Passage aux entraînements DC : alternative fiable aux servos AC pour contrôle mouvement industriel

Les systèmes servo à courant alternatif (AC) ne sont plus la seule option fiable pour le contrôle de mouvement industriel, avec les avancées dans les moteurs et entraînements pas-à-pas et servo à courant continu (DC) fournissant des alternatives robustes. Bien que de nombreux entraînements DC basse tension traditionnels ne puissent pas gérer la rigueur des environnements d'usine hostiles, les entraînements haute performance modernes changent cette situation pour le mieux.

Différences entre pas-à-pas et servos

Avant de comparer systèmes AC et DC, il y a plusieurs différences importantes entre pas-à-pas et servos. L'écart d'application se referme rapidement entre moteurs et entraînements pas-à-pas et servos, car les avancées en précision d'entraînement pas-à-pas augmentent grandement leur utilisabilité. Cependant, des différences de performance clés entre les deux excluent encore l'utilisation de pas-à-pas dans les applications les plus exigeantes.

Notamment, les pas-à-pas fournissent un couple élevé à basse vitesse mais celui-ci diminue substantiellement quand la vitesse augmente. Les servos, d'autre part, maintiennent un couple constant sur tout le spectre de vitesse moteur, les rendant excellents pour exécuter des fonctions de sécurité comme couple limité de sécurité (SLT) et vitesse (SLS) avec freinage actif.

Les pas-à-pas fournissent les moyens pour l'arrêt de couple sécurisé (STO) et peuvent typiquement fonctionner en boucle ouverte, signifiant qu'aucun encodeur ou résolveur n'est requis. Les servos délivrent plus de vitesse, accélération, et précision que les pas-à-pas mais coûtent plus cher et nécessitent un encodeur pour le retour de positionnement précis.

Pas-à-pas modernes : 50-100 pôles par tour, quasi-continus

Bien que techniquement discrets en raison de leurs mouvements incrémentaux avec chaque impulsion constante, les 50 à 100 pôles par tour des pas-à-pas modernes approchent la performance de positionnement et vitesse analogique continue. Cela rend les pas-à-pas une alternative viable aux servos dans de nombreuses applications.

Applications où l'AC est indisponible ou inacceptable

Bien que les entraînements servo et à fréquence variable AC moyenne à haute tension satisfont de nombreux besoins sur un plancher d'usine typique, l'alimentation AC est parfois indisponible ou inacceptable pour certaines applications. Notamment, cela inclut les applications à batterie et à contact humain, comme l'imagerie par résonance magnétique (Figure 1), utilisant des robots ou cobots.

De plus, les entraînements DC basse tension modernes (Figure 2) peuvent améliorer d'autres applications car ils sont plus compacts et efficaces que les systèmes AC traditionnels, fournissent une accélération et décélération moteur rapide, et sont typiquement moins compliqués à configurer. Contrairement aux entraînements grand public, ils sont durcis industriellement pour résister aux températures extrêmes, vibrations, et bruit électrique.

Fonctionnalités de sécurité : STO, SLT, SLS

Quand utilisés dans les systèmes de sécurité, les ingénieurs peuvent profiter de la fonctionnalité STO câblée en dur des entraînements pas-à-pas basse tension pour couper directement l'énergie produisant couple ou force d'être fournie au moteur. Les entraînements servo DC sont prêts pour la sécurité avec SLT et SLS configurables. Ces entraînements fournissent une interface de collecte de données moteur, permettant aux contrôleurs compatibles de traiter et agir sur l'état moteur comme configuré dans l'environnement de programmation. Un automate communiquant avec l'entraînement contrôle le mouvement moteur via des objets technologiques logiciels embarqués pour une intégration transparente avec le reste du système d'automatisation (Figure 3).

Maintenance réduite, longévité accrue

Les entraînements et moteurs pas-à-pas DC contiennent relativement peu de composants, tandis que les moteurs servo DC à commutation électronique possèdent l'avantage de pas de pièces d'usure comme ventilateurs ou balais. Ces attributs aident les deux types de systèmes pas-à-pas et servo DC à tenir sur de longues périodes avec une maintenance minimale. Les deux types d'entraînements sont bien adaptés pour une large gamme d'applications vitesse variable, positionnement, axe synchrone, et engrenage.

Dans de nombreux cas, ingénieurs et designers regardent d'abord vers les entraînements AC traditionnels pour applications industrielles. Mais les entraînements pas-à-pas et servo DC extra-basse tension industriels fournissent un contrôle moteur fiable et hautement configurable et, quand correctement sélectionnés, ils répondent aux besoins des applications industrielles.

Cet article a été écrit par Kevin Wu, responsable marketing produit contrôleur de mouvement SIMATIC pour Siemens Industry, Norcross, GA. Pour plus d'information, visitez ici.