Moteur pas à pas ou servomoteur : comment faire le bon choix pour les applications industrielles

Les moteurs pas à pas et les servomoteurs sont tous deux importants car de nombreuses machines nécessitent un mouvement contrôlé plutôt qu'une simple rotation. commande de mouvement moteurs Utilisé pour déplacer des machines, mais les méthodes sont différentes. 

Comment choisir entre moteur pas à pas vs servomoteur? 

Les moteurs pas à pas se déplacent par incréments fixes ou “ pas ”. Les servomoteurs, quant à eux, utilisent une commande par rétroaction pour corriger en permanence leur position, leur vitesse et leur couple. 

Pour choisir entre les deux, il faut prendre en compte le coût, la précision, la vitesse, le couple et la durée de la mise en service. 

Ce guide explore les spécifications de chaque type de moteur afin d'aider les ingénieurs mécaniciens et les concepteurs d'équipements à choisir le type le plus adapté. 

Quelle est la différence entre la régulation en boucle ouverte et la régulation en boucle fermée ?

Avant d'aborder le coût ou le couple, il est essentiel de comprendre le fonctionnement de ces moteurs. C'est de là que proviennent les principales différences entre un moteur pas à pas et un servomoteur. 

Moteurs pas à pas : Commande de mouvement en boucle ouverte

Un moteur pas à pas effectue ses pas par intervalles d'angle fixes, généralement 1,8° pour une rotation normale. Moteur pas à pas NEMA moteur. Les types de châssis de moteurs pas à pas les plus couramment utilisés sont les NEMA 17, 23 et 34. pilote de moteur pas à pas le moteur est actionné par impulsions, tandis que le moteur lui-même effectue un pas sans recevoir aucune information sur sa position.

La commande en boucle ouverte permet de simplifier le système et de réduire les coûts. Cependant, elle ne permet pas de détecter un défaut d'exécution du moteur pas à pas en charge.

Servomoteurs : Commande de mouvement en boucle fermée

Un servomoteur est associé à un codeur qui transmet en continu la position réelle de l'arbre au contrôleur de servomoteur. Le contrôleur compare la position réelle à la position commandée et effectue les corrections en temps réel.

Ce boucle fermée Cette architecture permet de gérer les charges variables sans perte de position. Cependant, elle ajoute du matériel (encodeur, câblage de retour d'information) et nécessite un réglage lors de la mise en service.

Comment choisir entre un moteur pas à pas et un servomoteur

Cette section aborde les cinq dimensions qui vous aideront à choisir entre un Moteur pas à pas contre servomoteur. 

1. Coût

Les moteurs pas à pas présentent l'avantage d'un coût initial des matériaux réduit. Généralement, ce coût est inférieur de 30 à 500 € à celui d'une solution servo équivalente. 

UN pilote de moteur pas à pas Associé à un moteur pas à pas NEMA 23, il est considérablement moins cher qu'un configuration du servomoteur. Ce système d'asservissement alternatif nécessiterait un moteur, un encodeur et un contrôleur de servomoteur pour offrir la même capacité de couple.

Cependant, l'un des inconvénients des moteurs pas à pas est qu'ils consomment leur courant nominal même à l'arrêt. Tout au long de la durée de vie d'une machine, cette forte consommation d'énergie augmente les coûts d'exploitation, notamment en cas de fonctionnement continu.

2. Précision et exactitude

La norme Moteur pas à pas NEMA moteur Elle offre une précision de pas de ±0,005° en boucle ouverte. Cette précision est suffisante pour des applications telles que les imprimantes 3D, les étiqueteuses et diverses opérations de prélèvement et de placement à charge prévisible.

Un servomoteur corrige en continu son erreur de position grâce à la boucle de rétroaction de l'encodeur. Pour les applications ne tolérant aucune erreur cumulative, comme la robotique ou l'usinage CNC multiaxes, la commande en boucle fermée du servomoteur est essentielle.

Les moteurs hybrides pas à pas-servo représentent un bon compromis : un circuit de rétroaction d’encodeur combiné à une conception de moteur pas à pas standard.

3. Vitesse et accélération

Les moteurs pas à pas présentent des performances très faibles en termes de couple au-delà de 1 000 tr/min. C'est pourquoi ils sont déconseillés pour les processus impliquant un débit élevé et des déplacements fréquents d'un point à un autre.

En revanche, les servomoteurs maintiennent un couple constant sur toute leur plage de vitesses. Ils fonctionnent généralement à des vitesses supérieures à 5 000 tr/min.

4. Caractéristiques du couple

Le principal avantage d'un moteur pas à pas réside dans son couple de maintien élevé à l'arrêt. Par exemple, dans les systèmes de suivi de panneaux solaires, les actionneurs de vannes et les têtes de distribution, les moteurs pas à pas maintiennent efficacement leur position sans frein. 

En revanche, les servomoteurs présentent l'avantage d'un couple dynamique constant. Lorsque la charge varie en cours de mouvement, comme dans les articulations robotiques avec des charges utiles variables ou les broches CNC lors de la découpe, le servomoteur s'adapte automatiquement. Ceci garantit que le système ne se dérègle jamais.

5. Complexité de la mise en service et de l'intégration

Les systèmes de commande de moteurs pas à pas sont prêts à l'emploi. Un simple signal d'impulsion/de direction provenant d'un automate programmable ou d'une carte de contrôle de mouvement suffit. Aucun câblage d'encodeur, aucun réglage PID.

Les contrôleurs de servomoteurs nécessitent le câblage d'un codeur, la paramétrisation logicielle et le réglage du gain PID. Les variateurs modernes dotés de fonctions d'auto-réglage allègent ces opérations, mais la mise en service d'un servomoteur reste plus chronophage qu'une configuration à moteur pas à pas équivalente.

Vous trouverez ci-dessous un résumé des spécifications : 

Siemens 3RT6023-1BB40

Courant nominal: 9A
Tension de la bobine24 V CC
Nombre de pôles: 3
Contacts auxiliaires: 1NO+1NC
Tension nominale de fonctionnement230 V
Type de montage: Bornier à vis

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Quelles sont les applications courantes de chaque moteur ?

Utilisez le tableau ci-dessous comme référence avant de finaliser les spécifications de votre moteur. Le choix approprié dépend du profil de charge spécifique, de la vitesse requise et du budget pour chaque axe : 

Conclusion

Le Moteur pas à pas vs servomoteur La décision se résume à une seule question : de combien votre charge varie-t-elle et à quelle vitesse votre axe doit-il se déplacer ? 

Votre choix dépend également de l'architecture de commande : les moteurs pas à pas en boucle ouverte exécutent les commandes sans vérifier la position réelle du moteur. Les servomoteurs, quant à eux, fonctionnent par nature en boucle fermée et utilisent un retour d'information en temps réel pour surveiller et corriger constamment les erreurs.

Voici comment cette différence de conception influence votre choix :

• Optez pour un moteur pas à pas pour son faible coût, sa simplicité et son couple de maintien élevé. Ce choix est judicieux lorsque la charge est prévisible et les vitesses modérées (par exemple, pour de petites opérations d'automatisation ou d'indexage).
• Choisissez un servomoteur pour une réponse rapide, un mouvement fluide et une précision fiable même sous des charges variables. Il est ainsi idéal pour les applications haute vitesse et hautes performances (par exemple, les machines CNC).

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