Introduction
L'automatisation est un domaine principalement axé sur les applications industrielles, dans lequel les servomoteurs jouent un rôle central-en servant généralement de composants d'entraînement dans les systèmes nécessitant un contrôle précis de la vitesse ou de la position. Les concepteurs d'équipements automatisés sont souvent confrontés au défi de sélectionner le moteur approprié ; étant donné la multitude de modèles et de paramètres proposés par les fournisseurs, le processus de sélection peut être déroutant pour les nouveaux arrivants. Cet article partage des informations pratiques tirées de l'expérience professionnelle de l'auteur pour aider les lecteurs à naviguer dans ce processus.
Scénarios d'application
Les moteurs utilisés dans les systèmes de contrôle d'automatisation comprennent les servomoteurs, les moteurs pas à pas et les moteurs à fréquence variable -(entraînés par un inverseur-). Les servomoteurs sont généralement choisis lorsqu'un composant spécifique nécessite un degré de précision relativement élevé en termes de contrôle de vitesse ou de position.
Les systèmes d'entraînement à fréquence variable (VFD) contrôlent la vitesse du moteur en modifiant la fréquence d'entrée. Cette méthode est généralement utilisée uniquement à des fins de régulation de vitesse.
Une comparaison entre les servomoteurs et les moteurs pas à pas révèle les distinctions suivantes :
a) Les servomoteurs utilisent des systèmes de contrôle en boucle fermée-, tandis que les moteurs pas à pas fonctionnent généralement en mode-boucle ouverte.
b) Les servomoteurs utilisent des encodeurs rotatifs pour mesurer la position avec une grande précision, tandis que les moteurs pas à pas s'appuient sur des angles de pas discrets. Dans les offres de produits typiques, la précision de positionnement d'un servomoteur peut être plusieurs fois supérieure à celle d'un moteur pas à pas.
c) Les interfaces de commande pour les deux types de moteurs peuvent être similaires (par exemple, utilisant des signaux d'impulsion et de direction).
Alimentation
Les servomoteurs sont classés en servomoteurs à courant alternatif ou en servomoteurs à courant continu, en fonction de leur source d'alimentation. Le processus de sélection est généralement simple : étant donné que les équipements automatisés standard sont généralement alimentés par une alimentation industrielle de 380 V ou une alimentation secteur de 220 V, il convient de sélectionner un servomoteur directement compatible avec la source d'alimentation disponible pour éviter le besoin de conversion de puissance. Les systèmes mobiles-tels que les plates-formes de navette dans les entrepôts automatisés-utilisent souvent une alimentation CC intégrée et, par conséquent, utilisent généralement des servomoteurs CC.
Freins de maintien
Lors de la conception d'un mécanisme, il est essentiel de déterminer si-et dans quelles circonstances (par exemple, lors d'une panne de courant ou d'un arrêt du système)-la charge peut tourner ou descendre en raison de la gravité. S'il existe un potentiel pour une telle rotation ou un tel mouvement, il convient de sélectionner un servomoteur équipé d'un frein de maintien.
Calculs de dimensionnement
Sur la base des dimensions préalablement déterminées, établissez les exigences en matière de position d'exécution et de vitesse, puis sélectionnez le mécanisme de transmission. À ce stade, vous pouvez sélectionner le système d'asservissement et la boîte de vitesses appropriés.
Les paramètres clés à prendre en compte lors du processus de dimensionnement comprennent :
Puissance et vitesse
Calculez la puissance et la vitesse du moteur requises en fonction du type de mécanisme et des exigences de vitesse de la charge. En règle générale, vous pouvez également sélectionner un rapport de boîte de vitesses adapté aux caractéristiques de vitesse du moteur choisi.
En pratique, pour un mouvement horizontal, le coefficient de frottement et les charges aérodynamiques agissant sur le mécanisme de transmission sont souvent incertains ; par conséquent, la formule P=T * N / 9549 ne peut pas être utilisée pour déterminer le couple requis avec une précision absolue. En réalité, la puissance maximale demandée au servomoteur se produit souvent lors des phases d'accélération et de décélération. L'utilisation de la formule T=F * R=m * a * R permet une estimation raisonnable du couple moteur et du rapport de boîte de vitesses requis, où *m* représente la masse de la charge, *a* représente l'accélération de la charge et *R* représente le rayon de rotation de la charge.
Les considérations supplémentaires incluent :
a) Marge de puissance du moteur.
b) Efficacité du mécanisme de transmission.
c) Si les couples d'entrée et de sortie de la boîte de vitesses répondent aux exigences avec un facteur de sécurité suffisant.
d) Exigences futures potentielles en matière d'augmentation de la vitesse.
Dans certains secteurs traditionnels-tels que la fabrication de grues, où les exigences d'accélération ne sont pas particulièrement strictes-les concepteurs utilisent souvent des formules empiriques à des fins de dimensionnement.
Remarque : Pour les charges impliquant un mouvement vertical, l'accélération due à la gravité doit être incluse dans les calculs.
Correspondance d'inertie
Pour obtenir un contrôle de haute-précision d'une charge, il est essentiel de déterminer si l'inertie du moteur est correctement adaptée à l'inertie du système.
Il n’existe pas d’explication définitive unique disponible en ligne quant à la raison exacte pour laquelle la correspondance d’inertie est nécessaire. Une règle pratique courante consiste à garantir que le rapport entre l'inertie réfléchie du système (au niveau de l'arbre du moteur) et l'inertie propre du moteur ne dépasse pas 10 : 1 (bien que cette limite spécifique puisse varier selon le fabricant -, par exemple, Siemens). Un rapport inférieur entraîne généralement une plus grande stabilité de contrôle, mais nécessite un moteur plus gros, réduisant ainsi la rentabilité-. Pour des méthodologies de calcul détaillées, veuillez consulter les ressources théoriques de niveau universitaire-sur les mécanismes mécaniques.
Exigences de précision
Après avoir pris en compte le rapport de réduction de la boîte de vitesses et le mécanisme de transmission, vérifiez que la précision du contrôle du moteur répond aux exigences spécifiques de la charge. Assurez-vous de prendre en compte le jeu (jeu) dans la boîte de vitesses, ainsi que tout jeu ou jeu présent dans les composants de la transmission.
Compatibilité des commandes
Coordonnez-vous avec l'ingénieur de conception électrique concernant la compatibilité des interfaces de contrôle-en particulier, si la méthode de communication du servocontrôleur correspond à celle de l'automate et du type d'encodeur, et si les données de l'encodeur doivent être exposées.