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MOTEURS À COURANT CONTINU

Cette gamme, qui consiste dans des moteurs avec et sans fer au niveau du rotor, offre tous les avantages nécessaires pour répondre aux plus hautes exigences de service, comme une faible consommation d'énergie, un haut rendement, des dimensions réduites et une forte accélération.

Tous ces moteurs peuvent être équipés de motoréducteurs haute performance et d'encodeurs. Il est possible d'obtenir des systèmes servo extrêmement précis, associés au contrôle de vitesse automatique.

Les directrices suivantes vous aideront à faire votre choix :

 

Type

Rotor avec fer

  • Une large gamme de variation de vitesse (plus de 1000 avec boucle de commande)
  • Un couple de démarrage élevé, idéal pour le déplacement de grands éléments inertes
  • Un rapport de volume/puissance supérieur par rapport à d'autres technologies
  • Haute performance

Rotor sans fer

Les moteurs à courant continu sans rotor présentent les caractéristiques ci-dessus, mais en plus :

  • Une très haute performance
  • Une haute capacité d'accélération grâce à la faible inertie de son rotor
  • Un couple sans saccades
  • Linéarité dans le rapport tension/vitesse, charge/vitesse et couple/courant
  • Hautement résistant au surmenage
  • Un faible niveau de parasites électriques
  • Une inductance faible

 

Commutation

Balais en graphite et collecteur en cuivre

  • Exigences de service ; par exemple, l'inversion de sens ou les démarrages fréquents

Balai et collecteur faits de métaux précieux

  • Une résistance de commutation faible et constante
  • Une tension de démarrage faible
  • Un faible rayonnement parasite

Un concept de condensateur longue durée (CLL)

  • Réduction des étincelles et augmentation considérable de la durée de vie du système de commutation dans le cas des métaux précieux

 

Vie utile

Dans les moteurs à commutation électromagnétique (balais-collecteur), la vie utile est associée au type d'application, pouvant varier entre 20 000 heures et plusieurs dizaines d'heures dans les cas d'applications extrêmes.

Voici les principaux déterminants :

  • Le courant présent dans le moteur
  • La vitesse de rotation
  • Le cycle de fonctionnement
  • L'influence environnementale

L'échauffement

La température maximale admissible dans le bobinage est limitée et le courant qui le traverse représente le principal facteur d'échauffement. Il est important de limiter le courant moyen.

Caractéristiques

Le graphique suivant montre le comportement d'un moteur à courant continu à aimant permanent :

 

L'intensité (I) dépend seulement du bobinage et elle est proportionnelle à la charge (M).

La vitesse (n) est associée à ces deux facteurs, bien qu'elle peut également varier en fonction de la tension (U).

La vitesse de ralenti est proportionnelle à la tension (IJ).

Dans les limites des caractéristiques maximales d'un moteur, il es possible d'obtenir des points de service infinis.

 

 

MOTEURS SANS BALAIS

La technologie qui se cache derrière un moteur sans balais, outre l'avantages des moteurs à courant continu, implique également les avantages des moteurs à courant alternatif : un couple de démarrage puissant et une longue durée de vie. La commutation des phases du moteur est effectuée par voie électronique. Les composants mécaniques tels que le collecteur et les balais sont remplacés par des composants électroniques.

Le moteur est constitué d'un aimant de 2 ou 4 pôles sur le rotor, plus un autre aimant qui active les capteurs à effet Hall. Le stator est constitué d'un enroulement triphasé ou quadriphasé propulsé par l'électronique de puissance produisant le champ rotatif.

Les capteurs à effet Hall permettent d'alimenter les phases de manière successive, ce qui permet d'obtenir des caractéristiques semblables à un moteur à courant continu.

Cette électronique peut être intégrée au moteur, dans le cas de la faible puissance, ou dans des plateaux externes indépendants.

Les moteurs sans balais sont employés dans des applications nécessitant une longue vie utile, des vitesses élevées et des conditions de service exigeantes.

Les directrices suivantes peuvent vous aider dans votre choix :

Type

Quadriphasé

Adapté aux applications industrielles les plus exigeantes, il peut être facilement intégré à des applications motorisées et à des systèmes servo classiques.

De nombreux accessoires sont disponibles sur demande (motoréducteur, frein, encodeur, boîtier, IP54, etc.).

Triphasé

Il est adapté aux applications exigeant des caractéristiques dynamiques de haut niveau (accélération, couple de démarrage, etc.)

L'utilisation d'aimants de terres rares permet d'obtenir des éléments de petite taille.

Les différents accessoires pouvant être adaptés au moteur permettent d'apporter la solution idéale à n'importe quelle application de systèmes de servo.

Moteurs à commutation électronique intégrée :

Cette gamme de produits compacts est destinée aux applications dont la durée de vie, la facilité d'alimentation et les dimensions réduites sont des critères importants.

 

MOTEURS À COURANT ALTERNATIF

La gamme de moteurs à courant alternatif utilise des technologies synchrones à aimant permanent et des technologies asynchrones monophasées ou triphasées.

Les moteurs synchrones permettent une rotation à une vitesse constante indépendamment des variations de charge et de tension. Il y a plusieurs version pour un réseau monophasé à 12, 24, 48, 100 et 230 V-50 Hz.

Les moteurs asynchrones se distinguent pour avoir une vitesse de rotation associée à la charge appliquée. La vitesse de ralenti est associée à la fréquence d'alimentation électrique.

Les moteurs à courant alternatif sont généralement utilisés dans les systèmes à vitesse et à couple constants, directement connectés à la tension de réseau. Ils présentent une longue vie utile, essentielle dans la plupart des applications.

Les directrices suivantes peuvent vous aider dans votre choix :

Type

Synchrones à aimant permanent :

  • Stator à deux enroulements
  • Rotor à aimant multipolaire avec aimantation radiale
  • Rotation dans les deux sens par déplacement de champ via condensateur auxiliaire

Cage d'écureuil asynchrone :

  • Stator à trois enroulements multiple
  • Rotor à cage d'écureuil
  • Version monophasée / triphasée

 

Vie utile

Liée à l'utilisation et particulièrement limitée par la durée de vie des roulements.

Échauffement

Synchrone :

  • Refroidissement par convection ; le moteur peut être verrouillé sans aucun risque de subir des dommages
  • Isolation classe B

Asynchrone :

  • Refroidissement par ventilateur intégré
  • Isolation classe E

Caractéristiques

Les courbes ci-dessous montrent le comportement des moteurs. Les caractéristiques peuvent varier en fonction du type d'échauffement et de la tension, de la fréquence ou de la précision du condensateur.



 

MOTEURS PAS À PAS

Les moteurs pas à pas sont une interface idéale entre la mécanique et l'électronique de commande dans les applications de positionnement.

En fait, la nature-même des moteurs pas-à-pas se traduit par la transformation d'une impulsion électronique en une augmentation élémentaire constante, dénommée « pas ». Ainsi, un certain nombre d'impulsions équivaudra au même nombre de pas de déplacement. La conception de la technologie pas à pas permet d'obtenir un certain nombre de pas bien défini (24, 48 et 200 pas par tour) et la sélection de plusieurs tailles permet d'obtenir des solutions dans de nombreux champs d'application.

Cette méthode est principalement destinée aux systèmes de positionnement à boucle ouverte, c'est-à-dire sans éléments de rétroaction (encodeurs, capteurs...) et aux applications exigeant un couple de haute tenue et un fonctionnement très fiable.

LeLes directrices suivantes peuvent vous aider dans votre choix :

Type

Moteurs hybrides

  • Stator denté
  • Rotor denté magnétique
  • Nombre habituel de pas par tour : 100 ou 200
  • Opération unipolaire ou bipolaire
  • Haute vitesse, forte accélération
  • Précision d'angle de jusqu'à +/- 3 %
  • Possibilité de commande par pas ou micropas
  • Utilisation du circuit électronique approprié

Moteurs magnétiques permanents

  • Stator denté
  • Rotor magnétique permanent
  • Nombre de pas par tour : 24/48
  • Opération unipolaire ou bipolaire

Actionneurs linéaires

Actionneurs linéaires équipés d'un moteur pas à pas et d'un système vis-écrou mécanique permettant un déplacement linéaire proportionnel aux impulsions fournies par le système électronique.

Vie utile

Liée à l'utilisation et particulièrement limitée par la durée de vie des roulements.

Échauffement

Refroidissement par convection; possibilité d'arrêter le moteur quand il fournit son couple sans risque de dommages.

Isolation

Classe B (IP 54). Possibilité d'une protection IP 55.

Caractéristiques

 



 

La courbe type permet de voir le comportement des moteurs pas-à-pas. Cette caractéristique peut varier en fonction de l'échauffement, de la tension de réseau, du courant dans chaque phase et du mode de fonctionnement (unipolaire ou bipolaire).

 

ÉLECTRONIQUE

Dans la plupart des applications, la fonction motorisée est liée à l'électronique de commande. L'électronique sert d'interface entre les informations externes (capteurs, encodeur) et le système d'entraînement (moteur, motoréducteur) de sorte à assurer le contrôle de l'automatisme et de protéger le moteur. Il est très important de tenir compte les aspects généraux informatiques et les paramètres d'utilisation en vue de choisir une électronique de commande parfaitement adaptée à l'application prévue.

 

ÉLECTRONIQUE DES MOTEURS À COURANT CONTINU

Dans les moteurs à courant continu, la fonction principale de l'électronique est le contrôle de la vitesse ou du couple selon les variations de charge sur l'arbre du moteur.

Pour ce faire, la valeur de consigne (vitesse souhaitée) est comparée en permanence à la vitesse réelle. La différence obtenue est appliquée au moteur via l'étage de puissance.

La valeur de consigne est appliquée au circuit moyennant l'utilisation d'une tension analogique ou d'un potentiomètre.

Il y a plusieurs modes de commande :

  • Par dynamo tachymétrique
  • Par encodeur numérique
  • Compensation sur le mode RxI
  • Contrôle de couple

Chacun de ces différents systèmes de commande présente des avantages (+) et des inconvénients (-).

Leur choix dépendra du type d'application prévue.

Par dynamo tachymétrique

La dynamo tachymétrique (qui fournit une tension proportionnelle à la vitesse) est montée directement sur l'arbre du moteur. Ceci permet de limiter les fréquences de résonnance à des valeurs plus élevées.

 

 


  • (+) C'est une solution classique qui assure un contrôle très précis, en particulier à basse vitesse.
  • (-) La taille de la dynamo tachymétrique.
  • (-) La durée de vie est limitée par la dynamo. Ce système est idéal pour préserver les constantes de temps.

Par encodeur numérique

Un codeur numérique monté sur l'arbre du moteur génère un certain nombre d'impulsions.

L'encodeur fournit généralement deux signaux carrés décalés de 90 degrés, ce qui permet d'identifier le sens de rotation. Le rapport entre le nombre d'impulsions par unité de temps est transformé en tension proportionnelle à la vitesse.



 

 

  • (+) L'encodeur numérique permet également de contrôler le positionnement ou le déplacement angulaire.
  • (+) L'encodeur n'a pas d'usure mécanique.
  • (-) La taille de l'encodeur.
  • (-) Il présente moins de stabilité à basse vitesse par rapport à la dynamo.

Idéal dans les cas où la dynamo n'est pas valable pour des raisons de taille et/ou de vie utile.

 

Compensation sur le mode RxI

Le moteur est alimenté à une tension proportionnelle à la vitesse de référence choisie. À mesure que la charge du moteur augmente, le courant augmente également et la vitesse a tendance à diminuer. Le système de compensation détecte cette variation du courant et agit proportionnellement sur la tension d'alimentation.

Il est important de régler le système en fonction de la résistance interne du moteur. La valeur de cette résistance peut varier en fonction de la température et de la charge appliquée.



 

  • (+) Prix intéressant et volume réduit.
  • (+) Sans accessoires supplémentaires (dynamo ou encodeur).
  • (-) Stabilité de vitesse de +/- 10 %.

Idéal pour les applications simples qui n'exigent pas de grandes constantes de temps.

 

Contrôle de couple


Le moteur reçoit un courant proportionnel à la valeur de consigne. Le couple fourni est donc proportionnel à cette valeur. Le régulateur de courant est souvent utilisé avec une unité de contrôle de position hiérarchiquement supérieure.

 

Types de systèmes électroniques

 

Classés dans deux types en fonction du mode de fonctionnement de l'étage de puissance :

1- Contrôle linéaire

La tension de service est distribuée entre le moteur et l'étage de puissance. Le régulateur fait varier proportionnellement la tension du moteur (Um) de manière linéaire. La tension absorbée par l'étage de puissance (Ut) produit une dissipation de la puissance.


 

  • (+) Étage de puissance plus facile et plus économique
  • (-) Peu performant

 

2- Commande par Modulation à Largeur d'Impulsion (PWM en anglais)

Le contrôleur alimente le moteur avec des impulsions.

La valeur moyenne de la tension appliquée au moteur varie en fonction du rapport de cycle (temps allumé/temps éteint). La dissipation de puissance est très faible.

 

  • (+) Haute performance
  • (-) Étage de puissance plus complexe

 

ÉLECTRONIQUE DES MOTEURS SANS BALAIS

Les systèmes de moteur sans balais ont pour mission principale d'assurer la rotation du moteur. En effet, grâce à la transformation des signaux des capteurs à effet Hall, le système électronique produit une commutation de phase en produisant un mouvement semblable à celui d'un moteur à courant continu.

La deuxième fonction du système électronique est le contrôle de la vitesse du moteur. Le contrôle de vitesse est effectué par l'intermédiaire des capteurs à effet Hall ou à travers un dispositif externe (par exemple, un codeur ou un résolveur). Cette dernière option améliore considérablement la vitesse à bas régime.

Les moteurs sans balais peuvent présenter deux types de systèmes électroniques :

         - Pour moteurs triphasés sans balais.

         - Pour moteurs quadriphasés sans balais.

Les systèmes de contrôle au moyen de capteurs à effet Hall et d'encodeurs/résolveurs peuvent être comparés au système de compensation sur le mode Rxl et par encodeur numérique, dans le cas des moteurs à courant continu.

 

ÉLECTRONIQUE DES MOTEURS À COURANT ALTERNATIF

Ces circuits permettent de faire varier la vitesse des moteurs asynchrones triphasés en faisant varier la fréquence d'alimentation. Afin de préserver un couple constant, le rapport tension/fréquence (U/F) reste constant. La tension de sortie reste stable au-delà de 50 Hz et le couple diminue au fur et à mesure que la vitesse augmente. Pour ne pas diminuer la performance, les moteurs ne doivent pas fonctionner à une fréquence supérieure à 150 Hz.

En cas de connexion d' un moteur autoventilé, il déconseillé d'appliquer du courant continu à une fréquence inférieure à 20 Hz. La rotation du ventilateur à basse vitesse pourrait entraîner une surchauffe du moteur et endommager l'enroulement.

Les convertisseurs de fréquence de découpage produisent des parasites. Afin de protéger les installations fragiles, ils sont conformes aux normes EMC.

 

ÉLECTRONIQUE DES MOTEURS PAS À PAS

Les moteurs pas à pas sont des moteurs à commutation électronique ; ils doivent donc être équipés d'un module d'alimentation approprié. L'ensemble est combiné avec un module intelligent qui génère le positionnement.

Module de puissance :

Le module a pour objet d'amplifier la valeur consigne de façon à appliquer une tension de manière successive aux différentes phases du moteur. La carte est semblable à un générateur de signal carré où la fréquence agit sur la vitesse et la tension agit sur le couple du moteur.

L'électronique des moteurs pas à pas permet également un contrôle sur le mode de micropas. Ce mode permet la création artificielle d'une division du pas de base du moteur (1.8° pour un moteur à 200 pas par tour selon un maximum de 64 micropas). Cette opération permet un positionnement de haute résolution.

 

Module intelligent : Contrôleur

Le module d'intelligence permet de contrôler le bon fonctionnement de l'automatisme quant à la programmation effectuée et aux données fournies par les capteurs. Cette fonction peut provenir d'un contrôleur, d'un PC ou d'un PLC. Il faut savoir qu'un signal généré par programme dépend du cycle de l'automate et de la base de temps des temporisateurs, généralement limitée à 4 kHz.

Ainsi, avec un moteur pas à pas associé à un circuit de puissance et un autre à un tableau de commande de moteur avec des séquences programmables, on peut obtenir un bon positionnement, en toute simplicité et en toute économie.

ACCESSOIRES DE COMMANDE

Générateurs

 

 

Dans les combinaisons moteur/générateur, nous proposons des générateurs à courant continu assurant des tensions très stables, indépendamment des variations de température. La tension continue est proportionnelle à la vitesse. Ce système est donc idéal pour le contrôle et la régulation de vitesse.

Le rotor de la dynamo est monté directement sur l'arbre du moteur, le dotant d'une haute fréquence de résonance. Le couple de frottement est limité au couple du moteur. La dynamo permet de contrôler la vitesse et détecte le sens de rotation.

 

 

Encodeur



Il y a différents types d'encodeurs disponibles pour contrôler la vitesse et la position d'un moteur, permettant de fournir jusqu'à 1000 impulsions par tour, capables de définir le sens de rotation et le passage par zéro.

Les codeurs incrémentaux sont fondés sur la coupure d'un faisceau lumineux. Un émetteur (LED) envoie la lumière à travers les lignes d'un disque optique situé sur l'arbre du moteur.

Le récepteur (phototransistor) transforme les signaux lumineux reçus en impulsions électroniques proportionnelles composées d'éléments électroniques miniaturisés.

Ce signal, dans lequel on peut dénombrer les impulsions, permet un positionnement précis du moteur. Deux canaux (A et B) génèrent deux signaux décalés qui permettent de détecter le sens de rotation. Une impulsion par tour (canal I) sert de référence pour commencer le comptage.

 

MOTORÉDUCTEURS

Les motoréducteurs associés aux moteurs permettent de réduire la vitesse tout en augmentant le couple disponible de manière proportionnelle au rapport de réduction.

Pignons d'engrenage

Technologie :

  • Ensemble de pignons en cascade guidés par des arbres montés entre les circuits ou dans un boîtier

Avantages :

  • Haute performance
  • Large gamme de réduction
  • Compact : peu épais
  • Économique à fabriquer
  • Arbre de sortie décalé et parallèle à l'arbre du moteur

Valable dans le monde entier

Technologie :

  • Couronne dentée sur la périphérie interne du corps du motoréducteur
  • Pignons satellite guidés sur un disque qui déplace l'arbre de sortie ou l'étape suivante

Avantages :

  • Haute performance
  • Grande capacité à fournir le couple d'entraînement
  • Compact : diamètre réduit
  • Permet d'obtenir une haute vitesse d'entrée

Réducteur quart de tour

Technologie :

  • Une chenille montée sur l'arbre du moteur assure l'entraînement avec l'entrée du réducteur
  • Une couronne dentée à la sortie du motoréducteur

 

Avantages :

  • Couple haute irréversibilité
  • Arbre de sortie à 90 degrés
  • Fonctionnement silencieux
  • Permet d'obtenir une haute vitesse d'entrée
  • Contrecoup à faible torsion
  • Possibilité d'arbre creux