Pilote de moteur pas à pas - appareil, types et capacités

Les moteurs pas à pas sont aujourd'hui utilisés dans de nombreuses applications industrielles. Les moteurs de ce type se distinguent par le fait qu'ils permettent d'obtenir une grande précision de positionnement du corps de travail, par rapport aux autres types de moteurs. De toute évidence, un contrôle automatique précis est nécessaire pour que le moteur pas à pas fonctionne. À cette fin, ils servent de contrôleurs de moteur pas à pas, assurant un fonctionnement continu et précis des entraînements électriques à diverses fins.

En gros, le principe de fonctionnement d'un moteur pas à pas peut être décrit comme suit. Chaque rotation complète du rotor d'un moteur pas à pas se compose de plusieurs étapes. La plupart des moteurs pas à pas sont conçus pour des pas de 1,8 degré et il y a 200 pas par tour complet. Le variateur change de position de pas lorsqu'une tension d'alimentation est appliquée à un enroulement de stator particulier. Le sens de rotation dépend du sens du courant dans la bobine.

L'étape suivante consiste à éteindre le premier enroulement, l'alimentation est fournie au second et ainsi de suite, en conséquence, après chaque enroulement, le rotor fera une rotation complète. Mais c'est une description approximative, en fait les algorithmes sont un peu plus compliqués et cela sera discuté plus tard.

Algorithmes de contrôle de moteur pas à pas

La commande de moteur pas à pas peut être mise en œuvre selon l'un des quatre algorithmes de base : commutation de phase variable, commande de chevauchement de phase, commande par demi-pas ou commande par micropas.

Dans le premier cas, à tout instant, une seule des phases est alimentée et les points d'équilibre du rotor du moteur à chaque pas coïncident avec les points d'équilibre clés - les pôles sont clairement définis.

Le contrôle de chevauchement de phase permet au rotor de passer à des positions entre les pôles du stator, ce qui augmente le couple de 40 % par rapport au contrôle de chevauchement sans phase. L'angle d'inclinaison est maintenu, mais la position de verrouillage est décalée - elle est située entre les crêtes des pôles du stator. Ces deux premiers algorithmes sont utilisés dans les équipements électriques où une très grande précision n'est pas requise.

La commande en demi-pas est une combinaison des deux premiers algorithmes : une phase (bobinage) ou deux sont alimentées par un pas. La taille du pas est réduite de moitié, la précision de positionnement est plus élevée et la probabilité de résonance mécanique dans le moteur est réduite.

Et enfin, le mode niveau micro.Ici, le courant dans les phases change d'amplitude de sorte que la position de la fixation du rotor par marche tombe sur le point entre les pôles, et en fonction du rapport des courants dans les phases connectées simultanément, plusieurs de ces marches peuvent être obtenues. En ajustant le rapport des courants, en ajustant le nombre de rapports de travail, des micropas sont obtenus - le positionnement le plus précis du rotor.

Voir plus de détails avec des schémas ici: Commande de moteur pas à pas

Pilote de moteur pas à pas

Pour mettre en pratique l'algorithme choisi, implémentez un pilote de moteur pas à pas… Le pilote contient une alimentation et une section contrôleur.

La partie puissance du pilote est amplificateur de puissance à semi-conducteurs, dont la tâche est de convertir les impulsions de courant appliquées aux phases en mouvements du rotor : une impulsion — un pas exact ou microdegré.

Direction et amplitude du courant - la direction et la taille de l'étape.C'est-à-dire que la tâche de l'unité de puissance est de fournir un courant d'une certaine amplitude et direction à l'enroulement de stator correspondant, de maintenir ce courant pendant un certain temps, et également pour activer et désactiver rapidement les courants, de sorte que les caractéristiques de vitesse et de puissance de l'appareil correspondent à la tâche à accomplir.

Plus la partie puissance du mécanisme d'entraînement est parfaite, plus le couple peut être obtenu sur l'arbre. En général, la tendance de progrès dans l'amélioration des moteurs pas à pas et de leurs pilotes est d'obtenir un couple de fonctionnement important à partir de moteurs de petites dimensions, de haute précision, tout en maintenant un rendement élevé.

Contrôleur de moteur pas à pas

Le contrôleur de moteur pas à pas est une partie intelligente du système, qui est généralement réalisée sur la base d'un microcontrôleur reprogrammable. Le contrôleur est responsable de l'heure, de la bobine, de la durée et de la quantité de courant qui sera fournie. Le contrôleur contrôle le fonctionnement de l'unité d'alimentation du conducteur.

Les contrôleurs avancés sont connectés à un ordinateur et peuvent être réglés en temps réel à l'aide d'un ordinateur. La possibilité de reprogrammer à plusieurs reprises le microcontrôleur libère l'utilisateur de la nécessité d'acheter un nouveau contrôleur à chaque fois que la tâche est ajustée - il suffit de reconfigurer l'existant, c'est la flexibilité, le contrôleur peut être facilement réorienté par programme pour exécuter de nouvelles fonctions .

Il existe aujourd'hui sur le marché une large gamme de contrôleurs de moteurs pas à pas de divers fabricants dotés de fonctionnalités extensibles. Les contrôleurs programmables impliquent l'enregistrement de programmes, et certains incluent des blocs logiques programmables, avec lesquels il est possible de configurer de manière flexible l'algorithme de contrôle du moteur pas à pas pour un certain processus technologique.

Capacités du contrôleur

La commande de moteur pas à pas avec un contrôleur permet une grande précision jusqu'à 20 000 micro-pas par tour. De plus, la gestion peut être effectuée à la fois directement depuis un ordinateur et grâce à un programme cousu dans l'appareil ou via un programme à partir d'une carte mémoire. Si les paramètres changent pendant l'exécution de la tâche, l'ordinateur peut interroger les capteurs, surveiller les paramètres changeants et changer rapidement le mode de fonctionnement du moteur pas à pas.

Il existe des blocs de commande de moteur pas à pas disponibles dans le commerce qui sont connectés à : une source de courant, des boutons de commande, une source d'horloge, un potentiomètre de pas, etc. De tels blocs vous permettent d'intégrer rapidement un moteur pas à pas dans un équipement pour effectuer des tâches cycliques répétitives avec un contrôle manuel ou automatique. ... La possibilité de se synchroniser avec des appareils externes et la prise en charge de l'allumage, de l'extinction et du contrôle automatiques est un avantage incontestable de l'unité de commande de moteur pas à pas.

L'appareil peut être contrôlé directement depuis un ordinateur si, par exemple, vous souhaitez exécuter un programme pour machine CNC, ou en mode manuel sans commande externe supplémentaire, c'est-à-dire de manière autonome, lorsque le sens de rotation de l'arbre du moteur pas à pas est défini par le capteur de marche arrière et que la vitesse est contrôlée par un potentiomètre. Le dispositif de commande est sélectionné en fonction des paramètres du moteur pas à pas à utiliser.

Selon la nature de l'objectif, la méthode de commande du moteur pas à pas est sélectionnée. Si vous avez besoin de configurer une simple commande d'entraînement électrique à faible puissance où une impulsion est appliquée à un enroulement de stator à chaque fois : pour une révolution complète, disons 48 pas, et le rotor se déplacera de 7,5 degrés à chaque pas. Le mode à impulsion unique convient dans ce cas.

Pour obtenir un couple plus élevé, une double impulsion est utilisée - elle est envoyée simultanément à deux bobines adjacentes par impulsion.Et si 48 pas sont nécessaires pour un tour complet, alors à nouveau 48 impulsions doubles de ce type sont nécessaires, chacune se traduira par un pas de 7,5 degrés, mais avec 40% de couple en plus qu'en mode impulsion unique.En combinant les deux méthodes, vous pouvez obtenir 96 impulsions en divisant les étapes - vous obtenez 3,75 degrés par étape - il s'agit d'un mode de contrôle combiné (demi-étape).