MOTEURS PAS A PAS : Structures électromagnétiques et alimentations électroniques

Résumé : Ce document est destiné à fournir un aperçu général des systèmes que constituent les moteurs pas à pas. Le terme « moteurs pas à pas », dans le jargon des électroniciens et électrotechniciens, correspond à des ensembles « commande-convertisseur électronique-moteur » particuliers dans le sens où ils mettent en oeuvre des structures spéciales de moteurs de type synchrone (au sens large) alimentées par des structures de convertisseurs parfois originales et commandées en mode pas à pas par opposition aux modes synchrone (champ tournant en boucle ouverte) et autopiloté (le fonctionnement optimal) des machines de type synchrone. Le mode pas à pas est un fonctionnement saccadé composé d'une succession d'impulsions électriques (en courant ou en tension) destinées à obtenir une succession analogue d'incréments de position car il s'agit normalement de réaliser une commande en position en boucle ouverte (sans capteur de position). Le fonctionnement des structures électromagnétiques non conventionnelles exploitées ici peut difficilement être compris avec les outils d'analyse de l'électrotechnique élémentaire, c'est pourquoi une partie, sans doute un peu disproportionnée, est consacrée à la méthode des travaux virtuels, particulièrement bien adaptée, à la description du fonctionnement de ces moteurs. Notons également que les moteurs à réluctance variable occupent aujourd'hui une place marginale dans les systèmes pas à pas et que s'il fallait simplifier au maximum ce cours, seuls les moteurs à aimants et les moteurs hybrides pourraient être considérés comme une unique famille de moteurs à aimants présentant des caractéristiques électriques très voisines. Ces moteurs sont, en outre, souvent diphasés ce qui conduirait alors à l'étude élémentaire des moteurs à aimants diphasés. Les moteurs pas à pas sont souvent utilisés par les concepteurs qui veulent minimiser le temps de développement du système dans lequel ils ont besoin d'entraînements asservis en position. En effet, les autres moteurs (à collecteur ou sans balais autopilotés) associés à un système d'asservissement en position (électronique d'alimentation, de commande et capteurs) n'ont pas atteint le même niveau de standardisation et de bas coût que les « moteurs pas à pas ». Pourtant, la solution pas à pas semble souvent une aberration du point de vue énergétique (consommation toujours beaucoup plus élevée) et du point de vue de la qualité des mouvements (saccadés, vibratoires, engendrant souvent un bruit acoustique élevé). En fait, comme souvent, c'est la genèse des techniques qui a plus ou moins verrouillé cette situation à une époque où le moteur pas à pas se présentait quasiment comme la seule solution de commande électromécanique en position. Le fonctionnement des structures électromagnétiques non conventionnelles exploitées ici peut difficilement être compris avec les outils d’analyse de l’électrotechnique élémentaire, c’est pourquoi une partie, sans doute un peu disproportionnée, est consacrée à la méthode des travaux virtuels, particulièrement bien adaptée, à la description du fonctionnement de ces moteurs. Notons également que les moteurs à réluctance variable occupent aujourd’hui une place marginale dans les systèmes pas à pas et que s’il fallait simplifier au maximum ce cours, seuls les moteurs à aimants et les moteurs hybrides pourraient être considérés comme une unique famille de moteurs à aimants présentant des caractéristiques électriques très voisines. Ces moteurs sont, en outre, souvent diphasés ce qui conduirait alors à l’étude élémentaire des moteurs à aimants diphasés. Les moteurs pas à pas sont souvent utilisés par les concepteurs qui veulent minimiser le temps de développement du système dans lequel ils ont besoin d’entraînements asservis en position. En effet, les autres moteurs (à collecteur ou sans balais autopilotés) associés à un système d’asservissement en position (électronique d’alimentation, de commande et capteurs) n’ont pas atteint le même niveau de standardisation et de bas coût que les « moteurs pas à pas ». Pourtant, la solution pas à pas semble souvent une aberration du point de vue énergétique (consommation toujours beaucoup plus élevée) et du point de vue de la qualité des mouvements (saccadés, vibratoires, engendrant souvent un bruit acoustique élevé). En fait, comme souvent, c’est la genèse des techniques qui a plus ou moins verrouillé cette situation à une époque où le moteur pas à pas se présentait quasiment comme la seule solution de commande électromécanique en position. Pour compenser tous les problèmes inhérents à la commande pas à pas, des améliorations souvent complexes ont été mises en œuvre (fonctionnement en boucle fermée de position avec capteur, alimentation en micro-pas, autopilotage sans capteur…). On retrouve alors des systèmes électromécaniques très proches des systèmes conventionnels sans balais (moteurs synchrones autopilotés) mis à part le fait qu’ils exploitent des structures électromagnétiques un peu particulières mais qui ne changent pas grand-chose au résultat final !
Document type :
Lectures
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Contributor : Bernard Multon <>
Submitted on : Monday, January 4, 2016 - 9:27:49 PM
Last modification on : Tuesday, January 15, 2019 - 2:54:07 PM

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  • HAL Id : cel-01249638, version 1

Citation

Bernard Multon. MOTEURS PAS A PAS : Structures électromagnétiques et alimentations électroniques . DEA. Préparation à l'agrégation de Génie Electrique, France. 2008, pp.39. ⟨cel-01249638⟩

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