Le moteur pas à pas est également appelé moteur à impulsions ou moteur pas à pas. Il avance d'un certain angle chaque fois que l'état d'excitation est modifié en fonction du signal d'impulsion d'entrée et reste à une position fixe lorsque l'état d'excitation reste inchangé. Ainsi, le moteur pas à pas peut convertir le signal d'impulsion d'entrée en un déplacement angulaire correspondant pour la sortie. En contrôlant le nombre d'impulsions d'entrée, le déplacement angulaire de la sortie peut être déterminé avec précision pour réaliser la fonction de positionnement ; et en contrôlant la fréquence des impulsions d'entrée, la vitesse angulaire de la sortie peut être contrôlée avec précision pour atteindre l'objectif de régulation de vitesse. Par conséquent, les moteurs pas à pas peuvent être envisagés lorsqu'un positionnement ou un contrôle de vitesse précis est requis.
1.1 Classification des moteurs pas à pas
Il existe trois types de moteurs pas à pas : réactif (type VR), à aimant permanent (type PM) et hybride (type HB).
Le pas à pas de l'aimant permanent est généralement biphasé, le couple et le volume sont faibles et l'angle de pas est généralement de 7,5 degrés ou 15 degrés, ce qui est principalement utilisé dans les produits de consommation à faible coût.
Le pas à pas réactif est généralement triphasé, ce qui permet d'obtenir un couple de sortie élevé. L'angle de pas est généralement de 1,5 degré, mais le bruit et les vibrations sont très importants. Il a été éliminé dans les pays développés comme l'Europe et les États-Unis dans les années 1980.
Le pas à pas hybride fait référence au mélange des avantages de l'aimant permanent et du réactif. Il est divisé en deux phases, trois phases et cinq phases. L'angle de pas biphasé est généralement de 1,8 degré et l'angle de pas triphasé est de 0,9 degré. L'angle de pas à cinq phases est généralement de 0,72 degré. Le moteur pas à pas hybride combine les avantages des deux premiers types de moteurs pas à pas. À l'heure actuelle, les moteurs pas à pas utilisés dans l'industrie de la fabrication d'équipements domestiques sont essentiellement des moteurs pas à pas hybrides.
Par conséquent, les moteurs pas à pas décrits ci-dessous sont tous appelés "moteurs pas à pas hybrides".
1.2 Structure du moteur pas à pas
Le moteur pas à pas se compose d'un rotor (noyau de rotor, aimant permanent, arbre rotatif, roulement à billes), d'un stator (enroulement, noyau de stator), de capots avant et arrière, etc. Le moteur pas à pas hybride biphasé le plus typique a 8 grandes dents , 40 petites dents dans le stator et 50 petites dents dans le rotor ; le stator du moteur triphasé a 9 grandes dents, 45 petites dents et le rotor a 50 petites dents. dent.
Figure 1 Schéma de principe de la composition du moteur pas à pas
1.3 Principe de commande du moteur pas à pas
Le moteur pas à pas ne peut pas se connecter directement à l'alimentation pour fonctionner, ni recevoir directement des signaux d'impulsions électriques. Il doit interagir avec l'alimentation et le contrôleur via une interface spéciale, le pilote de moteur pas à pas. Le pilote de moteur pas à pas (voir Figure 2) est généralement composé d'un distributeur en anneau et d'un circuit amplificateur de puissance. Le distributeur en anneau reçoit des signaux de commande du contrôleur. Chaque fois qu'un signal d'impulsion est reçu, la sortie du distributeur en anneau sera convertie une fois, de sorte que la présence ou l'absence du signal d'impulsion et la fréquence peuvent déterminer la vitesse du moteur pas à pas, l'accélération ou la décélération, le démarrage ou l'arrêt. Le distributeur en anneau doit également surveiller le signal de direction du contrôleur pour déterminer si la transition de son état de sortie est une séquence positive ou une séquence inverse, déterminant ainsi la direction du moteur pas à pas.
Figure 2 Schéma de commande du moteur pas à pas
2 Paramètres principaux du moteur pas à pas
2.1 Le numéro de trame comprend principalement 20, 28, 35, 42, 57, 60, 86 et ainsi de suite.
2.2 Nombre de phases Le nombre de bobines à l'intérieur du moteur pas à pas. Le nombre de phases du moteur pas à pas comprend généralement deux phases, trois phases et cinq phases. Le moteur pas à pas utilisé en Chine est principalement biphasé, et le triphasé est également utilisé dans certaines applications. Au Japon, les moteurs pas à pas à cinq phases sont davantage utilisés.
2.3 Angle de pas Correspondant à l'entrée d'un signal impulsionnel, le déplacement angulaire du rotor du moteur. La formule de calcul de l'angle de pas du moteur pas à pas est la suivante :
Dans la formule : - l'angle de pas du moteur pas à pas ; m - le nombre de phases du moteur pas à pas; - le nombre de dents du rotor du moteur pas à pas.
Selon la formule de calcul ci-dessus, les angles de pas des moteurs pas à pas biphasés, triphasés et cinq phases sont respectivement de 1,80, 1,20 et 0,72 degrés.
2.4 Le couple de maintien (couple statique) fait référence au couple auquel le stator verrouille le rotor lorsque l'enroulement du stator du moteur est alimenté en courant nominal, mais le rotor ne tourne pas. Le couple de maintien est le paramètre le plus important du moteur pas à pas, et c'est la base principale pour la sélection du moteur.
2.5 Couple de détente Il s'agit du couple nécessaire pour faire tourner le rotor avec une force externe lorsque le moteur n'a pas de courant. Ce couple est l'un des indicateurs de performance du moteur. A paramètres identiques, plus le couple de détente est faible, plus "l'effet d'encoche" est faible, ce qui est plus favorable à la stabilité du moteur à basse vitesse.
2.6 Caractéristique couple-fréquence Fait principalement référence à la caractéristique couple-fréquence de décrochage, le couple maximal que le moteur peut supporter sans perdre de pas lorsque le moteur tourne de manière stable à une certaine vitesse. La courbe couple-fréquence permet de décrire la relation entre le couple maximum et la vitesse (fréquence) sans perte de pas. La courbe couple-fréquence est un paramètre important du moteur pas à pas, et c'est l'une des principales bases pour la sélection du moteur. Courbe caractéristique moment-fréquence (voir Figure 3).
Figure 3 Courbe couple-fréquence du moteur pas à pas
2.7 Courant nominal La valeur efficace du courant d'enroulement du moteur nécessaire pour maintenir le couple nominal.
Figure 4 Tableau des paramètres du moteur pas à pas (extrait du catalogue général des produits pas à pas intelligents Leisai 2021-2022)
3 étapes de sélection du moteur pas à pas
La vitesse du moteur pas à pas utilisé dans les applications industrielles est aussi élevée que 600 ~ 1500, et plus la vitesse est élevée, l'entraînement du moteur pas à pas en boucle fermée peut être envisagé, ou le schéma d'asservissement est plus approprié. Étapes de sélection du moteur pas à pas (voir Figure 5).
Figure 5 Étapes de sélection du moteur pas à pas
3.1 Sélection de l'angle de pas
Comme mentionné dans 1.1, selon le nombre de phases du moteur, il existe trois angles de pas : 1,80 (biphasé), 1,20 (triphasé) et 0,72 degré (cinq phases). Bien sûr, la précision de l'angle de pas à cinq phases est la plus élevée, mais son moteur et son pilote sont chers, il est donc rarement utilisé en Chine. De plus, les pilotes pas à pas traditionnels actuels utilisent tous la technologie de commande de subdivision. En dessous de 8 subdivisions, la précision de l'angle de pas de subdivision peut toujours être garantie, donc si vous considérez uniquement l'indice de précision de l'angle de pas, le pas à cinq phases Le moteur peut être remplacé par un moteur pas à pas biphasé ou triphasé.
Par exemple, dans une application de charge de vis-mère avec un pas de 5 mm, si un moteur pas à pas biphasé est utilisé et que le pilote est réglé sur 8 subdivisions, le nombre d'impulsions par tour du moteur est de 200 ×8=1600 , et l'équivalent d'impulsion est de 5 ÷1 600=0 .00313 mm=3 .13 , cette précision peut répondre à la plupart des exigences d'application.
3.2 Sélection du couple statique (couple de maintien)
Les mécanismes de transmission de charge couramment utilisés comprennent les courroies synchrones, les tiges filetées, les crémaillères et les pignons, etc. Tout d'abord, calculez la charge de la machine (principalement le couple d'accélération plus le couple de frottement) et convertissez-la en couple de charge requis sur l'arbre du moteur. Ensuite, en fonction de la vitesse de fonctionnement maximale requise par le moteur, un moteur pas à pas avec un couple de maintien approprié est sélectionné pour les deux cas d'utilisation différents suivants :
(1) Pour l'application de la vitesse moteur requise inférieure à 300 : si la charge machine est convertie en couple résistant requis sur l'arbre moteur, alors le couple résistant est multiplié par un facteur de sécurité SF (généralement 1,5 ~ 2.0), c'est-à-dire le couple de maintien requis du moteur pas à pas.
(2) Pour les applications où la vitesse moteur requise est supérieure à 300 : régler la vitesse maximale, si la charge machine est convertie au couple résistant requis sur l'arbre moteur, alors le couple résistant est multiplié par le facteur de sécurité SF (généralement 2,5 ~ 3,5 ) pour obtenir le couple de maintien. En se référant à la figure 6, un modèle approprié est initialement sélectionné. Ensuite, vérifiez et comparez sur la courbe couple-fréquence : Sur la courbe couple-fréquence, utilisez la vitesse maximale requise pour trouver que le couple maximal en décalage correspondant à la vitesse maximale est de 20 % ou plus. Sinon, il est nécessaire de sélectionner à nouveau un moteur avec un couple de maintien plus important, et de revérifier et de comparer en fonction de la courbe couple-fréquence du moteur nouvellement sélectionné.
3.3 Sélection de la taille du châssis du moteur
Plus le châssis du moteur est grand, plus son couple de maintien est élevé. Tailles de châssis courantes et plages de couple de maintien des moteurs pas à pas (voir Figure 6).
Figure 6 Tailles de châssis courantes des moteurs pas à pas et leurs couples de maintien
Selon le couple de maintien calculé à l'étape (2), sélectionnez la taille de châssis appropriée et les spécifications spécifiques du moteur correspondant à partir de la Figure 4.
3.4 Sélectionnez le pilote pas à pas correspondant en fonction du courant nominal
Par exemple, si le courant nominal d'un moteur 57CM23 est de 5A, le courant maximal admissible du pilote que vous choisissez doit être supérieur à 5A (veuillez noter qu'il s'agit de la valeur RMS au lieu de la valeur de crête), sinon si vous choisissez un pilote avec un courant maximum de seulement 3A, alors Le couple de sortie maximum du moteur ne peut être que d'environ 60% !
