L’importance du couple d'accrochage et de décrochage pour le dimensionnement du moteur pas-à-pas

Contrairement à un moteur CC sans balais, le couple généré par un moteur pas-à-pas dépend considérablement de la position du rotor. Cela signifie que pour un moteur pas-à-pas, le processus de commutation entre les phases, connu sous le nom de commutation, s’effectue avec un signal externe. Ce signal est mesuré en pas par seconde, ce qui donne quatre pas complets sur un tour mécanique. C’est également la raison pour laquelle le moteur porte le nom de « moteur pas-à-pas ». 

Chaque impulsion de courant représente un « pas » du moteur, de sorte que les moteurs pas-à-pas fonctionnent généralement sans retour. Cependant, cela signifie que la position du rotor est inconnue. Si l’on n’a pas la possibilité de mesurer précisément la position du rotor, et comme l’angle de rotation est proportionnel aux impulsions de courant d’entrée, le dimensionnement correct d’un moteur pas-à-pas devient crucial. Pour ce faire, il faut connaître le couple d’accrochage et de décrochage du moteur. 

Le couple d’accrochage est utilisé pour déterminer le couple et la plage de vitesses que le moteur peut entraîner en toute sécurité en boucle ouverte tout en restant synchronisé. Cela signifie qu’en cas de dépassement du couple de décrochage maximal, le moteur sera déphasé. Pour cette raison, le couple de charge maximal est habituellement réglé avec un coefficient de sécurité de 30 %. 

 

Le couple de décrochage est également utilisé pour déterminer le profil d’accélération optimal du moteur. Si l’accélération repose uniquement sur la prise en compte du couple de décrochage maximal disponible, le moteur accélère linéairement avec un couple constant. Dans ce cas, une plage minimale du couple de décrochage disponible est utilisée. Cependant, pour les applications nécessitant un mouvement plus dynamique, l’utilisation de la plage de couple de décrochage doit être optimisée. Le couple de décrochage est le plus élevé à la vitesse la plus basse, ce qui signifie qu’à une vitesse basse, un couple de décrochage plus élevé peut être utilisé pour une accélération supérieure. Avec un profil d’accélération non linéaire, le moteur peut atteindre la vitesse désirée plus rapidement. 

 

Alternativement, le couple de décrochage définit le couple et la vitesse maximaux auxquels un moteur peut tourner sans rampe d’accélération. Cela signifie que pour tourner, le couple de charge du moteur pas-à-pas ne peut pas excéder le couple d’accrochage. Par conséquent, le couple d’accrochage est utilisé pour dimensionner un moteur pas-à-pas pour les applications avec des mouvements lents où aucune accélération n’est nécessaire et qui fonctionnent avec un nombre fixe de pas par seconde.

 

Le couple d’accrochage du moteur pas-à-pas doit également être calculé pour lutter contre les problèmes de fréquence de résonance. La résonance se produit au moment où les impulsions du courant d’entrée correspondent à la fréquence du moteur, provoquant des vibrations qui peuvent déphaser le moteur. Le couple d’accrochage doit être connu pour pouvoir calculer la fréquence de résonance. Ses conséquences peuvent être évitées en démarrant le moteur à une vitesse plus élevée. 

 

Comment le couple de décrochage est-il mesuré ?

Pour mesurer la courbe du couple de décrochage d’un moteur, un contrôleur est connecté et son signal d’impulsion définit la direction ainsi que la vitesse de rotation. L’arbre doit également être raccordé à un système de freinage variable afin de pouvoir appliquer une charge variable. 

 

À partir d’une charge nulle, la vitesse augmente jusqu’à un faible niveau de 100 impulsions par seconde (pps) et une charge croissante est appliquée à l’arbre à l’aide du système de freinage jusqu’à ce que le moteur se désynchronise, ce qui entraîne un mouvement irrégulier et décalé du rotor. La charge maximale avec laquelle le moteur peut tourner à la vitesse donnée sans perdre sa synchronisation 

est mémorisée et ce processus est ensuite répété à des vitesses plus élevées. Combinés, les points de charge optimale à des vitesses données fournissent la courbe du couple de décrochage. 

 

Comment le couple d’accrochage est-il mesuré ?

Pour mesurer le couple d’accrochage, un disque est monté sur l’arbre du moteur et un cordon est enroulé autour. On mesure les forces de tension à chaque extrémité de la corde et la différence entre ces forces génère un couple de charge sur le moteur, qui dépend du diamètre du disque. 

Pour prendre cette mesure, le moteur est connecté à un contrôleur en mode boucle ouverte à une vitesse définie. En appliquant un couple de charge spécifique, plusieurs simulations sont effectuées à des vitesses croissantes jusqu’à ce que la fréquence de démarrage maximale ait été définie pour la charge donnée.  Ces étapes sont ensuite répétées avec une charge plus élevée et les valeurs de vitesse maximale relevées montrent la courbe du couple d’accrochage. En réalité, la charge d’inertie doit également être prise en compte, car cela diminuera le couple d’accrochage disponible. 

 

Généralement, les constructeurs fournissent la courbe du couple d’accrochage d’un moteur sans tenir compte du couple de charge ou de l’inertie et la mesure est prise à l’aide d’un contrôleur spécifique. Par conséquent, pour les applications avec une inertie de charge supplémentaire qui agit sur le moteur, le fabricant doit être contacté pour calculer le couple d’accrochage disponible.

 

Les ingénieurs de Portescap collaborent régulièrement avec les équipementiers pour étudier les exigences de dimensionnement des moteurs pas-à-pas, où les couples de décrochage et d’accrochage sont des facteurs essentiels pour 

l’optimisation de la conception des applications. Ce processus collaboratif, qui passe en revue tous les critères et valeurs contributifs, permet d’atteindre la spécification optimale pour la conception d’applications de moteurs pas-à-pas.

À propos de Portescap

Portescap propose la gamme la plus étendue de moteurs spécialisés et minimoteurs du secteur, couvrant les technologies des moteurs DC à balais sans fer, DC sans balais, pas-à-pas, réducteurs, actionneurs linéaires numériques et à aimant disque. Depuis plus de 70 ans, les produits Portescap répondent à divers besoins solutions motorisées dans des applications médicales et industrielles très diverses.

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