Utilisation des servo-variateurs dans l'automatisation des équipements
Le progrès technologique et la concurrence entraînent une croissance continue de la productivité et une augmentation du degré d'automatisation des équipements technologiques. Dans le même temps, les exigences relatives aux entraînements électriques réglables augmentent en termes de paramètres tels que la plage de contrôle de la vitesse, la précision de positionnement et la capacité de surcharge.
Afin de répondre aux exigences, des dispositifs de haute technologie d'entraînement électrique moderne - servomoteurs - ont été développés. Ce sont des systèmes d'entraînement qui, dans une large gamme de contrôle de vitesse, garantissent des processus de mouvement très précis et réalisent leur bonne répétabilité. Les servomoteurs sont l'étape la plus avancée des entraînements électriques.
CC à CA
Pendant longtemps, les moteurs à courant continu ont été principalement utilisés dans des entraînements contrôlés. Ceci est dû à la simplicité d'application de la loi de commande en tension d'induit.Des amplificateurs magnétiques, des régulateurs à thyristors et à transistors ont été utilisés comme dispositifs de commande et des génératrices tachymétriques analogiques ont été utilisées comme système de retour de vitesse.
L'entraînement électrique à thyristor est un convertisseur à thyristor contrôlé qui fournit de l'énergie moteur permanent… Le circuit de puissance de l'entraînement électrique se compose de : un transformateur d'adaptation TV ; redresseur commandé assemblé à partir de 12 thyristors (V01 … V12) connectés dans un circuit parallèle demi-onde à six phases ; limiteurs de courant L1 et L2 et moteur à courant continu M à excitation indépendante. Transformateur triphasé Le téléviseur est équipé de deux bobines d'alimentation et d'une bobine blindée pour alimenter les circuits de commande. L'enroulement primaire est connecté en triangle, l'enroulement secondaire en étoile à six phases avec une borne neutre.
Les inconvénients d'un tel variateur sont la complexité du système de commande, la présence de collecteurs de courant à balais, qui réduisent la fiabilité des moteurs, ainsi que le coût élevé.
Les progrès de l'électronique et l'émergence de nouveaux matériaux électriques ont changé la donne dans le domaine de la servotechnologie. Les progrès récents permettent de compenser la complexité de la commande des variateurs de fréquence avec des microcontrôleurs modernes et des transistors de puissance haute vitesse et haute tension. Aimants permanents, en alliages néodyme-fer-bore et samarium-cobalt, en raison de leur haute intensité énergétique, ont considérablement amélioré les caractéristiques des moteurs synchrones à aimants sur le rotor, tout en réduisant leur poids et leurs dimensions. En conséquence, les caractéristiques dynamiques de l'entraînement se sont améliorées et ses dimensions ont été réduites.La tendance vers les moteurs à courant alternatif asynchrones et synchrones est particulièrement visible dans les systèmes d'asservissement, qui étaient traditionnellement basés sur des entraînements électriques à courant continu.
Servo asynchrone
Le moteur électrique asynchrone est le plus populaire de l'industrie en raison de sa conception simple et fiable à faible coût. Cependant, ce type de moteur est un objet de contrôle complexe en termes de contrôle de couple et de vitesse.L'utilisation de microcontrôleurs performants qui implémentent l'algorithme de contrôle vectoriel et de capteurs de vitesse numériques à haute résolution permettent d'obtenir la plage de contrôle de vitesse et les caractéristiques de précision. d'un entraînement électrique asynchrone, pas pire que celui d'un servo-entraînement synchrone.
Les entraînements à induction CA à fréquence contrôlée modifient la vitesse de l'arbre du moteur à induction à cage d'écureuil à l'aide de convertisseurs de fréquence à transistor ou à thyristor qui convertissent une tension monophasée ou triphasée avec une fréquence de 50 Hz en une tension triphasée avec une fréquence variable dans la plage de 0,2 à 400 Hz.
Aujourd'hui convertisseurs de fréquence est un appareil de petite taille (beaucoup plus petit qu'un moteur électrique asynchrone de puissance similaire) sur une base de semi-conducteur moderne, contrôlé par un microprocesseur intégré. Entraînement électrique asynchrone variable vous permet de résoudre divers problèmes d'automatisation de la production et d'économie d'énergie, en particulier la régulation en continu de la vitesse de rotation ou de la vitesse d'alimentation des machines technologiques.
En termes de coût, le servo variateur asynchrone a une supériorité incontestée aux fortes puissances.
Servo synchrone
Les servomoteurs synchrones sont des moteurs synchrones triphasés avec une excitation à aimant permanent et un capteur photoélectrique de position du rotor. Ils utilisent une cage d'écureuil ou des rotors à aimants permanents. Leur principal avantage est le faible moment d'inertie du rotor par rapport au couple développé. Ces moteurs fonctionnent en association avec un servo-amplificateur comprenant un redresseur à diodes, une batterie de condensateurs et un onduleur à base d'interrupteurs à transistors de puissance. Pour lisser l'ondulation de la tension redressée, le servo-amplificateur est équipé d'un bloc de condensateurs et pour convertir l'énergie accumulée dans les condensateurs au moment du freinage - avec un transistor de décharge et une résistance de ballast, qui fournit un freinage dynamique efficace.
Les servomoteurs synchrones à fréquence variable réagissent rapidement, fonctionnent bien avec les systèmes de contrôle programmés par impulsions et peuvent être utilisés dans une variété d'industries où les qualités d'entraînement suivantes sont requises :
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positionnement des organes de travail avec une grande précision ;
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maintenir le couple avec une grande précision ;
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maintenir la vitesse de déplacement ou l'alimentation avec une grande précision.
Les principaux fabricants de servomoteurs synchrones et de variateurs basés sur ceux-ci sont Mitsubishi Electric (Japon) et Sew-Evrodrive (Allemagne).
Mitsubishi Electric fabrique une gamme de servocommandes basse puissance -Melservo-C en cinq tailles avec une puissance nominale de 30 à 750 W, une vitesse nominale de 3000 tr/min et un couple nominal de 0,095 à 2,4 Nm.
L'entreprise fabrique également des servo-entraînements à fréquence gamma de moyenne puissance avec une puissance nominale de 0,5 à 7,0 kW, une vitesse nominale à partir de 2000 tr/min et un couple nominal de 2,4 à 33,4 Nm.
Les servocommandes de la série MR-C de Mitsubishi remplacent avec succès les moteurs pas à pas car leurs systèmes de contrôle sont entièrement compatibles (entrée d'impulsions), mais en même temps, ils sont exempts des inconvénients inhérents aux moteurs pas à pas.
Les servomoteurs MR-J2 (S) se distinguent des autres par le microcontrôleur intégré à mémoire étendue, qui contient jusqu'à 12 programmes de contrôle. Un tel servo variateur fonctionne sans perte de précision sur toute la plage des vitesses de fonctionnement. L'un des avantages non négligeables de l'appareil est sa capacité à compenser les "erreurs accumulées". Le servo amplificateur remet simplement le servo moteur "à zéro" après un certain nombre de cycles de service ou sur un signal d'un capteur.
Sew-Evrodrive fournit à la fois des composants individuels et des servomoteurs complets avec une gamme complète d'accessoires. Les principaux domaines d'application de ces dispositifs sont les actionneurs et les systèmes de positionnement à grande vitesse pour les machines-outils programmées.
Voici les principales caractéristiques des servomoteurs synchrones Sew-Evrodrive :
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couple de démarrage — de 1 à 68 Nm, et en présence d'un ventilateur pour le refroidissement forcé — jusqu'à 95 Nm ;
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capacité de surcharge - le rapport du couple maximal au couple de démarrage - jusqu'à 3,6 fois;
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haut degré de protection (IP65);
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les thermistances intégrées dans l'enroulement du stator contrôlent l'échauffement du moteur et excluent ses dommages en cas de surcharge de tout type ;
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capteur photoélectrique pulsé 1024 impulsions/tr. offre une plage de contrôle de vitesse allant jusqu'à 1:5000
Tirons les conclusions :
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dans le domaine des servocommandes réglables, on a tendance à remplacer les commandes électriques à courant continu par des systèmes de commande analogiques par des commandes électriques à courant alternatif par des systèmes de commande numériques ;
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les entraînements électriques asynchrones réglables basés sur des convertisseurs de fréquence modernes de petite taille permettent de résoudre divers problèmes d'automatisation de la production et d'économie d'énergie avec un degré élevé de fiabilité et d'efficacité. Il est recommandé d'utiliser ces entraînements pour un réglage en douceur de la vitesse d'alimentation dans les machines à bois et les machines ;
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les servocommandes asynchrones présentent des avantages incontestables par rapport aux synchrones à des puissances élevées et des couples supérieurs à 29-30 N / m (par exemple, entraînement en rotation de la broche dans les machines à éplucher);
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si une vitesse élevée est requise (la durée du cycle automatique ne dépasse pas quelques secondes) et que la valeur des couples développés est jusqu'à 15-20 N / m, des servo-entraînements réglables basés sur des moteurs synchrones avec différents types de capteurs doivent , qui permettent de régler la vitesse de rotation jusqu'à 6000 tr/min sans réduire le moment ;
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Les servomoteurs à fréquence variable basés sur des moteurs synchrones à courant alternatif permettent la création de systèmes de positionnement rapides sans l'utilisation de CNC.
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