DIFFÉRENCE ENTRE LES VARIATEURS BIPOLAIRES ET UNIPOLAIRES POUR LES MOTEURS PAS-À-PAS

Travailler sur un développement motorisé nécessite des connaissances en moteurs et en unités de contrôle.

Cet article se concentre sur les pas-à-pas (steppers), qui sont un type de moteur à courant continu sans balais avec un nombre élevé de pôles. Cette technologie est généralement pilotée en boucle ouverte sans aucun capteur de retour d’information, ce qui signifie que le courant est typiquement appliqué sur les phases sans connaître la position du rotor. Le rotor se déplace pour être aligné avec le flux magnétique du stator, puis le courant peut être fourni à la phase suivante.

Nous allons considérer deux manières d'alimenter la bobine en courant : la manière bipolaire et la manière unipolaire. Dans cet article, nous allons expliquer les différences entre les moteurs bipolaires et unipolaires et les méthodes de contrôle. Nous démontrerons les avantages et les limites des deux technologies.

Prenons l'exemple d'un moteur Stepper à quatre pas et à aimant permanent (voir figure 1). Le rotor est constitué d'une paire d'aimants unipolaires, et le stator est composé de deux phases, la Phase A et la Phase B.

En unipolaire, le courant circule toujours dans le même sens. Chaque bobine est dédiée à une direction de courant, ce qui signifie que la bobine A+ ou la bobine A- est alimentée. Les bobines A+ et A- ne sont jamais alimentées en même temps.

En bipolaire, le courant peut circuler dans les deux sens dans toutes les bobines. Les phases A + et A- sont alimentées en même temps.

Un moteur bipolaire nécessite une bobine minimum par phase et un moteur unipolaire en nécessite deux bobines minimum. Examinons ces deux options plus en détail.

CONFIGURATION DU MOTEUR

UNIPOLAIRE

Dans la configuration unipolaire, chaque phase du moteur est composée de deux bobinages. Avec un moteur biphasé composé des phases A et B, le moteur a quatre bobinages (voir figure 2).

La phase A est composée de A+, A-

La phase B est composée de B+, B-

Pour chaque bobine, le courant ne peut circuler que dans un seul sens. C'est pourquoi nous l'appelons unipolaire.

Dans le cas du variateur de tension, le système de contrôle est très simple car il y a un transistor (interrupteur) par bobine. Lorsque le transistor est fermé, la bobine est alimentée. Pour la commutation, les transistors sont alternativement fermés et ouverts.

Les transistors Q1 et Q2 ne peuvent pas être fermés en même temps. Pour alimenter la phase A, nous fermons le transistor Q1 ou Q2, selon le sens du courant dans lequel nous voulons travailler (voir figure 3).

Avec la commande unipolaire, seule la moitié de la phase est alimentée à la fois, ce qui signifie que le courant n'utilise que la moitié du volume de cuivre. En règle générale, avec le variateur de tension, des résistances en série sont appliquées pour diminuer la constante de temps électrique (voir plus de détails ci-dessous).

BIPOLAIRE

Les moteurs bipolaires n'ont besoin que d'un seul bobinage par phase. Nous l'appelons bipolaire car le courant peut aller dans les deux sens par bobine. Pour le contrôle, huit transistors avec deux ponts en H sont nécessaires, voir la figure 4 ci-dessous.

Pour effectuer la commutation, les transistors sont alternativement fermés et ouverts comme illustré ci-dessous (voir figure 5).

L'avantage d'un variateur bipolaire est que tout le cuivre par phase est utilisé.

Ces variateurs bipolaires sont utilisés soit comme variateur de tension, soit comme source de courant. En cas de source de courant, le courant dans chaque phase est généralement contrôlé avec une modulation de largeur d'impulsion (PWM).

AVANTAGES ET LIMITES

VARIATEUR DE TENSION

Dans le cas d'un variateur de tension, le contrôle des moteurs unipolaires est très facile car il nécessite une électronique simple avec quatre transistors. C'est une solution extrêmement rentable. Les ingénieurs s'intéressaient à ce type de solution il y a de nombreuses années, lorsque les composants électroniques étaient plus chers qu'aujourd'hui.

Les moteurs bipolaires peuvent être entraînés avec un variateur de tension, il nécessite 2 ponts en H.

VARIATEUR DE COURANT

Pour le variateur de courant, nous vous recommandons de choisir un mode bipolaire. Travailler en variateur de courant avec la technologie unipolaire nécessite une solution électronique plus complexe pour des performances du moteur plus faibles qu'avec un variateur bipolaire.

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