Qu'est-ce qu'un moteur pas-à-pas ?

Un moteur pas-à-pas est un moteur biphasé CC sans balais, dont l'arbre est mis en rotation par une série de petits pas. La rotation de l'arbre entre chaque pas est le résultat d'une impulsion électrique individuelle fournie par un variateur pas-à-pas. Les moteurs pas-à-pas sont généralement utilisés dans des systèmes à boucle ouverte. Contrairement aux servomécanismes, aucun codeur ou capteur d'asservissement n'est nécessaire. La commande de mise en position est obtenue grâce au variateur qui compte le nombre de commandes de pas à partir d'un point de départ donné.

Angle de pas. La plupart des moteurs pas-à-pas comportent 200 dents, ce qui correspond à une rotation de 1,8° pour chaque pas (360° ÷ 200 = 1,8°). Des pas plus fins peuvent être obtenus en contrôlant de manière plus poussée l'alimentation CC appliquée au moteur. Par exemple, l'application successive d'un courant positif, d'un courant nul et d'un courant négatif à chaque bobine permet d'obtenir des angles de demi-pas de 0,9°. Le contrôle précis de la quantité de courant envoyée aux différentes bobines permet également d'obtenir des incréments de « micropas » aussi petits que 1/250 d'un pas complet de 1,8°, offrant ainsi des performances proches de celles d'un servomoteur.

Bipolaire vs unipolaire. Les moteurs pas-à-pas unipolaires comportent deux bobines avec une prise médiane commune. Les extrémités de chaque bobine sont alternativement connectées et déconnectées pour créer un champ magnétique rotatif. Une seule bobine est alimentée à la fois. Les moteurs pas-à-pas bipolaires comportent deux bobines avec des fils indépendants, qui peuvent être alimentées simultanément et dont le courant est inversé entre elles. Cette configuration nécessite un variateur plus sophistiqué, mais offre de meilleures performances, avec notamment un couple dynamique et un couple de maintien plus élevés grâce à l'énergie magnétique plus importante et constante.

Courant continu vs courant alternatif. La plupart des moteurs pas-à-pas sont alimentés en courant continu par le variateur. Toutefois, des moteurs pas-à-pas à courant alternatif sont également disponibles. Il s'agit de moteurs synchrones, dont la vitesse de rotation est directement proportionnelle à la fréquence du courant alternatif. Par exemple, à 120 VCA, 60 Hz, le moteur tournera à 72 tr/min. Cette vitesse ne peut être modifiée qu'en changeant la fréquence du courant alternatif ou en utilisant un système d'engrenage. À l'inverse, la vitesse d'un moteur pas-à-pas à courant continu est déterminée par la fréquence d'impulsion variable fournie par l'électronique du variateur.

Moteurs pas-à-pas hybrides vs autres types de moteurs. Les moteurs pas-à-pas à réluctance variable se caractérisent par une conception simple avec un rotor denté non magnétique qui n'est attiré par le stator bobiné que lorsque celui-ci est alimenté. Ces moteurs sont bruyants et offrent un faible couple ; ils sont donc rarement utilisés dans les applications industrielles.

Les moteurs pas-à-pas à aimants permanents comportent des aimants permanents avec des pôles nord et sud alternés sur le rotor et deux bobines de stator empilées. Les angles de pas sont généralement de 3,6° et ces moteurs fonctionnent à un couple et à une vitesse relativement faibles.

Les moteurs pas-à-pas hybrides combinent un rotor denté à aimants permanents avec un stator électromagnétique denté. Ce sont les moteurs pas-à-pas les plus utilisés dans les applications industrielles, car ils offrent une résolution nettement supérieure ainsi qu'un couple dynamique et un couple de maintien plus importants que les autres modèles, le tout avec une plage de vitesse utile plus large.

Configuration facile. Comme les moteurs pas-à-pas ne nécessitent pas de codeurs ni de capteurs ou de câble d'asservissement, ils sont beaucoup plus faciles et plus économiques à configurer et à régler que les servomoteurs. Toutefois, sans asservissement, le système doit calculer la position du rotor à partir d'un point de départ donné.

Moteur pas-à-pas vs servomoteur. Les moteurs pas-à-pas tournent selon un nombre défini de pas par rotation, qui peut être contrôlé par des impulsions discrètes provenant du variateur pas-à-pas. Les servomoteurs n'ont pas de pas définis. Ils utilisent un capteur d'asservissement et un câblage de données pour signaler la position du rotor au variateur, qui ajuste constamment le courant pour corriger toute erreur de positionnement. Découvrez comment choisir.

Moteur pas-à-pas vs moteur à induction. Les moteurs à induction ont été utilisés historiquement pour des applications à vitesse unique, comme les convoyeurs. Bien que les moteurs et variateurs à induction modernes puissent intégrer un système d'asservissement, les moteurs pas-à-pas constituent généralement un meilleur choix, car ils permettent d'obtenir un contrôle quasi similaire à celui des servomoteurs sans nécessiter de capteurs d'asservissement.

Avantages et inconvénients des moteurs pas-à-pas. Les moteurs pas-à-pas constituent une solution rentable pour les applications qui nécessitent un positionnement point à point de charges relativement constantes et stables. Ils sont également avantageux lorsque l'application requiert un couple de maintien élevé. Les systèmes pas-à-pas sont faciles à configurer et à régler, mais ne constituent pas toujours le meilleur choix pour les charges variables et imprévisibles qui peuvent faire sauter des pas et altérer le fonctionnement des machines.

Un système d'asservissement est probablement le meilleur choix pour les applications plus dynamiques qui nécessitent une correction des perturbations à large bande passante, des vitesses plus élevées et des couples de pointe et continus plus importants sur l'ensemble de la plage de vitesse. Les systèmes d'asservissement assurent le meilleur niveau possible de précision du positionnement, de contrôle de la vitesse et de réponse dynamique.