le moteur pas a pas. principe moteur pas à pas principe le moteur pas à pas tourne d’un angle...

LE MOTEURPAS A PAS

Principe

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

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 »

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

FonctionnementAlimentation du stator

Fonctionnement

D Position

- + - +K1 K2

Fonctionnement

Position

- + - +K1 K2

Fonctionnement

Position

- + - +K1 K2

Fonctionnement

Position

- + - +K1 K2

Fonctionnement

Position

- + - +K1 K2

Fonctionnement

Position

Sens deprogression

SensAnti-horaire

Le sens de rotation du moteurdépend de l’ordre dans lequelon manœuvre les interrupteurs .

Fonctionnement

Position

Sens deprogression

SensAnti-horaire

Fonctionnement

Position

Sens deprogression

SensAnti-horaire

Fonctionnement

Position

Sens deprogression

SensAnti-horaire

Fonctionnement

Position

Sens deprogression

SensAnti-horaire

Fonctionnement

Position

Sens deprogression

SensHoraire

Fonctionnement

Position

Sens deprogression

SensHoraire

Fonctionnement

Position

Sens deprogression

SensHoraire

Fonctionnement

Position

Sens deprogression

SensHoraire

Fonctionnement

Position

Sens deprogression

SensHoraire

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°.

FonctionnementAlimentation du stator position « G »

P’ Q’P Q

FonctionnementAlimentation du stator position « D »

P’ Q’

Fonctionnement

D Position

Phasesexcitées

Fonctionnement

Position

Phasesexcitées

P’ Q U

P’ Q

Fonctionnement

Position

Phasesexcitées

P’ Q

P’ Q’

Fonctionnement

Position

Phasesexcitées

P’ Q

P’ Q’

P Q’

Fonctionnement

Position

Phasesexcitées

P’ Q

P’ Q’

P Q’

Fonctionnement

Position

Sens deprogression

SensAnti-horaire

Phasesexcitées

P’ Q

P’ Q’

P Q’

Fonctionnement

Position

Sens deprogression

SensAnti-horaire

Phasesexcitées

P’ Q

P’ Q’

P Q’

Fonctionnement

Position

Sens deprogression

SensAnti-horaire

Phasesexcitées

P’ Q

P’ Q’

P Q’

Fonctionnement

Position

Sens deprogression

SensAnti-horaire

Phasesexcitées

P’ Q

P’ Q’

P Q’

Fonctionnement

Position

Sens deprogression

SensAnti-horaire

Phasesexcitées

P’ Q

P’ Q’

P Q’

Fonctionnement

Position

Sens deprogression

SensHoraire

Phasesexcitées

P’ Q

P’ Q’

P Q’

Fonctionnement

Position

Sens deprogression

SensHoraire

Phasesexcitées

P’ Q

P’ Q’

P Q’

Fonctionnement

Position

Sens deprogression

SensHoraire

Phasesexcitées

P’ Q

P’ Q’

P Q’

Fonctionnement

Position

Sens deprogression

SensHoraire

Phasesexcitées

P’ Q

P’ Q’

P Q’

Fonctionnement

Position

Sens deprogression

SensHoraire

Phasesexcitées

P’ Q

P’ Q’

P Q’

Fonctionnement

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

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 »

Fonctionnement

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_

Fonctionnement

On alimente la phase A, le pôle E se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Le pôle E sera la référence pour la suite.

Fonctionnement

On alimente la phase B, le pôle F se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de + 30°.

Fonctionnement

On alimente la phase C, le pôle G se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de + 30°.

Fonctionnement

On alimente la phase A, le pôle H se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de + 30°.

Fonctionnement

On alimente la phase B, le pôle E se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de + 30°.

Fonctionnement

On alimente la phase C, le pôle F se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de + 30°.

Fonctionnement

On alimente la phase A, le pôle G se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de + 30°.

Fonctionnement

On alimente la phase B, le pôle H se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de + 30°.

Fonctionnement

On alimente la phase C, le pôle E se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de + 30°.

Fonctionnement

On alimente la phase A, le pôle F se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de + 30°.

Fonctionnement

On alimente la phase B, le pôle G se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de + 30°.

Fonctionnement

On alimente la phase C, le pôle H se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de + 30°.

Fonctionnement

On alimente la phase A, le pôle E se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de + 30°.

Fonctionnement

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.

Fonctionnement

On alimente la phase C, le pôle H se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de - 30°.

Fonctionnement

On alimente la phase B, le pôle G se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de - 30°.

Fonctionnement

On alimente la phase A, le pôle F se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de - 30°.

Fonctionnement

On alimente la phase C, le pôle E se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de - 30°.

Fonctionnement

On alimente la phase B, le pôle H se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de - 30°.

Fonctionnement

On alimente la phase A, le pôle G se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de - 30°.

Fonctionnement

On alimente la phase C, le pôle F se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de - 30°.

Fonctionnement

On alimente la phase B, le pôle E se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de - 30°.

Fonctionnement

On alimente la phase A, le pôle H se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de - 30°.

Fonctionnement

On alimente la phase C, le pôle G se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de - 30°.

Fonctionnement

On alimente la phase B, le pôle F se positionnepour obtenir un entrefer minimum.Rotation de - 30°.

Fonctionnement

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

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

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

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.

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 couple au démarrage

A couple à l’entraînement limite «couple maximum»

Caractéristique Couple / Fréquence.Couple (Nm)

Zone de décrochage

Zone de démarrageD

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.

Si on est en charge:

JT = JR + JE inertie inertie du rotor inertie totale du moteur extérieure

Couple (Nm)

- la courbe A n’est pas modifiée.

- l’inertie extérieure JE due à la charge modifie la courbe d’arrêt démarrage B.

Couple (Nm)

Zone de décrochage

Zone de démarrageD

Fréquence maximum de démarrage à vide

JE0 = 0JT = JR moteur seul

A vide

Zone de décrochage

Zone de démarrageD

Couple (Nm)

Fréquence maximum de démarrage charge1

JE1 = JRJT = JR + charge1 = 2 JR

En charge

Couple (Nm)

Zone de décrochage

Zone de démarrage

Fréquence maximum de démarrage charge 2

B’’

JE2 = 2JRJT = JR + charge2 = 3 JR

En charge

Couple (Nm)

Zone de décrochage

Zone de démarrage

B’’

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

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)

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)

Branchement de deux phases

_T1 T2

Schéma électrique d’une phase

Lm Rm Em

v = U alim

Alimentation directe d’une phase.

Ualim / Rm 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

Alimentation directe d’une phase.

Ualim / Rmt

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 ».

On travaille avec une tension double et une résistance série telle que R = R m.

Alimentation par résistance série.

2 Ualim

I t ’ = Lm / 2Rm = t /2

Les constructeurs vont jusque à R = 3 R m

Lm Rm Em

v = 2 U alim

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

On utilise une commande bipolaire à deux niveaux à régulation de courant par transistor ballast.

Alimentation à deux niveaux de tension.

R exploration Image ducourant

+ haute tension « 2U alim »

+ basse tension « U alim »

K2 = K5 = 1K3 = K4 = 0

K2 = K5 = 0K3 = K4 = 1

K1 est le transistor ballast

On utilise une commande bipolaire à deux niveaux à régulation de courant ar transistor ballast.

Alimentation à deux niveau de tension.

2 Ualim

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

R explorationImage ducourant

+ haute tension « 2U alim »

Ualim / Rm

t = Lm / Rm

On utilise une commande bipolaire à deux niveaux à régulation de courant ar transistor ballast.

Alimentation à deux niveau de tension.

I t = Lm / Rm

R explorationImage ducourant

+ basse tension « U alim »

2 Ualim

2Ualim / RmUalim / Rm

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 ».

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.

AlimT4

mesure

1 er temps, on alimente la phase jusqu’à ce que le courant atteigne In + 10%.

Rex mesure

T1 et T4 saturés T2 et T3 bloqués

Courant dans le bobinage +

2 em temps, on coupe l’alimentation de la phase, jusqu’à ce que le courant atteigne In -10%.

Rex mesure

T4 saturéT1 , T2 et T3 bloqués

3 em temps, on alimente la phase jusqu’à ce que le courant atteigne In + 10%.

Rex mesure

etc……..

1 er temps, on alimente la phase jusqu’à ce que le courant atteigne In + 10%.

Rex mesure

Courant dans le bobinage -

Rex mesure

3 em temps, on alimente la phase jusqu’à ce que le courant atteigne In + 10%.

Rex mesure

etc……..

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%).

AlimT4

mesure

Comparaison entre les différents types de

moteurs pas à pas

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

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

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

Vcc = 31 + 5 + 0,7 = 36,7 V

Vcc = 31 + 5 + 0,7 = 36,7 V OK

le moteur pas a pas. principe moteur pas à pas principe le moteur pas à pas tourne d’un angle...

Documents

créer son moteur de recherche - pc astuces...pas de moteur...

principe de variation de vitesse d'un moteur asynchrone

tp projet fpga moteur pas à pas...contrairement à...

compte rendue moteur pas à pas.pptx

1. constitution et principe de fonctionnement -...

commande d'un moteur pas à pas bipolaire sur arduino ·...

le moteur asynchrone triphasé -...

d.l.b. moteur pas à pas sommaire alimentation sous tension...

moteurs et transistors mos -...

les moteurs pas-à-pas - les Électroniciens.com · 1 les...

moteur asynchrone -...

ermes501 · carte puissance moteur pas À pas cnc3ax 1...

le moteur 2 temps - principe - fonctionnement - technologie

moteur pas pas - cours et sujets bts mai bts...

les moteurs pas a pas moteur à aimant permanent moteur à...

moteur bipolaire pas à pas commandé en pas entier moteur...

actionneur électrique nouveau -...

tp projet fpga introduction au moteur pas à pas

pompe doseuse à membrane entraînée par moteur pas à...

principe de fonctionnement du moteur principe de la...