Bipolaire et unipolaire

Pour commander les enroulements des moteurs, on peut utiliser une commande bipolaire ou unipolaire. Voyons ce que cela cache.

Moteur bipolaire

J'ai montré que pour faire progresser le moteur, il fallait mettre au stator des pôles alternés nord, sud, nord, sud... Il va donc falloir inverser le sens du courant dans les enroulements statorique. L'idée la plus simple est de faire passer dans un enroulement le courant tantôt dans un sens, tantôt dans l'autre. On dira alors que la commande est bipolaire car on utilise les deux polarités. Pour pouvoir réaliser ceci, on utilise en principe un montage en pont constitué de 4 transistors de puissance par phase.

Un moteur à courant continu tournant toujours dans le même sens, peut être alimenté avec un champ magnétique toujours dans le même sens. Ce n'est pas le cas des moteurs pas à pas. Même si on veut tourner toujours dans le même sens, il faut alterner le sens du champ magnétique.

Moteur unipolaire

Une deuxième solution est de doubler le nombre de bobines. On a ainsi pour chacune des phases une bobine qui va créer un champ magnétique dans un sens, et une deuxième bobine qui va créer le champ inverse. Chacune des bobines ayant un point commun bien souvent relié au plus de l'alimentation. Ainsi il ne suffit que d'un seul transistor par bobine, soit deux par phase. Les schémas de montage sont abordés plus loin.

Moteur à 3 phases

C'est LE moteur que l'on voit très souvent pour expliquer le fonctionnement des moteurs pas à pas hybrides. Il y a trois phases indépendantes. MAIS je n'ai jamais vu ni entendu parler d'un moteur hybride ayant ce type de bobinage. Cela existait pour les moteurs à réluctance variable. Si vous récupérez un moteur pas à pas ayant ce type de bobinage, n'oubliez pas que très peu de bibliothèques permettent de le gérer. Bon codage!

Moteur à 4 fils

Pour les moteurs pas à pas ayant 4 fils, il y a deux bobines sans point commun, une bobine par phase, deux fils par bobine. On est alors obligé d'utiliser une commande bipolaire. De ce fait les moteurs sont qualifiées de bipolaires. Dans une phase ou une bobine, le courant doit passer tantôt dans un sens, tantôt dans l'autre.

Moteur à 5 fils

Pour les moteurs pas à pas ayant 5 fils, il y a deux bobines par phase et un point commun général. En théorie, on pourrait les alimenter en bipolaire, mais je n'ai vu personne sauf moi qui en parle. Avec 5 fils, tout le monde alimente ces moteurs en mode unipolaire. On met en général la tension d'alimentation +V sur le commun, et un transistor entre la bobine et la masse va permettre d'établir le courant. Pour faire un pôle nord sur la phase 1, il faut par exemple mettre A1 à la masse (via son transistor de commande), B1 étant "en l'air". Pour faire un pôle sud, c'est la broche B1 que l'on met à la masse et c'est A1 qui est "en l'air". Du fait que l'on soit obligé de doubler les bobines, va prendre plus de place dans le moteur. A taille égale le moteur est moins performant. Mais on récupère une commande plus simple (enfin, c'est ce qui est dit).

Notez sur le schéma la présence d'un point d'un côté du bobinage. Cela indique le même sens pour deux bobinages qui sont couplés. Pour un moteur 5 fil, on s'en moque un peu car ils sont bobinées correctement, mais pour un moteur 8 fils, il faudra faire attention d'utiliser les enroulements dans le bon sens.

Moteur à 6 fils

Pour les moteurs pas à pas ayant 6 fils. C'est quasiment équivalent, car la plupart du temps les deux communs sont mis ensembles. Toutefois si on ignore les communs, on se retrouve avec un moteur 4 fils, et on pourrait avoir une commande bipolaire. Mais le moteur est dimensionné pour être alimenté en unipolaire, et si un seul enroulement est prévu pour supporter le courant nominal In, pendant qu'il n'y a pas de courant dans l'autre bobinage, on ne peut pas utiliser les deux enroulements à leur maximum pour ne pas dépasser l'échauffement maximal ou pour ne pas aller en saturation. Une autre solution est de n'utiliser qu'un seul des deux enroulements. On a donc toujours du cuivre en trop, à taille égale le moteur est toujours moins performant

Moteur à 8 fils

Avec 8 fils, cela se complique un peu surtout à cause de l'imprécision de la documentation. Ce type de moteur peut être utilisé en unipolaire (on relie A'1, B'1, A'2, B'2 au plus de l'alimentation) ou en mode bipolaire. Dans ce cas, on peut relier les deux enroulements soit en série, soit en parallèle, soit encore n'en utiliser qu'un seul. Maintenant comme ce moteur soit prévu pour fonctionner aussi en mode unipolaire, on est dans le même cas que le moteur 5 fil, on a du cuivre en trop.

Choix du moteur

Je suis de plus en plus convaincu que si on a le choix, les moteurs bipolaires sont plus intéressants. A taille équivalente, ils sont plus performants, voir par exemple dans l'extrait du catalogue de omc-stepperonline deux moteurs de taille similaire.

Le mode unipolaire avait son intérêt lorsque l'électronique de puissance n'était pas à la hauteur. Maintenant que pour quelques euros on trouve des drivers performants, il n'y a plus gros intérêt à utiliser des moteurs unipolaires. Il y a quand même quelques exceptions comme le 28BYJ-48 qui est un moteur à bas coût.

De toutes façons, on ne peut pas piloter le moteur pas à pas directement par de l'informatique. Il faut un driver. Pour les toutes petites puissances, on a le choix à utiliser une commande unipolaire avec 5 ou 6 fils et un driver comme le ULN2803 à 1€, ou avoir une commande bipolaire avec un A4988 à 1€ avec seulement 4 fils, beaucoup plus performante si le moteur est un bipolaire commandé en courant.