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Construisez votre variateur
pour moteur pas à pas

La motorisation des instruments d'observation astronomique
Les vibrations
Performances du variateur
Fonctionnement du variateur
Schémas du variateur
Essais et réglages
Alimentation


La motorisation des instruments d'observation astronomique

Un instrument d'observation astronomique doit suivre l'astre observé dans son mouvement diurne. La méthode la plus confortable pour y parvenir consiste à utiliser une monture équatoriale motorisée, elle possède un mouvement de rotation qui compense celui de la terre. Ainsi l'image de l'objet observé est fixe dans le champ. Cette rotation doit avoir une vitesse stable que l'on puisse ajuster avec précision. De plus, il doit être possible de la faire varier occasionnellement afin de retoucher l'orientation de l'instrument.

Dans ce but le constructeur réalise une bonne monture équatoriale pourvue d'un système mécanique précis. Pour l'animer il utilise un moteur synchrone ou un moteur pas à pas.Vous touverez une analyse comparative des différents types de moteur utilisables pour entraîner le mécanisme d'un télescope dans notre page sur la conception du système d'entraînement d'un télescope.

Le moteur synchrone est très satisfaisant et très simple à installer, son principal inconvénient est que l'on ne peut pas faire varier sa vitesse dans de grandes proportions. Dans nos entraînements à moteur synchrone nous arrivons à doubler sa vitesse de rotation ou bien à l'arrêter. D'autre part l'électronique de commande est plus complexe, plus encombrante et elle consomme plus d'électricité. Le moteur synchrone accepte d'être alimenté directement par le courant 220Volts / 50Hertz du secteur. Mais si nous voulons modifier à volonté sa vitesse, nous devons l'alimenter avec un montage électronique que l'on appelle "variateur". Dans une autre page de ce site, nous vous proposons de fabriquer un tel variateur pour moteur synchrone.

Les moteurs pas à pas que nous utilisons nous permettent de décupler la vitesse d'entraînement de nos instruments, et ceci dans les deux sens de rotation. Nous pouvons ainsi, par exemple, nous promener rapidement sur les paysages lunaires. Ils nous fournissent donc un grand confort d'utilisation. Par contre ils sont plus difficiles à installer. Le variateur que nous allons décrire ici est un appareil électronique qui pilote ce second type de moteur.

Dans la suite de cet article nous ferons uniquement allusion aux moteurs pas à pas que nous utilisons, ce sont des moteurs SAIA à 2 phases UDB 10 - 78 Ohms, réducteur D-50A (SAIA : 10 boulevard Louise Michel, 92230 GENNEVILLIERS - Tél. 01 46 88 07 70 - demander les coordonnées de leur distributeur local). Lorsqu'ils sont équipés avec notre variateur, leur axe de sortie effectue un tour par minute. C'est une vitesse de rotation habituelle pour les entraînements à secteur lisse.

Les vibrations

Comme l'indique son nom, le moteur pas à pas avance par saccades. Sur nos appareils il progresse à la vitesse de 40 pas par seconde. Pendant le temps qui sépare deux pas consécutifs, l'astre observé peut donc se déplacer de 0,4 seconde d'arc. Ces à-coups seraient gênants s'ils n'étaient pas amortis par l'inertie de l'instrument.


Figure 1 : Joint de transmission pour moteur pas-à-pas vu en coupe.
Plus nuisibles sont les vibrations transmises par le moteur à la monture. Si aucune précaution n'est prise elles provoquent des déformations importantes des images. Elles peuvent allonger l'image d'une étoile en un trait de plusieurs minutes d'arc ou lui faire décrire une courbe de Lissajous. Pour éliminer ce problème nous installons le moteur sur un dispositif en caoutchouc et nous plaçons un joint de transmission souple fait de la même matière.

La figure 1 montre le joint de transmission en coupe. La construction de cet accessoire ne présente pas de difficulté, il doit être réalisé en alignant soigneusement les deux tubes. Chacun de ceux-ci est soudé à une rondelle. Ces rondelles sont collées de part et d'autre du joint de caoutchouc avec de la colle ARALDITE. Dans le cas idéal, l'axe de l'arbre de sortie du moteur est confondu avec l'axe de rotation de la vis d'entraînement (nous décrivons ici un mécanisme d'entraînement avec un secteur lisse). Dans la réalité nous ne pouvons pas avoir une grande précision sur cette "coaxialité", mais nous atténuons les conséquences en utilisant les flexions du système qui relie le moteur à la vis. C'est pour cela que nous plaçons toujours le moteur à une distance d'au moins 8cm de l'extrémité de la vis, c'est encombrant mais très efficace.

Pour certains mécanismes d'entraînements à secteur lisse, il faut "débrayer" le moteur pour ramener l'écrou en début de course. Ce n'est pas le cas des nôtres. Nous n'avons jamais réussi à réaliser un système de débrayage du moteur qui ne nuit pas à la précision de la poursuite. Malgré les apparences, il ne faut donc pas considérer que ce montage permet de débrayer le moteur (par exemple en desserrant une vis).

Figure 2 : Fixation du moteur pas à pas, vu de face et de profil.
Le moteur est monté sur deux pattes en caoutchouc comme l'illustre la figure 2. Le caoutchouc est le même pour le joint et pour les pattes de fixation, il est souple, sa consistance est très semblable à celle du caoutchouc de chambre à air. Il a 4 à 5mm d'épaisseur.

Il ne faut pas s'inquiéter de voir le moteur osciller légèrement à chaque rotation, cela n'entraîne pas de défaut de poursuite.

Réalisé avec soin, ce montage permet un entraînement de qualité sans erreur périodique décelable. Sur nos télescopes, nous l'utilisons aussi pour les moteurs de déclinaison. Notez que le joint de transmission placé sur l'axe de rotation du moteur n'est pas toujours indispensable. Sur certains instruments qui possèdent une monture en bois nous avons pu l'éliminer sans conséquence.

Performances du variateur

La vitesse de rotation du moteur pas à pas est rigoureusement proportionnelle à la fréquence d'un signal formé dans le variateur. Si cette fréquence est constante, la vitesse du moteur l'est aussi. On pourrait donc penser à priori qu'il est intéressant de former ce signal avec un oscillateur à quartz, la fréquence serait ainsi très stable. Cependant, si l'on considère les dérives du mouvement de l'instrument provoquées par les dilatations consécutives aux variations de la température de la monture, on s'aperçoit que la stabilité du quartz serait très supérieure à celle du mécanisme. Un calcul élémentaire nous apprend qu'une variation de température de 1°C provoque, à cause de la dilatation du mécanisme, une dérive de l'axe optique de l'instrument de l'ordre de 2 secondes d'arc (système avec secteur lisse). La fréquence de référence peut donc être fournie par un montage électronique plus classique tel qu'un multivibrateur. Celui-ci sera plus simple à réaliser et plus souple d'emploi qu'un montage à quartz.

Le variateur que nous vous proposons ici est conçu avec le même principe que celui qui équipe (en version radio-commandée) notre télescope HERCULE qui a 406 mm de diamètre et 1855 mm de distance focale. Il n'est pas exceptionnel de réaliser au foyer de cet instrument transportable des poses photographiques d'une durée d'une heure sans faire la moindre retouche d'entraînement. Nous considérons pourtant dans ce cas, qu'une dérive d'une seconde d'arc doit être corrigée. Habituellement nous effectuons deux à trois retouches pendant de telles poses photographiques.

Pour fabriquer ce variateur il est souhaitable d'avoir une petite expérience dans la construction d'appareils électroniques. A défaut il vous sera très profitable de vous faire aider par un amateur d'électronique.

Fonctionnement du variateur

La fréquence de référence est fournie par un multivibrateur utilisant un circuit ICM7555. Nous pourrions utiliser un NE555, mais en version standard les constructeurs ne garantissent pas un fonctionnement correct en dessous de 0°C. Par contre, en version standard le ICM7555 est généralement garanti jusqu'à -20°C. De plus, nous alimentons ce circuit par un 78L05 afin de l'affranchir de l'influence des inévitables variations de la tension de la batterie.

Le condensateur C1 doit être choisi avec précaution car la stabilité en température de la fréquence de référence dépend de lui. Je vous préconise un modèle à film polyester. N'utilisez surtout pas pour C1 de condensateur chimique. Le circuit imprimé que nous avons conçu accepte deux dimensions différentes pour C1 et C3. Ceci explique le troisième trou.

Le potentiomètre P doit être installé sur le boîtier du variateur et non pas sur la raquette de commande comme on le voit hélas trop souvent. Dans ce dernier cas, les fils qui le relient au circuit captent tous les parasites environnants au détriment de la régularité de l'entraînement. Ce potentiomètre est un modèle 10 tours avec bouton compte tours. Ainsi nous réglons précisément la vitesse de l'entraînement, nous pouvons même noter la valeur du réglage pour chaque astre particulier tel que la Lune ou le soleil. Il permet un réglage de la fréquence de référence entre 36 et 47 Hertz environ.

Figure 3 : Schémas du variateur pour moteur pas à pas avec MC3479.

IC3 est un MC3479, il assure le pilotage du moteur. Auparavant, j'avais placé sur cette page la description d'un variateur pour moteur pas à pas conçu avec un SAA1042. Ce circuit est maintenant obsolète et nous avons placé sur une autre page les illustrations de ce variateur pour moteur pas à pas avec SAA1042.

Le montage est alimenté par un accumulateur au plomb de 12 Volts. La LED D4 indique l'état de charge de cet accumulateur, elle s'éteint si la tension d'alimentation est inférieure à 11 Volts, dans ce cas le fonctionnement du moteur n'est plus fiable. Sa faible luminosité est compatible avec l'ambiance obscure qui doit régner sur le terrain d'observation. La diode D1 protège le variateur contre les inversions de tension accidentelles.

Les boutons poussoirs B1 et B2 permettent de corriger l'orientation de l'instrument en le dirigeant respectivement vers l'Est ou vers l'Ouest. Il y a deux vitesses possibles pour une telle correction : - Lorsque l'interrupteur I est ouvert la vitesse de défilement des astres pendant la correction est équivalente à celle du mouvement diurne.

- Lorsque l'interrupteur I est fermé cette vitesse est beaucoup plus rapide (environ dix fois la vitesse du mouvement diurne). Vous pourrez régler sa valeur avec le potentiomètre ajustable Aj. Un déplacement vers l'Est s'effectue avec une inversion du sens de rotation du moteur.

Nous vous proposons de télécharger le dessin du circuit imprimé au format gif. Ainsi, vous pourrez utiliser ce dessin avec le logiciel Word (par exemple).

Les boutons B1 et B2 ainsi que l'interrupteur I sont montés dans la raquette de commande, c'est un petit boîtier qui est relié au reste du montage par un cordon de six fils de la longueur que vous souhaitez. Ces fils ne parasitent pas le montage car les commutations se font par l'intermédiaire des portes analogiques du CD4066. Le bouton B1 est câblé en série avec la butée de début de course. Cette dernière est constituée par un micro-rupteur qui est actionné par le secteur lisse lorsque celui-ci est en début de course. Il doit être fermé au repos. Ainsi lorsque le secteur est en début de course, il est ouvert et le sens de rotation du moteur ne peut pas être inversé. La butée de fin de course est câblée entre les points K et L. Contrairement à la précédente celle-ci est ouverte au repos. Lorsque le secteur lisse l'actionne elle se ferme et arrête le moteur.

Le point C doit être relié par un fil au point A ou au point B suivant le sens de rotation souhaité pour le moteur.

Essais et réglages

Avant la mise sous tension, vérifiez vos soudures, ensuite contrôlez l'orientation des composants (condensateurs, circuits intégrés, diodes, ...).

Réglons le potentiomètre P à la valeur 7,00 sur le bouton compte-tours et tournons Aj à fond dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Ensuite, branchons le moteur et connectons le circuit à une alimentation de 12 Volts limitée à un courant de 300 mA (pour les essais). Lorsque aucun bouton n'est actionné la consommation vaut approximativement 210 milliampères (avec le moteur SAIA UDB 10). Recherchons la position de P pour obtenir une vitesse de un tour par minute, ceci correspond à une fréquence de 40 Hz en sortie de IC1.

Actionnons l'interrupteur I et le bouton poussoir B2 afin d'accélérer le moteur et recherchons la vitesse maximale qu'il peut supporter en agissant sur le potentiomètre Aj. Pour favoriser la fiabilité, le réglage définitif de Aj correspondra à une vitesse inférieure d'au moins 10% à la valeur trouvée. Habituellement, cela correspond à 10 tours par minute ou à une fréquence de 400 Hertz sur la broche 3 de IC1.

Alimentation

Attention, n'alimentez jamais ce circuit avec un chargeur de batterie pour automobile. Ce dernier fournit une tension redressée mais pas continue. Ce variateur a été conçu pour être alimenté avec une batterie de 12 Volts, celle d'une automobile convient très bien.

Pour ne pas nous attraper les pieds dans les fils, nous avons choisi de l'utiliser avec une petite batterie au plomb étanche de 12 Volts / 6 Ampères-heures installée à côté (autonomie de 28 heures environ). Vous pouvez vous la procurer chez un spécialiste en accumulateurs, auprès d'un vendeur de pièces détachées pour modèles réduits ou un fournisseur de composants électroniques. Ce type d'accumulateur est très fragile, il ne faut pas le charger avec un chargeur pour batterie d'automobile (dans ce cas sa vie serait très brève). Dans une autre page, nous vous proposons de fabriquer un chargeur pour ces batteries à santé délicate.


Si vous voulez en savoir plus sur les moteurs pas à pas et leur pilotage, je vous recommande le site de Douglas W. Jones (en anglais) ainsi que le site du club d'astronomie de la Région Liloise qui décrit Le moteur pas à pas et son circuit de commande.

Galaxie M106 dans les CHIENS DE CHASSE, sur film TP2415 hypersensibilisé, au foyer de HERCULE notre télescope de 406mm de diamètre F/D=4,6.
Cliché pris par Sauveur LISCIANDRA

La nébuleuse planétaire M97 et la galaxie NGC3556 dans la GRANDE OURSE. Pose de 1h25 sur TP2415 hypersensibilisé au foyer de ALCOR, un télescope de fabrication personnelle D=260mm F/D=4,6 avec correcteur de champ.

M51 dans les CHIENS de CHASSE. Pose de 1h sur TP2415 hypersensibilisé au foyer de ALCOR, T260 F/D=4,6.

Serge BERTORELLO
J'ai mis au point ce variateur pour moteur pas à pas en collaboration avec Olivier LEMAIRE.

Electronique pour télescopes

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