Un moteur pas à pas est un moteur électrique synchrone sans balais qui convertit des impulsions numériques en rotation mécanique de l'arbre. Chaque tour du moteur pas à pas est divisé en un nombre discret de pas, souvent 200, et le moteur doit recevoir une impulsion distincte pour chaque pas. Le moteur pas à pas ne peut effectuer qu'un pas à la fois et chaque pas est de même taille. Étant donné que chaque impulsion fait tourner le moteur d'un angle précis, généralement 1,8°, la position du moteur peut être contrôlée sans aucun mécanisme de rétroaction. À mesure que la fréquence des impulsions numériques augmente, le mouvement par pas se transforme en rotation continue, la vitesse de rotation étant directement proportionnelle à la fréquence des impulsions. Les moteurs pas à pas sont utilisés quotidiennement dans des applications industrielles et commerciales en raison de leur faible coût, de leur grande fiabilité, de leur couple élevé à basse vitesse et de leur construction simple et robuste qui fonctionne dans presque tous les environnements.
Avantages des moteurs pas à pas
Conversion d'un signal d'entrée non linéaire en un signal de sortie linéaire. Ceci est courant pour les signaux de thermocouples.
L'angle de rotation du moteur est proportionnel à l'impulsion d'entrée.
Le moteur dispose d'un couple maximal à l'arrêt (si les enroulements sont alimentés).
Positionnement précis et répétabilité du mouvement, car les bons moteurs pas à pas ont une précision de 3 à 5 % par pas et cette erreur n'est pas cumulative d'un pas à l'autre.
Excellente réponse au démarrage/à l'arrêt/à l'inversion.
Très fiable, car il n'y a pas de balais de contact dans le moteur. Par conséquent, la durée de vie du moteur pas à pas dépend simplement de la durée de vie du roulement.
La réponse des moteurs pas à pas aux impulsions d'entrée numériques permet un contrôle en boucle ouverte, ce qui rend le moteur plus simple et moins coûteux à contrôler.
Il est possible d'obtenir une rotation synchrone à très basse vitesse avec une charge directement couplée à l'arbre.
Une large gamme de vitesses de rotation peut être réalisée, car la vitesse est proportionnelle à la fréquence des impulsions d'entrée.
Types de moteurs pas à pas
Il existe trois types de moteurs pas à pas : à réluctance variable, à aimant permanent et hybrides. Cette discussion se concentrera sur les moteurs hybrides, car ces moteurs pas à pas combinent les meilleures caractéristiques des moteurs à réluctance variable et à aimant permanent. Ils sont construits avec des pôles de stator à plusieurs dents et un rotor à aimant permanent. Les moteurs hybrides standard ont 200 dents de rotor et tournent à des angles de pas de 1,8º. Comme ils présentent un couple statique et dynamique élevé et fonctionnent à des fréquences de pas très élevées, les moteurs pas à pas hybrides sont utilisés dans une grande variété d'applications commerciales, notamment les lecteurs de disques d'ordinateurs, les imprimantes/traceurs et les lecteurs de CD. Parmi les applications industrielles et scientifiques des moteurs pas à pas, on peut citer la robotique, les les machines-outils, les machines de prélèvement et de placement, les machines automatisées de coupe et de soudure de fils, et même les dispositifs de contrôle précis des liquides.
Step Modes
Les « modes pas à pas » des moteurs pas à pas comprennent les modes pas complet, demi-pas et micropas. Le type de sortie en mode pas à pas d'un moteur pas à pas dépend de la conception du variateur. OMEGA propose des variateurs pas à pas avec des modes pas complet et demi-pas sélectionnables par commutateur, ainsi que des variateurs micropas avec des résolutions sélectionnables par l'utilisateur ou par les Logiciels.
PAS COMPLET
Les moteurs pas à pas hybrides standard ont 200 dents de rotor, soit 200 pas complets par tour de l'arbre du moteur. La division des 200 pas en 360° de rotation équivaut à un angle de pas complet de 1,8°. Normalement, le mode pas complet est obtenu en alimentant les deux enroulements tout en inversant le courant alternativement. Essentiellement, une impulsion numérique du pilote équivaut à un pas.
DEMI-PAS
Le demi-pas signifie simplement que le moteur pas à pas tourne à 400 pas par tour. Dans ce mode, un enroulement est alimenté, puis les deux enroulements sont alimentés en alternance, ce qui fait tourner le rotor à la moitié de la distance, soit 0,9°. Bien qu'il fournisse environ 30 % de couple en moins, le mode demi-pas produit un mouvement plus fluide que le mode pas complet.
MICROPAS
Le micropas est une technologie de moteur pas à pas relativement nouvelle qui contrôle le courant dans l'enroulement du moteur à un degré qui subdivise davantage le nombre de positions entre les pôles. Les variateurs à micropas OMEGA sont capables de diviser un pas complet (1,8°) en 256 micropas, ce qui donne 51 200 pas par tour (0,007°/pas). Le micro-pas est généralement utilisé dans les applications qui nécessitent un positionnement précis et un mouvement plus fluide sur une large plage de vitesses. Comme le mode demi-pas, le micro-pas fournit environ 30 % de couple en moins que le mode pas complet.
Commande de mouvement linéaire
Le mouvement rotatif d'un moteur pas à pas peut être converti en mouvement linéaire à l'aide d'un système d'entraînement à vis sans fin/vis à billes. Le pas de la vis sans fin correspond à la distance linéaire parcourue pour un tour de vis. Si le pas est égal à un pouce par tour et qu'il y a 200 pas complets par tour, la résolution du système à vis sans fin est alors de 0,005 pouce par pas. Une résolution encore plus fine est possible en utilisant le système moteur pas à pas/entraînement en mode micropas.
Connexion en série ou en parallèle Il existe deux façons de connecter un moteur pas à pas : en série ou en parallèle. Une connexion en série offre une inductance élevée et donc un couple plus important à basse vitesse. Une connexion en parallèle réduit l'inductance, ce qui se traduit par un couple accru à des vitesses plus élevées.
Présentation de la technologie des pilotes
Le pilote du moteur pas à pas reçoit les signaux de pas et de direction provenant de l'indexeur ou du système de commande et les convertit en signaux électriques pour faire fonctionner le moteur pas à pas. Une impulsion est nécessaire pour chaque pas de l'arbre du moteur. En mode pas à pas complet, avec un moteur standard à 200 pas, 200 impulsions sont nécessaires pour effectuer un tour complet. La vitesse de rotation est directement proportionnelle à la fréquence des impulsions. Certains pilotes sont équipés d'un oscillateur intégré qui permet d'utiliser un signal analogique externe ou un joystick pour régler la vitesse du moteur.p>
Les performances du moteur pas à pas en termes de vitesse et de couple dépendent du débit de courant entre le variateur et le bobinage du moteur. Le facteur qui inhibe ce débit, ou limite le temps nécessaire au courant pour alimenter le bobinage, est appelé inductance. En raison des effets de l'inductance, la plupart des circuits de variateurs sont conçus pour fournir une tension supérieure à la tension nominale du moteur. Plus la tension de sortie du variateur est élevée, plus le niveau de couple par rapport à la vitesse est élevé. En général, la tension de sortie du variateur (tension du bus) doit être 5 à 20 fois supérieure à la tension nominale du moteur. Afin de protéger le moteur contre tout dommage, le variateur du moteur pas à pas doit être limité en courant à la valeur nominale du moteur pas à pas.
Indexer Overview
L'indexeur, ou contrôleur, fournit des sorties de pas et de direction au variateur. La plupart des applications exigent que l'indexeur gère également d'autres fonctions de contrôle, notamment l'accélération, la décélération, les pas par seconde et la distance. L'indexeur peut également s'interfacer avec de nombreux autres signaux externes et les contrôler.
La communication avec l'indexeur s'effectue via un port série RS-232 et, dans certains cas, un port RS485. Dans les deux cas, l'indexeur est capable de recevoir des commandes de haut niveau provenant d'un ordinateur hôte et de générer les impulsions de pas et de direction nécessaires au pilote.
L'indexeur comprend des E/S auxiliaires pour surveiller les entrées provenant de sources externes telles qu'un interrupteur Go, Jog, Accueil ou Commutateur de fin de course. Elle peut également déclencher d'autres fonctions de la machine via les broches de sortie E/S.
Fonctionnement autonome
En mode autonome, l'indexeur peut fonctionner indépendamment de l'ordinateur hôte. Une fois téléchargés dans la mémoire non volatile, les programmes de mouvement peuvent être lancés à partir de différents types d'interfaces opérateur, telles qu'un clavier ou un écran tactile, ou à partir d'un commutateur via les entrées E/S auxiliaires. Un système de commande de moteur pas à pas autonome est souvent fourni avec un pilote et une alimentation électrique, ainsi qu'un encodeur de rétroaction en option pour les applications en « boucle fermée » qui nécessitent une détection de blocage et une compensation précise de la position du moteur.
Contrôle multi-axes
Dans de tels cas, un système de contrôle multi-axes est disponible. Un concentrateur réseau HUB 444, par exemple, peut être connecté à quatre variateurs pas à pas maximum, chaque variateur étant connecté à un moteur pas à pas distinct. Le concentrateur réseau assure un mouvement coordonné pour les applications nécessitant un haut degré de synchronisation, telles que l'interpolation circulaire ou linéaire.
Choix d'un moteur pas à pas et d'un variateur
Le choix d'un moteur pas à pas dépend des exigences de couple et de vitesse de l'application. Utilisez la courbe couple-vitesse du moteur (qui se trouve dans les spécifications techniques de chaque variateur) pour sélectionner un moteur qui fera l'affaire. Chaque variateur pas à pas de la gamme OMEGA indique les courbes couple-vitesse des moteurs recommandés pour ce variateur. Si plusieurs moteurs pas à pas peuvent répondre à vos exigences en matière de couple et de vitesse, choisissez un variateur en fonction des besoins de votre système de mouvement (pas/direction, programmable autonome, Entrées analogiques, micropas), puis choisissez l'un des moteurs recommandés pour ce variateur. La liste des moteurs recommandés est basée sur des tests approfondis effectués par le fabricant afin de garantir des performances optimales de la combinaison moteur pas à pas/variateur.
Choisissez le moteur pas à pas adapté à votre application
Étape et direction
Ces entraînements à moteur pas à pas acceptent les impulsions pas à pas et les signaux de direction/activation provenant d'un contrôleur, tel qu'un PLC ou un PC. Chaque impulsion pas à pas fait tourner le moteur d'un angle précis, la fréquence des impulsions déterminant la vitesse de rotation. Le signal de direction détermine le sens de rotation (horaire ou antihoraire), tandis que le signal d'activation met le moteur en marche ou le désactive.
Oscillateur
Les moteurs pas à pas avec oscillateur numérique intégré acceptent une entrée analogique ou une manette pour le contrôle de la vitesse. Ces systèmes sont généralement utilisés dans des applications nécessitant un mouvement continu plutôt qu'un contrôle de position, telles que les mélangeurs, les mixeurs et les distributeurs.
Programmable autonome
Tous ces variateurs pas à pas peuvent être programmés pour fonctionner de manière autonome ; le programme de commande de mouvement est créé à l'aide d'une interface logicielle de haut niveau simple à utiliser (incluse gratuitement), puis téléchargé et exécuté à la mise sous tension. Le programme de commande de mouvement attend généralement une entrée telle que la fermeture d'un interrupteur ou l'appui sur un bouton avant d'exécuter le mouvement programmé.
Moteurs pas à pas haute performance
Ces variateurs de moteurs pas à pas offrent des fonctionnalités avancées telles que des diagnostics d'autodiagnostic, une protection contre les défauts, un réglage automatique, un lissage des ondulations de couple, un lissage des signaux de commande et des algorithmes anti-résonance. Certains variateurs sont programmables de manière autonome, tandis que d'autres offrent des entrées pas/direction et analogiques. Les variateurs haute performance offriront les meilleures performances possibles à votre système de commande de mouvement.
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