Le moteur pas à pas est l’interface idéale entre l’électronique numérique et la mécanique, il permet de convertir directement un signal électrique en un positionnement angulaire à caractère incrémental. Malgré les différences existant entre les moteurs, le résultat recherché est la rotation de leur axe suivant un angle déterminé à chaque impulsion reçue par l’une ou l’autre bobine Cet angle varie selon la constitution interne du moteur en général est compris entre 0.0° et 90. Les moteurs pas à pas sont utilisés pour commander avec précision la position ou la vitesse . Constitué principalement d’un stator et d’un rotor qui tourne par incrément discret chaque incrément de rotation est provoqué par une impulsion de courant fournie à l’un des enroulements du stator.

Généralités sur les composants électriques

Les nombreuses applications de la commande numérique ont remis en faveur le moteur pas à pas, appelé aussi moteur à impulsions qui était utilisé depuis déjà longtemps. Les moteurs pas à pas ont été créés en 1930. Leurs développements ont commencé au début des années soixante grâce à l’apparition des microprocesseurs, microcontrôleurs et aux énormes progrès de l’électronique à transistors de puissance. Et encore, pendant des années, l’apparition essentielle fût celle de la commande numérique des machines outil ayant besoin d’un tel type de moteur. Puis avec le développement de la recherche spatiale, de nouveaux moteurs pas à pas firent leur apparition (dimensions réduites et pas angulaires plus petits) et furent largement utilisé grâce à leurs avantages importants de fiabilité et de simplicité de commande qu’ils offraient sur les autres moteurs. Les moteurs pas à pas sont très utilisés dans toutes les applications mécaniques où on doit contrôler la position ou la vitesse d’un système. Ces moteurs sont par exemple utilisés en robotique (positionnement des axes, vitesse variable du robot), en informatique (déplacement d’une tête de lecture d’une lecture, déplacement de la tête d’impression, avance du papier pour les imprimantes), en astronomie (positionnement du télescope pour suivre un astre) et dans la réception TV par satellites (positionnement d’une parabole).

Le moteur pas à pas constitue un convertisseur électromécanique destiné à transformer le signal électrique (impulsion) en déplacement (angulaire ou linéaire) mécanique. Au point de vue électrotechnique, le moteur classique ressemble à la machine synchrone, dont le stator (le plus souvent à pôles saillants) porte les enroulements de pilotage et le rotor (presque toujours à pôles saillants) est soit muni d’aimants permanents (structure dite polarisée ou active), soit constitué par une pièce ferromagnétique dentée (structure dite réluctante ou passive). Entre le moteur et son alimentation, sont intercalés trois éléments essentiels
-une unité de calcul, qui élabore les impulsions de commande.
-un modulateur PWM, qui génère les commandes des contacteurs électroniques de commutation.
-une électronique de commutation (puissance), qui, à partir d’une alimentation, fourni l’énergie vers les enroulements appropriés du moteur .

Principe de fonctionnement

Le principe de base est la création d’un champ tournant, les pôles magnétiques de rotation de même nom se repoussent et les pôles des noms contraires s’attirent, le champ magnétique entraînera le rotor alimenté dans le même sens.

Ceci traduit le fait qu’on transforme une grandeur numérique en une grandeur analogique. La fréquence de rotation, ou vitesse est donc commandée par des impulsions (consigne de rotation) contrôlées elle-même par un dispositif électronique en technologie câblée ou programmée. Théoriquement un moteur est composé d’un aimant permanent et de deux bobinages constitués chacun de deux bobines. Le passage d’un courant, successivement dans chaque bobinage, fait tourner l’aimant .

Nous avons créé un moteur de quatre pas par tour.
– Les impulsions électriques sont du type tout ou rien, c’est à dire passage de courant ou pas de passage de courant.
– L’électronique actuelle permet de piloter la chronologie de ces impulsions avec beaucoup de précision et d’en comptabiliser le nombre.
– Le moteur pas à pas et son circuit de commande permettent donc la rotation avec beaucoup de précision en vitesse et en amplitude .

La technologie des moteurs pas à pas

Il existe trois catégories des moteurs pas à pas :

Moteur pas à pas à réluctance variable MRV :
Les moteurs à réluctance variable fonctionnent selon un principe différent de celui des moteurs à aimant permanent. Ils possèdent bien évidemment un stator, mais ce dernier est fabriqué en acier doux non magnétique. Il n’est pas lisse et possède plusieurs dents. Ce type de moteur est représenté en  . On peut voir, dans cet exemple, que le stator est composé de 8 plots sur lesquels enroulés les bobinages, ce qui donne 4 phases. Le rotor, quant à lui, ne comporte que 6 dents .

Le principe de fonctionnement est très simple:
Le principe de fonctionnement est très simple l’une des phases alimentant deux des plots opposés du stator est traversée par un courant afin d’aligner deux des dents du rotor avec ces plots. Le mode de commande peut dans ce cas, de la même façon que pour les autres moteurs, être monophasé, biphasé ou demi-pas.

Moteur pas à pasaimant permanent MP:
Le moteur à aimant permanent est aussi appelé moteur polarisé. C’est le modèle dont le fonctionnement est le plus simple. Son rotor porte des aimants permanents qui s’alignent suivant son champ magnétique avec celui développé par le stator qui comporte deux paires de bobines. En agissant sur les bobines alimentées, et le sens des courants, on fait varier le champ créé par le stator.

Alimentation des moteurs Pas à pas

– Un moteur Pap alimenté à son courant nominal peut chauffer de60 à 70 degrés par rapport à la température ambiante. Attentionaux brûlures!
– Un moteur qui chauffe plus à l’arrêt qu’en fonctionnement estsous-alimenté (cas typique du moteur alimenté en tension, dès quela vitesse de rotation augmente). Ce n’est un problème que si lapuissance disponible est insuffisante, il faut alors passer à un moded’alimentation «en courant».
• Ceci n’est vrai qu’en mode de fonctionnement à pas entier.
– Calcul de la résistance pour une alimentation en courant contrôlépar résistance série (choisir une résistance non inductive) :
• R = (VAlim – VMoteur)/IMoteur
• Puissance dissipée P = (VAlim – VMoteur) * IMoteur
• Ex: un moteur prévu pour 5V, 200mA, alimenté sous 15V nécessiteune résistance de (15 – 5)/0,2 = 50 Ohms , (15-5)*0,2 = 2Watts.