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Principe de commande pas à pas

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Du synchrone triphasé au moteur pas à pas

Le moteur Synchrone triphasé, son 'grand oncle' à 3 phases


Ici le champ tournant est obtenu directement par l'alimentation triphaséeCourant triphasé.
Le rotor, un aimant permanentMoteur synchrone triphase, suit ce champ tournant, à 50 Hz : 50 t/s ou 3000 t/mn.




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Moteur brushless 4 phases de ventilateur

Ce moteur est celui qui équipe la majorité des ventilateurs du monde informatique...
Disponibles de 5 à 48 Vcc, il peuvent tourner de quelques centaines à plusieurs dizaines de milliers de tours par minute ! Alors brushless, pas à pas ? Les 2 mon général !

Moteur brushless de ventilateur

Ils s'alimentent directement en tension continue, 12 V pour la majorité, et incorporent une électronique qui assure la rotation via un générateur d'impulsions dont la fréquence d'horloge est définie par un convertisseur f en fonction de UAfin de simuler un 'vrai' moteur continu, l’électronique modifie la fréquence en fonction de la tension (f en fonction de U).
Ex : 500 t/mn pour 3 V, 1000 t/mn avec 6 V et 2000 t/mn sous 12 V.
C'est ainsi que les ventilations de processeur informatiques sont 'thermocontrolés'.
. On les nomme aussi moteur synchrone, pas à pas, auto-piloté.
La plus grande différence avec 'tonton' triphasé : la plage de vitesse est très largeGrâce aux variateurs, il en va presque de même avec les moteurs à courant alternatif... !




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Alors ? Comment ça marche ?

Moteur synchrone : 4 bobinesBobines d'un brushless de ventilateur PC, 4 phases


Moteur pas a pas 4 phases pas à pasMoteur pas a pas 4 phases vitesse normale
Les animations ci-dessus représentent le principe du moteur pas à pas.
En haut à gauche on peut voir les pas successifs...
Même si à vitesse normale, animation en bas à droite, les 'à coups' ne sont plus perceptibles. Alimenté en MLI et non en carré pour les hautes puissances, les à-coups disparaissent totalement !

Un tour = 360° ; 4 pas par tour = 360° / 4 = 90° !



Cycle de fonctionnement :
Posons en point de départ : le rotor est vertical, le nord en haut
  1. Pas 1 : rotation à 90° sens horaire, rotor horizontal, Nord à droite
  2. Pas 2 : ajoute 90° (180° au total), rotor vertical, Nord en bas
  3. Pas 3 : ajoute 90° (total = 270°), rotor horizontal, Nord à gauche
  4. Pas 4 : + 90° = 1 tour complet, vertical, Nord en haut 
Ce moteur ne tourne que lorsque le champ tournant statorique évolue, quand le cadencement des pas avance grâce à un circuit électronique.
(d'un simple registre à décalage 4017... à un micro-contrôleur).


Notez bien la définition du pas :


Le pas est l'angle formé entre 2 états stables :
Un exemple de différents pas :
pas de 90° versus pas de 18°




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Signal électronique bipolaire : Couple normal

mpp avec signaux électriques animation
Ci-dessus, la commande bipolaireOn pilote chaque bobine par couple avec une tension continue + / puis / +
Mpp série bipolaire
la plus simple : 90° par pas (1/4 de tour).
Pour plus de clarté, les bobines du stator sont représentées à la droite du moteur.
Mais vous pouvez les voir incorporées comme en réalitéBobines dans le moteur !


Le cycle de fonctionnement :
  1. Bobines verticales, sens : le + en haut, le en bas
    Bobines horizontales : aucune alimentation
  2. Bobines horizontales, sens : le + à droite, le à gauche
    Bobines verticales : aucune alimentation
  3. Bobines verticales, sens : le + en bas, le en haut
    Bobines horizontales : aucune alimentation
  4. Bobines horizontales, sens : le + à gauche, le à droite
    Bobines verticales : aucune alimentation

Signal bipolaire : Couple maximum

mpp 2 phases parallèle animation
Cette fois les 2 paires de bobines sont alimentées simultanément : en parallèle.
Il en résulte toujours seulement 4 pas, mais de couple supérieur (intensité magnétique plus élevée).

Le cycle de fonctionnement :
  1. Bobines verticales et horizontales, sens : le + en haut et à droite, le en bas et à gauche
  2. Bobines verticales et horizontales, sens : le + à droite et en bas, le  à gauche et en haut
  3. Bobines verticales et horizontales, sens : le + en bas et à gauche, le en haut et à droite
  4. Bobines verticales et horizontales, sens : le + à gauche et en haut, le à droite et en bas




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Commande en demi pas: 8 pas par tour (45°)

mpp fonctionnement demi pas
Ici on combine les 2 montages précédents, ajoutant ainsi 4 étapes intermédiaires afin d'obtenir
8 pas par tour. Les signaux à droite vous précisent ce pilotage : bobines verticales, horizontales.
Le cycle de fonctionnement :
  1. Bobines verticales, sens : le + en haut, le en bas
    Bobines horizontales : aucune alimentation
  2. Bobines verticales et horizontales, sens : le + en haut et à droite, le en bas et à gauche
  3. Bobines horizontales, sens : le + à droite, le à gauche
    Bobines verticales : aucune alimentation
  4. Bobines verticales et horizontales, sens : le + à droite et en bas, le  à gauche et en haut
  5. Bobines verticales, sens : le + en bas, le en haut
    Bobines horizontales : aucune alimentation
  6. Bobines verticales et horizontales, sens : le + en bas et à gauche, le en haut et à droite
  7. Bobines horizontales, sens : le + à gauche, le à droite
    Bobines verticales : aucune alimentation
  8. Bobines verticales et horizontales, sens : le + à gauche et en haut, le à droite et en bas
Enfin il existe un pilotage par micro-pas en modulant l'intensité dans chaque bobine A l'instar de la commande simultanée, ce type de pilotage alimente les bobines 2 par 2 mais en modulant l'intensité de manière à positionner le rotor entre les pas.
Ex : en vertical I, en horizontal I/2 : Positionnement à 1/3 du pas simple :
mpp commande angulaire
.

Electronique simplifiée : commande unipolaire 4 pas

Mpp unipolaire
Ce montage unipolaireIci on a toujours 2 pôles : Nord et Sud mais seul le + est piloté, un point commun de neutres (on le verra) est relié au offre l'avantage de ne requérir que 4 transistors (voir partie abonnés).
Le nombre de pas est aussi de 4 pour 90° chacun.

Le cycle de fonctionnement :
  1. Bobine du haut au +
  2. Bobine de droite au +
  3. Bobine du bas au +
  4. Bobines horizontales sens : le +
Le est commun au centre de chaque bobine (centres reliés)




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Puissance : transistors de pilotage...


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Crée le 12 / 12 / 2016, der. màj le 01 / 07 / 2018 par : Guillaume (Guillaume DUPAS)
Contributeur Guillaume DUPAS Gu5835e07c1389f
Cours vu 4976 fois
Difficulté : ★★★★☆
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