Moteur pas à pas

A la différence des moteurs à courant continu, synchrones ou asynchrones qui ont des mouvements où l’angle de rotation varie continûment, le moteur pas à pas est mis en rotation par incréments angulaires.
Le principe de fonctionnement est d’abord présenté au travers d’une machine à quatre pas par tour permettant des sauts angulaires d’amplitude pi/2. Un rotor est contraint à se placer dans l’alignement d’enroulements successivement alimentés en courant afin de créer un champ d’induction tournant qui assure sa rotation. Le principe s’étend ensuite à la machine industrielle dans laquelle l’arc polaire correspondant à un cycle d’alimentation électrique s’étend sur une fraction entière de tour pour diminuer le pas angulaire et donc d’assurer un mouvement moins saccadé.
En effectuant l’examen des phases, on établit deux procédés alimentation. Dans le premier, le courant ne circule dans un enroulement que dans un seul sens pour ne former que des pôles magnétiques de même sens : c’est l’alimentation unipolaire. Si le courant circule dans les deux sens, la polarité magnétique peut être inversée : c’est l’alimentation bipolaire. Mais au-delà de ces types d’alimentation, leur panachage permet d’améliorer le fonctionnement, pour travailler en pas entiers, demi-pas, en combiné ou optimisé afin de limiter les fluctuations de couple : ce sont les modes d’alimentation. Le cas idéalisé d’échelons de courant est habituellement admis pour étudier l’alimentation des phases. Mais cette analyse se heurte à la réalité technologique des enroulements : leur nature inductive les rends incapable de commuter les courants instantanément. Une série de moyens est mise en place pour mettre en forme au mieux le courant et le rapprocher des cas idéaux. Ainsi l’action porte sur la constante de temps du circuit RL modélisant l’enroulement (élimination d’une résistance série), sur la tension d’alimentation des enroulements (commutation automatique de sources de tension) ou par action directe sur le courant (hacheur de courant dans chaque phase).
Une fois réglés les moyens d’alimenter les phases, on s’attache à analyser les performances dynamiques de la machine. Puisque l’actionneur est incrémental, l’échelon angulaire est l’excitation la plus appropriée pour décrire le changement de position du rotor. Ce mode d’étude indiciel montre l’apparition d’oscillations du rotor qui mettent en évidence une réponse du deuxième ordre. Pour différents réglages des paramètres dynamiques (amortissement et pulsation propre), le fonctionnement peut être stable ou non, suivant que les oscillations propres sont synchrones ou pas de la répétition de l’excitation de la phase par la commande. C’est d’ailleurs sur ce point que l’étude est complétée en s’intéressant à la réponse à l’échelon de fréquence. Par ce moyen, on apprécie la capacité de la machine, suivant ses caractéristiques électromécaniques, à répondre à une excitation en fréquence. Cette étude montre le comportement de la machine au démarrage en définissant des zones propices ou non à un lancement « à coup sûr ».
Enfin, le document se termine par la description de quelques moyens pour réaliser la commande. D’abord à composant discrets, l’amélioration de l’adéquation machine-commande entraîne une augmentation des fonctions. Le recours aux fonctions intégrées en est la conséquence directe. A cette fin, quelques exemples caractéristiques sont fournis, ainsi que trois exercices ayant trait à la commande du courant des phases, l’agencement de leur excitation et le contrôle de la position dans un asservissement élémentaire.