Lequel convient à votre application ? Explorons les critères de décision clés, notamment la vitesse, l'accélération et les objectifs de prix.

Moteurs pas à pas

Les moteurs pas à pas sont constitués d'un rotor à aimants permanents et d'un stator fixe qui porte les enroulements. Lorsque le courant traverse les enroulements du stator, il génère une distribution de flux magnétique qui interagit avec la distribution du champ magnétique du rotor pour appliquer une force de rotation. Les moteurs pas à pas présentent un nombre de pôles très élevé, généralement 50 ou plus. Le pilote de moteur pas à pas alimente chaque pôle en séquence afin que le rotor tourne par incréments ou étapes. En raison du nombre très élevé de pôles, le mouvement semble continu.

En théorie, une boîte de vitesses pourrait être utilisée pour augmenter le couple, mais c'est là que la faible vitesse des moteurs pas à pas devient un problème. L'ajout d'un réducteur 10:1 à un moteur pas à pas de 1 200 tr/min pourrait augmenter le couple d'un ordre de grandeur, mais cela réduirait également la vitesse à 120 tr/min. Si le moteur est utilisé pour entraîner un actionneur à vis à billes ou similaire, il ne fournira probablement pas une vitesse suffisante pour satisfaire les besoins de l'application.

Les moteurs pas à pas ne sont généralement pas disponibles dans des tailles de châssis supérieures à NEMA 34, la plupart des applications tombant dans les tailles de moteur NEMA 17 ou NEMA 23. En conséquence, il est rare de trouver des moteurs pas à pas capables de produire plus de 1 000 à 2 000 onces-pouces de couple.

Les moteurs pas à pas ont également des limites de performances. Vous pouvez considérer un moteur pas à pas comme un système ressort-masse. Le moteur doit briser la friction pour commencer à tourner et déplacer la charge, auquel cas le rotor n'est pas entièrement contrôlé. Par conséquent, une commande d’avance de cinq pas ne peut entraîner que le moteur tournant de quatre pas, ou six.

Cependant, si le variateur commande à un moteur d'avancer de 200 pas, il le fera en quelques pas seulement, ce qui représente à ce stade une erreur de quelques pour cent. Bien que nous commandions des moteurs pas à pas avec une résolution généralement comprise entre 25 000 et 50 000 comptes par tour, étant donné que le moteur est un système ressort-masse sous charge, notre résolution typique est de 2 000 à 6 000 comptes par tour. Pourtant, à ces résolutions, même un mouvement de 200 pas correspond à une fraction de degré.

L'ajout d'un encodeur permettra au système de suivre avec précision le mouvement, mais il ne pourra pas surmonter la physique de base du moteur. Pour les applications nécessitant une précision et une résolution de positionnement améliorées, les servomoteurs offrent une meilleure solution.

Servomoteurs

Comme les moteurs pas à pas, les servomoteurs ont de nombreuses implémentations. Considérons la conception la plus courante, qui intègre un rotor avec des aimants permanents et un stator fixe avec les enroulements. Ici aussi, le courant crée une répartition de champ magnétique qui agit sur le rotor pour développer un couple. Cependant, les servomoteurs ont un nombre de pôles nettement inférieur à celui des moteurs pas à pas. Par conséquent, ils doivent être exécutés en boucle fermée.

Le fonctionnement en boucle fermée permet cependant au contrôleur/variateur de commander que la charge reste à une position spécifique, et le moteur effectuera des ajustements continus pour la maintenir à cet endroit. Ainsi, les servomoteurs peuvent fournir de facto un couple de maintien. Notez cependant que le scénario de couple à vitesse nulle dépend du dimensionnement correct du moteur pour contrôler la charge et empêcher les oscillations autour de l'emplacement commandé.

Les servomoteurs utilisent généralement des aimants aux terres rares, tandis que les moteurs pas à pas utilisent plus fréquemment des aimants conventionnels moins coûteux. Les aimants aux terres rares permettent de développer un couple plus élevé dans un boîtier plus petit. Les servomoteurs bénéficient également d’un avantage en termes de couple grâce à leur taille physique globale. Les diamètres des servomoteurs vont généralement de NEMA 17 jusqu'à 220 mm. Grâce à ces facteurs combinés, les servomoteurs peuvent fournir des couples allant jusqu'à 250 pieds-livres.

La combinaison de la vitesse et du couple permet aux servomoteurs de fournir une meilleure accélération que les moteurs pas à pas. Ils offrent également une précision de positionnement améliorée grâce à un fonctionnement en boucle fermée.

Pensées finales

Les servomoteurs offrent un avantage indéniable en termes de performances. Toutefois, en termes de répétabilité, les moteurs pas à pas peuvent être très compétitifs. Ce point soulève une idée fausse courante à propos des moteurs pas à pas, à savoir le mythe du mouvement perdu. Comme nous l'avons vu précédemment, la nature masse-ressort d'un moteur pas à pas peut entraîner la perte de quelques pas. Étant donné que l'entraînement commande au moteur pas à pas de se déplacer vers un emplacement angulaire, les pas perdus ne sont cependant pas reportés d'une rotation à l'autre. Rotation après rotation, les moteurs pas à pas sont hautement répétables. Recherchez une discussion plus détaillée sur ce sujet dans un prochain article de blog.

La discussion ci-dessus nous amène à une dernière différenciation clé entre les axes pas à pas et les axes servo, à savoir le coût. Les moteurs pas à pas ne nécessitent généralement pas de rétroaction, ils utilisent des aimants moins coûteux et intègrent rarement des boîtes de vitesses. En raison du nombre élevé de pôles et de leur capacité à générer un couple de maintien, ils consomment moins d’énergie à vitesse nulle. En conséquence, un moteur pas à pas peut être jusqu'à un ordre de grandeur moins cher qu'un servomoteur comparable.

Pour résumer, les moteurs pas à pas sont de bonnes solutions pour les applications nécessitant une faible vitesse, une faible accélération et une faible précision. Les moteurs pas à pas ont également tendance à être compacts et peu coûteux. Cela fait de ces moteurs un choix idéal pour les applications médicales, biotechnologiques, de sécurité et de défense, ainsi que pour la fabrication de semi-conducteurs. Les servomoteurs constituent un meilleur choix pour les systèmes nécessitant une vitesse élevée, une accélération élevée et une grande précision. Le compromis est un coût et une complexité plus élevés. Les servomoteurs sont généralement utilisés dans les applications d'emballage, de conversion, de traitement de bandes et similaires.

Lorsque votre application pardonne mais que votre budget ne l’est pas, envisagez un moteur pas à pas. Si la performance est l’aspect le plus important, un servomoteur fera l’affaire mais soyez prêt à payer plus.