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Les
moteurs pas à pas sont des hybrides entre les Moteurs à aimant permanent et les
Moteur à réluctance variable, ils combinent les principes d'opération
des ces deux types de moteurs. 
Le
moteur pas à pas standard fonctionne avec un rotor de 50 dents sur 2
sections. Le stator a 8 pôles, chacune possédant 5 dents, ce qui fait un total
de 40 dents .Il est à noter que ce moteur possède autant de positions "de
détente" qu'il possède de pas par tour, soit 200 pas. Les positions
de détente correspondent à un alignement parfait entre les dents du rotor et du
stator.
Lorsque
l'alimentation est appliquée, il est normal que celui-ci se positionne dans un
état "zéro phase", où les deux phases sont alimentées. La position
résultante ne correspond pas à une position naturelle de détente, ce qui fait
qu'un moteur non alimenté tournera toujours d'au moins un demi pas lorsqu'il
sera alimenté. Bien sûr, si le système a été éteint dans un état autre que l'état
"zéro phase", ou si le moteur a été bougé précédemment, un mouvement
plus grand peut être observé.
Un
autre point à se souvenir est que pour un certain arrangement de courants dans
les phases, il y a autant de positions stables que le rotor possède de dents
(50 pour un moteur à 200 pas). Si un moteur est désynchronisé, l'erreur
résultante de position sera toujours un nombre entier de dents de rotor ou un
multiple de 7,2 degrés. 
Il
existe divers types de moteurs pas à pas mais la principale différence est le
nombre de bobines utilisées. 
Bien
que sur le schéma, 4 bobines ont été représentées, ce moteur agit comme s'il
ne possédait que 2 bobines. Ce moteur oblige d'alimenter soit une bobine à la
fois, ou les deux en même temps. À tout moment, donc, le moteur a la moitié ou
la totalité de ses bobines alimentées, ce qui a comme avantage de lui donner
plus de force. Par contre, il est plus complexe de contrôler un moteur
bipolaire, au niveau de l'interface de puissance, puisqu'il faut inverser la
polarité de la bobine. 
Le
moteur unipolaire est conçu de sorte que l'interface de puissance soit
grandement simplifiée, mais au détriment de la force. Le moteur comporte en
quelque sorte deux bobines à points centraux, ces derniers étant communs.
Habituellement, on relie ces points centraux , et on applique l'alimentation à
un des 4 autres fils.
Il
est toutefois possible d'ignorer les points centraux et de faire fonctionner
le moteur unipolaire comme un moteur bipolaire, mais il faut être davantage
rigoureux car contrairement au moteur bipolaire, ici les deux bobines sont
capables d'interagir entre elles. Par exemple, si on alimente une des deux
bobines, et qu'on relie une borne de l'autre bobine à la masse, le courant se
répartit maintenant dans trois demi-bobines, au lieu de deux demi-bobines pour
le moteur bipolaire.
Avec
le moteur à 6 fils, on a alors réellement le choix de le contrôler comme un
moteur bipolaire, ou comme un moteur unipolaire. Dans le premier cas, on ignore
simplement les connexions centrales, et dans le second cas, on relie les deux
points centraux à la masse, pour alimenter l'un après l'autre les 4 autres
fils. 
Le
moteur à 8 fils est celui qui permet le plus de flexibilité, quant au nombre de
façons différentes de le contrôler.
Le
fonctionnement du moteur hybride est facile à comprendre en regardant un modèle
très simple qui produit 12 pas par tour.
Le
rotor de cet engin consiste en deux pièces ayant chacune trois dents. Entre les
deux pièces se trouve un aimant permanent magnétisé dans le sens de l'axe du
rotor, créant ainsi un pôle sud sur une pièce, et un pôle nord sur l'autre.
Le
stator consiste en un tube ayant quatre dents à l'intérieur de celui-ci. Les
bobines sont enroulées autour des dents du stator.
Lorsqu'
aucun courant ne circule dans les bobines, le rotor va prendre une des
positions montrées dans les diagrammes. C'est parce que l'aimant permanent du
rotor essaie de minimiser la réluctance (ou résistance magnétique) du champ
magnétique. Le couple qui tend à maintenir le rotor dans ces positions est
habituellement petit et est appelé "couple de détente". Le moteur
ci-dessous aura 12 positions de détente possibles.
Si
le courant circule dans un paire de bobines du stator, les pôles résultants
vont attirer les dents de la polarité inverse, à chaque extrémité du rotor. Il
y a maintenant trois positions stables pour le rotor, le même nombre que le
nombre de dents sur le rotor. Le couple requis pour déplacer le rotor de sa
position stable est maintenant beaucoup plus grand, et est appelé "couple
de maintien".
En
changeant le courant du premier au second ensemble de bobines, le champ du
stator tourne de 90 degrés et attire une nouvelle paire de pôles du rotor. Le
résultat est que le rotor tourne de 30 degrés, ce qui correspond à un pas
complet. Retourner au premier ensemble de bobines du stator, mais en les
alimentant dans la direction inverse, implique de tourner le champ magnétique
du stator d'un autre 90 degrés, et le rotor tourne d'un autre 30 degrés .
Finalement, le second ensemble de bobines est alimenté dans la direction
opposée pour donner une troisième position. Nous pouvons maintenant retourner à
la première condition, et après ces quatre étapes, le rotor va avoir bougé d'une
dent de stator. Ce moteur simple accomplit donc 12 pas (ou étapes) par tour.
Évidemment, si les bobines sont alimentées dans la séquence contraire, le
moteur va tourner dans l'autre sens.
Si
deux phases sont alimentées à la fois, le rotor prend une position
intermédiaire, puisqu'il est attiré par deux fois plus de dents du stator. Le
rotor peut faire un pas complet simplement en inversant le courant dans un des
ensembles de bobines. Ceci cause un rotation de 90 degrés du champ du stator,
comme précédemment, et constitue donc une façon supplémentaire de contrôler le
moteur en "pas complet".
Un pas complet peut se décortiquer en plusieurs étapes. La
première est l'état initial, caractérisé par une position dite "d'équilibre",
et une vitesse indéterminée, mais supposée nulle, pour aider la compréhension.
L'étape seconde est celle où un changement de l'orientation du champ
magnétique provoque une force, et par conséquent, une accélération. Cette
accélération se poursuivra jusqu'à ce qu'aucune force ne s'exerce sur le
rotor, c'est-à-dire lorsqu'il se retrouvera à sa position finale d'équilibre.
Ce qui se passe par la suite peut varier.
Si
la vitesse "globale" de rotation est très basse, on peut considérer
que le rotor s'arrête entre chaque pas. Dans ce cas, le rotor, qui a atteint
une certaine vitesse par son accélération lors de l'étape 2, doit s'arrêter.
Ainsi, nous avons changé le champ magnétique d'orientation, et nous le
maintenons ensuite durant une période pendant laquelle le rotor va osciller
jusqu'à ce qu'il s'immobilise à sa position d'équilibre. En effet, le rotor
a atteint sa position d'équilibre, mais possède encore une vitesse non
négligeable. Cette vitesse fera en sorte que le rotor va continuer sa course,
plus loin de sa position d'équilibre, pour perdre de la vitesse à cause d'une
force apparaissant maintenant en sens opposé à celle de l'étape 2. Une fois
arrêté, le rotor n'est toujours pas en position d'équilibre, et reprend de la
vitesse en sens contraire, vers la position d'équilibre. On voit immédiatement
qu'il s'agit d'une oscillation autour de la position d'équilibre, et que
seul le frottement et l'effet joule peuvent arrêter cet oscillement. C'est
donc ce qui se produit à basse vitesse.
À
une vitesse "globale" plus élevée, lorsque le rotor a atteint sa
position d'équilibre, le champ magnétique est à nouveau modifié, pour
effectuer un pas supplémentaire. Ainsi, on n'observe pas la forte oscillation
présente à basse vitesse. Par contre, on se rendra compte qu'il existe
toujours une oscillation. Celle-ci provient du fait que l'accélération n'est
pas constante entre deux positions d'équilibre. En effet, au moment où on
modifie le champ, la force est la plus élevée. Tout juste avant d'atteindre la
position d'équilibre, la force est presque nulle. Il est donc évident que la
variation d'accélération ayant lieu entre chaque pas se répercutera en une
certaine vibration. 
En alimentant alternativement un seul ensemble, et ensuite
les deux, le rotor bouge de 15 degrés à chaque étape et le nombre de pas par
tour est doublé. Ceci est appelé le mode " demi-pas ", et la
plupart des applications industrielles utilisent ce mode. Même s'il engendre
parfois une légère perte de couple, le mode demi-pas est beaucoup plus régulier
à de basses vitesses, et on observe moins de résonance à la fin de chaque pas.
En
réalité, ce qui se passe lors de ce mode de fonctionnement, c'est qu'on
"assiste" la rotation du moteur, au lieu de changer brusquement le
champ magnétique et attendre que le rotor se replace. On change donc un peu
plus doucement le champ magnétique, et le rotor accède à une vitesse maximale
moins élevée entre les positions initiale et finale. Bref, à la fin de son pas
complet, une fois qu'il a passé par la position intermédiaire, le rotor a une
vitesse moins grande, et le passage à la position d'équilibre nécessite une
décélération moins importante, d'où la réduction de la résonance.
Pour
revenir au point de vue accélération, le mode demi-pas réduit la distance entre
les pas. Conséquemment, l'accélération est moins élevée, et les variations de
vitesses causant le bruit et la résonance sont réduites d'autant.
Une extrapolation du principe du demi pas, on en déduit qu'il
serait possible de découper un pas complet en autant de pas qu'on le désire.
En fait, à la limite, on pourrait contrôler un moteur pas à pas avec des
courants alternatifs de forme sinusoïdale. On déplace donc tranquillement la
position d'équilibre. 
Le couple est moins élevé entre deux "vraies"
positions d'équilibre, car la densité du flux magnétique est moins élevée
lorsque les dents du rotor ne sont pas alignées directement en face des dents
du stator. Pour palier à cette perte de couple, on utilise couramment la
technique qui consiste à augmenter le courant dans les bobines lorsque le rotor
est entre deux positions d'équilibre. Ainsi, on fait varier de façon
sinusoïdale le courant d'une quantité minimale à une quantité maximale. Le
courant est à son minimum lorsque le rotor est à sa position d'équilibre. 
Lorsque le moteur est contrôlé dans son mode "pas
complet", deux phases sont alimentées à la fois, et le couple disponible à
chaque pas est le même (sauf quelques variations dues au moteur et aux
caractéristiques du contrôleur). Dans le mode demi pas, on alterne l'alimentation
entre deux phases, et une seule.
En considérant que le contrôleur donne le même courant dans
chaque cas, un plus grand couple sera produit lorsque deux bobines, plutôt qu'une,
sont alimentées. En d'autres mots, les pas seront forts et faibles. Le couple
résultant est bien entendu limité par les pas les plus faibles, mais il y aura
une hausse significative de la douceur du mouvement à de basses vitesses,
comparativement au mode "pas complet".
Ce
que nous voulons, c'est produire un couple approximativement semblable à
chaque pas, et ce couple devrait être le même que le pas le plus fort. Nous
pouvons le faire en utilisant un courant plus élevé lorsqu'une seule phase est
alimentée. Ceci ne fera pas trop chauffer le moteur, puisque le manufacturier
assume que deux phases seront alimentées (le courant inscrit sur le moteur est
basé sur la capacité du moteur de dissiper la chaleur). Avec seulement une
phase d'alimentée, la même puissance sera dissipée si le courant est augmenté
de 40%. L'utilisation de ce courant plus élevé durant l'alimentation d'une
seule phase produit approximativement un couple égal pour tous les pas.
Nous
avons vu qu'en alimentant les deux phases avec des courants égaux, un pas
intermédiaire à mi-chemin entre les positions du mode "une phase à la
fois". Si les deux courants sont inégaux, la position du rotor sera
décalée vers le pôle le plus fort. Cet effet est utilisé dans le contrôle par micropas,
qui subdivise les pas de base en proportionnant le courant dans les deux
phases. Ce cette façon, la grandeur des pas est réduite et la fluidité à basse
vitesse est drastiquement améliorée. Les contrôleurs par micropas divisent un
pas normal en 500 micropas, ce qui donne 100000 pas par tour. Dans cette
situation, le courant dans les bobines ressemble de plus en plus à deux ondes
sinusoïdales déphasées de 90 degrés. Le moteur est alors contrôlé comme s'il s'agissait
d'un moteur à courant alternatif (AC) synchrone. En fait, le moteur pas-à-pas
peut être alimenté de cette façon par une source sinusoïdale de 60Hz (50Hz en
Europe), en incluant un condensateur en série avec une phase. Il tournera à 72
RPM (révolutions par minute).


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