Qu'est-ce qu'un servo variateur AC ?

Un Servomoteur AC est un appareil électronique sophistiqué qui sert de contrôleur à un servomoteur à courant alternatif , permettant un contrôle précis de sa position, de sa vitesse et de son couple. Contrairement aux moteurs AC standard, qui sont conçus pour une rotation continue à une vitesse relativement constante, les servomoteurs AC, associés à leurs entraînements, foument un système en boucle fermée capable d'un contrôle de mouvement hautement dynamique et précis. Cela les rend indispensables dans une vaste gamme d’applications modernes d’automatisation et de robotique.

Comment fonctionnent les servomoteurs AC

Le principe fondamental du fonctionnement d'un servo variateur AC réside dans son système de contrôle en boucle fermée, qui surveille en permanence l'état réel du moteur et ajuste sa sortie pour qu'elle corresponde à la commande souhaitée. Voici un aperçu du processus :

1. Réception du signal de commande : Le servomoteur reçoit un signal de commande d'un contrôleur de niveau supérieur (par exemple un API, une CNC ou un contrôleur de mouvement). Ce signal dicte le profil de mouvement souhaité, qu'il s'agisse d'une position cible, d'une vitesse spécifique ou d'un couple requis.

2. Conversion de puissance (AC-DC-AC) :

   • Rectification (AC à DC) : Le courant alternatif entrant (généralement un réseau triphasé ou monophasé) est d'abord redressé en tension continue.

   • Inversion (DC vers AC) : Cette tension continue est ensuite reconvertie en une forme d'onde CA à fréquence et tension variables à l'aide d'un onduleur, utilisant souvent des techniques de modulation de largeur d'impulsion (PWM). Cette sortie CA contrôlée alimente le servomoteur.

3. Contrôle du moteur : Le variateur contrôle méticuleusement la fréquence et la tension de l’alimentation CA fournie au moteur. En ajustant ces paramètres, il régule avec précision la vitesse et le couple du moteur.

4. Mécanisme de rétroaction : Un composant crucial du système en boucle fermée est le dispositif de rétroaction, généralement un encodeur or résolveur , monté sur le servomoteur. Cet appareil fournit des informations en temps réel sur la position réelle du moteur, sa vitesse et parfois même son courant (qui concerne le couple).

5. Calcul et correction des erreurs : Le servo variateur compare en permanence les données de retour (état réel) avec le signal de commande (état souhaité). Tout écart entre les deux est calculé comme une « erreur ». Sur la base de cette erreur, le microprocesseur interne du variateur, utilisant des algorithmes de contrôle sophistiqués (souvent un algorithme de contrôle à trois boucles impliquant des boucles de courant, de vitesse et de position), ajuste la tension et le courant fournis au moteur. Cet ajustement continu minimise l'erreur, garantissant que le moteur suit avec précision le mouvement commandé.

Composants clés d'un système de servomoteur AC

Un AC servo drive system comprises several interconnected components that work in harmony:

• Servomoteur AC (contrôleur/amplificateur) : Le cerveau de l'opération, recevant les commandes, traitant les commentaires et générant les signaux de puissance précis pour le moteur.

• Moteur servo à courant alternatif : Moteur électrique spécialisé, généralement un moteur synchrone à aimant permanent, conçu pour une réactivité élevée, un rapport couple/inertie élevé et un contrôle précis. Il possède un stator avec des bobinages et un rotor avec des aimants permanents.

• Dispositif de rétroaction (encodeur/résolveur) : Fournit des informations en temps réel sur la position et la vitesse de l'arbre du moteur au variateur. Les codeurs génèrent des impulsions numériques représentant la rotation, tandis que les résolveurs fournissent des signaux analogiques.

• Unité d'alimentation : Fournit une source d’alimentation stable au servomoteur.

• Câblage : Connecte le variateur au moteur, au dispositif de rétroaction et à l'alimentation électrique.

• Contrôleur de niveau supérieur : Envoie des signaux de commande au servomoteur, orchestrant la séquence de mouvement globale (par exemple, PLC, CNC).

Avantages des servomoteurs AC

Les servovariateurs AC offrent des avantages significatifs par rapport aux systèmes de commande de moteur traditionnels, ce qui en fait le choix privilégié pour les applications hautes performances :

• Haute précision et précision : Le système de rétroaction en boucle fermée permet un contrôle extrêmement précis du positionnement, de la vitesse et du couple, avec un écart minimal par rapport à la trajectoire souhaitée.

• Performances dynamiques : Ils permettent une accélération et une décélération rapides, des temps de stabilisation rapides et une réponse rapide aux changements de commandes ou de charges.

• Couple élevé à basse vitesse : servomoteur à courant alternatifs can generate substantial torque even at very low speeds, which is crucial for applications requiring precise movements under varying loads.

• Efficacité : Les systèmes d'asservissement AC modernes sont très efficaces, convertissant une grande quantité d'énergie électrique en énergie mécanique, ce qui entraîne une réduction de la consommation d'énergie.

• Flexibilité et programmabilité : Les servomoteurs peuvent être programmés et réglés pour une large gamme de profils de mouvement, leur permettant de s'adapter à diverses tâches et d'optimiser les performances du système.

• Fonctionnement fluide : Les algorithmes de contrôle avancés contribuent à un fonctionnement très fluide et stable du moteur, même lors de mouvements complexes.

Applications des servomoteurs AC

En raison de leur précision, de leurs performances dynamiques et de leur fiabilité, les servovariateurs AC font partie intégrante d'innombrables applications industrielles et commerciales :

• Robotique industrielle : Indispensable pour contrôler les mouvements précis des bras et des articulations robotiques lors des opérations de fabrication, d'assemblage et de prélèvement et de placement.

• Centres d'usinage CNC : Pilotez le mouvement précis des outils de coupe, des broches et des tables de travail dans les machines à commande numérique par ordinateur pour le travail des métaux, le travail du bois et d'autres traitements de matériaux.

• Machines d'emballage : Utilisé dans les lignes d'emballage à grande vitesse et de haute précision pour le remplissage, le scellage, l'étiquetage et le tri.

• Machines textiles : Contrôlez les mouvements précis de divers composants des machines à tisser, à tricoter et à coudre.

• Presses à imprimer : Permettez un repérage précis et une manipulation précise des matériaux dans les applications d’impression à grande vitesse.

• Équipement médical : Trouvé dans les robots chirurgicaux, les systèmes d’imagerie diagnostique et l’automatisation des laboratoires pour leurs mouvements précis et reproductibles.

• Fabrication de semi-conducteurs : Critique pour un positionnement très précis des plaquettes et des composants dans la fabrication de semi-conducteurs.

• Aéronautique : Utilisé dans les systèmes de commandes de vol et autres mécanismes critiques nécessitant un mouvement précis et fiable.

• Manutention des matériaux : Utilisé dans les systèmes de convoyeurs, les véhicules à guidage automatique (AGV) et autres équipements de manutention nécessitant un mouvement contrôlé.

En résumé, Servomoteur ACs sont la pierre angulaire du contrôle de mouvement moderne, offrant aux industries la précision, la vitesse et la polyvalence nécessaires pour réaliser des processus de production hautement automatisés et efficaces. Leur évolution continue promet des capacités encore plus grandes et des applications plus larges dans le futur de l'automatisation.