Série tp2 (2)

1. Module DT-C005 : Support pédagogique sur les moteurs pas à pas

• Objectif : Étudier et comprendre les moteurs pas à pas à partir d’éléments automobiles réels.
• Composants étudiés :
  • Moteur pas à pas de ralenti (actuateur de ralenti)
  • Moteur de recyclage d’air
  • Moteur de réglage d’hauteur de feux

2. Moteurs pas à pas : caractéristiques principales

• Convertissent des signaux carrés périodiques déphasés en mouvements mécaniques rotatifs discrets appelés pas ou ½ pas.
• Un pas complet correspond à une rotation de l’axe (rotor) de 90°.
• Un ½ pas correspond à une rotation de 45°.

3. Applications des moteurs pas à pas en automobile

• Commande de la climatisation
• Réglage de la hauteur des phares
• Distribution d’air (recyclage d’air)
• Réglage de la hauteur des rétroviseurs

4. Types de moteurs pas à pas en automobile

5. Différence entre moteur bipolaire et unipolaire

• Bipolaire : inversion du courant dans les bobines pour changer le sens du champ magnétique.
• Unipolaire : alimentation d’une seule moitié de bobine à la fois, sans inversion de courant.

6. Fonctionnement du moteur pas à pas

• Les bobines du stator sont alimentées séquentiellement selon un ordre précis.
• Chaque séquence correspond à un pas qui fait tourner le rotor d’un angle fixe.
• En mode ½ pas, les bobines sont alimentées simultanément pour obtenir un déplacement intermédiaire.

7. Moteurs bipolaires (exemple sur module DT-C005)

• Composés d’un rotor aimanté et de bobines statoriques.
• Fonctionnement en pas complet avec alimentation alternative des bobines.
• Alimentation en 12 V des bobines selon un chronogramme précis.
• Exemple de séquences d’alimentation pour 4 pas :

• Pour obtenir des ½ pas, on alimente simultanément deux bobines adjacentes.

8. Moteurs unipolaires (exemple moteur de recyclage d’air)

• Alimentés une bobine à la fois, sans inversion de courant.
• Chaque pas correspond à l’activation d’une bobine différente.
• Pour obtenir des ½ pas, on alimente les demi-bobines avec un courant adapté.
• Exemple de séquences d’alimentation :

À retenir : Un moteur pas à pas transforme des signaux électriques séquentiels en mouvements mécaniques précis, avec un angle de rotation fixe par pas (90° en pas complet, 45° en demi-pas).

1. Moteur pas à pas bipolaire à deux enroulements et 4 pôles

• Le rotor se positionne par pas de 90° sur les pôles du stator.
• Les enroulements du stator sont commandés alternativement dans un sens ou dans l'autre.
• Le moteur peut fonctionner en pas complets (couple maxi) ou en demi-pas.

• En mode demi-pas, on combine les pas complets et le pilotage en couple, ce qui double le nombre de positions.
• Chaque position en demi-pas est espacée de 45°.

2. Moteur pas à pas unipolaire

• Fonctionnement similaire au bipolaire, mais chaque bobine possède un point milieu relié à la masse.
• Un seul enroulement est commandé à la fois, ce qui fait que le rotor avance de 90° par pas.
• Les enroulements sont mis à la masse via un transistor.

• En mode demi-pas, les deux enroulements sont commandés simultanément, ce qui permet au rotor de se positionner à 45° entre deux pas complets.
• La commande simultanée des deux bobines crée une position intermédiaire, augmentant la résolution angulaire.

À retenir : Le mode demi-pas double le nombre de positions du rotor en combinant les pas complets et le pilotage en couple, permettant un positionnement tous les 45° sans changer la technologie du moteur.

1. Moteurs bipolaires : fonctionnement et pilotage

Un moteur bipolaire pas à pas possède deux enroulements (A et B) autour d’un stator généralement composé de six paires de pôles (nord et sud). Le rotor est magnétisé et s’aligne successivement avec les champs magnétiques créés par les enroulements.

a) Principe de fonctionnement

• Les bobinages sont alimentés par des signaux carrés.
• La vitesse du moteur dépend de la fréquence de la commande.
• Le sens de rotation dépend de la séquence d’alimentation des enroulements.
• Le nombre de positions du rotor peut être augmenté en multipliant le nombre de pôles du rotor et du stator.

b) Pilotage

• Chaque enroulement est alimenté alternativement pour créer un champ magnétique tournant.
• En variant la séquence et la fréquence des impulsions, on contrôle la position et la vitesse du rotor.
• Il est possible de doubler le nombre de pas en reliant à la masse la voie centrale des bobines.

c) Particularités électriques

d) Application type : moteur pas à pas de ralenti

• Situé sur le boîtier papillon des gaz (non motorisé).
• Rôle : réguler le débit d’air au régime de ralenti.
• Commandé par le calculateur, il remplace le réglage manuel.
• Le moteur fait tourner une vis à pas fin qui transforme la rotation en translation pour ouvrir ou fermer un pointeau.
• La vitesse dépend de la fréquence de commande, le sens de la séquence.

e) Application type : moteur de recyclage d’air

• Situé sur le boîtier de chauffage, en amont du pulseur.
• Actionne un ou deux volets pour isoler l’air habitacle de l’air extérieur.
• Permet une recirculation partielle pour améliorer chauffage ou refroidissement.
• Possède une butée mécanique en position maximale.
• Alimenté en signaux carrés, vitesse et sens contrôlés par fréquence et séquence.

f) Résumé des points clés

• Moteur bipolaire : 2 enroulements, pas de connexion centrale.
• Commande : séquence d’alimentation des bobines en signaux carrés.
• Contrôle : vitesse par fréquence, sens par séquence.
• Multiplication des pas : possible en augmentant le nombre de pôles ou en reliant la masse au centre des bobines.
• Applications : contrôle précis de position (ralenti, recyclage d’air, réglage de feux).

Un moteur bipolaire pas à pas est piloté par une séquence d’impulsions carrées qui contrôle précisément la position et la vitesse du rotor grâce à l’alternance des champs magnétiques dans ses deux enroulements.

1. Moteurs unipolaires : fonctionnement et pilotage

a) Caractéristiques principales

• Moteur unipolaire : moteur pas à pas avec enroulements disposés pour permettre un pilotage simple.
• Consommation : typiquement entre 3.5 et 4 A.
• Chaque enroulement est divisé en deux parties avec un point milieu commun, facilitant le changement de polarité.

b) Schéma de câblage des enroulements

c) Pilotage du moteur unipolaire

• Le moteur est commandé en alimentant successivement les enroulements selon une séquence précise.
• Le point milieu commun permet d'alimenter un seul côté de chaque bobine, simplifiant le circuit de commande.
• Le sens de rotation est contrôlé par l'ordre d'activation des enroulements.
• La vitesse est modulée par la fréquence des impulsions envoyées aux bobines.

d) Module didactique DT-C005 : utilisation pratique

• Alimentation : 12 V, 1 A, secteur 230 V.
• Protection : buzzer signale inversion de polarité ou tension > 12 V.
• Environnement : sec, propre, éclairage 400-500 Lux, bruit < 70 dB.
• Installation : posé sur table, accès réservé au personnel qualifié.
• Entretien : aucun réglage nécessaire, nettoyage avec chiffon doux et produit pour vitres.

e) Câblage des moteurs sur le module DT-C005

f) Commandes électriques du module

• 12 V TT : masse commande pas à pas.
• +12 V : alimentation commande pas à pas.
• X1, X2 : commande 1 (premier enroulement).
• X3, X4 : commande 2 (second enroulement).
• Variation de vitesse : modifie la fréquence des impulsions.
• Changement de sens : inverse la séquence d'activation.
• Fz : passage du mode pas complet au mode demi-pas.

À retenir : Le moteur unipolaire est piloté en activant successivement ses enroulements via un point milieu commun, permettant un contrôle simple du sens et de la vitesse de rotation.

1. Moteur pas à pas de ralenti

• Le moteur pas à pas est un moteur électrique qui avance par pas discrets, contrôlés par des impulsions électriques.
• Il permet un positionnement précis sans capteur de position grâce à la commande des enroulements.

a) Fonctionnement général

• Chaque impulsion électrique alimente un enroulement spécifique, créant un champ magnétique qui fait tourner le rotor d’un angle fixe (le pas).
• La vitesse de rotation est proportionnelle à la fréquence des impulsions.
• Le moteur peut être maintenu en position (ralenti) en alimentant un ou plusieurs enroulements pour créer un couple de maintien.

b) Schéma de câblage typique

• Le câblage doit permettre d’alimenter les bobines séquentiellement et de mesurer la tension aux bornes d’un enroulement.

c) Relevés et observations

• En variant la fréquence des impulsions, on observe :
  • Une augmentation de la vitesse de rotation avec la fréquence.
  • Des formes d’ondes de tension caractéristiques sur l’oscilloscope, correspondant à l’alimentation des bobines.
• À faible fréquence, le moteur tourne lentement avec des impulsions bien distinctes.
• À haute fréquence, les impulsions se rapprochent, la rotation est plus rapide, mais le couple peut diminuer.

Le moteur pas à pas de ralenti fonctionne en alimentant séquentiellement ses enroulements pour produire un mouvement angulaire précis, contrôlé par la fréquence des impulsions électriques.

1. Principe de fonctionnement de la bobine d'allumage

• Lorsque le circuit primaire est fermé, un courant circule dans l'enroulement primaire, créant un champ magnétique.
• À la coupure franche du courant (ouverture du circuit primaire), l'énergie magnétique se décharge par induction dans l'enroulement secondaire.
• Une tension très élevée apparaît alors dans l'enroulement secondaire, provoquant une étincelle à l'éclateur ou à la bougie d'allumage.

2. Système d'allumage par bobine (inductif)

• Composé d'une bobine avec enroulement primaire et secondaire.
• Un étage de sortie (intégré au calculateur moteur) commande le courant dans l'enroulement primaire.
• La bougie d'allumage est reliée à la haute tension de l'enroulement secondaire.
• La coupure du courant primaire doit être franche et sans rebond pour une bonne étincelle.

3. Système de bobine unitaire (allumage direct)

4. Exemple : bobine d'allumage type crayon (moteur EP6DT)

• Connecteur 3 voies :
  • Voie 1 : commande par mise à la masse (pilotage calculateur)
  • Voie 2 : alimentation 12 V
  • Voie 3 : masse directe des bobines

5. Points clés à retenir

La coupure franche du courant dans l'enroulement primaire est essentielle pour générer une haute tension suffisante dans l'enroulement secondaire et produire l'étincelle nécessaire à l'allumage.

Le système de bobine unitaire améliore la fiabilité et la gestion de l'allumage en isolant chaque bougie avec sa propre bobine pilotée par le calculateur.

1. Principe de fonctionnement

• Le moteur pas à pas convertit des impulsions électriques en mouvements angulaires discrets.
• Chaque impulsion fait avancer le rotor d'un angle fixe, permettant un contrôle précis de la position.
• Ce contrôle précis est essentiel pour régler la hauteur des feux sans intervention manuelle.

2. Caractéristiques clés

3. Application au réglage des feux

• Le moteur entraîne une vis ou un mécanisme de translation qui modifie la hauteur des optiques.
• Le calculateur commande le moteur en fonction des données (charge du véhicule, inclinaison).
• Le réglage est automatique, rapide et précis, améliorant la sécurité routière.

Le moteur pas à pas permet un réglage automatique et précis de la hauteur des feux, essentiel pour l’adaptation aux conditions de charge et garantir une visibilité optimale sans éblouir les autres usagers.

1. Installation et mise en route du module

• Absence de frottement et déformation des éléments élastiques dans les raccords et fixations améliore la fiabilité.
• Allègement de l'aiguille réduit les masses en mouvement, permettant :
  • Encombrement réduit
  • Possibilité de plusieurs injections par cycle moteur
  • Raccourcissement des délais entre injections
  • Pompe haute pression moins puissante nécessaire
  • Rapidité de pilotage accrue

2. Pilotage de l'injecteur piézo-électrique

• L'élément piézo-électrique nécessite une tension d'environ 100 V pour se déformer suffisamment et assurer l'injection.

• Le calculateur élève la tension de la batterie (12 V) via un phénomène de self-induction (similaire à l'allumage).

• Le processus :

  1. Coupure franche de l'alimentation de la bobine par un transistor commandé.
  2. Effet de self crée un pic de tension qui charge un condensateur.
  3. Répétition de cette opération augmente la tension aux bornes du condensateur.
  4. Le calculateur ferme un interrupteur HT qui décharge le condensateur dans l'élément piézo, provoquant sa déformation et l'ouverture de l'injecteur.

• Injecteurs Bosch : équipés d'un ressort de rappel pour la fermeture.

• Injecteurs Siemens : utilisent un circuit de commande complexe pour ramener l'aiguille en position sans ressort.

3. Schéma simplifié du circuit d'injection piézo-électrique

Le pilotage par self-induction permet d'obtenir une haute tension nécessaire à la déformation rapide de l'élément piézo-électrique.

4. Remarques complémentaires

• La tension aux bornes de l'élément piézo est un signal pulsé, avec la charge du condensateur visible en rouge et la sortie transistor en bleu sur les oscillogrammes.
• L'injecteur piézo-électrique est plus rapide et précis que l'injecteur classique à bobine.
• Le pilotage électronique complexe permet d'optimiser la consommation et la performance moteur.

Le phénomène clé pour piloter un injecteur piézo-électrique est la self-induction, qui permet de générer la haute tension nécessaire à la déformation rapide de la céramique piézo.