Les moteurs pas à pas des perforeuses

Sommaire:
      Alimentation des moteurs
      4, 5, 6 ou 8 fils?
      Moteurs pas à pas 4 fils
      Moteurs pas à pas 5, 6 ou 8 fils
      Moteurs unipolaires alimentés en bipolaires

 

Alimentation des moteurs

Si on veut profiter du couple maximal et par conséquent d'une vitesse limite plus importante, on alimentera le moteur par sa tension nominale. On peut parfaitement alimenter le moteur avec une tension inférieure, mais cela va diminuer le couple et la vitesse. A l'inverse augmenter la tension échauffera plus le moteur avec le risque de destruction des isolants. Ne pas oublier que les moteurs de la perforeuse sont alimentés par les deux phases en même temps et en permanence, que le moteur tourne ou non. Ils chaufferont aussi au repos. Et pour un poinçonnage de plus d'un quart d'heure (ce qui sera quasiment toujours le cas), on atteindra la température limite (si le moteur était alimenté que quand il tournait, on pourrait se permettre de le sur-alimenter).

Dans le cas où l'on récupère un moteur sans savoir quelle sont ses caractéristiques, le mieux est de le brancher avec une tension basse (on alimente deux phases en mode fixe), d'attendre au moins 1/4 d'heure et de regarder si il ne chauffe pas trop. Si il reste suffisamment froid, on peut augmenter la tension, et recommencer l'attente...

Si on a un moteur de 12V, la première idée est de prendre une alimentation de 12V (on y perd un petit peu avec les transistors bipolaires (0,5V), beaucoup avec les darlingtons (jusqu'à 1,5V), et presque rien avec certains MosFet (0.017V pour un IRFZ44N avec 1A qu'ils disent!).

Si on dispose d'une alimentation 12V, mais que les moteurs sont des 5V, mettre une régulateur de 5V n'est pas à mon avis une très bonne idée. Il vaut mieux dans ce cas mettre en série avec l'enroulement du moteur une résistance. Si le moteur consomme 1A, il faut chuter les 7V en trop et dissiper les 7W. Que ce soit le régulateur ou la résistance cela revient au même pour la planète. Pour la vitesse de montée du courant et pour sa décroissance, on va y gagner. Je vais appeler r la résistance du moteur (r vaut ici 5V/1A soit 5Ω).
Pour les physiciens, la constante de temps va passer de L/r (L étant la valeur de l'inductance du moteur) à L/[r+R] (R étant la résistance que l'on rajoute). La constante de temps diminue, les courants vont changer plus vite.
Pour les non physiciens on va dire que si on essaie de faire passer du courant, au début la bobine va s'y opposer et le courant va monter lentement. Au tout début, il n'y a pas de courant, en particulier dans la résistance et sa tension est nulle. On va donc alimenter le moteur en 12V au lieu de 5V; il va recevoir une pêche plus élevée. Rassurez vous à ce moment le courant n'a pas atteint sa valeur de service, la puissance dissipée est faible et tout se passe bien. et puis à la fin, la résistance "prendra" les 7V et le moteur aura bien ses 5V.

Bien entendu si vous avez des moteurs en 5V, une alimentation de 12V et des résistances adaptées améliorent les vitesses, mais au détriment de la puissance dissipée. On peut le faire si on est pressée et que l'on n'est pas trop regardant sur la consommation de la perforeuse. Mais ce cas est très intéressant si les tensions des moteurs ne sont pas les mêmes (5V et 12V, on récupère ce que l'on peut).

Dans le schéma que j'ai d'une perforeuse il y a un moteur en 5V et l'autre en 3,3V. Mettre deux diodes est économique, une inductance est plutôt néfaste (augmente les temps). Par contre une résistance doit être en série avec chaque enroulement. Ne pas s'angoisser en en mettant qu'une, elle dissiperait autant au total, mais serait moins efficace. Il vaut mieux deux résistances de 5W qu'une de 10W. Pour faire le calcul, il faut mesurer la résistance du moteurs avec un ohmmètre, ou connaitre sa consommation en courant.
Supposons que le moteur de 3,3V consomme 500mA (0,5A), il faut que la résistance ait 1,7V à ses bornes sous un courant de 0,5A. Sa valeur sera donc de R=U/I = 1,7V/0,5A = 3,4Ω; sa puissance dissipée sera de P=UI = 1,7V*0,5A = 0,85W. On prendre une 1W. Supposons que le moteur de 3,3V ait une résistance mesurée avec un ohmmètre de 6,6Ω. Pour 3,3V il faut 6,6Ω, pour les 1,7V il faut alors 6,6Ω*1,7V/3,3V 3,4Ω; sa puissance dissipée sera de P=U2/R = 1,7V*1,7V/3,4Ω = 0,85W. On prendre une 1W.

 

4, 5, 6 ou 8 fils?

Les moteurs pas à pas que nous récupérons et que nous utilisons dans la perforeuse ont 4, 5, 6 ou 8 fils. En plus ils ont éventuellement des tensions de 5V, 12V voir 24V. Dans un schéma de perforeuse, j'ai vu un moteur 3,3V. Ce qui peut ne pas simplifier les choses est aussi que l'on peut utiliser un moteur de 5V et un de 12V. Certains logiciels de commande sont prévus pour fonctionner en mode pas, deux phases à la fois, d'autres en mode micro-pas.

Je vais m'intéresser au mode pas deux phases à la fois, Car c'est celui qui est employé dans le logiciel perfo. Ce qui est très intéressant c'est que le même programme permet de piloter aussi bien les moteurs unipolaires que les bipolaires.

 

Moteurs pas à pas 4 fils.

On peut représenter le moteur comme ci-contre. Je ne vais pas expliquer le fonctionnement car ce n'est pas mon propos. Ce qui m'intéresse ici, c'est comment le commander et comment l'intégrer dans une perforeuse.

Pour faire tourner le moteur en mode deux phases, il faut que les deux phases soient alimentées en même temps. Chaque phase peut doit être alimentée avec une tension dans un sens ou dans l'autre. L'idéal serait d'alimenter les phases avec des courants et non pas des tensions, mais c'est plus compliqué. Comme c'est le logiciel qui gère les tension, intéressons nous aux branchements.

Notons que si le moteur tourne dans le mauvais sens, il faut inverser un seul des deux enroulements.

Pour faire tourner le moteur il faut alimenter les phases comme ci-contre.

Il faut donc que l'on puisse alimenter une phase dans un sens ou dans l'autre. Cela complique un peu l'électronique. Mais il y a des circuits tout fait pour palier à cet inconvénient.

On qualifie ce moteur de bipolaire car les bobines ont deux polarités différentes (deux sens de l'alimentation).

 

Moteurs pas à pas 5, 6 ou 8 fils.

Un moteur 8 fils fonctionne pareil qu'un moteur 4 fils sauf que l'on a dédoublé les enroulements. Si on ignore les enroulements A2 et B2, on a exactement le même moteur que le 4 fils. L'intérêt de cet artifice est que l'on peut faire passer le courant "dans un sens" ou "dans l'autre" en faisant passer le courant dans un sens dans la première bobine ou dans le sens inverse dans la deuxième bobine. Naturellement les enroulements ont deux extrémités et il y a donc naturellement 8 sorties.

Pour faire tourner le moteur il faut alimenter les phases comme ci-contre.

On peut noter qu'une bobine est toujours alimentée dans le même sens. On peut par exemple mettre les bornes A1', A2, B1' et B2 au + de l'alimentation et connecter les 4 autres bornes à la masse quand nécessaire (un simple transistor suffit).

Comme les deux bobines A et A' sont à côté voir même dans les mêmes encoches, on peut les relier ensembles par construction. Cela donne ce qu'on appelle un moteur à 6 fils.

Et comme en plus les deux communs CA et Cb sont souvent reliés ensembles au + de l'alimentation, si ils sont reliés en interne, cela ne change rien. On a alors un moteur dit 5 fils.

Les moteurs à 5,6 ou 8 fils sont qualifiées d'unipolaires car chaque bobine n'aura qu'une seule polarité (on force le courant dans un seul sens ou pas du tout). Pour les avertis, le courant et la tension peuvent s'inverser lors de la coupure du courant (élimination de l'énergie électromagnétique), mais la commande est toujours dans le même sens.

 

Moteurs unipolaires alimentés en bipolaires.

Et si l'on faisait comme ci-contre? C'est un moteur 8 fils dont on ignore deux des 4 enroulements et on a comme un moteur 4 fils. Eh bien, cela fonctionne parfaitement. On a utilisé un moteur unipolaire et on l'a alimenté en bipolaire. On peut se demander quel en serait l'intérêt vu que cela complique un peu l'électronique. En fait la réponse est simple: on se moque un peu de l'électronique maintenant que l'on a des circuits spécialisés qui ne coûtent pas cher (on peut passer de 4 transistors à un L298, c'est en fait plus simple), et finalement, on a moins de fils entre le moteur et la carte de commande. Et puis avec une seule carte de commande, je peux utiliser n'importe quel moteur (pratique si on fait de la récupération).

C'est bien joli tout cela me direz-vous, mais on a des enroulements qui ne servent à rien, et c'est bien dommage. En fait le schéma de principe n'est pas utilisé tel quel, et on va bien utiliser tous les enroulements. On va simplement les mettre en série (le plus souvent) ou en parallèle à condition que ce ne soit pas un moteur 5 fils.

En n'utilisant pas le commun des bobines d'un moteur unipolaire 6 fils, on obtient un moteur bipolaire 4 fils. On peut faire la même chose avec un moteur 8 fils. La question qui va se poser est naturellement j'ai un moteur 5V bipolaire 6 ou 8 fils, sous quelle tension l'alimenter? 10V ainsi il y aura 5 V sur chaque enroulement? Réponse fausse! Quand on alimentait le moteur en unipolaire 5V, un enroulement sur deux n'était pas alimenté. En mode 2 phase à la fois, il y avait deux enroulements alimentés en même temps. Maintenant on en a quatre! Si j'alimente en 10V je vais doubler la puissance du moteur, et il risque de brûler. Il faut donc que je dissipe toujours au total la même puissance. Avec une tension U, pour un enroulement, je dissipais P=U2/R, R étant la résistance du moteur. Maintenant chaque enroulement devra dissiper la moitié soit P'=P/2=U2/2R. Comme R est fixe, il faut diviser la tension de chaque enroulement par √2, par exemple 3,5V au lieu de 5V. Attention les enroulements sont en série. Les deux enroulements seront donc finalement alimentés par U√2. La tension d'alimentation sera de U√2, et notre moteur de 5V pourra être alimenté en 7V.

Deux remarques:
- le moteur n'est pas sur-alimenté car chaque enroulement est sous une tension inférieure à sa tension nominale.
- le courant dans les deux enroulements est plus petit (√2 fois plus petit) qu'avant

Si on a un moteur 8 fils on peut aussi mettre les enroulements en parallèle. Le principe de calcul est le même que ci-dessus. Il faut dans ce cas diminuer de √2 la tension d'alimentation et le courant sera de √2 fois plus important (la puissance reste constante).

J'ai fais des essais de couple, c'est conforme à la théorie, que l'on alimente le moteur en mode unipolaire ou bipolaire, on a exactement le même couple (essais faits avec une tension de 5V en unipolaire et de 7V en bipolaire série).

Ci-contre un moteur récupéré sur un fax. On voit que c'est un moteur 8 fils (les 8 sorties correspondent aux 8 soudures du haut), et qu'il est utilisé en mode bipolaire série (il y a 4 fils de sortie). Comme c'est marqué, c'est un moteur qui fonctionne sous 2394V par phase et consomme 99A. Bon, ça va, je déconne...


dansetrad.fr Contactez-moi