Le rotor du servomoteur est un aimant permanent. Le courant triphasé U/V/W contrôlé par le variateur forme un champ électromagnétique, et le rotor tourne sous l’action de ce champ. Le codeur intégré au moteur renvoie des signaux au variateur, qui ajuste l’angle de rotation du rotor en fonction de la valeur de retour par rapport à la valeur cible. La précision du servomoteur est déterminée par la précision du codeur (nombre de lignes).
Qu’est-ce qu’un servomoteur ? Combien de types existe-t-il ? Quelles sont ses caractéristiques de fonctionnement ?
A : Un servomoteur, également appelé moteur d’actionneur, est utilisé comme actionneur dans un système de contrôle automatique pour convertir le signal électrique reçu en déplacement angulaire ou en vitesse angulaire sur l’arbre moteur. Il se divise en deux catégories : les servomoteurs à courant continu et les servomoteurs à courant alternatif. Leur principale caractéristique est l’absence de rotation automatique lorsque la tension du signal est nulle et la vitesse diminue uniformément avec l’augmentation du couple.
Quelle est la différence de fonctionnement entre un servomoteur à courant alternatif et un servomoteur à courant continu sans balais ?
A : Le servomoteur à courant alternatif est plus performant, car il s’agit d’une vis à billes à commande sinusoïdale, ce qui réduit les pulsations de couple. Le servomoteur à courant continu est à onde trapézoïdale. Cependant, le servomoteur à courant continu est plus simple et moins cher. Servomoteur à courant alternatif à aimant permanent. Depuis les années 1980, avec le développement des circuits intégrés, de l’électronique de puissance et des variateurs de vitesse à courant alternatif, la technologie des servomoteurs à courant alternatif à aimant permanent a connu un essor considérable. Des fabricants d’équipements électriques renommés de divers pays ont lancé leurs propres servomoteurs et servomoteurs à courant alternatif et continuent de les améliorer et de les moderniser. Les servomoteurs CA sont devenus la principale orientation de développement des servomoteurs hautes performances contemporains, menaçant ainsi le système de servomoteur CC d’origine de disparaître. Dans les années 90, le système de servomoteur CA, utilisant une commande entièrement numérique pour servomoteurs à onde sinusoïdale, a été commercialisé à l’échelle mondiale. Le développement des servomoteurs CA dans le domaine de la transmission évolue constamment.
Par rapport aux servomoteurs CC, les principaux avantages des servomoteurs CA à aimants permanents sont : (1) L’absence de balais et de collecteur garantit une fiabilité optimale et un entretien minimal. (2) La dissipation thermique du bobinage du stator est plus aisée. (3) Une faible inertie permet d’améliorer la rapidité de l’accouplement à soufflet. (4) Adaptation aux conditions de fonctionnement à haute vitesse et à couple élevé. (5) À puissance égale, un volume et un poids réduits.
Servomoteur et moteur pas à pas
Le servomoteur repose principalement sur l’impulsion de positionnement. En résumé, le servomoteur reçoit une impulsion et effectue une rotation correspondant à l’angle pour obtenir le déplacement. Le servomoteur a pour fonction d’envoyer des impulsions. Il envoie donc un nombre correspondant d’impulsions pour chaque angle de rotation, formant ainsi un écho, ou boucle fermée. Le système connaît ainsi le nombre d’impulsions envoyées au servomoteur et le nombre d’impulsions reçues en retour simultanément, ce qui lui permet de contrôler la rotation du moteur avec une grande précision et d’obtenir un positionnement précis, pouvant atteindre 0,001 mm.
Le moteur pas à pas est un dispositif de mouvement discret, étroitement lié aux technologies de commande numérique modernes. Les moteurs pas à pas sont largement utilisés dans les systèmes de commande numérique domestiques actuels. Avec l’émergence des servomoteurs CA entièrement numériques, les servomoteurs CA sont également de plus en plus utilisés dans les systèmes de commande numérique. Afin de répondre aux tendances de développement du contrôle numérique, la plupart des systèmes de contrôle de mouvement utilisent des moteurs pas à pas ou des servomoteurs CA entièrement numériques. Bien que ces deux types de moteurs soient similaires en termes de mode de contrôle (chaîne d’impulsions et signal de direction) et de couplage flexible, ils présentent des différences majeures en termes de performances et d’applications. Comparons maintenant ces deux performances.
Tout d’abord, la précision de contrôle est différente.
L’angle de pas des moteurs pas à pas hybrides biphasés est généralement de 3,6° et 1,8°, tandis que celui des moteurs pas à pas hybrides cinq phases est généralement de 0,72° et 0,36°. Certains moteurs pas à pas hautes performances présentent un angle de pas encore plus faible. Par exemple, un moteur pas à pas pour machines-outils à marche lente produit par SCT présente un angle de pas de 0,09°. La société allemande BERGER LAHR a produit un moteur pas à pas hybride triphasé dont l’angle de pas est réglable à 1,8°, 0,9°, 0,72°, 0,36°, 0,18°, 0,09°, 0,072° et 0,036°, compatible avec l’angle de pas des moteurs pas à pas hybrides biphasés et triphasés.
La précision de commande du servomoteur CA est garantie par le codeur rotatif situé à l’arrière de l’arbre moteur. Pour un servomoteur CA entièrement numérique Panasonic, par exemple, l’équivalent d’impulsion est de 360°/10 000 = 0,036° pour un moteur équipé d’un codeur standard à 2 500 lignes, grâce à la technologie quadruple fréquence utilisée dans le variateur. Pour un moteur équipé d’un codeur 17 bits, le variateur reçoit 217 = 131 072 impulsions par tour, soit une impulsion équivalente à 360 °/131 072 = 9,89 secondes. L’angle de pas de 1,8 ° de l’impulsion équivalente du moteur pas à pas est de 1/655.
Deuxièmement, les caractéristiques à basse fréquence sont différentes.
Les moteurs pas à pas à basse vitesse sont sujets aux vibrations à basse fréquence. Compte tenu de la fréquence de vibration, des conditions de charge et des performances du variateur, on estime généralement que la fréquence de vibration est la moitié de la fréquence de démarrage à vide du moteur. Ce phénomène de vibration à basse fréquence, déterminé par le principe de fonctionnement du moteur pas à pas, est très défavorable au fonctionnement normal de la machine. Lorsque les moteurs pas à pas fonctionnent à basse vitesse, il est généralement nécessaire d’utiliser une technologie d’amortissement pour surmonter ce phénomène, comme l’ajout d’amortisseurs au moteur ou la technologie de subdivision du variateur, etc.
Le fonctionnement du servomoteur CA est très fluide grâce à son couplage à membrane ; même à basse vitesse, il n’y a pas de vibration. Le servomoteur CA dispose d’une fonction de suppression de résonance, qui peut compenser le manque de rigidité mécanique, et d’une fonction de résolution de fréquence interne (FFT), qui permet de détecter le point de résonance de la machine et de faciliter le réglage du système.
Troisièmement, les caractéristiques moment-fréquence sont différentes.
Le couple de sortie d’un moteur pas à pas diminue avec l’augmentation de la vitesse et chute brutalement à vitesse élevée. Sa vitesse de fonctionnement maximale est donc généralement comprise entre 300 et 600 tr/min. Un servomoteur CA offre un couple constant, c’est-à-dire qu’il peut fournir le couple nominal à sa vitesse nominale (généralement 2 000 ou 3 000 tr/min), et sa puissance de sortie est constante au-delà.
Quatrièmement, la capacité de surcharge est différente.
Les moteurs pas à pas ne présentent généralement pas de capacité de surcharge. Les servomoteurs CA ont une forte capacité de surcharge. Prenons l’exemple du servomoteur CA Panasonic : il offre une capacité de surcharge de vitesse et de couple. Son couple maximal est trois fois supérieur au couple nominal, ce qui permet de compenser le moment d’inertie des charges inertielles au démarrage. En l’absence de capacité de surcharge, un moteur pas à pas à couple élevé est souvent nécessaire pour compenser ce moment d’inertie. Or, la machine ne nécessitant pas un couple aussi élevé en fonctionnement normal, il en résulte une perte de couple.
Cinquièmement, les performances opérationnelles sont différentes.
Commande de moteur pas à pas en boucle ouverte : une fréquence de démarrage trop élevée ou une charge trop importante sont susceptibles de provoquer des pertes de pas ou des blocages. Un arrêt à vitesse trop élevée est susceptible de provoquer des dépassements. Pour garantir la précision de la commande, il est donc nécessaire de gérer les variations de vitesse. Dans le cas d’un système de servocommande CA en boucle fermée, le pilote peut échantillonner directement le signal de retour du codeur moteur, les boucles de position et de vitesse internes. Généralement, les pertes de pas ou les dépassements du moteur pas à pas sont évités, ce qui améliore la fiabilité de la commande.
Sixièmement, les performances de réponse en vitesse sont différentes.
Un moteur pas à pas passe de l’accélération à l’arrêt à sa vitesse de fonctionnement (généralement quelques centaines de tours par minute) en 200 à 400 millisecondes. Les performances d’accélération d’un système de servocommande CA sont meilleures. Par exemple, le servomoteur CA Panasonic MSMA 400 W passe de l’accélération à l’arrêt à sa vitesse nominale de 3 000 tr/min en quelques millisecondes seulement, ce qui permet de contrôler des démarrages et des arrêts rapides.
En résumé, les servomoteurs CA sont supérieurs aux moteurs pas à pas sur de nombreux aspects de leurs performances. Cependant, ces derniers sont souvent utilisés comme moteurs d’actionnement dans des situations moins exigeantes. Par conséquent, lors de la conception du système de contrôle, il est important de prendre en compte les exigences de contrôle, le coût et d’autres facteurs pour choisir le moteur de contrôle approprié.
