Courant ou tension maximum

Tout d'abord une chose importante: le couple d'un moteur est proportionnel au champ magnétique, et si on est loin de la saturation, le champ magnétique est proportionnel au courant. C'est donc le courant qui est important. D'où l'intérêt de chercher à augmenter au maximum le courant (ou la tension car cela peut aussi augmenter le courant).

A faible vitesse, l'inductance du moteur n'a pas d'importance (fréquence faible) et courant et tension sont proportionnels (le coefficient c'est la résistance du bobinage). Mais si les commutions sont rapides, si le moteur tourne vite, le courant aura du mal à s'établir. On peut donc avoir pour un même courant des tensions sur les enroulements qui peuvent grimper.

Le constructeur indique toujours le courant maximal admissible en permanence dans un enroulement ou la tension maximale aux bornes d'un enroulement. Dans ce paragraphe, je ne parlerai que de courant, mais vous pouvez remplacer le terme courant par le mot tension, le raisonnement est le même.

Il y a trois raisons pour ne pas augmenter le courant spécifié:
- cela augmente les pertes joules et le moteur va surchauffer (déjà que la température de la carcasse peut dépasser les 60°C). Doubler le courant quadruple l'énergie dissipée, et par la même l'échauffement... et diminue fortement sa durée de vie.
- si le moteur est près de la saturation, voir avec une légère saturation, doubler le courant ne va pas doubler le champ magnétique, et par conséquent n'augmente pas le couple en proportion du courant. On va donc seulement faire chuter le rendement. Si il nous faut plus de couple, autant prendre un moteur plus gros. En fait, il y a peu de chance que le moteur soit conçu pour être loin de la saturation, car cela augmenterait la taille du circuit magnétique et par conséquent le prix, sans apporter de réel gain en terme de couple.
- en augmentant le courant, on risque la désaimantation du moteur, et par conséquent une diminution permanente des caractéristiques. C'est en faisant passer du courant dans un enroulement que l'on aimante certains moteurs. L'effet inverse fonctionne aussi. Il n'est pas impossible que le fait de démonter un moteur désaimante aussi le moteur, mais je n'ai pas d'infos à ce sujet pour les pas à pas.

La documentation du Nema17 17HS13-0316S indique qu'il peut admettre un courant de 0,31A dans un enroulement et que son couple de maintien est de 0,16Nm. La documentation n'est pas très explicite à propos de ce que cela veut dire, on pourrait penser que le moteur peut admettre 0,31A dans un seul enroulement en même temps.

Il n'en est rien, on peut admettre 0,31A dans chaque phase. On appellera cette alimentation deux phases à la fois. Pour les moteurs à 5 ou 6 fils, prévus pour fonctionner en mode unipolaire, il est inconcevable d'alimenter deux bobines d'une même phase (les champs magnétiques induits s'annuleraient), et on ne peut donc alimenter que deux bobines sur les quatre. Pour les moteurs 8 fils, je suppose que le constructeur pense au montage unipolaire.

J'ai tracé la courbe couple= f(intensité) de ce moteur 1,33A. Je ne retombe pas sur la valeur du couple donné par le constructeur, mais c'est sans doute dû à ma mesure artisanale:

On remarquera que pour 1,33A je suis loin de la saturation, alors que pour 1,88A je suis dans le coude. C'est normal car si le moteur fonctionnait loin de la limite de saturation, il y aurait du fer en trop.

Un moteur 12V, alimenté avec un ULN2003 et une tension d'alimentation de 12V fonctionnera presque au nominal en mode deux phases à la fois, et sera sous-alimenté en mode une seule phase à la fois. Un moteur 1,33A avec un driver A4988 sera alimenté au nominal si on règle le courant sur 1,88A (quand le A4988 est en mode deux phases à la fois, le courant dans chaque phase est de 70% du courant réglé; en réglant le courant à 1,88A on aura ainsi 1,33A dans chaque phase).

Tension maximale

Nous verrons que lors de l'établissement du courant, nous pouvons mettre une tension bien supérieure à la tension nominale permanente. Il est courant d'alimenter des moteurs 4V avec des drivers recevant du 12V. Il n'y a pas de problèmes de dissipation thermique car le courant va mettre du temps à s'établir et que l'on va couper la tension quand le courant est atteint.

Quand on alimente le moteur en courant, plus la tension d'alimentation est importante, meilleures sont les caractéristiques. Mais peut-on utiliser du 48V sur un moteur de 3V? La réponse est oui, le constructeur donne d'ailleurs souvent la courbe de couple pour 12V, 24V et 48V. Mais on peut se poser la question "quelle est la tension maximale que l'on peut mettre sur un enroulement?". Je n'ai pas de réponse à cette question, je n'ai pas encore vu cette donnée dans les caractéristiques des moteurs. Pour certains moteurs, le constructeur donne bien l'info de la tension d'isolement entre un enroulement et la carcasse (de l'ordre de 500Veff pendant une minute par exemple), mais ce n'est pas la tension maxi entre deux enroulements. Je pense que cela n'a pas une grande importance car on ne trouve pas beaucoup de drivers capables de dépasser les 72V.

Bien entendu, si le moteur est alimenté en tension, on ne peut pas dépasser la valeur prévue (juste mettre 40% en plus si on reste en mode une phase à la fois).