Le choix du bon servomoteur pour votre application industrielle est essentiel pour atteindre le bon équilibre entre fonctionnalité, fiabilité et, bien sûr, coût.
Le choix d'un mauvais moteur peut entraîner une dégradation des performances (s'il fonctionne), des dommages au matériel auxiliaire, une défaillance du système et, en aval, des problèmes de qualité des biens ou des services que vous fournissez.
Dans cet article, nous examinerons les différents types de servomoteurs disponibles et la manière de choisir le bon, afin d'obtenir le meilleur rapport qualité-prix en termes de fonctionnalité et de fiabilité.
Qu'est-ce qu'un servomoteur ?
Les servomoteurs sont des dispositifs électromécaniques de haute précision utilisés dans le contrôle des mouvements des machines industrielles.
Ils fonctionnent selon les mêmes principes fondamentaux que les moteurs électriques classiques, c'est-à-dire qu'ils alimentent des bobines de stator pour créer un champ magnétique qui entraîne un rotor. La principale différence réside dans le fait que les servomoteurs comprennent des systèmes de retour d'information, généralement sous la forme de codeurs ou de résolveurs, qui contrôlent la vitesse, le couple et la position.
Ces données sont envoyées à un contrôleur, qui ajuste le fonctionnement du moteur à l'aide d'algorithmes tels que le contrôle PID. Il en résulte un système en boucle fermée qui corrige les erreurs en temps réel, garantissant ainsi un mouvement précis. Ce niveau de contrôle est la raison pour laquelle les servomoteurs sont essentiels dans la robotique, les machines à commande numérique et l'automatisation de haute précision.
Comment choisir le bon servomoteur ?
D'un point de vue technique, le choix d'un servomoteur sera largement déterminé par les exigences du matériel qu'il doit déplacer. Ces exigences comprennent différents couples, vitesses, tensions, précision de positionnement et autres mesures de performance, que nous examinerons plus en détail dans la section suivante.
Déterminer le couple
La première étape de la sélection du servomoteur adapté à vos besoins consiste à déterminer le(s) couple(s) nécessaire(s) pour entraîner ce que vous voulez entraîner.
Le couple est l'équivalent rotatif de la force. En termes simples, il s'agit de la force de torsion appliquée par le moteur lorsqu'il tourne autour d'un axe (ou de l'arbre, dans le cas présent).
Lorsque vous dévissez une bouteille d'eau potable, c'est le couple de serrage qui permet de retirer le couvercle. Si vous appliquez un couple trop faible, le couvercle ne bougera pas. Si vous appliquez un couple trop important, le couvercle risque de se briser ou vous risquez de vous blesser.
Il est essentiel de connaître les exigences en matière de couple, car, comme dans l'analogie de la bouteille d'eau, si vous n'appliquez pas un couple suffisant, l'objet que vous essayez de faire tourner n'ira nulle part (il calera). Inversement, si vous appliquez un couple trop élevé, vous risquez d'endommager la machine.
La formule du couple fondamental est la suivante :
T = F x r
Où :
T= couple (mesuré en Nm, pour les unités SI)
F = force (généralement mesurée en N)
R = le rayon, ou bras de levier (généralement mesuré en mètres)
Il existe un grand nombre de couples différents à prendre en compte lors du processus de sélection d'un servomoteur, mais les trois principaux sont le couple continu, le couple de pointe et le couple d'accélération. Ces couples décrivent respectivement la manière dont le servomoteur fonctionne sous une charge constante, gère de brèves périodes de charge élevée et réagit aux changements de vitesse.
Couple continu
Le couple continu est le couple qu'un servomoteur doit fournir en permanence sans surchauffe ni dégradation des performances. Il représente le couple en régime permanent nécessaire pour assurer le fonctionnement du système dans des conditions normales.
Pour calculer le couple continu (Tcont), additionne les couples de toutes les forces extérieures, y compris la gravité et le frottement :
Tcont = Texterne + Tgravité + Tfriction
où :
Texterne tient compte des charges appliquées (par exemple, bandes transporteuses, bras robotisés).
Tgravité = Fg × roù Fg est la force gravitationnelle et r est le bras de levier.
Tfriction tient compte de la résistance du système.
Couple de pointe
Le couple de pointe est le couple maximal qu'un servomoteur peut produire pendant de courtes périodes sans subir de dommages. Il est nécessaire pour surmonter les changements de charge soudains, tels que le démarrage d'un mouvement, la gestion des forces d'impact ou la gestion des pics de résistance temporaires. Contrairement au couple continu, qui doit être maintenu indéfiniment, le couple de pointe n'est nécessaire que pendant de brefs instants.
Pour calculer le couple maximal (Tpic):
Tpic = Tcont + Tl'accélération
où :
Tcont est le couple continu requis pour un fonctionnement stable.
Tl'accélération est le couple d'accélération et est expliqué ci-dessous.
Accélération du couple
Le couple d'accélération est le couple nécessaire pour modifier la vitesse d'un système, qu'il s'agisse d'un démarrage à partir de l'arrêt ou d'une augmentation de la vitesse en cours de fonctionnement. Il est vital pour les applications où le moteur doit répondre à des changements rapides de vitesse ou surmonter rapidement l'inertie.
Ce type de couple dépend fortement du moment d'inertie du système (J), qui représente la résistance d'un objet aux variations de sa vitesse de rotation, et de l'accélération angulaire (a), c'est-à-dire la vitesse à laquelle la vitesse du moteur varie.
Pour calculer le couple d'accélération (Tl'accélération):
Tl'accélération = J × a
Le choix d'un moteur doté d'un couple d'accélération approprié garantit des ajustements de vitesse souples et précis sans provoquer de tension ou d'instabilité.
Couple de frottement
Le couple de frottement est la résistance rencontrée lorsque deux surfaces se déplacent l'une contre l'autre, ce qui nécessite un couple supplémentaire à surmonter. Il résulte du contact entre les pièces mobiles d'un système mécanique, telles que les roulements, les engrenages ou les arbres. La résistance au frottement dépend de facteurs tels que le matériau de la surface, la lubrification et la force normale entre les surfaces. Le couple de frottement peut avoir un impact significatif sur l'efficacité du moteur, entraînant une perte d'énergie et une production de chaleur.
Pour calculer le couple de frottement (Tfriction):
Tfriction = μ × Fnormal × r
Où μ est le coefficient de frottement, Fnormal est la force normale, et r est le rayon ou la distance par rapport au centre de rotation.
La minimisation du frottement par une lubrification appropriée et le choix des matériaux peut contribuer à réduire le couple de frottement, améliorant ainsi les performances et la durée de vie du moteur.
Forces extérieures
Les forces externes font référence aux charges ou résistances externes qu'un servomoteur doit surmonter pour accomplir sa tâche. Ces forces peuvent être des charges mécaniques (telles que le poids ou le frottement des pièces mobiles), des perturbations externes (telles que des vibrations ou des chocs) et des facteurs environnementaux (tels que le vent ou la résistance thermique dans les applications extérieures). Le couple nécessaire pour surmonter ces forces externes dépend de l'ampleur et de la direction de la charge, ainsi que de la distance par rapport à l'axe de rotation du moteur (bras de levier).
Pour calculer le couple dû aux forces extérieures (Texterne):
Texterne = F × r
Où F est la force externe appliquée et r la distance du point de pivot ou de l'axe.
Couple efficace
Le couple quadratique moyen (RMS) est une mesure du couple effectif ou équivalent constant qu'un moteur produit dans le temps, en tenant compte des variations de couple qui se produisent pendant le fonctionnement.
Le couple efficace est particulièrement utile pour les moteurs fonctionnant avec des charges ou des vitesses variables, car il fournit une représentation plus précise de la charge de travail continue du moteur que le couple moyen ou le couple de pointe. La valeur RMS permet d'évaluer les performances du moteur et la gestion thermique, en garantissant que le moteur fonctionne dans des limites sûres sans surchauffe.
Pour calculer le couple efficace (TRMS):
TRMS= √( (T₁² + T₂² + ... + Tn²) / n )
Où T₁, T₂, ..., Tn sont les valeurs instantanées du couple sur une période et n est le nombre total de valeurs.
Le calcul de la moyenne quadratique doit être utilisé pour déterminer la demande de couple continu, mais cette opération est laborieuse sans outil logiciel, en particulier pour des valeurs de n plus élevées et des périodes plus longues.
Déterminer la vitesse
Le choix de la bonne vitesse pour votre servomoteur est essentiel pour répondre aux besoins de votre application. La vitesse, mesurée en tours par minute (tr/min), détermine la rapidité de fonctionnement du moteur. La vitesse et le couple doivent être équilibrés, car les vitesses élevées réduisent généralement le couple.
Pour déterminer la bonne vitesse, il faut tenir compte du profil de mouvement et de la durée de la tâche. Par exemple, si un bras robotisé doit effectuer une action spécifique dans un délai donné, le moteur doit atteindre la vitesse requise dans cette limite. N'oubliez pas que les moteurs ayant moins de pôles tournent plus vite mais fournissent moins de couple en raison de facteurs tels que la force contre-électromotrice (Back EMF).
Il faut également tenir compte des composants mécaniques tels que les engrenages ou les courroies qui ajustent la vitesse grâce aux rapports de démultiplication. L'inertie de la charge et l'accélération requise sont également essentielles, car elles influencent à la fois la vitesse et le rendement. En outre, la température du moteur est importante, car un fonctionnement trop proche de ses limites peut provoquer une surchauffe et affecter les performances.
Déterminer le type de servomoteur
Il existe plusieurs types de servomoteurs, chacun d'entre eux étant adapté à des applications particulières. La liste ci-dessous montre comment les différents servomoteurs peuvent être subdivisés en fonction de diverses caractéristiques. La plupart des servomoteurs fournissent un mouvement linéaire ou rotatif et peuvent être subdivisés en fonction de leurs caractéristiques spécifiques.
- Servomoteurs linéaires
Les servomoteurs linéaires fournissent un mouvement linéaire direct sans matériel supplémentaire, offrant une grande précision, une grande efficacité et une maintenance minimale pour les applications dynamiques. - Servomoteurs rotatifs
Les servomoteurs rotatifs sont polyvalents et efficaces. Ils offrent un contrôle précis dans les applications légères et lourdes, souvent avec du matériel supplémentaire. Il s'agit du type de servomoteur le plus répandu dans l'industrie. - Servomoteurs à courant alternatif
Les servomoteurs à courant alternatif sont largement utilisés dans l'industrie en raison de leur capacité à gérer différents niveaux de puissance et de tension avec une grande efficacité. Ils constituent le type de servomoteur le plus courant et peuvent être classés selon les types suivants :
- Servomoteurs à courant alternatif de basse à moyenne tension
Ces moteurs compacts offrent une densité de couple et une précision élevées, idéales pour les applications où l'espace est limité mais qui nécessitent des performances fiables et efficaces. - Servomoteurs AC haute tension
Les servomoteurs à courant alternatif haute tension fournissent une puissance de sortie robuste, permettant de réaliser des tâches industrielles lourdes tout en minimisant la taille et en maximisant l'efficacité du couple. - Servomoteurs synchrones à courant alternatif
Les servomoteurs synchrones à courant alternatif se caractérisent par une excellente précision, le rotor et le stator tournant à la même vitesse, ce qui permet un contrôle et une fiabilité supérieurs. - Servomoteurs asynchrones à courant alternatif
Les servomoteurs asynchrones à courant alternatif utilisent l'induction pour générer le couple et nécessitent une commande vectorielle complexe, ce qui les rend adaptés aux tâches rentables et exigeantes en termes de précision.
- Servomoteurs à courant continu
Les servomoteurs à courant continu sont efficaces, bidirectionnels et compacts, ce qui les rend idéaux pour les applications à faible puissance et à vitesse variable, avec une grande précision et une faible inertie. Ils peuvent être divisés en deux catégories : les servomoteurs à balais et les servomoteurs sans balais.
- Servomoteurs à courant continu à balais
Ces moteurs utilisent des balais pour alimenter en courant la partie tournante (l'induit). Ils sont couramment utilisés pour des applications à faible coût et à couple élevé, mais nécessitent un entretien périodique car les balais s'usent avec le temps en raison du frottement. La caractéristique principale de ces moteurs est l'utilisation de balais qui transfèrent l'énergie électrique au rotor du moteur. - Servomoteurs CC sans balais
Les servomoteurs à courant continu sans balais sont efficaces, nécessitent peu d'entretien et sont compacts. Ils offrent des performances supérieures et une grande longévité pour les tâches de haute précision dans les environnements industriels.
- Servomoteurs pas à pas
Les servomoteurs pas à pas combinent un mouvement progressif avec un retour d'information, offrant une précision et une efficacité de couple supérieures, idéales pour le contrôle en boucle fermée dans les opérations de précision. Ils sont principalement de type à courant continu, bien que des variantes à courant alternatif soient également disponibles.
Déterminer la tension
Le choix d'un servo en fonction de la tension est assez simple, car il dépend de la tension d'alimentation, du type de courant et de la phase (dans le cas des servomoteurs à courant alternatif).
Par exemple, si vous travaillez avec un petit servomoteur à courant continu alimenté par une alimentation de 12 V CC, vous aurez besoin d'un moteur conçu pour 12 V CC. Il s'agit d'une correspondance simple. En revanche, si votre application se situe dans un environnement industriel avec une alimentation triphasée, telle que 100VAC, 200VAC ou même 400VAC, vous devrez sélectionner un servomoteur AC qui correspond aux exigences de tension et de phase du système.
Il est également important de tenir compte de la manière dont le moteur sera intégré dans votre installation. Assurez-vous que le moteur peut supporter la tension d'entrée et rappelez-vous que les moteurs à courant alternatif nécessitent une plus grande attention à la fois à la tension et à la phase parce qu'ils dépendent du cycle électrique triphasé.
En bref, le choix de la bonne tension garantit la compatibilité avec votre source d'alimentation et permet d'éviter des problèmes potentiels tels que la sous-performance, la surchauffe ou même l'endommagement du moteur. Faites toujours correspondre la tension de votre moteur aux spécifications de votre système.
Comprendre le cycle de fonctionnement
Les servomoteurs sont classés en fonction de leur type de fonctionnement, tel que défini par la norme CEI 60034-1 et d'autres normes similaires.
Les types de service décrivent les conditions de fonctionnement du moteur, y compris la charge, le temps et les caractéristiques thermiques.
Selon la norme IEC 60034-1, il existe 10 types de cycles de fonctionnement standard pour les machines tournantes, chacun spécifiant le cycle de fonctionnement du moteur. En général, les types S1, S2 et S3 sont appliqués à la plupart des servomoteurs, bien que certains types de servomoteurs, dans des conditions spécifiques, puissent utiliser les autres descriptions de cycle de fonctionnement.
- S1 - Service continu
Le moteur fonctionne en continu sous une charge constante jusqu'à ce qu'il atteigne un état thermique stable. Courant dans les convoyeurs et les pompes. - S2 - Service de courte durée
Le moteur fonctionne à une charge constante pendant un temps limité sans atteindre l'équilibre thermique, suivi d'une période de repos. Courant dans les actionneurs et les applications à cycle court. - S3 - Service périodique intermittent
Le moteur fonctionne par cycles avec des périodes de marche et de repos. L'équilibre thermique n'est pas atteint. Typique des grues et des presses.
Déterminer le profil de mouvement requis
La définition du profil de mouvement implique la spécification de paramètres clés tels que la vitesse maximale, l'accélération et la décélération. Ces facteurs garantissent un fonctionnement souple et efficace tout en évitant les contraintes mécaniques.
Par exemple, un robot de prélèvement et de placement peut avoir besoin d'accélérer à 5000 mm/s² et d'atteindre une vitesse de 1000 mm/s pour respecter les exigences en matière de temps de cycle. À l'inverse, une machine à commande numérique peut nécessiter un contrôle précis de l'accélération pour éviter les dépassements, en utilisant des valeurs telles que 200 mm/s² pour des changements de vitesse progressifs.
En outre, des facteurs tels que le temps d'arrêt, les à-coups (taux de variation de l'accélération) et l'inertie du système ont un impact sur l'efficacité du mouvement. Un profil de mouvement bien optimisé équilibre vitesse et contrôle, réduisant l'usure et la consommation d'énergie tout en garantissant la précision dans des applications telles que la robotique, les convoyeurs ou l'usinage de précision.
Déterminer le rapport d'inertie
Le rapport d'inertie est un paramètre essentiel dans la conception des servomoteurs. Il est défini comme le rapport entre l'inertie de la charge et l'inertie du rotor du moteur, divisé par le carré du rapport de réduction. Mathématiquement, il s'exprime comme suit
Rapport d'inertie = Jcharge / Jmoteur × (ratio d'engrenage)2
Où :
Joad = Inertie de la charge
Jmoteur = Inertie du rotor du moteur
Ce rapport quantifie la résistance de la charge aux changements de mouvement par rapport à la capacité du moteur à contrôler ce mouvement.
Comprendre et calculer le rapport d'inertie est une étape essentielle pour comprendre les performances d'un système d'asservissement. Un rapport correctement adapté permet au moteur de répondre rapidement sans être submergé par l'inertie de la charge. Si l'inertie de la charge est trop élevée, le moteur peut devenir lent, avec une mauvaise précision et des temps de stabilisation plus longs. En revanche, un rapport d'inertie trop faible peut entraîner une instabilité ou une réactivité excessive, provoquant des oscillations ou des tensions.
De nombreux débutants négligent ce facteur lors du dimensionnement d'un servomoteur, ce qui peut entraîner des systèmes inefficaces ou des pannes. Idéalement, un rapport d'inertie compris entre 3:1 et 10:1 est recommandé, bien qu'il puisse varier en fonction de l'application spécifique.
Impact du rapport d'inertie sur les performances de l'asservissement
Amélioration des performances
Les performances des servomoteurs s'améliorent à mesure que le rapport d'inertie diminue. Des rapports plus faibles rendent le système plus réactif, réduisent les dépassements et améliorent la précision et la stabilité.
Réglage de la boucle de contrôle
Un rapport d'inertie plus faible facilite également le réglage de la boucle de commande. Le servo répond de manière plus prévisible, avec moins d'oscillation ou de retard, ce qui permet d'obtenir un mouvement précis et stable.
Lignes directrices relatives au rapport d'inertie
Le rapport d'inertie idéal est d'environ 5:1 pour la plupart des systèmes, ce qui offre un bon équilibre entre contrôle et efficacité. Un rapport de 10:1 est souvent la limite maximale acceptable. Les rapports inférieurs à 1:1 n'offrent généralement pas de meilleures performances et peuvent conduire à des moteurs surdimensionnés et plus coûteux sans réel avantage.
Coût et performance
Une réduction trop importante du rapport d'inertie peut entraîner une augmentation des coûts sans apporter de gains significatifs. À partir d'un certain point, le fait d'abaisser le rapport d'inertie ne se traduit pas par une amélioration notable des performances.
Mécanismes du monde réel
Les systèmes réels présentent des imperfections : les courroies s'étirent, les accouplements fléchissent et les engrenages ont un jeu. Ces effets s'aggravent lorsque les rapports d'inertie sont élevés, ce qui entraîne un retard ou une "élasticité" dans la manière dont le moteur déplace la charge.
Questions de rétroaction et de contrôle
Les servomoteurs utilisent des encodeurs et un contrôle PID pour maintenir la précision. Mais lorsque les rapports d'inertie sont élevés, l'effet de ressort peut provoquer une instabilité ou une oscillation. La réduction du gain permet d'y remédier, mais au détriment de la réactivité.
Servocommandes haute performance
Les servocommandes modernes dotées de fonctions telles que l'autoréglage, la suppression de la résonance et le rejet des perturbations peuvent gérer des rapports d'inertie allant jusqu'à 30:1. Les variateurs plus simples, cependant, ont souvent besoin de rapports de 3:1 ou moins pour fonctionner de manière fiable.
Comment les facteurs environnementaux influencent-ils le choix des servomoteurs ?
Lors du choix d'un servomoteur, il est essentiel de prendre en compte les facteurs environnementaux qui peuvent avoir un impact sur ses performances et sa longévité. Voici quelques éléments clés à prendre en compte :
Température ambiante
Des températures ambiantes plus élevées peuvent réduire la capacité de couple continu du moteur. Dans les environnements où les températures sont élevées ou les besoins en couple continu importants, les systèmes de refroidissement par liquide peuvent aider à maintenir les performances. Cependant, il est essentiel d'éviter tout contact direct avec la mécanique et les connexions du moteur.
Contamination
La poussière, la saleté et d'autres contaminants peuvent affecter les performances du moteur, en particulier dans les environnements industriels. L'étanchéité du moteur ou l'utilisation de capots de protection peut contribuer à empêcher les contaminants de pénétrer dans le moteur, ce qui garantit un fonctionnement plus régulier et une durée de vie plus longue du moteur.
Vibration
Des vibrations excessives peuvent affecter la précision du moteur et réduire sa durée de vie. Dans les environnements sujets à de fortes vibrations, le choix de moteurs résistants aux vibrations ou l'utilisation d'équipements supplémentaires d'amortissement des vibrations peuvent contribuer à protéger le système.
Courbes vitesse-couple : Compréhension et utilisation
Les courbes vitesse-couple indiquent le couple qu'un servomoteur peut fournir à différentes vitesses. Elles permettent de s'assurer que le moteur répond aux exigences de l'application sans surchauffe ou sous-performance.
Lire la courbe
La courbe comporte deux zones principales :
- Région continue - le moteur peut fonctionner indéfiniment sans surchauffe.
- Région intermittente - couple plus élevé, mais seulement pour de courtes périodes, sur la base des limites de couple RMS.
La tension est importante
Les performances du moteur dépendent de la tension d'entrée. À 480 VCA, un moteur peut fournir un couple complet jusqu'à 3 000 tr/min, mais le couple diminue à des vitesses plus élevées. À 380 VCA, le même moteur peut avoir du mal à atteindre 2 500 tr/min ou à fournir le couple requis.
Affaiblissement du champ
À des vitesses très élevées, les moteurs entrent dans la plage d'affaiblissement du champ, où le couple chute quelle que soit la tension. Le choix de la bonne tension est essentiel pour rester dans les zones de fonctionnement sûres.
Outils pratiques
Des logiciels tels que les outils d'entraînement de KEB visualisent ces courbes, facilitant l'adaptation des moteurs (comme le TA3S) à votre application sur la base de données de performance réelles.
Sélectionner les engrenages et les réducteurs appropriés
La démultiplication permet d'optimiser les performances des servomoteurs pour les charges réelles. Si certaines applications bénéficient de moteurs à entraînement direct, la plupart des machines nécessitent une réduction de vitesse pour exploiter pleinement le couple d'un servomoteur sur une large plage de vitesse.
Pourquoi utiliser la réduction par engrenage ?
Les réducteurs à engrenages adaptent le moteur à la charge de trois manières principales :
- Réduire la vitesse - ralentit la sortie du moteur pour répondre aux besoins de l'application.
- Augmentation du couple - le couple de sortie augmente proportionnellement au rapport de transmission.
- Rapport d'inertie plus faible - l'inertie de la charge transmise au moteur est réduite par le carré du rapport de transmission, ce qui améliore le contrôle et la réactivité.
Principaux éléments à prendre en compte lors du choix de l'engrenage :
- Rapport de démultiplication - Calculé à partir du rapport des dents entre les engrenages. Choisissez un rapport qui concilie les besoins en couple et l'inertie.
- Vitesse du moteur - Les moteurs à grande vitesse ont souvent besoin d'être réduits pour éviter de surmener la charge.
- Exigences en matière de couple - La réduction par engrenage peut amplifier le couple sans nécessiter un moteur plus puissant.
- Adaptation de l'inertie - Un rapport d'engrenage approprié améliore considérablement la stabilité du servo et le réglage de la boucle de contrôle.
- Inertie de la boîte de vitesses - Utiliser les données des fabricants de boîtes de vitesses pour tenir compte de l'inertie totale du système.
Bien que l'entraînement direct soit idéal dans certains cas, les systèmes servo à engrenages restent essentiels pour de nombreuses applications de précision à couple élevé.
Comment la compatibilité du système de contrôle influe-t-elle sur le choix du servomoteur ?
S'assurer de la compatibilité du système de contrôle est une étape critique lors de la sélection d'un servomoteur. Le moteur doit s'intégrer harmonieusement à votre architecture de commande et de contrôle existante pour garantir une communication fiable, un contrôle précis des mouvements et des performances efficaces du système.
Considérations relatives au système de contrôle des clés :
Compatibilité des interfaces de contrôle
Les servomoteurs utilisent différentes méthodes de contrôle. Le choix de la bonne méthode dépend de votre système existant :
- Commande analogique - Utilise des signaux de tension ou de courant pour réguler la vitesse ou le couple. Simple mais moins précis.
- Contrôle d'impulsion et de direction - Courant dans les applications de remplacement de CNC et de pas à pas.
- Réseaux servo (par exemple, EtherCAT, CANopen, PROFINET) - Ils offrent une communication synchronisée à grande vitesse, des diagnostics améliorés et un câblage minimal. Idéal pour les systèmes complexes ou multi-axes.
Communication entre le variateur et le moteur
Vérifiez que le servovariateur peut communiquer efficacement avec le moteur et l'automate ou le contrôleur, en utilisant les protocoles pris en charge. Les systèmes incompatibles peuvent nécessiter des convertisseurs ou une intégration personnalisée, ce qui accroît la complexité et le coût.
Les servomoteurs doivent être compatibles avec les normes de communication, les méthodes de contrôle et les systèmes de retour d'information utilisés par votre infrastructure de contrôle existante. Le choix de composants compatibles simplifie l'intégration, réduit le temps de configuration et garantit un contrôle souple et précis.
Choisir les bons composants pour les servomoteurs et les transmissions de puissance
Après avoir sélectionné le servomoteur, l'étape suivante consiste à choisir un servomoteur adapté à votre système, ainsi que les divers éléments matériels nécessaires pour transmettre le couple de votre moteur à votre charge. Voici comment vous assurer qu'il répond à vos besoins :
Choisir le bon servomoteur
- Capacité de courant : Assurez-vous que le servomoteur dispose d'une capacité de courant supérieure d'au moins 25% à celle que vous prévoyez pour votre système. Cette marge supplémentaire permet de faire face à des conditions inattendues telles qu'un frottement accru ou l'usure de la machine.
- Marge de manœuvre en tension : Choisissez une alimentation et un servomoteur avec un tampon 25% au-dessus des limites de sous-tension et de surtension. Ceci est particulièrement important dans les applications présentant des fluctuations de tension ou un freinage par régénération, comme les charges verticales.
- Isolation : Utilisez un transformateur d'isolation ou une isolation optique pour protéger votre système contre les risques électriques et les dommages aux composants. Cela permet de séparer les masses de signal et d'alimentation, évitant ainsi les problèmes liés aux masses flottantes.
- Appropriation de la puissance : Ne surestimez pas vos besoins en énergie. Une puissance trop élevée peut entraîner un gaspillage d'espace et de coûts. Adaptez la puissance de sortie aux besoins spécifiques de votre application pour plus d'efficacité.
Caractéristiques de la transmission de puissance :
Lors de la sélection des composants de la transmission de puissance, il convient de prendre en compte les caractéristiques essentielles telles que les arbres moteurs clavetés, les joints d'arbre, les freins de maintien (en particulier pour les charges verticales) et les résistances de freinage externes.
Ces caractéristiques sont nécessaires pour garantir que le couple du moteur est transféré de manière fiable à la charge, tout en améliorant la sécurité et les performances du système. Les arbres de moteur clavetés empêchent le glissement, les joints d'arbre protègent contre la contamination et les freins de maintien assurent la stabilité des applications à charge verticale. Des résistances de freinage externes gèrent l'énergie excédentaire du freinage par récupération, évitant ainsi la surchauffe et garantissant une utilisation efficace de l'énergie.
Efficacité
Le rendement d'un servomoteur correspond à la quantité de courant nécessaire pour maintenir un couple constant (appelé constante de couple, Kt). Les enroulements des moteurs se présentent sous différentes configurations :
- Les enroulements ayant un meilleur rendement en courant ont des capacités de vitesse plus faibles.
- Les enroulements ayant des capacités de vitesse plus élevées ont une efficacité de courant plus faible.
Choisissez l'enroulement en fonction de la vitesse requise et du choix le plus efficace pour vos besoins.
Durée de vie et entretien
La durée de vie d'un servomoteur est influencée par divers facteurs, notamment son environnement de fonctionnement et les exigences spécifiques à l'application. Alors que la plupart des fabricants estiment la durée de vie à 20 000 ou 30 000 heures, la longévité réelle dépend fortement de la configuration, de l'entretien et des conditions d'utilisation.
Dans des conditions idéales, un servomoteur peut fonctionner pendant des dizaines d'années, mais en cas de contraintes extrêmes ou de mauvais entretien, il peut tomber en panne en moins d'un an. Le choix d'un servomoteur adapté à votre application peut prolonger considérablement la durée de vie de votre servomoteur. En revanche, le choix d'un servomoteur inadapté peut conduire très rapidement à une défaillance prématurée.
Coût
Enfin, nous en arrivons à l'élément coût, qui, pour beaucoup, est peut-être la première chose à prendre en considération.
Le coût d'un système de servomoteurs varie en fonction de facteurs tels que le type de moteur, les spécifications de l'entraînement et la complexité de l'application. Les modèles haut de gamme, tels que les servomoteurs à courant continu sans balais ou à courant alternatif, offrent une efficacité, une précision et une longévité accrues, mais leur prix est élevé.
Les composants supplémentaires tels que les servomoteurs, les éléments de transmission de puissance et les fonctions optionnelles (telles que les freins de maintien ou les résistances externes) peuvent également augmenter le coût. Cependant, investir dans un système d'asservissement de qualité est souvent plus rentable à long terme, car il réduit la maintenance, améliore les performances et prolonge la durée de vie de l'équipement.
Comme le dit le vieil adage, achetez bien... ou achetez deux fois !
Conclusion
Après avoir lu cet article, vous devriez être mieux armé pour décider quel servomoteur choisir pour l'application à laquelle il est destiné.
Comme nous l'avons vu, le choix du bon servomoteur dépend d'une série d'exigences techniques allant des couples et des vitesses aux considérations environnementales. L'achat d'un servomoteur non conforme aux spécifications peut entraîner soit l'immobilisation du système (dans le meilleur des cas), soit la destruction de l'équipement, voire des blessures (dans le pire des cas).
Et bien sûr, il y a l'aspect du coût. L'achat du bon servomoteur (avec peut-être une petite marge supplémentaire en termes de performances) garantira que votre machine fonctionnera de manière optimale, au meilleur prix, tandis que la surenchère de certains éléments non désirés peut faire grimper le prix en flèche.
Si vous suivez notre guide et faites un choix éclairé, votre moteur aura une longue durée de vie, fonctionnera de manière fiable et fera ce qu'il fait le mieux : serrer, tourner des objets et déplacer ses charges de manière très précise.
