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L'influence de la charge est directement liée au calcul du couple moteur via les paramètres du calcul inertiel (en kg m?2) et de l'accélération (en m s??2)
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L'excitation du moteur se fait via les bobines du stator • Le nombre de pas dépend: – du nombre de phases (groupe de bobine); – du nombre de pôles
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Par exemple l'imprimante 3D HelloBeePrusa en compte 5 ! Contrairement aux moteurs à courant continu il ne nécessitent pas de boucle d'asservissement et sont
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- une unité de calcul qui élabore les impulsions de commande ; - un modulateur PWM qui génère les commandes des contacteurs électroniques de commutation ; -
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le couple maximum du moteur doit être environ 30 supérieur au couple demandé par la charge Par contre la capacité thermique du moteur ne doit pas être
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Le moteur pas à pas alimenté quant à lui par impulsions successives de courant de ses phases est soumis à un champ pulsé sa rotation est discontinue Nous
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Moteur pas à pas — Wikipédia
3 Moteur pas à pas hybride : 3 1 Constitution : Il existe des dispositions très variables selon les constructeurs et le nombre de pas par tour (résolution) 3 2 Fonctionnement : Son fonctionnement est sensiblement identique à celui du moteur à aimant permanent
Les moteurs pas-à-pas
Les moteurs pas-à-pas Principe de fonctionnement • Moteur qui sous l’action d’une impulsion électrique de commande effectue une fraction de tour (ou “pas”) • La valeur du pas est définit: –par un angle par pas (ex : 1 8° par pas); –en nombre de pas par tour (ex : 200 pas par tour)
Description et Principe du moteur pas à pas - AlloSchool
Un moteur pas à pas est caractérisé par sa résolution ou encore son nombre de pas par tour Il peut avoir une valeur comprise entre 4 et 400 La vitesse de rotation est fonction de la fréquence des impulsions On rencontre 3 types de moteur pas à pas qui se différencient par : • le stator: unipolaire ou bipolaire
# Hypothèses
Considérons un véhicule à roues qui monte un plan incliné : Considérons les caractèristiques du véhicule à roues illustré sur la figure ci-dessus : 1. m : poids en [Kg], 2. D : diamètre des roues en [m], 3. v : vitesse maximum du véhicule en [m.s?1], 4. a : accélération maximum du véhicule en [m.s?2], 5. ? : angle de la plus grande pente positive q...
# Vitesse Angulaire
Commençons par calculer la vitesse angulaire de la roue : (1)?wheel[rad.s?1]=2vD La vitesse angulaire du moteur est données par : (2)?motor[rad.s?1]=R×?wheel=R×2vD Les vitesse angulaires converties en tours par minute peuvent aisément être calculéesgrâce à cette formule: (3)?wheel[rpm]=60.vD.? (4)?motor[rpm]=R.60.vD.?
# Couple Sur l'axe Des Roues
Le couple est un peu plus technique à calculer. Le principe fondamental de la dynamiquenous donne : (5)?Fi?=m.a? Les forces agissant sur le véhicule sont la gravité et la propulsion. La forceinduite par la gravité est FGravity?=m.g?. Lorqu'elleest projeté sur l'axe de déplacement du véhicule (voire la figure ci-dessus),la force induite par la gravi...
# Couple Sur L'arbre Moteur
En considérant les caractéristiques du réducteur, l'équation devient : (10)?motor=?wheelR.?=m.D.(a+g.sin(?))2.N.R.?
# Puissance Du Moteur
La puissance produite par le moteur est donnée par le produit de la vitesse angulairepar le couple sur l'arbre moteur. Nous pouvons donc calculer la puissance minimalnécessaire du moteur : (11)Pmotor=?motor.?motor=m.v.(a+g.sin(?))N.?
# Téléchargement
Vous trouverez ci-dessous un script Matlab qui permet de calculer lescaractèristiques du moteur, ainsi qu'un lien vers un calculateur en ligne.Ces deux ressources s'appuient sur les équations présentées ci-dessus. sizing-motor.m Dimensionner un moteur en ligne
Comment dimensionner un moteur pas à pas ?
Pour une application industrielle, le dimensionnement d'un moteur pas à pas doit être calculé de façon rigoureuse ou être surdimensionné afin d'éviter tout problème de glissement par « perte de pas ». Le moteur pas à pas fonctionnant en boucle ouverte (sans asservissement), il ne récupère pas sa position de consigne en cas de glissement.
Comment fonctionnent les moteurs pas-à-pas?
Les moteurs pas-à-pas. Principe de fonctionnement. • Moteur qui sous l’action d’une impulsion électrique de commande effectue une fraction de tour (ou “pas”). • La valeur du pas est définit: –par un angle par pas (ex.: 1.8° par pas); –en nombre de pas par tour (ex.: 200 pas par tour).
Comment fonctionne un moteur pas à pas permanent ?
Les moteurs pas à pas à aimant permanent ont un couple moteur important, mais un nombre de pas par tour faible, et une fréquence de rotation maximale faible. La commande de ces moteurs pas à pas nécessite de contrôler le sens du courant dans chaque bobine.
Quels sont les critères de dimensionnement d’un moteur?
Concernant le dimensionnement, il faudra veiller à l’encombrement (la taille du moteur) et au type de montage (comment le moteur sera fixé dans le système). Il existe une construction adaptée à tout type d’environnement particulier (atmosphère explosive, humide, corrosive, températures élevées…)
CD\SEM\Cours\Chap7.doc M. Correvon
Systèmes électromécaniques
__________Chapitre 7
LES MOTEURS PAS À PAS
TABLE DES MATIERES
PAGE 7.LES MOTEURS PAS-À-PAS........................................................................................................................................1
7.1 INTRODUCTION...........................................................................................................................................................1
7.1.1 Définition d'un actionneur pas à pas......................................................................................................1
7.1.2 Propriétés et applications ......................................................................................................................3
7.2 TYPE PRINCIPAUX DE MOTEURS.................................................................................................................................4
7.2.1 Moteur pas-à-pas à réluctance variable MRV.......................................................................................5
7.2.2 Moteur pas à pas à aimants permanents MP .......................................................................................16
7.2.3 Moteur pas-à-pas hybride MH ............................................................................................................24
7.2.4 Comparaison entre les trois types de moteurs pas à pas......................................................................26
7.3 MODE DE COMMANDE DES MOTEURS PAS À PAS BIPHASÉS.....................................................................................27
7.3.1 Mode 1 : commande en pas entier, une phase ON..............................................................................27
7.3.2 Mode 2 : commande symétrique en pas entier, deux phases ON........................................................27
7.3.3 Mode 3 : commande asymétrique en demi pas, une ou deux phases ON............................................28
7.3.4 Mode 4 : commande symétrique en demi pas, une ou deux phases ON..............................................29
7.3.5 Mode 5 : commande micro pas...........................................................................................................29
7.3.6 Mode 6 : commande en auto commutation (utilisation d'un capteur).................................................30
7.4 COMPORTEMENT STATIQUE.....................................................................................................................................31
7.4.1 Position d'équilibre.............................................................................................................................31
7.4.2 Condition pour le déplacement d'un pas.............................................................................................32
7.5 COMPORTEMENT DYNAMIQUE.................................................................................................................................33
7.5.1 Généralités ..........................................................................................................................................33
7.5.2 Déplacement autour d'une position d'équilibre..................................................................................33
7.5.3 Modélisation complète du moteur.......................................................................................................37
7.5.4 La commande en tension.....................................................................................................................39
7.5.5 La commande en courant ....................................................................................................................40
7.5.6 Amortissement du mouvement sur un pas...........................................................................................45
7.6 DOMAINE DE FONCTIONNNEMENT DES MOTEURS PAS À PAS..................................................................................46
7.6.1 Comportement aux basses vitesses......................................................................................................46
7.7 ALIMENTATION........................................................................................................................................................52
7.7.1 Objectifs d'une bonne alimentation et classification...........................................................................52
7.7.2 Alimentation en tension ......................................................................................................................52
7.7.3 Alimentation en courant......................................................................................................................55
Bibliographie
LES MOTEURS PAS A PAS Page 1
CD\SEM\Cours\Chap7.doc
7. LES MOTEURS PAS-À-PAS
7.1 INTRODUCTION
7.1.1 Définition d'un actionneur pas à pas
Le moteur pas à pas constitue un convertisseur électromécanique destiné à transformer le
signal électrique (impulsion ou train d'impulsions de pilotage) en déplacement (angulaire ou linéaire) mécanique. Au point de vue électrotechnique, le moteur classique ressemble à la machine synchrone,dont le stator (le plus souvent à pôles saillants) porte les enroulements de pilotage et le rotor
(presque toujours à pôles saillants) est soit muni d'aimants permanents (structure ditepolarisée ou active), soit constitué par une pièce ferromagnétique dentée (structure dite
réluctante ou passive). Entre le moteur et son alimentation, sont intercalés trois éléments
essentiels (Figure 7-1) - une unité de calcul, qui élabore les impulsions de commande ; - un modulateur PWM, qui génère les commandes des contacteurs électroniques de commutation ; - une électronique de commutation (puissance), qui, à partir d'une alimentation, fourni l'énergie vers les enroulements appropriés du moteur.Variateur
de courantàpulsation
Commande
PWMMesure de
Tension / courantCapteur de
commutationCapteur dePosition / vitesse
Codeur
Moteur Charge
Calculateur de processus :
Microcontrôleur
Microprocesseur
DSP"motion control"
Alimentation:
AuxiliairesSurveillance
Asservissement
Tension du circuit
intermédiaireSource AC
Figure 7-1 : Schéma bloc de principe du contrôle d'un moteur pas-à-pas L'alimentation de chaque bobinage du moteur par une tension particulière provoque l'apparition d'un courant qui engendre un champ magnétique de direction précise. Le changement séquentiel des tensions particulières à chaque bobinage permet de déplacer laposition du champ statorique selon une résolution élémentaire appelée pas. Autrement dit,
toutes configurations des tensions aux bornes des bobinages correspondent à un déplacementde la position stable du rotor. Une série bien déterminée de commutation de tensions entraîne
LES MOTEURS PAS A PAS Page 2
CD\SEM\Cours\Chap7.doc
un déplacement sur un nombre correspondant de pas. La succession des configurations d'alimentation, à une fréquence donnée, impose un champ statorique tournant avec une résolution d'un micro pas, d'un demi pas ou d'un pas entier. Le mouvement discret du champ d'entrefer est suivi par le rotor soumis au couple synchronisant. La nature du couple découle - soit d'interaction champ (courant) du stator - fer du rotor, lorsque ce dernier présente une structure dentée passive (Figure 7-2) ; - soit d'interaction champ (courant) du stator - champ (aimant) du rotor, lorsque le rotor comporte un aimant (Figure 7-3). - soit les deux interactions précédentes simultanément. L'exemple de la Figure 7-2 (purement didactique, car la réalisation correspondante présenterait des performances médiocres) permet de définir le fonctionnement essentiel dumoteur. Le stator à trois pôles saillants (nous dirons par la suite : "à trois plots statoriques" ;
N ps = 3) comporte trois bobines (ou trois voies) pouvant être alimentées séparément. Unebobine (ou une voie) d'enroulement, pouvant être alimentée séparément, sera appelée une
phase. Dans le cas du rotor passif (qui, sur la Figure 7-2 , possède deux dents ; N dr , = 2), le branchement de la phase 1 provoque l'établissement du champ magnétique, qui place le fer mobile dans la position du flux maximal ; ainsi, une dent du rotor s'aligne avec le plot alimenté (Figure 7-2a), la commutation de la tension sur la phase 2 avance le champ, et donc le rotor, d'un pas mécanique angulaire pm , (Figure 7-2b), etc. Le couple synchronisant "courant-fer" est dû à la variation de l'inductance propre de la phase sous tension ou, ce quirevient au même, à la variation de la réluctance offerte au passage du flux statorique qu'elle a
créé. La machine à rotor ferromagnétique passif est appelée : "à réluctance variable" ou
"MRV". 1 3 2 321pm 32
1 Figure 7-2 : Principe d'un moteur pas-à-pas à réluctance variable (MRV) Lorsque le rotor est constitué par un aimant (bipolaire, soit n a = 1 sur la Figure 7-3), il s'aligne naturellement sur l'axe magnétique du plot alimenté (Figure 7-3a). Le déplacement du champ statorique d'un pas provoque le déplacement du rotor d'un pas angulaire mécanique
(Figure 7-3b). L'aimant du rotor étant à perméabilité constante et l'entrefer étant constant, le
couple synchronisant "courant-aimant" est dû uniquement à la variation du flux mutuel entre l'aimant au rotor et la phase alimentée du stator. Un moteur tel que décrit ci-dessus (voir Figure 7-3) est appelée à "aimant permanent" ou "MP".LES MOTEURS PAS A PAS Page 3
CD\SEM\Cours\Chap7.doc
1 3 2 N S 1 3 2 N S pm N S 321 Figure 7-3 : Principe d'un moteur pas-à-pas à aimants permanents (MP) Une autre structure polarisée, dite "hybride" ou "MH", est illustrée à la Figure 7-4 ; elle comporte un aimant permanent et son principe de fonctionnement est semblable à celui du
moteur à aimants permanents MP. Il est toutefois à noter que le couple réluctant (variation de
la perméance propre à l'aimant) est plus importante dans ce dernier cas. N S 1 3 2 N S 321pm SN 32
1 Figure 7-4 : Principe d'un moteur pas-à-pas hybride (MH)
7.1.2 Propriétés et applications
Le moteur pas à pas a été conçu à partir de deux démarches logiques très différentes
- d'une part, on a cherché un moteur capable de développer un couple important à faible vitesse, voire même à l'arrêt ; - d'autre part, on a étudié un dispositif capable de convertir des informations de caractère discret. Le convertisseur d'énergie à basse vitesse et le transmetteur de l'information sont devenus un moteur pas à pas moderne vers les années 1970, grâce au développement conjugué del'électronique de puissance et, surtout, grâce à l'apparition de l'électronique numérique à forte
intégration.Le moteur pas à pas est actuellement le principal élément intermédiaire entre les dispositifs
de traitement d'information et le monde électromécanique extérieur. Par ailleurs, ses capacités à contrôler la position et la vitesse, par un train d'impulsions de commande, assurent à ce convertisseur des applications comme - la traction des robots mobiles,LES MOTEURS PAS A PAS Page 4
CD\SEM\Cours\Chap7.doc
- le fonctionnement en moteur couple de grande puissance, - l'indexage rotatif ou liméaire.Dans sa version classique, le moteur pas à pas est alimenté à partir d'une source (de courant
ou de tension) continue et le contrôle de la vitesse ou/et de la position s'effectue en boucle ouverte. Le pilotage en boucle ouverte, qui constitue un des principaux avantages du moteur pas à pas, aussi bien du point de vue économique (coût et fiabilité d'installation) que fonctionnel(commande naturelle par "tout ou rien" à partir d'une horloge séparée ou intégrée dans un
microprocesseur), présente un certain nombre d'inconvénients comme - la limitation du couple de démarrage, - des instabilités de fonctionnement à certaines fréquences, - des accélérations relativement modestes, 7.2 TYPE PRINCIPAUX DE MOTEURS
Trois types principaux de moteurs seront abordés, les moteurs pas-à-pas réluctants, les moteurs pas-à-pas à aimants permanents, les moteurs pas à pas réluctants polarisés.La définition généralisée du couple électromagnétique d'un actuateur a été démontrée au
chapitre 4 " Conversion Electromécanique ». On en rappelle ici la forme générale : mnnn nnn m mn nn nnn m mnm nnn nnn m nm nem babababababa iLiiT111111
2121
21
7.1
Dans le cas d'un actuateur formé de n
b bobines au stator et d'un rotor avec n a aimants, on peut expliciter la relation 7.1 sous la forme suivante : T aba b ninkaikkbkajn jiajaiaiajn lkllkkbkbl em :21: 21:21
...1...11,1, 7.2 Chaque terme va dépendre de la construction du moteur.
LES MOTEURS PAS A PAS Page 5
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7.2.1 Moteur pas-à-pas à réluctance variable MRV
7.2.1.1 Généralités
Le moteur pas-à-pas réluctant (Variable reluctance motor VR) comporte n b bobines distinctes au stator et un rotor ferromagnétique sans aimant (n a =0). Sans courant dans les bobinages statoriques, ce type de moteur ne présente pas de couple réluctant. w/wquotesdbs_dbs35.pdfusesText_40[PDF] etude dun pont
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