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140 5 Avantages Pas d’usure donc durée de vie importante Pas besoin de codeur o

140 5 Avantages Pas d’usure donc durée de vie importante Pas besoin de codeur ou de recopie (réduction de coût) Optimisation des caractéristiques : résolution vitesse couple Facilité d’intégration dans un système complexe Caractéristiques Sans balais Fonctionnement en boucle ouverte Plusieurs pas angulaires disponibles Commutation directe d’un signal Alimentation puissance Unité de commande Séquenceur Moteur 1er pas 2éme pas 3éme pas Il est intéressant de regarder les caractéristiques principales des pas à pas et d’évaluer les avantages qui en découlent. L ’avantage essentiel du pas à pas est de fonctionner en boucle ouverte, c’est-à-dire que dans des conditions normales d’utilisation pour un nom- bre n d’impulsions on obtient un déplacement de n pas. Les pas à pas sont présents dans de nombreuses applications telles : les photocopieurs, machines à écrire, imprimantes bancai- res, périphériques informatiques, tables traçantes, instrumentation, pompes médicales, pousses seringues, distributeurs, machines de jeu, automobiles, climatisation, régulation. Principe des moteurs pas à pas Le fonctionnement d’un moteur pas à pas nécessite la présence des éléments suivants :  Une unité de commande (microprocesseur par exemple) qui fournit des impulsions dont la fréquence est proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur, elle imposera également le sens de rotation.  Un séquenceur qui aiguillera les impulsions sur les différentes bobines du moteur.  Une alimentation de puissance.  Le moteur pas à pas à réluctance variable Ce type de moteur utilise la loi du flux maximum. Constitution :  Un stator denté  Un rotor denté  Le moteur pas à pas à aimant permanent Constitution :  Un stator denté  Un rotor aimanté  Moteur 2 phases - alimentation bipolaire  Moteur 4 phases - alimentation unipolaire Les différents types d’excitation  2 phases I1 I2 ° I 0 0 1 phase on 0 I 90 -I 0 180 0 -I 270 I I 45 2 phase on -I I 135 -I -I 225 I -I 315 I 0 0 I I 45 0 I 90 1/2 pas -I I 135 -I 0 180 -I -I 225 0 -I 270 I -I 315  4 phases I11 I12 I21 I22 ° I 0 0 0 0 1 phase on 0 0 I 0 90 0 I 0 0 180 0 0 0 I 270 I 0 I 0 45 2 phase on 0 I I 0 135 0 I 0 I 225 I 0 0 I 315 I 0 0 0 0 I 0 I 0 45 0 0 I 0 90 1/2 pas 0 I I 0 135 0 I 0 0 180 0 I 0 I 225 0 0 0 I 270 I 0 0 I 315 Les avantages d’un moteur pas à pas 141 5 Les caractéristiques statiques  Courant par phase C’est l’intensité par phase à fréquence nulle (moteur à l’arrêt) qui provoque l’échauffement maximum admissible par le moteur. Ce courant est mesuré à froid dans le cas d’une alimentation à tension constante.  Couple de maintien statique Le moteur étant alimenté, le couple de maintien statique est le couple qu’il faut appliquer sur l’axe moteur pour provoquer une rotation continue. α = angle de pas  Couple de maintien (Cm) Le couple de maintien est le couple minimum qu’il est nécessaire d’appliquer au rotor pour occasionner sa rotation, la mesure étant faite «moteur alimenté deux phases à la fois» à fréquence nulle.  Couple de détente Ce couple à la même définition que le couple de maintien mais avec le moteur non alimenté. Les caractéristiques dynamiques  L’avance élémentaire Il existe 4 types de contraintes pouvant s’appliquer sur un moteur : La charge inertielle JL Son action ne s’exerce que lors des accélérations ou décélération du moteur, elle influe également sur les fréquences de résonnance. Si JL est la résultante des inerties de la charge (ramenées sur l’axe du rotor) le couple équivalent dû à cette inertie est fonction du système de transmission (voir annexe rappels de mécanique). Le couple antagoniste MR Il s’agit d’un couple qui s’oppose à la rotation générale du rotor. C’est le système poids-poulie qui le schématise le mieux. Le couple résistant dû aux frottements visqueux Il est proportionnel à la vitesse. Par défintion, ce frottement représente la résultante des actions d’un liquide ou d’un gaz s’appliquant sur un solide qui se déplace dans un milieu liquide ou gazeux. Les exemples de l’automobile ou de l’avion sont très concrets. Le couple résistant dû aux frottements secs Il s’oppose toujours au déplacement. Par défintion, ce frottement représente la résultante des actions qui s’exercent sur un solide se déplaçant sur un autre solide. Cas de l’entraînement du papier sur imprimante. Inerties : J pignons + J engrenages + J rouleaux. Ces inerties doivent être ramenées à l’axe moteur. Couple d’antagoniste : C’est le couple au poids du papier. Il est faible par rapport au couple du frottement sec. Couple de frottement visqueux : Ce couple dû au déplacement du rouleau dans l’air est négligeable. Couple de frottement sec : Il s’agit du couple dû au frottement des différents axes (engrenages + rouleau) sur leur palier. Jusqu’à présent, nous avons parlé de contraintes externes, mais on retrouve les contraintes dûes à l’inertie, au frottement visqueux et au frottement sec à l’intérieur du moteur. Inertie : Inertie du rotor. Frottement visqueux :  Frottement du rotor dans l’air.  Couple résistant dû aux courants induits et dont l’effet est équivalent à un frottement visqueux. Frottement sec : Frottement de l’axe rotor sur les paliers. Pour étudier le mouvement du rotor on doit tenir compte de toutes les contraintes internes et externes s’appliquant sur le moteur  Les couples dynamiques Pour un système donné, la variation du couple antagoniste et de la fréquence des impulsions déterminent les caractéristiques dynamiques du moteur, pour une alimentation donnée. Zone A Fonctionnement possible mais risque de génération trop importante de bruit due aux à-coups du moteur. Zone B Risque de perte de synchronisme : résonance basse fréquence. Zone C Zone d’arrêt-démarrage. Démarrage et arrêt du moteur dans cette zone sans perte de pas. Zone D Zone de survitesse. Fonctionnement possible si arrêt et démarrage dans la zone C. Zone E Fonctionnement impossible. Sens de rotation du moteur Caractéristique limite en sur vitesse Caractéristique limite en arrêt démarrage 142 5  Alimentation avec deux niveaux de tension Toutes les améliorations passent par l’augmentation de la pente à l’origine du courant dans le circuit R-L. La première méthode consiste à augmenter la résistance totale du circuit (§5.1). La seconde méthode consiste à augmenter la tension d’alimentation pendant un certain temps, la puissance moyenne dissipée dans le moteur ne produisant pas un échauffement supérieur au maximum admissible.  Alimentation à courant constant La tension d’alimentation est très supérieure à RI nominal. Le courant est régulé par un transistor fonctionnant en tout ou rien suivant le principe des alimentations à découpage. Comparaisons  Excitation «1 phase à la fois» «2 phases à la fois» Comparaison à puissance absorbée égale. 1 phase à la fois 2 phases à la fois Puissance P = R (rI)2 P = 2RI2 Courant par phase r I I Couple de maintien r r Cm Le couple de maintien est proportionnel au courant dans le domaine magnétique linéaire du matériau. Au-délà, le phénomène de saturation rend le couple de maintien presque indépendant du courant. Cm1 = Couple de maintien dû à la phase 1 alimenté par I. Cm2 = Couple de maintien dû à la phase 2 alimenté par I. I maximum 2I moyen I minimum  Commentaire sur les caractéristiques présentées Pour un type de moteur et un nombre de phases donnés plusieurs bobinages sont proposés. Ils ont été calculés afin d’adapter le moteur à chaque type d’électronique. Par exemple : Une faible résistance est nécessaire pour une alimentation à courant constant et une résistance plus élevée sera utile pour une alimentation à tension constante. Cependant, tous les bobinages sont à peu près équivalents d’un point de vue puissance absorbée, ampère tour, et constante de temps L/R (en statique). Ces moteurs auront à peu près les mêmes performances pour une électronique donnée. Exemple moteur 82 910 - 2 phases. 82 910 001 82 910 005 82 910 022 R Ω 9 12,9 66 L H 12 15 68 N tr 320 373 762 I e A 0,52 0,44 0,19 NI A.tr 166,4 164 145 P W 4,9 5 4,8 Z=L/R ms 1,3 1,15 1  Précision du pas Condition : (en pas entier 2 phases alimentées) Les charges extérieures sont nulles, le courant est à sa valeur nominale. La mesure est effectuée sur tous les pas et sur un tour. Definition : Précision de positionnement Il s’agit de l’erreur par rapport à la position d’équilibre théorique. Précision de pas Il s’agit de l’erreur sur l’écart angulaire (pas)  Influence de l’inertie de la charge Fo - Fréquence maximale d’arrêt-démarrage à inertie de charge nulle JR - Inertie du rotor JL - Inertie de la charge Attention : La formule ci-dessus est déterminée à l’aide d’approximation JL uploads/Industriel/ avantage-d-x27-un-moteur-pas-a-pas.pdf