Les servomoteurs, également appelés systèmes asservis ou actionneurs de précision, sont des appareils électromécaniques fondamentaux pour le contrôle des mouvements dans les processus d’automatisation industrielle. Développés pour réguler avec précision la position, la vitesse et le couple, les servomoteurs offrent des performances stables et des réponses rapides, garantissant que même les opérations exigeant des réglages dynamiques et une précision extrême se déroulent de manière étonnamment efficace.

Dans des environnements industriels de plus en plus exigeants, le servomoteur est un élément clé du contrôle automatisé ; il facilite les opérations sûres, stables et très fiables, même dans des conditions de charge variable et des cycles de production continus.

Qu’est-ce qu’un système de servo-variateur ?

Un système de servo-variateur se compose d’un servo-variateur, d’un servomoteur et d’un codeur. Le servo-variateur contrôle le servomoteur en comparant les valeurs cibles avec les données réelles fournies par le codeur et en ajustant le moteur en conséquence. Le codeur fournit en permanence des données sur la position et la vitesse pour un contrôle précis des mouvements.

Types de servomoteurs

Dans le domaine de la technique d’automatisation industrielle, il est essentiel de comprendre les types de servomoteurs disponibles sur le marché pour concevoir des systèmes de contrôle du mouvement très performants, capables d’offrir précision, stabilité et efficacité opérationnelle. Chaque type de servomoteur possède des caractéristiques spécifiques qui répondent aux différentes exigences des applications, qu’il s’agisse de processus légers et répétitifs ou d’opérations très complexes avec des exigences mécaniques élevées. Le choix approprié d’un actionneur servo influence directement la fiabilité et la productivité de l’ensemble du système.

Servomoteur AC (courant alternatif)

Le servomoteur AC est un moteur synchrone sans balais, à aimantation permanente, conçu pour fonctionner à basse tension. Conçu pour les environnements industriels, il supporte des charges élevées et des cycles de fonctionnement continus tout en offrant un excellent contrôle du couple. Ces moteurs sont couramment utilisés dans les machines CNC, les bras robotiques et les chaînes d’assemblage automatisées, où la performance et la fiabilité sont essentielles, par ex. EMMT-AS.

Servomoteur CC (courant continu)

Le servomoteur CC est un moteur synchrone sans balais, à aimantation permanente, conçu pour fonctionner à très basse tension (24...48 V). En tant que type de moteur CC sans balais (BLDC ou EC), il nécessite un servo-variateur électronique pour gérer la commutation des courants CC. Il offre une réponse rapide avec un bon contrôle de la position et de la vitesse, ce qui le rend idéal pour les applications de faible puissance telles que la robotique légère, les instruments de laboratoire et les systèmes de positionnement simples, par ex. EMMT-EC.

Moteur pas à pas en boucle fermée

Combine la conception d’un moteur pas à pas avec un retour d’information en temps réel, éliminant ainsi les pertes de pas. Idéal pour l’automatisation légère et les systèmes nécessitant de la précision sans le prix élevé d’un servomoteur traditionnel, par ex. EMMT-ST et EMMB-ST.

Servomoteur linéaire

Au lieu d’un mouvement rotatif, ce type génère un mouvement linéaire, et ce de manière extrêmement précise. Il est parfait pour l’équipement de contrôle, les applications médicales et les process industriels nécessitant un déplacement rectiligne contrôlé.

Avantages

Les servomoteurs offrent plusieurs avantages par rapport aux moteurs classiques, ce qui les rend essentiels dans l’automatisation industrielle moderne :

Précision

C’est la capacité des servomoteurs à atteindre une précision extraordinaire dans les mouvements et le positionnement qui les rend uniques. Contrairement aux moteurs classiques, qui fonctionnent à une vitesse constante sans retour de position, les servomoteurs utilisent des codeurs ou des capteurs pour surveiller en permanence la position exacte de l’arbre. Ce retour d’information permet des réglages en temps réel et garantit que le moteur crée des mouvements avec une précision pouvant atteindre des fractions de degré. Cette caractéristique est essentielle dans les applications industrielles où la précision est critique, comme dans les machines CNC, la robotique et l’équipement d’automatisation.

Commande

La commande offerte par les servomoteurs est un autre avantage inégalé par rapport aux moteurs classiques. Ils peuvent contrôler avec précision la vitesse, la position et le couple grâce à leur construction sophistiquée et à l’utilisation d’algorithmes avancés dans le contrôleur. Alors que les moteurs classiques sont limités à des opérations de marche/arrêt ou à un contrôle de vitesse de base, les servomoteurs peuvent être programmés pour effectuer des tâches complexes nécessitant des variations subtiles de vitesse et de positionnement. Ils sont donc idéaux pour les applications qui nécessitent un haut niveau de flexibilité et un contrôle raffiné.

Réponse dynamique

La réponse dynamique des servomoteurs est un autre domaine dans lequel ils surpassent les moteurs classiques. Grâce à leur système de retour d’information en temps réel et à leur capacité à s’adapter instantanément aux commandes, les servomoteurs peuvent réagir rapidement aux changements de charge ou de conditions de fonctionnement. Ils sont donc extrêmement efficaces dans les environnements dynamiques où les conditions de fonctionnement changent rapidement, comme dans les systèmes de manipulation automatisés et les lignes de production adaptatives. Il est essentiel de pouvoir répondre rapidement à des commandes précises et d’ajuster instantanément le fonctionnement pour maintenir l’efficacité et la qualité des process d’automatisation.

Quels sont les composants des servomoteurs ?

Un système de servomoteurs comprend plusieurs composants clés qui fonctionnent ensemble pour assurer une commande précise des mouvements :

Moteur

Le noyau d’un servomoteur est le moteur lui-même, qui peut être à courant continu (CC) ou à courant alternatif (CA), en fonction de l’application spécifique. Les moteurs CC sont couramment utilisés dans les applications nécessitant un contrôle précis de la vitesse et du couple à faible vitesse, tandis que les moteurs CA sont préférés dans les applications à forte puissance et à grande vitesse. Le moteur convertit l’énergie électrique en mouvement mécanique, et sa conception est optimisée pour une réponse rapide et une efficacité dans des cycles de fonctionnement variables.

Codeur

Le codeur, ou capteur de position, est un composant crucial qui différencie les servomoteurs des moteurs classiques. Il mesure la position exacte de l’arbre du moteur en temps réel, fournissant un retour d’information continu au contrôleur. Il existe deux grands types de codeurs : incrémentaux et absolus. Les codeurs incrémentaux fournissent des informations sur le mouvement de l’arbre, tandis que les codeurs absolus indiquent la position exacte de l’arbre à tout moment. Ce retour d’information est essentiel pour un contrôle précis des mouvements, car il permet d’effectuer des réglages en temps réel afin de maintenir le fonctionnement dans les limites des paramètres requis.

Servo-variateur

Le servo-variateur est l’intelligence derrière le servomoteur, interprétant les commandes d’entrée du système de commande (tel qu’un API ou un ordinateur) et ajustant le fonctionnement du moteur sur la base du retour d’information reçu du codeur. Il exécute des algorithmes de contrôle complexes, tels que le PID (Proportionnel, Intégral, Dérivé), pour réguler avec précision la vitesse, la position et le couple du moteur. Le servo-variateur peut également ajuster dynamiquement le fonctionnement du moteur pour gérer les variations de charge et d’autres conditions de fonctionnement, garantissant ainsi des performances optimisées, par ex. CMMT-AS ou CMMT-ST.

Choisir le bon servomoteur pour votre application

Le choix du bon moteur servomoteur pour votre application est essentiel pour garantir le fonctionnement efficace et fiable d’un système. Chaque application a des exigences spécifiques et le moteur doit être choisi en fonction des caractéristiques du mouvement, de la charge et de l’environnement dans lequel il fonctionnera.

Analyser la charge

Comprendre le type de mouvement requis : est-il linéaire ou rotatif ? La charge est-elle lourde ou légère ? Constante ou variable ? Ces réponses sont essentielles pour déterminer la puissance, le couple et la précision nécessaires à l’application.

Évaluer la précision et la vitesse souhaitées

Les applications qui nécessitent des vitesses élevées ou un positionnement très précis peuvent avoir besoin de moteurs dotés de codeurs à haute résolution et de contrôleurs capables d’effectuer des réglages en temps réel. La vitesse et la précision doivent être équilibrées pour répondre aux exigences opérationnelles sans compromettre la stabilité du système.

Vérifier la compatibilité du système

Assurez-vous que le servomoteur est compatible avec votre contrôleur, votre protocole de communication (tel qu’EtherCAT, PROFINET, etc.) et votre alimentation électrique. La compatibilité garantit une intégration plus facile et un fonctionnement stable.

Tenir compte de l’environnement opérationnel

Le moteur doit être adapté aux conditions environnementales dans lesquelles il fonctionnera, telles que l’exposition à la poussière, à l’humidité, aux vibrations ou à des températures extrêmes. Il est essentiel de choisir un modèle doté d’un indice de protection approprié (par ex., l’indice IP) pour éviter les défaillances et prolonger sa durée de vie.

Analyse coûts-bénéfices

Les moteurs plus robustes et plus précis ont souvent un coût initial plus élevé, mais ils peuvent offrir un meilleur retour sur investissement à long terme grâce à l’augmentation de la productivité, aux économies d’énergie et à la réduction des temps d’arrêt. Tenez toujours compte des coûts opérationnels à long terme dans votre évaluation.

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Conclusion

L’automatisation devenant de plus en plus intelligente et adaptative, le servomoteur se distingue comme un catalyseur essentiel de cette évolution. La combinaison de la précision, de la vitesse et de la flexibilité le rend indispensable dans un large éventail d’industries.

Pour les ingénieurs, les intégrateurs de systèmes et les fabricants à la recherche de solutions de contrôle de mouvement plus intelligentes, comprendre le rôle du servomoteur n’est pas seulement utile, c’est essentiel.