle de pas petits.
Moteur pas à pas Moteurs à réluctance variable
Risque de rentrer en résonance à certaines vitesses .
Moteur hybride
GJC
Moteur pas à pas Moteurs hybrides
Fonctionnement
Ils utilisent simultanément les principes des moteurs à aimantspermanents et à réluctance variable, afin d’obtenir un plus grandcouple moteur.
On arrive à des pas angulaires faibles 1,8° avec un rapport coupleinertie très élevé.
L’aimant permanent au rotor améliore le couple moteur ainsi que le couple de maintien.
Caractéristiques d’un moteur pas à pas
GJC
Moteur pas à pasCaractéristiques d’un moteur pas à pas
Mécaniques
- Encombrement.- Masse.- Inertie du rotor.- Angle de pas.
Electriques- Caractéristique couple / fréquence.- Résistance d’une phase.- Intensité par phase.- Tension d’isolement.- Température stockage / fonctionnement.
Moteur pas à pasCaractéristiques d’un moteur pas à pas
C’est la plus importante pour le choix d’un moteur pas à pas.
Caractéristique Couple / Fréquence.
Couple (Nm)
Fréquence (pas/seconde)
Zone de décrochage
Zone de démarrageD
Fréquence maximum de démarrage à vide
Fréquence maximum d’entraînement à vide
B
B couple au démarrage
A
A couple à l’entraînement limite «couple maximum»
Moteur pas à pasCaractéristiques d’un moteur pas à pas
Caractéristique Couple / Fréquence.Couple (Nm)
Fréquence (pas/seconde)
Zone de décrochage
Zone de démarrageD
B
A
Quand on est amené à travailler dans cette zone il est nécessaire de prévoir :
Si ces deux conditions sont remplies on ne perd aucun pas !- une rampe de décélération pour revenir en zone D avant de s’arrêter.- une rampe d’accélération pour démarrer dans la zone D.
Moteur pas à pasCaractéristiques d’un moteur pas à pas
Caractéristique Couple / Fréquence.
Si on est en charge:
JT = JR + JE inertie inertie du rotor inertie totale du moteur extérieure
Fréquence (pas/seconde)
B
A
Couple (Nm)
- la courbe A n’est pas modifiée.
- l’inertie extérieure JE due à la charge modifie la courbe d’arrêt démarrage B.
Moteur pas à pasCaractéristiques d’un moteur pas à pas
Caractéristique Couple / Fréquence.
Couple (Nm)
Fréquence (pas/seconde)
Zone de décrochage
Zone de démarrageD
B
A
Fréquence maximum de démarrage à vide
Fréquence maximum d’entraînement à vide
JE0
JE0 = 0JT = JR moteur seul
A vide
Moteur pas à pasCaractéristiques d’un moteur pas à pas
Caractéristique Couple / Fréquence.
Fréquence maximum d’entraînement à vide
JE0
Zone de décrochage
Zone de démarrageD
A
B
Couple (Nm)
Fréquence (pas/seconde)
Fréquence maximum de démarrage charge1
JE1
B’
JE1 = JRJT = JR + charge1 = 2 JR
En charge
Moteur pas à pasCaractéristiques d’un moteur pas à pas
Caractéristique Couple / Fréquence.
Couple (Nm)
Fréquence (pas/seconde)
Fréquence maximum d’entraînement à vide
JE0
Zone de décrochage
Zone de démarrage
D
JE1
A
B
B’
Fréquence maximum de démarrage charge 2
B’’
JE2
JE2 = 2JRJT = JR + charge2 = 3 JR
En charge
Moteur pas à pasCaractéristiques d’un moteur pas à pas
Caractéristique Couple / Fréquence.
Couple (Nm)
Fréquence (pas/seconde)
JE0
Zone de décrochage
Zone de démarrage
D
JE1
A
B
B’
B’’
JE2
La fréquence maximum de démarrage décroît quand la charge augmente.
Le réseau de courbes ci-contre correspond à l’ensemble « moteur + électronique de commande ».
La commande utilisée influence fortement le réseau !
En charge
Critères de qualité des unités
de commande
GJC
Moteur pas à pasCritères de qualité des unités de commande
Pour obtenir une puissance maximum il faut avoir simultanément :
Le Couple (donc le courant parcourant les phases) très élevé.La limite pour le couple maximum est la saturation des masses métalliques, c’est une caractéristique fixée à la construction.Le couple maximum (donc le courant maximum dans les bobinages) sera atteint plus ou moins rapidement en fonction des possibilités de la commande.
La vitesse (donc la fréquence des commutations) très élevée.La fréquence maximum de commutation est fonction des caractéristiques des bobinages du moteur et des composants de puissance utilisés.
P (w) = C (Nm) . 2 . .p n(tr/s)
Moteur pas à pasCritères de qualité des unités de commande
Une unité de commande est d’autant plus intéressante :
- Quelle permet de conserver la valeur maximale du couple sur une plage de vitesse importante.
- Que l’ensemble qu’elle forme avec le moteur pas à pas présente un rendement élevé.
P (w) = C (Nm) . 2 . .p N(tr/s)
Moteur pas à pasCritères de qualité des unités de commande
Branchement de deux phases
P
Ualim
P’+
_T1 T2
Schéma électrique d’une phase
Lm Rm Em
I
v = U alim
Moteur pas à pasCritères de qualité des unités de commande
Alimentation directe d’une phase.
v
t
Ualim
I
Ualim / Rm t
t
Quand la vitesse augmente, à cause du temps d’établissement du courant, la valeur moyenne du courant circulant pendant l’alimentation d’une phase diminue.Le couple procuré par le moteur diminue lui aussi.
On à donc intérêt à réduire le temps de monté du courant au minimum, c’est le rôle de l’unité de commande.
Au moment de la mise sous tension d’un enroulement, le courant prend un certain temps pour s’établir à une valeur voulue.
t = Lm / Rm
constante de temps électrique
Moteur pas à pasCritères de qualité des unités de commande
Alimentation directe d’une phase.
v
t
Ualim
I
Ualim / Rmt
t
On protégera l’électronique de puissance par diode de roue libre ou par condensateur.
Au moment de la coupure du courant dans l’enroulement, l’inductance génère une tension inverse dangereuse pour les transistors du circuit de commutation « transistor de puissance ».
Moteur pas à pasCritères de qualité des unités de commande
On travaille avec une tension double et une résistance série telle que R = R m.
Alimentation par résistance série.
v
t
2 Ualim
I t ’ = Lm / 2Rm = t /2
t
Les constructeurs vont jusque à R = 3 R m
Lm Rm Em
v = 2 U alim
R
Le courant augmente deux fois plus vite donc
possibilité de travailler à des fréquences doubles.
On consomme de la puissance pour rien dans la
résistance extérieure R.
2 Ualim 2 Rm
Moteur pas à pasCritères de qualité des unités de commande
On utilise une commande bipolaire à deux niveaux à régulation de courant par transistor ballast.
Alimentation à deux niveaux de tension.
K1
K2
K4
K3
K5
R exploration Image ducourant
+ haute tension « 2U alim »
+ basse tension « U alim »
K2 = K5 = 1K3 = K4 = 0
S N
K2 = K5 = 0K3 = K4 = 1
N S
K1 est le transistor ballast
Moteur pas à pasCritères de qualité des unités de commande
On utilise une commande bipolaire à deux niveaux à régulation de courant ar transistor ballast.
Alimentation à deux niveau de tension.
v
t
2 Ualim
I
t
1er temps, on alimente avec la plus haute tension « 2 U alim » jusqu'à ce que le courant dans la phase atteigne la valeur nominale IN = Ualim / Rm
2Ualim / Rm
K1
K2
K4
K3
K5
R explorationImage ducourant
+ haute tension « 2U alim »
Ualim / Rm
Ualim
t = Lm / Rm
Moteur pas à pasCritères de qualité des unités de commande
On utilise une commande bipolaire à deux niveaux à régulation de courant ar transistor ballast.
Alimentation à deux niveau de tension.
v
t
I t = Lm / Rm
t
K1
K2
K4
K3
K5
R explorationImage ducourant
+ basse tension « U alim »
2 Ualim
2Ualim / RmUalim / Rm
Ualim
2em temps, dès que le courant dans la phase atteint la valeur nominale IN = Ualim / Rm on alimente avec la plus basse tension « U alim ».
Moteur pas à pasCritères de qualité des unités de commande
On utilise un pont complet à transistors avec :- les transistors T1 et T2 travaillant en hacheur.- les transistors T 3 et T4 permettent la commutation du courant dans le sens requis.
Alimentation par pont complet.
T1
T3
T2
AlimT4
mesure
Moteur pas à pasCritères de qualité des unités de commande
1 er temps, on alimente la phase jusqu’à ce que le courant atteigne In + 10%.
Alimentation par pont complet.
T1
T3
T2
T4
Rex mesure
Alim
T1 et T4 saturés T2 et T3 bloqués
Courant dans le bobinage +
t
S N
Moteur pas à pasCritères de qualité des unités de commande
2 em temps, on coupe l’alimentation de la phase, jusqu’à ce que le courant atteigne In -10%.
Alimentation par pont complet.
T1
T3
T2
T4
Rex mesure
Alim
T4 saturéT1 , T2 et T3 bloqués
Courant dans le bobinage +
t
S N
Moteur pas à pasCritères de qualité des unités de commande
3 em temps, on alimente la phase jusqu’à ce que le courant atteigne In + 10%.
Alimentation par pont complet.
T1
T3
T2
T4
Rex mesure
Alim
T1 et T4 saturés T2 et T3 bloqués
Courant dans le bobinage +
t
S N
Moteur pas à pasCritères de qualité des unités de commande
4 em temps, on coupe l’alimentation de la phase, jusqu’à ce que le courant atteigne In -10%.
Alimentation par pont complet.
T1
T3
T2
T4
Rex mesure
Alim
T4 saturéT1 , T2 et T3 bloqués
Courant dans le bobinage +
t
etc……..
S N
N S
Moteur pas à pasCritères de qualité des unités de commande
1 er temps, on alimente la phase jusqu’à ce que le courant atteigne In + 10%.
Alimentation par pont complet.
T1
T3
T2
T4
Rex mesure
Alim
T2 et T3 saturés T1 et T4 bloqués
Courant dans le bobinage -
t
Moteur pas à pasCritères de qualité des unités de commande
2 em temps, on coupe l’alimentation de la phase, jusqu’à ce que le courant atteigne In -10%.
Alimentation par pont complet.
T1
T3
T2
T4
Rex mesure
Alim
T3 saturéT1 , T2 et T4 bloqués
Courant dans le bobinage -
t
N S
Moteur pas à pasCritères de qualité des unités de commande
3 em temps, on alimente la phase jusqu’à ce que le courant atteigne In + 10%.
Alimentation par pont complet.
T1
T3
T2
T4
Rex mesure
Alim
T2 et T3 saturés T1 et T4 bloqués
Courant dans le bobinage -
t
N S
Moteur pas à pasCritères de qualité des unités de commande
4 em temps, on coupe l’alimentation de la phase, jusqu’à ce que le courant atteigne In -10%.
Alimentation par pont complet.
T1
T3
T2
T4
Rex mesure
Alim
T3 saturéT1 , T2 et T4 bloqués
Courant dans le bobinage -
t
etc……..
N S
Moteur pas à pasCritères de qualité des unités de commande
Le moteur et l’alimentation présentent un bon rendement. En effet dès que le courant atteint unseuil supérieur à I + 10%, l’énergie emmagasinée par l’inductance du moteur est mise à profit pour faire circuler le courant dans le bobinage.L’alimentation est coupée tant que l’on a I > (I - 10%).
Alimentation par pont complet.
T1
T3
T2
AlimT4
mesure
Comparaison entre les différents types de
moteurs pas à pas
GJC
Moteur pas à pasComparaison entre les différents types de
moteurs pas à pas
Moteur pas à pasComparaison entre les différents types de
moteurs pas à pas
Les systèmes d’entraînement avec moteurs pas à pas permettent un positionnement exact enboucle ouverte (sans signal de retour), par un nombre défini d’impulsions de commande.Ils peuvent utiliser des signaux qui sont issus de systèmes de commande numérique.
f maximum 100 Khz
C maximum 18 Nm
- Couple moteur élevé pour des vitesses angulaires faibles même en fonctionnement en pas à pas.
- Couple de maintien important quand le moteur est excité au repos qui provoque l’arrêt.
Moteur pas à pas
EXERCICE
Détermination de l’angle de pas que doit avoir le moteur retenu
1 tour moteur = 1 tour de la vis = 5mm
Tolérance de positionnement 00,3 mmNombre de pas pour 1 tour = 5/0,003 = 166,66
Angle de pas du moteur = 360 / 166,66 = 2,16° MAXI
Angle de pas du moteur = 2,16° MAXI
Nombre de pas pour faire 1 tour = 360/1,8 = 200
Précision de positionnement obtenue = 5/200 = 0,025 mm
OK
Vérification que dynamiquement le moteur peut assurer un axe bien réactif (dur)
J MAXI de la charge ramenée au moteur = 2 J Rmoteur = 220 gcm2
Ici J charge ramenée au moteur = 200.10 -7 kgm2 = 200.10-4 gm2 = 200 gcm2OK
Vitesse de déplacement 120 mm/sPas de la vis 5 mm
Vitesse du moteur = 120 / 5 = 24 tr/s
Vitesse du moteur 24 tr/sAngle de pas 1,8° (200 pas/tr) Vitesse du moteur = 24 . 200 = 4800 pas/s
Vitesse de commutation de l’électronique = vitesse du moteur /2
Vitesse de commutation de l’électronique = 4800 /2 = 2400 commutation/s = 2,4 Khz
T = 0,42 ms
T = 0,42 ms
T1 = 0,21 ms
T0 = 0,21 ms
= Lm / Rm = 2,5 10-3 / 5 = 0,5 ms
Problème
Il faut que < 0,21 ms
< 0,07 ms
Pour fournir le couple nominal sur toute la plage de vitesse, il faut diminuer en rajoutant une résistance série.
’ = Lm / (Rm + R) < 0,07 ms
R > (Lm – 0.07 .10-3 Rm ) / 0,07. 10-3
R > (2,5 .10-3 – 0.07 .10-3 .5 ) / 0,07 10-3
R > 30,72 W
On va retenir R = 31 W
’ = Lm / (Rm + R) = 2,5 .10-3 / (5 + 31) = 0,069 ms < 0,07 ms OK
On va retenir une résistance R de 31 W et de 31W
PR = R . I2 = 31 . 12 = 31 W
31W
5W1 A
Vcc = 31 + 5 + 0,7 = 36,7 V
Vcc = 31 + 5 + 0,7 = 36,7 V OK
Fin