Comment choisir un moteur d'automatisation industrielle ?

Il existe quatre types de charges de moteur d'automatisation industrielle :

1. Puissance réglable et couple constant : Les applications à puissance variable et couple constant incluent les convoyeurs, les grues et les pompes à engrenages. Dans ces applications, le couple est constant car la charge est constante. La puissance requise peut varier selon l'application, ce qui fait des moteurs à courant alternatif et à courant continu à vitesse constante un choix judicieux.

2. Couple variable et puissance constante : Le rembobinage du papier est un exemple d'application à couple variable et puissance constante. La vitesse du matériau reste constante, ce qui signifie que la puissance ne varie pas. Cependant, lorsque le diamètre du rouleau augmente, la charge varie. Dans les petits systèmes, cette application est intéressante pour les moteurs à courant continu ou les servomoteurs. La puissance régénérative est également un facteur important et doit être prise en compte lors du dimensionnement d'un moteur industriel ou du choix d'une méthode de contrôle de l'énergie. Les moteurs à courant alternatif avec codeurs, régulation en boucle fermée et entraînements à quadrant complet peuvent être avantageux pour les systèmes plus importants.

3. Puissance et couple réglables : les ventilateurs, les pompes centrifuges et les agitateurs nécessitent une puissance et un couple variables. À mesure que la vitesse d'un moteur industriel augmente, la puissance de sortie de la charge augmente également avec la puissance et le couple requis. C'est avec ces types de charges que commence la discussion sur l'efficacité des moteurs, les onduleurs chargeant les moteurs à courant alternatif utilisant des variateurs de vitesse (VSD).

4. Contrôle de position ou de couple : Applications telles que les entraînements linéaires, qui nécessitent un mouvement précis vers plusieurs positions, un contrôle précis de la position ou du couple et souvent un retour d'information pour vérifier la position correcte du moteur. Les servomoteurs ou les moteurs pas à pas sont les meilleurs choix pour ces applications, mais les moteurs à courant continu avec retour d'information ou les moteurs à courant alternatif avec variateur et codeurs sont couramment utilisés dans les lignes de production d'acier ou de papier et applications similaires.

Différents types de moteurs industriels

Bien qu'il existe plus de 36 types de moteurs CA/CC utilisés dans les applications industrielles, leur nombre est souvent similaire, et le marché a cherché à simplifier le choix des moteurs. Cela restreint le choix pratique de moteurs dans la plupart des applications. Les six types de moteurs les plus courants, adaptés à la grande majorité des applications, sont les moteurs CC sans balais et à balais, les moteurs CA à cage d'écureuil et à rotor bobiné, les servomoteurs et les moteurs pas à pas. Ces types de moteurs conviennent à la grande majorité des applications, tandis que d'autres sont réservés à des applications spécifiques.

Trois principaux types d'applications de moteurs industriels

Les trois principales applications des moteurs industriels sont la vitesse constante, la vitesse variable et le contrôle de position (ou de couple). Chaque situation d'automatisation industrielle nécessite des applications et des problèmes spécifiques, ainsi que leurs propres problématiques. Par exemple, si la vitesse maximale est inférieure à la vitesse de référence du moteur, un réducteur est nécessaire. Cela permet également à un moteur plus petit de fonctionner à une vitesse plus efficace. Bien qu'il existe une multitude d'informations en ligne sur la façon de déterminer la taille d'un moteur, de nombreux facteurs doivent être pris en compte, car les détails à prendre en compte sont nombreux. Le calcul de l'inertie de la charge, du couple et de la vitesse nécessite de comprendre des paramètres tels que la masse totale et la taille (rayon) de la charge, ainsi que le frottement, les pertes du réducteur et le cycle machine. Les variations de charge, la vitesse d'accélération ou de décélération et le cycle de service de l'application doivent également être pris en compte, sous peine de surchauffe des moteurs industriels. Les moteurs à induction CA sont un choix populaire pour les applications industrielles de mouvement rotatif. Après avoir sélectionné le type et la taille du moteur, les utilisateurs doivent également tenir compte des facteurs environnementaux et du type de carter, comme les applications de lavage à cadre ouvert et à carter en acier inoxydable.

Comment choisir un moteur industriel

Trois problèmes principaux dans la sélection des moteurs industriels

1. Applications à vitesse constante ?

Dans les applications à vitesse constante, le moteur tourne généralement à une vitesse similaire, sans tenir compte, voire sans tenir compte, des rampes d'accélération et de décélération. Ce type d'application utilise généralement des commandes marche/arrêt complètes. Le circuit de commande se compose généralement d'un fusible de dérivation avec contacteur, d'un démarreur de moteur industriel à surcharge et d'un contrôleur de moteur manuel ou d'un démarreur progressif. Les moteurs CA et CC conviennent tous deux aux applications à vitesse constante. Les moteurs CC offrent un couple maximal à vitesse nulle et disposent d'une large base de montage. Les moteurs CA constituent également un bon choix car ils présentent un facteur de puissance élevé et nécessitent peu d'entretien. En revanche, les performances élevées d'un servomoteur ou d'un moteur pas à pas seraient considérées comme excessives pour une application simple.

2. Application à vitesse variable ?

Les applications à vitesse variable nécessitent généralement une vitesse et des variations de vitesse compactes, ainsi que des rampes d'accélération et de décélération définies. En pratique, la réduction de la vitesse des moteurs industriels, tels que les ventilateurs et les pompes centrifuges, vise généralement à améliorer le rendement en adaptant la consommation électrique à la charge, plutôt qu'en les faisant fonctionner à plein régime et en les limitant ou en les réduisant. Ces aspects sont essentiels pour les applications de transport telles que les lignes d'embouteillage. L'association de moteurs à courant alternatif et de variateurs de fréquence est largement utilisée pour accroître le rendement et fonctionne bien dans diverses applications à vitesse variable. Les moteurs à courant alternatif et à courant continu, avec des variateurs adaptés, fonctionnent bien dans les applications à vitesse variable. Les moteurs à courant continu et leurs configurations de variateur ont longtemps été le seul choix pour les moteurs à vitesse variable, et leurs composants ont été développés et éprouvés. Aujourd'hui encore, les moteurs à courant continu sont populaires pour les applications à vitesse variable et à faible puissance, et utiles pour les applications à faible vitesse, car ils peuvent fournir un couple maximal à basse vitesse et un couple constant à différentes vitesses de moteur industriel. Cependant, la maintenance des moteurs à courant continu est un problème à prendre en compte, car nombre d'entre eux nécessitent une commutation par balais et s'usent au contact des pièces mobiles. Les moteurs CC sans balais éliminent ce problème, mais leur coût initial est plus élevé et la gamme de moteurs industriels disponibles est plus restreinte. L'usure des balais n'est pas un problème avec les moteurs à induction CA, tandis que les variateurs de fréquence (VFDS) constituent une option utile pour les applications de plus de 1 CV, comme les ventilateurs et les pompes, et peuvent accroître leur rendement. Le choix d'un type de variateur pour un moteur industriel peut améliorer la connaissance de la position. Un codeur peut être ajouté au moteur si l'application le nécessite, et un variateur peut être spécifié pour utiliser le retour codeur. Cette configuration permet ainsi d'atteindre des vitesses comparables à celles d'un servomoteur.

3. Avez-vous besoin d'un contrôle de position ?

Un contrôle de position précis est obtenu en vérifiant constamment la position du moteur pendant son déplacement. Des applications telles que les entraînements linéaires de positionnement peuvent utiliser des moteurs pas à pas avec ou sans rétroaction, ou des servomoteurs avec rétroaction intégrée. Le moteur pas à pas se déplace avec précision jusqu'à une position à vitesse modérée, puis la maintient. Un système pas à pas en boucle ouverte offre un contrôle de position puissant s'il est correctement dimensionné. En l'absence de rétroaction, le moteur pas à pas effectue le nombre exact de pas, sauf interruption de charge dépassant ses capacités. Avec l'augmentation de la vitesse et de la dynamique de l'application, le contrôle pas à pas en boucle ouverte peut ne pas répondre aux exigences du système, ce qui nécessite une mise à niveau vers un système pas à pas ou un servomoteur avec rétroaction. Un système en boucle fermée fournit des profils de mouvement précis à grande vitesse et un contrôle de position précis. Les servomoteurs fournissent des couples plus élevés que les moteurs pas à pas à grande vitesse et fonctionnent mieux sous des charges dynamiques élevées ou dans des applications de mouvement complexes. Pour un mouvement haute performance avec un faible dépassement de position, l'inertie de la charge réfléchie doit correspondre autant que possible à l'inertie du servomoteur. Dans certaines applications, un rapport de désadaptation allant jusqu'à 10:1 est suffisant, mais un rapport de désadaptation de 1:1 est optimal. La réduction de vitesse est une bonne solution pour résoudre le problème de désadaptation d'inertie, car l'inertie de la charge réfléchie diminue du carré du rapport de transmission, mais l'inertie de la boîte de vitesses doit être prise en compte dans le calcul.