ELEC 2753 : Électrotechnique
Semaine 11 : moteurs pas-à-pas
Guidance

Ce texte reprend, en l'étendant quelque peu, le paragraphe 7.1.3 du livre.

Les machines étudiées aux chapitres 3 à 6 du livre présentent la particularité d'une répartition de champ constante (fixe ou en rotation) en régime permanent. Cette particularité offre de grands avantages du point de vue de la puissance massique et des possibilités d'interconnexion des machines.

En contrepartie, elle impose des contraintes constructives sévères, telles que la répartition des nappes de conducteurs entre plusieurs encoches ou le profilage d'aimants permanents montés en surface. Ces contraintes ont un effet négatif à la fois sur le coût de fabrication et sur d'autres performances de la machine, comme la robustesse, le couple que l'on peut obtenir pour un volume ou une masse fixée (ce fait a été expliqué à la page précédente). Notons aussi qu'elles empêchent la réalisation de machines à nombre de paires de pôles p très élevé. Ce nombre étant dès lors un entier petit, comme la fréquence électrique est liée dans les machines classiques à la vitesse de rotation par le facteur p, il en résulte des contraintes sur les vitesses de rotations réalisables.

On a donc été amené à concevoir des machines à champ non constant. Ces machines ne permettent pas l'obtention de régimes à puissances échangées constantes, ce qui n'est pas gênant dans le cas de moteurs destinés à être utilisés en fonctionnement pas à pas. On attribue donc actuellement aux machines à champ non constant l'appellation de "moteur pas à pas", même si elles ne sont pas utilisées en fonctionnement pas à pas.

Citons quelques-uns des avantages qui peuvent être recherchés :

-Le fait d'avoir à la fois des saillances au rotor et au stator, ce qui n'est pas possible dans le cas des machines classiques, permet de renforcer le couple grâce au phénomène décrit à la page précédente (champ magnétique oblique).

-On peut réaliser des moteurs à nombre très élevé de pas naturels, notamment par la technique du moteur vernier décrite à la section 7.3.2. du livre. Ces moteurs permettent de réaliser de très faibles vitesses.

Certains moteurs pas à pas sont en fait conçu en vue d'applications d'entraînement, notamment à cause de la possibilité qu'ils offrent de générer un couple massique élevé, ou encore afin de pouvoir alterner des phases de fonctionnements où le dispositif est utilisé en entraînement avec des phases de positionnement. Le développement de ces applications est tributaire du développement de l'électronique de puissance et de l'électronique de contrôle associée, ce qui renforce l'analogie avec les moteurs destinés au positionnement en mode pas à pas.

Lorsqu'un moteur pas à pas est utilisé pour une application d'entraînement, l'inconvénient d'une puissance électrique fluctuante est particulièrement pénalisant à vitesse élevée, à cause des va et vient rapides d'énergie auxquels l'alimentation électrique est alors soumise. Les entraînements par moteur pas à pas sont donc surtout intéressants pour les applications qui nécessitent un couple élevé sous une vitesse lente, car on peut alors simplifier ou supprimer le réducteur qui serait nécessaire avec un moteur classique. Comme exemple d'application, on peut citer l'entraînement direct des roues d'un véhicule.

Parmi les inconvénients des moteurs pas à pas, on retiendra encore la difficulté d'obtenir un couple mécanique constant, les vibrations et le bruit acoustique.

Alors que, dans les machines classiques, les systèmes triphasés suffisent en principe pour obtenir un couple constant lors du fonctionnement en régime, dans les cas des machines à réluctance variable, un nombre élevé de phase serait nécessaire pour obtenir un couple constant.

Un nombre de phase égal à 3, 5 ou même 6 est utile pour obtenir une meilleure résolution dans le positionnement, des ondulations de couples plus faibles ou un bruit acoustique plus faible. Il faut cependant remarquer que, en augmentant le nombre de phases, on augmente le nombre de semiconducteurs de l'alimentation, ainsi que le nombre des liaisons entre l'alimentation et la machine. Or, la simplicité constructive et la réduction du coût sont souvent des motivations essentielles du recours aux moteurs pas à pas ; le nombre de phase de ceux-ci est dès lors très souvent de 2 (ou 4) seulement.

Il faut remarquer que, historiquement, ce sont des machines à champ non constant (que l'on qualifierait actuellement de "pas à pas") qui sont apparues les premières et qu'elles n'ont jamais cessé d'être utilisées dans les applications où la simplicité constructive ou la possibilité d'obtenir des performances particulières sont plus importants que le rendement énergétique.

Dernière mise à jour le 19-04-2008