Différence entre le moteur sans balais et le moteur pas à pas

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Je pense que je comprends les principes de fonctionnement d'un moteur sans balais et d'un moteur pas à pas, mais je suis un peu confus quant à la différence. Un moteur CC sans balais est-il un moteur pas à pas très basique? Avec des commandes appropriées, un moteur CC sans balais pourrait-il fonctionner comme moteur pas à pas? Sinon, en quoi diffèrent-ils?

Pour un débutant en électronique, quelqu'un peut-il souligner les similitudes et les différences entre les moteurs pas à pas et les moteurs sans balais à courant continu?

motor stepper-motor brushless-dc-motor mrsoltys
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Pas une réponse à la question, mais ce lien indique que les moteurs synchrones à courant alternatif Hurst sont "de construction identique aux moteurs pas à pas HURST®".
Tut

Réponses:

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Les deux sont essentiellement les mêmes, fondamentalement. Cependant, ils diffèrent dans l'application prévue. Un moteur pas à pas est destiné à fonctionner en plusieurs étapes. Un moteur BLDC est destiné à être utilisé pour fournir un mouvement fluide.

Puisque des moteurs pas à pas sont utilisés pour la commande de mouvement, la répétabilité des étapes est souhaitable. Autrement dit, si vous commencez à une étape, puis à une autre, puis revenez à la première, il devrait idéalement revenir exactement là où il était auparavant. Diverses choses peuvent gâcher cela; pente dans les roulements, friction, etc. Les moteurs BLDC sont optimisés pour un couple régulier entre les étapes, pas pour la répétabilité.

Les moteurs pas à pas sont conçus pour maximiser le couple de maintien , la capacité du moteur pas à pas de maintenir la charge mécanique à l'une des étapes. Ceci est accompli en gardant le courant d'enroulement élevé même si le rotor est aligné avec le stator. Cela gaspille beaucoup d'énergie, car il ne génère pas de couple à moins que la charge n'essaie de tourner hors de position, mais cela évite d'avoir besoin de tout mécanisme de rétroaction.

D'un autre côté, les BLDC fonctionnent généralement avec le rotor en retard sur le stator de sorte que le courant appliqué génère toujours un couple maximal, ce que ferait un moteur à balais. Si moins de couple est souhaité, alors le courant est diminué. C'est plus efficace, mais il faut sentir la position de la charge pour savoir quel couple appliquer. Par conséquent, les moteurs pas à pas sont généralement plus gros pour s'adapter à la chaleur supplémentaire de fonctionnement du moteur à un courant maximum tout le temps.

De plus, pour la plupart des applications, les gens s'attendent à ce qu'un stepper soit capable de faire de petits pas pour un contrôle de mouvement précis. Cela signifie un grand nombre de pôles magnétiques. Un moteur pas à pas a généralement des centaines d'étapes par tour. Un BLDC en aura généralement beaucoup moins. Par exemple, récemment, je jouais avec un BLDC à partir d'un disque dur, et il a quatre "pas" par tour.

Les moteurs pas à pas sont généralement conçus pour le couple de maintien maximal en premier et la vitesse en second. Cela signifie généralement des enroulements de très nombreux tours, ce qui crée un champ magnétique plus fort, et donc plus de couple, par unité de courant. Cependant, cela se fait au détriment de l'augmentation de l'EMF arrière, réduisant ainsi la vitesse par tension unitaire.

En outre, les moteurs pas à pas sont généralement entraînés par deux phases à 90 degrés, tandis que les BLDC ont généralement trois phases, à 120 degrés (bien qu'il y ait des exceptions dans les deux cas):

moteur pas à pas
enroulements pas à pas

BLDC
Enroulements BLDC

Malgré ces différences, un moteur pas à pas peut fonctionner comme un BLDC ou un BLDC comme un moteur pas à pas. Cependant, étant donné les intentions de conception contradictoires, le résultat est probablement moins qu'optimal.

Phil Frost
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La plupart des contrôleurs BLDC que j'ai vus n'ont pas été conçus pour les mêmes types de précision de position que les moteurs pas à pas, mais y a-t-il une raison pour laquelle les moteurs BLDC ne devraient pas offrir de contrôle avec la précision que le capteur de rotation offre? Si je veux faire tourner quelque chose d’exactement 12,25 tours aussi rapidement que possible, je pense qu’un moteur BLDC devrait être capable de faire le travail mieux qu’un moteur pas à pas, car un moteur pas à pas doit être entraîné avec un profil d’accélération pessimiste mais un moteur BLDC le ferait n'ont pas une telle restriction.
supercat
@supercat Aucune raison particulière. Mais avec le BLDC et un capteur de rotation, vous avez un servo et vous avez besoin d'une sorte de boucle de rétroaction pour le contrôler. La même chose peut être accomplie avec un moteur à balais. Les moteurs pas à pas n'ont généralement pas de capteurs de rotation et ils sont entraînés sans aucun type de boucle de rétroaction (sauf les interrupteurs de fin de course pour trouver la fin de l'amplitude de mouvement), ils dépendent donc de ne manquer aucune étape pour la précision de la position. Cela simplifie le conducteur, mais limite également la vitesse et le couple.
Phil Frost
On obtiendrait le mouvement le plus fluide avec un servo-contrôleur intelligent, mais si l'on veut déplacer un moteur BLDC de 12,25 tours et que l'on ne se soucie pas particulièrement de la fluidité, y aurait-il un problème particulier à simplement faire tourner le moteur vers l'avant jusqu'à ce qu'il atteigne un point juste avant la destination, puis la définir pour la phase de destination, et l'exécuter en arrière si elle dépasse trop loin? Les moteurs pas à pas sont horriblement inefficaces, mais il semblerait que l'ajout d'un codeur rotatif et d'un frein pourrait améliorer considérablement l'efficacité.
supercat
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@supercat Je pense que ça compte toujours comme un servo. Il n'y a pas de problème en particulier, mais si le servo-contrôleur est "simple", il ne sera probablement pas aussi précis ou reproductible, ni n'aura autant de couple de maintien qu'un stepper de coût égal, et même un servo "simple" le contrôleur est plus complexe qu'un stepper qui ne nécessite aucun contrôleur. Je suppose que pour un appareil alimenté par batterie, l'inefficacité d'un stepper serait un gros problème, mais pour tout ce qui est branché au mur, l'énergie électrique est bon marché et abondante.
Phil Frost
Si un couple de maintien est requis, il sera nécessaire d'utiliser un moteur pas à pas ou un frein. L'efficacité n'est pas seulement importante pour des raisons de consommation d'énergie, cependant; un moteur plus efficace peut être plus petit et plus léger qu'un moteur qui doit être capable de dissiper plus de puissance sous forme de chaleur qu'il ne sera jamais appelé à produire mécaniquement. Je pense qu'une combinaison d'un BLDC (ou d'un moteur pas à pas intermittent) plus un codeur rotatif plus un frein pourrait dans de nombreux cas être plus petite, plus légère et moins chère qu'un moteur pas à pas avec la même vitesse de pointe et le même couple utilisable.
supercat
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Un moteur pas à pas est une forme de moteur à courant continu sans balais, mais avec un agencement physique spécifique de bobines et de stator de manière à atteindre un nombre fixe d'arrêts ou de crans subdivisant le cercle complet de rotation.

Le nombre de pôles d'un moteur pas à pas détermine la taille de l'étape ou le nombre de subdivisions, ou "étapes complètes", si vous le souhaitez.

Cependant, avec un jeu de jambes sophistiqué dans la mise sous tension des bobines de moteur pas à pas, les moteurs pas à pas modernes avec des contrôleurs appropriés peuvent souvent fournir une rotation par étapes partielles, connue sous le nom de micro-pas.

TL; DR: Les moteurs pas à pas sont (généralement) un sous-ensemble de la famille des moteurs sans balais.

Les moteurs à réluctance commutée sont une autre forme de moteur pas à pas, quelque peu différent du moteur pas à pas BLDC standard.

Anindo Ghosh
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