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Servomoteur ou moteur pas-à-pas : un guide simple

Votre application nécessite t’elle un servomoteur, ou bien un moteur pas à pas ?

Choisir entre servomoteur ou moteur pas-à-pas peut être délicat. Il y a évidemment plusieurs considérations à prendre en compte. Par exemple : le coût, le couple, la vitesse, l’accélération et la façon de le piloter. Utiliser un moteur inadapté peut provoquer des problèmes de performances. Mais faire le bon choix est simple si vous disposez d’une vision claire de l’usage.

Application de pick and place
Servomoteur ou pas à pas ?

Faire du contrôle de mouvement avec des moteurs pas à pas ou bien des servomoteurs :

Le mouvement de rotation des deux versions de moteurs et basé sur des paires de pôles magnétiques qui peuvent être des aimants permanents où provoqués par le passage du courant dans des bobines.

Les moteurs pas à pas

Les moteurs pas à pas sont un type de moteur brushless (sans balais) multipôle. Le moteur est habituellement conçu pour avoir entre 50 et 100 pôles qui divisent un tour complet de moteur en une série de « pas » d’égale valeur angulaire d’où le nom « pas à pas ». Le terme « en boucle ouverte » qualifie un moteur qui ne possède pas de codeur, ce capteur qui renvoie la position angulaire du moteur. Dans ce cas pour connaitre la position du moteur il faut compter le nombre de pas que dont on a fait tourner le moteur. Le moteur tourne de manière précise de pas en pas et peut rester en position à n’importe quelle position de chacun de ces pas et donc avoir un grand couple de maintien. Les moteurs peuvent avoir une technologie micro-step qui permet d’augmenter la résolution angulaire du moteur en augmentant le nombre de pas.

Moteur pas à pas de lecteur de disquettes
Moteur pas à pas de lecteur de disquettes

Servomoteurs

Les servomoteurs ont 4 à 12 pôles et sont couplés à un codeur et à un contrôleur qui va contrôler la position angulaire du moteur mais aussi la vitesse et l’accélération de celui-ci. Ce système de retour d’information est nécessaire en raison de la conception du moteur qui ne possède donc pas de « pas » stable. Le positionnement du moteur est précis et fiable. Le pilotage des servo-moteurs est généralement doux ce qui est appréciable notamment à grande vitesse.

 

Avantages et inconvénients

Avantages du moteur pas-à-pas

Les moteurs pas à pas sont très facile à configurer, disponibles très largement pour un coût modeste. Ils ne nécessitent qu’un système de pilotage très simple. Pour les applications les plus basiques, ils ne nécessitent donc pas de boucle fermée. Ils proposent un très bon couple de maintien, et donc n’ont pas besoin de frein pour maintenir le système en position. Le couple est bon même à vitesse lente. Enfin ce type de moteur est résistant et ne nécessite qu’une faible maintenance. Il existe une norme établie pas la NEMA (National Electrical Manufacturer Association) qui défini une norme sur la taille des moteurs pas à pas. Vous pourrez donc entendre parler de moteur pas-à-pas NEMA 11, 14, 16, 17, 23, an 34, ce qui détermine leur taille et permet donc de les remplacer aisément.

Inconvénients des moteurs pas-à-pas

Pour un moteur pas à pas, le couple diminue de manière importante lorsque la vitesse augmente. Si vous avez besoin d’une vitesse plus rapide il faudra alors augmenter le dimensionnement de celui-ci. Lorsque le couple diminue, le moteur peut alors « sauter » un pas, c’est-à-dire que le moteur ne suivra pas l’ordre du contrôleur de moteur. A vitesse lente, les moteurs pas à pas ont une précision grossière (à moins qu’ils soient construit en micro-step, c’est à dire avec un grand nombre de division angulaires). Enfin ces moteurs sont bruyants et peuvent souffrir de problèmes de résonances.

Avantage des servomoteurs

Les servomoteurs offrent beaucoup d’avantages. L’un des avantages principaux et qu’il peut tourner à grande vitesse tout en conservant le couple nominal. Ils peuvent aussi supporter jusqu’à près de deux fois leur couple nominal pour une courte période de temps. Attention car ceci entraine un échauffement et donc nécessite de pouvoir dissiper cette chaleur par la suite. Ces moteurs sont équipés de codeurs ce qui les rend précis et fiables.

Inconvénient des servomoteurs

Les servomoteurs ont aussi quelques désavantages : ces moteurs peuvent être très cher. Ils nécessitent des codeurs complexes. Si le codeur n’est pas configuré correctement, il peut nécessiter plus de maintenance. Les servomoteurs peuvent aussi nécessiter l’adjonction d’un réducteur de vitesse pour utiliser des vitesses de rotation faibles ou pour augmenter le couple disponible. Cela ajoute évidement un élément de complexité au système et donc un coût supplémentaire.

Alors, que choisir ?

Le choix entre les deux technologies dépend de l’application. Les moteurs pas à pas sont une bonne option pour un charge constante, de faibles accélérations et des tâches simples. Ce sont les moteurs les plus adaptés dans ces situations. Ils ne requièrent en effet que peu de maintenance et sont très facile à mettre en route.

Les servomoteurs quant à eux sont plus adaptés pour des applications complexes où le contrôle du mouvement est important et que la charge varie. Ils sont parfaitement adaptés pour les applications où une grande précision est nécessaire.

En cas de doute il est possible d’utiliser les logiciels de configuration d’application qui sont fournis par les fabricants. Ils permettent de se concentrer sur l’application pour déterminer à postériori le choix entre servomoteur ou moteur pas-à-pas. Nous ferons sous peu un article à leur propos.

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