Les moteurs pas à pas font partie des moteurs les plus simples à implémenter dans les conceptions électroniques où un niveau de précision et de répétabilité est nécessaire. Malheureusement, la construction des moteurs pas à pas impose au moteur une limitation de vitesse plutôt faible, bien inférieure à la vitesse à laquelle l'électronique peut entraîner le moteur. Lorsque le fonctionnement d'un moteur pas à pas à grande vitesse est requis, la difficulté de mise en œuvre augmente, à mesure qu'un certain nombre de facteurs commencent à entrer en jeu.
Facteurs de moteur pas à pas à grande vitesse
Plusieurs facteurs deviennent des problèmes de conception et de mise en œuvre importants lorsque les moteurs pas à pas sont entraînés à des vitesses élevées. Comme de nombreux composants, le comportement réel des moteurs pas à pas dans le monde réel n’est pas idéal et est bien loin de la théorie. La vitesse maximale des moteurs pas à pas varie en fonction du fabricant, du modèle et de l'inductance du moteur; elle permet d'atteindre des vitesses de 1000 à 3000 tr / min (pour les vitesses plus élevées, les servomoteurs constituent un meilleur choix). Les principaux facteurs qui influent sur la conduite du moteur pas à pas à grande vitesse sont les suivants:
Inertie
Tout objet en mouvement a une inertie qui résiste au changement d'accélération d'un objet. Dans les applications à faible vitesse, il est possible de commencer à conduire un moteur pas à pas à la vitesse désirée sans manquer un pas. Cependant, tenter immédiatement de charger une charge sur un moteur pas à pas à grande vitesse constitue un excellent moyen de sauter des étapes et de perdre sa position. À l'exception des charges très légères avec peu d'effet inertiel, un moteur pas à pas doit passer d'une vitesse lente à une vitesse élevée pour maintenir sa position et sa précision. Les commandes avancées des moteurs pas à pas incluent des limitations d’accélération et des stratégies pour compenser l’inertie.
Courbes de couple
Le couple d'un moteur pas à pas n'est pas le même pour chaque vitesse de fonctionnement, mais diminue à mesure que la vitesse de progression augmente. La raison en est basée sur les principes opérationnels des moteurs pas à pas. Le signal de commande pour les moteurs pas à pas génère un champ magnétique dans les bobines du moteur afin de créer la force nécessaire pour effectuer un pas. Le temps nécessaire au champ magnétique pour atteindre sa pleine puissance dépend de l'inductance de la bobine, de la tension de commande et de la limitation du courant. Au fur et à mesure que la vitesse de conduite augmente, le temps pendant lequel les bobines restent à leur résistance diminue et le couple que le moteur peut générer chute.
Signal de conduite
Pour maximiser la force exercée sur un moteur pas à pas, le courant du signal du variateur doit atteindre le courant maximal du variateur. Dans les applications à grande vitesse, cette opération doit être effectuée le plus rapidement possible. Conduire un moteur pas à pas avec un signal de tension plus élevé peut aider à améliorer le couple à haute vitesse qui est automatiquement appliqué dans les solutions de commande pas à pas à courant constant.
Zone morte
Le concept idéal de moteur permet de l'entraîner à n'importe quelle vitesse avec au pire une réduction du couple lorsque la vitesse augmente. Malheureusement, les moteurs pas à pas ont souvent une zone morte où le moteur ne peut pas entraîner la charge à une vitesse donnée. Ceci est dû à la résonance dans le système et varie pour chaque produit et chaque design.
Résonance
Les moteurs pas à pas entraînent des systèmes mécaniques et tous les systèmes mécaniques peuvent souffrir de la résonance. La résonance se produit lorsque la fréquence d'attaque correspond à la fréquence naturelle du système et que l'énergie ajoutée au système tend à augmenter ses vibrations et la perte de couple plutôt que sa vitesse. Dans les applications où les vibrations excessives posent des problèmes, il est particulièrement important de rechercher et d’ignorer les vitesses du moteur pas à pas à résonance. Même les applications pouvant tolérer les vibrations devraient éviter autant que possible la résonance, car elles peuvent réduire considérablement la durée de vie du système.
Taille de pas
Les moteurs pas à pas disposent de quelques stratégies de conduite, notamment le micro-pas qui permet au moteur de faire des pas plus petits que les pas complets. La précision de ces micro-pas est réduite, mais ils rendent le fonctionnement du moteur pas-à-pas plus silencieux à basse vitesse. Les moteurs pas à pas ne peuvent être entraînés que très rapidement, et le moteur ne voit aucune différence dans un micro-pas ou un pas complet. Pour un fonctionnement à pleine vitesse, il est souvent nécessaire de conduire un moteur pas à pas avec des pas complets. Cependant, l'utilisation du micro-pas dans la courbe d'accélération du moteur pas à pas peut réduire considérablement le bruit et les vibrations dans le système.
