Quand est-il sûr (et courant) d'appliquer une surtension aux moteurs pas à pas ?

Pour la plupart des types de moteurs, le fonctionnement à une tension d'alimentation supérieure à la tension nominale (appelée surtension) peut entraîner une augmentation du courant et de la chaleur, suffisamment élevée pour endommager les bobines et d'autres composants du moteur. Toutefois, dans certains cas, les moteurs pas à pas peuvent fonctionner à des tensions supérieures à la tension nominale sans endommager le moteur. Voyons quand et pourquoi cela est possible.

Les applications de moteurs pas à pas utilisent généralement l'un des deux types de pilotes pas à pas : les pilotes à tension constante (également connus sous le nom de pilotes «L/R») ou les pilotes à hacheur.

Comme son nom l'indique, un circuit d'attaque à tension constante fournit au moteur une tension fixe et constante égale à la tension nominale du moteur. Dans un variateur à tension constante, la résistance du moteur (R) limite la quantité de courant générée dans les enroulements, tandis que l'inductance du moteur (L) détermine la vitesse à laquelle le courant est généré ou augmente. (Le terme «entraînement L/R» fait référence à la constante de temps du moteur, définie comme l'inductance L divisée par la résistance R).

À faible vitesse, les moteurs fonctionnant avec des entraînements à tension constante fournissent un bon couple et une rotation régulière. Cependant, lorsque la vitesse du moteur augmente, le courant dans les enroulements du moteur n'a pas assez de temps pour augmenter lors de chaque impulsion de commande, et la production de couple diminue.

Bien qu'il soit possible d'obtenir un courant (et un couple) plus élevé en fournissant des tensions plus élevées (surtension) au moteur, cela entraîne des problèmes d'augmentation de la température du moteur, car le temps d'arrêt du moteur (le temps pendant lequel aucune tension n'est appliquée) doit être suffisamment long pour que les moteurs pas à pas aient le temps de dissiper la chaleur et d'éviter les dommages thermiques. d'éviter les dommages thermiques.

Les variateurs à tension constante offrant un couple limité à des vitesses plus élevées, de nombreuses applications de moteurs pas à pas utilisent des variateurs à hacheur. Les variateurs de vitesse sont également connus sous le nom de variateurs à«courant constant» car ils surveillent et régulent le courant du moteur plutôt que la tension. Le terme «variateur à hacheur» vient du fait que le variateur commute rapidement une tension (appelée tension «hacheur») pour contrôler la quantité de courant délivrée au moteur.

La relation entre la tension (en vert) et le courant (en bleu) lorsqu'un moteur pas à pas est entraîné par un circuit d'attaque hacheur.

Pour s'assurer que le moteur pas à pas reçoit suffisamment de courant pour produire son couple nominal, le circuit d'attaque hacheur délivre une tension très élevée, ou surtension, quelle que soit la vitesse du moteur. Cette tension élevée garantit que le courant augmente rapidement, de sorte que même lorsque le moteur tourne à grande vitesse, il reçoit une valeur de courant RMS (moyenne quadratique) constante pour produire le couple requis.

Plus le rapport entre la tension d'alimentation et la tension nominale du moteur est élevé, plus la courbe couple-vitesse est «poussée vers l'extérieur».

Mais pourquoi est-il possible de piloter un moteur pas à pas en surtension à l'aide d'un circuit d'attaque à découpage ? Parce que ce dernier contrôle le courant du moteur en plaçant une résistance en série avec chaque enroulement du moteur.

Lorsque la tension aux bornes de la résistance atteint un niveau élevé prédéfini, représentant le courant nominal du moteur (I = V/R), l'alimentation est coupée. Lorsque la tension aux bornes de la résistance tombe en dessous du niveau prédéfini, l'alimentation est rétablie. La modulation de largeur d'impulsion (MLI) est utilisée pour faire varier la largeur des impulsions de sortie du variateur en fonction de la durée d'enclenchement de la tension souhaitée.

Il en résulte un contrôle plus précis du couple, et un couple plus important peut être produit à des vitesses plus élevées sans les problèmes de chaleur qui peuvent survenir si une surtension est appliquée par le biais d'un simple pilote L/R ou à tension constante.