Qu'est-ce qu'un moteur pas à pas et comment ça marche

Qu'il s'agisse d'un simple lecteur DVD ou d'une imprimante dans votre maison, d'une machine CNC hautement sophistiquée ou d'un bras robotisé, les moteurs pas à pas se trouvent presque partout. Sa capacité à effectuer des mouvements précis contrôlés électroniquement a permis à ces moteurs de trouver une application dans de nombreux félidés tels que les caméras de surveillance, le disque dur, les machines CNC, les imprimantes 3D, la robotique, les robots d'assemblage, les découpeurs laser et bien plus encore. Dans cet article, apprenons ce qui rend ces moteurs spéciaux et la théorie qui les sous-tend. Nous allons apprendre à en utiliser un pour votre application.

Introduction aux moteurs pas à pas

Comme tous les moteurs, les moteurs pas à pas ont également un stator et un rotor, mais contrairement à un moteur à courant continu normal, le stator se compose d'ensembles individuels de bobines. Le nombre de bobines variera en fonction du type de moteur pas à pas, mais pour l'instant, comprenez simplement que dans un moteur pas à pas, le rotor se compose de pôles métalliques et chaque pôle sera attiré par un ensemble de bobines dans le stator. Le schéma ci-dessous montre un moteur pas à pas avec 8 pôles de stator et 6 pôles de rotor.

Si vous regardez les bobines sur le stator, elles sont disposées en termes de paires de bobines, comme A et A 'forment une paire B et B' forme une paire et ainsi de suite. Ainsi, chacune de ces paires de bobines forme un électroaimant et elles peuvent être alimentées individuellement en utilisant un circuit d'attaque. Lorsqu'une bobine est mise sous tension, elle agit comme un aimant et le pôle du rotor s'aligne sur elle, lorsque le rotor tourne pour s'ajuster pour s'aligner avec le stator, il est appelé en une seule étape. De même, en alimentant les bobines dans une séquence, nous pouvons faire tourner le moteur par petites étapes pour effectuer une rotation complète.

Types de moteurs pas à pas

Il existe principalement trois types de moteurs pas à pas basés sur la construction, à savoir:

Moteur pas à pas à réluctance variable: Ils ont un rotor à noyau de fer qui est attiré vers les pôles du stator et assurent un mouvement par réluctance minimale entre le stator et le rotor.
Moteur pas à pas à aimant permanent: Ils ont un rotor à aimant permanent et ils sont repoussés ou attirés vers le stator en fonction des impulsions appliquées.
Moteur pas à pas synchrone hybride: ils sont une combinaison de réluctance variable et de moteur pas à pas à aimant permanent.

En dehors de cela, nous pouvons également classer les moteurs pas à pas comme unipolaires et bipolaires en fonction du type d'enroulement de stator.

Moteur pas à pas bipolaire: Les bobines de stator de ce type de moteur n'auront pas de fil commun. L'entraînement de ce type de moteur pas à pas est différent et complexe et le circuit d'entraînement ne peut pas non plus être facilement conçu sans microcontrôleur.
Moteur pas à pas unipolaire: Dans ce type de moteur pas à pas, nous pouvons prendre la prise centrale des deux enroulements de phase pour une masse commune ou pour une puissance commune, comme indiqué ci-dessous. Cela facilite la conduite des moteurs, il existe également de nombreux types de moteurs pas à pas unipolaires

D'accord, donc contrairement à un moteur à courant continu normal, celui-ci a cinq fils de toutes les couleurs fantaisie qui en sortent et pourquoi en est-il ainsi? Pour comprendre cela, il faut d'abord savoir comment fonctionne un stepper dont nous avons déjà parlé. Tout d'abord, les moteurs pas à pas ne tournent pas, ils marchent et sont donc également appelés moteurs pas à pas. Cela signifie qu'ils ne bougeront qu'une étape à la fois. Ces moteurs ont une séquence de bobines présentes en eux et ces bobines doivent être alimentées d'une manière particulière pour faire tourner le moteur. Lorsque chaque bobine est sous tension, le moteur fait un pas et une séquence de mise sous tension fera en sorte que le moteur effectue des étapes continues, le faisant ainsi tourner. Jetons un coup d'œil aux bobines présentes à l'intérieur du moteur pour savoir exactement d'où viennent ces fils.

Comme vous pouvez le voir, le moteur a un arrangement de bobine unipolaire à 5 fils. Il y a quatre bobines qui doivent être mises sous tension dans une séquence particulière. Les fils rouges seront fournis avec + 5V et les quatre fils restants seront tirés à la terre pour déclencher la bobine respective. Nous utilisons n'importe quel microcontrôleur pour alimenter ces bobines dans une séquence particulière et faire en sorte que le moteur effectue le nombre d'étapes requis. Encore une fois, vous pouvez utiliser de nombreuses séquences, normalement une commande en 4 étapes est utilisée et pour un contrôle plus précis, une commande en 8 étapes peut également être utilisée. Le tableau de séquence pour la commande en 4 étapes est illustré ci-dessous.

Étape

Bobine sous tension

Étape 1

A et B

Étape 2

B et C

Étape 3

C et D

Étape 4

D et A

Alors maintenant, pourquoi ce moteur s'appelle -t-il le 28-BYJ48 ? Sérieusement!!! Je ne sais pas. Il n'y a aucune raison technique pour que ce moteur soit nommé ainsi; peut-être ne devrions-nous pas nous y plonger beaucoup plus. Examinons certaines des données techniques importantes obtenues à partir de la fiche technique de ce moteur dans l'image ci-dessous.

C'est une tête pleine d'informations, mais nous devons en examiner quelques-unes importantes pour savoir quel type de stepper nous utilisons afin de pouvoir le programmer efficacement. Tout d'abord, nous savons qu'il s'agit d'un moteur pas à pas 5V puisque nous alimentons le fil rouge avec 5V. Ensuite, nous savons également qu'il s'agit d'un moteur pas à pas à quatre phases puisqu'il y avait quatre bobines. Maintenant, le rapport de démultiplication est donné à 1:64. Cela signifie que l'arbre que vous voyez à l'extérieur ne fera une rotation complète que si le moteur à l'intérieur tourne 64 fois. C'est en raison des engrenages qui sont connectés entre le moteur et l'arbre de sortie, ces engrenages aident à augmenter le couple.

Une autre donnée importante à noter est l' angle de foulée: 5,625 ° / 64. Cela signifie que le moteur, lorsqu'il fonctionne en séquence de 8 étapes, se déplacera de 5,625 degrés pour chaque étape et qu'il faudra 64 étapes (5,625 * 64 = 360) pour effectuer une rotation complète.

Calcul des pas par révolution pour le moteur pas à pas

Il est important de savoir comment calculer les pas par révolution de votre moteur pas à pas car ce n'est qu'alors que vous pouvez le programmer / le piloter efficacement.

Supposons que nous allons faire fonctionner le moteur en séquence de 4 pas, donc l'angle de foulée sera de 11,25 ° puisqu'il est de 5,625 ° (donné dans la fiche technique) pour une séquence de 8 pas, il sera de 11,25 ° (5,625 * 2 = 11,25).

Pas par tour = 360 / angle de pas Ici, 360 / 11,25 = 32 pas par tour.

Pourquoi avons-nous besoin de modules de pilote pour les moteurs pas à pas?

La plupart des moteurs pas à pas ne fonctionneront qu'avec l'aide d'un module de pilotage. Cela est dû au fait que le module de contrôleur (microcontrôleur / circuit numérique) ne pourra pas fournir suffisamment de courant à partir de ses broches d'E / S pour que le moteur fonctionne. Nous allons donc utiliser un module externe comme le module ULN2003 comme pilote de moteur pas à pas. Il existe de nombreux types de modules de pilotage et la valeur nominale d'un module varie en fonction du type de moteur utilisé. Le principe principal de tous les modules de commande sera de fournir / absorber suffisamment de courant pour que le moteur fonctionne. En dehors de cela, il existe également des modules de pilote qui ont la logique préprogrammée, mais nous n'en discuterons pas ici.

Si vous êtes curieux de savoir comment faire tourner un moteur pas à pas à l' aide d'un microcontrôleur et d'un circuit intégré de pilote, nous avons couvert de nombreux articles sur son fonctionnement avec différents microcontrôleurs:

Interfaçage du moteur pas à pas avec Arduino Uno
Interfaçage du moteur pas à pas avec STM32F103C8
Interfaçage du moteur pas à pas avec le microcontrôleur PIC
Interfaçage du moteur pas à pas avec le MSP430G2
Interfaçage du moteur pas à pas avec le microcontrôleur 8051
Contrôle du moteur pas à pas avec Raspberry Pi

Maintenant, je pense que vous avez suffisamment d'informations pour contrôler tout moteur pas à pas dont vous avez besoin pour votre projet. Jetons un coup d'œil aux avantages et aux inconvénients des moteurs pas à pas.

Avantages des moteurs pas à pas

L'un des principaux avantages du moteur pas à pas est qu'il a un excellent contrôle de position et peut donc être utilisé pour une application de contrôle précise. De plus, il a un très bon couple de maintien, ce qui en fait un choix idéal pour les applications robotiques. Les moteurs pas à pas sont également considérés comme ayant une durée de vie élevée par rapport aux moteurs CC ou servomoteurs normaux.

Inconvénients des moteurs pas à pas

Comme tous les moteurs, les moteurs pas à pas ont également leurs propres inconvénients, car ils tournent en faisant de petits pas, ils ne peuvent pas atteindre des vitesses élevées. En outre, il consomme de l'énergie pour maintenir le couple même lorsqu'il est idéal, augmentant ainsi la consommation d'énergie.