LES MOTEURS PAS A PAS

I) Introduction

Un moteur pas à pas transforme des impulsions de commande en une rotation de "n" pas du rotor : il permet donc un positionnement précis sans boucle d'asservissement (via potentiomètre, codeur ...) . De nombreuses applications industrielles utilisent les moteurs pas à pas : en robotique (servomécanisme), en micro-informatique (lecteurs de disquettes, disque dur ...) , dans les imprimantes et tables traçantes, dans le domaine médical : pousse seringue (le moteur pas à pas permet un débit régulier pour la perfusion) ...

fig 1 : Principe du moteur pas à pas

II) Classification des moteurs pas à pas

Les moteurs pas à pas se différencient suivant leur technologie de bas et leur construction. Nous distinguons 3 groupes :

- Les moteurs pas à pas à aimant permanent : Il utilise le principe de l'action d'un champ magnétique sur un aimant.
- Les moteurs pas à pas à réluctance variable : Il utilise le principe du flux maximum.
- Les moteurs pas à pas hybrides : C'est la superposition des deux principes ci-dessus.

Nous verrons plus loin le principe de ces moteurs.

III) Moteur pas à pas unipolaire

1) Mode d'alimentation 1 : on alimente successivement chaque demi-enroulement.

Séquence Phase P I11 Phase Q I12 Phase R I21 Phase S I22 Angle 1 1 0 0 0 0 2 0 0 1 0 90° 3 0 1 0 0 180° 4 0 0 0 1 270°

Les enroulements à point milieu sont alimentés avec une polarité de même signe. Le nombre de phases est égal au nombre de demi-enroulements. Ici, nous avons donc un moteur 4 phases (P, Q, R, S).

2) Mode d'alimentation 2 : on alimente successivement 2 demi enroulement :

-> Inversion du sens de rotation : Pour inverser le sens de rotation il suffit d'inverser le séquencement.
-> En associant les modes 1 et 2, on obtient un séquencement. en 1/2 pas, c'est à dire ici 8 pas/ tour.

Exercice 1: Compléter les chronogrammes ci-dessous (moteur unipolaire, 2 demi enroulements alimentés successivement)
Note : les changements d'état se font ici sur les fronts montants de H.

Exercice 2 : Donner le tableau de séquencement. pour un fonctionnement par demi pas .

IV) Moteur pas à pas bipolaire

Pour un moteur bipolaire, les enroulements du stator n'ont pas de point milieu. Chaque borne de chaque enroulement est alimenté soit positivement, soit négativement, d'où la signification du terme : "bipolaire" En inversant les polarités des enroulements statoriques, on inverse les pôles nord et sud du stator. Le nombre de phases est égal au nombre d'enroulements.

2 modes de fonctionnement :

Mode 1 : On alimente 1 enroulement à la fois :

Mode 2 : On alimente 2 enroulements à la fois :

Le sens de rotation d'un moteur pas à pas bipolaire dépend du sens du courant et de l'ordre d'alimentation des bobinages.
Pour un moteur bipolaire, le nombre de pas par tour : Np = nombre de phases * nombre de pôles au rotor.
Dans l'exemple ci-dessus, on a 2 phases et 2 pôles au rotor , d'où Np = 4 pas/ tour

V) Moteur pas à pas à réluctance variable

Schéma de principe : (Moteur 3 phases au stator Ns = 6 dents Nr= 4 dents)

Le rotor est un cylindre en fer doux (non aimanté) dans lequel sont taillées des dents (pôles du rotor). Le stator est un empilage de tôles découpées, encochées où sont logés des enroulements diamétralement opposés.
Le nombre de dents au rotor (Nr) et au stator (Ns) est obligatoirement différent.
Lorsqu'on alimente une paire de bobines, le rotor se place de façon à ce que le flux qui le traverse soit maximal (ou réluctance minimale) . Comme le montre les différentes figures du schéma, le rotor avance d'un pas à chaque impulsion de courant sur une nouvelle paire de bobine (A-A' puis B-B' puis C-C' puis A-A' .... ).

Nombre de pas par tour : Np = Ns*Nr / (Ns - Nr)

Le sens de rotation ne dépend pas du sens du courant mais de l'ordre d'alimentation des bobines.
Calcul de Np pour Ns = 6 et Nr= 4
Np = (6 * 4)/(6-4) = 12 pas par tour.
Déplacement angulaire correspondant à 1 pas = 360°/12 = 30°
Le rotor devra donc faire 12 pas (de 30°) pour faire 1 tour .

VI) Le moteur pas à pas hybride

On superposant le principe du moteur à réluctance variable et à aimant permanent on obtient un moteur hybride qui combine les avantages des deux moteurs.Le rotor est constitué de 2 disques dentés décalés mécaniquement. Entre ces deux disque est inséré un aimant permanent. Le nombre de dents du rotor est différent de celui du stator. Lorsqu'on alimente une bobine, le rotor place les dents Nord et Sud de telle façon à ce que le flux traversant le rotor soit maximal.

Schéma :

VII Comparaison des 3 catégories de moteurs pas à pas :

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