UN servomoteur agit comme un actionneur rotatif qui est principalement utilisé pour transformer l'entrée électrique en accélération mécanique. Ce moteur fonctionne sur la base d'un servomécanisme partout où le retour de position est utilisé pour contrôler la vitesse et l'emplacement final du moteur. Les servomoteurs tournent et obtiennent un certain angle en fonction de l'entrée appliquée. Les servomoteurs sont de petite taille mais ils sont très économes en énergie. Ces moteurs sont classés en deux types, comme les servomoteurs à courant alternatif et les servomoteurs à courant continu, mais la principale différence entre ces deux moteurs est la source d'alimentation utilisée. Les performances d'un Servomoteur CC dépend principalement de la tension alors qu'un servomoteur AC dépend à la fois de la tension et de la fréquence. Cet article traite de l'un des types de servomoteurs - un Servomoteur à courant alternatif – travailler avec des applications.
Qu'est-ce qu'un servomoteur AC ?
Un type de servomoteur qui génère une sortie mécanique en utilisant une entrée électrique CA sous la forme de vitesse angulaire précise est appelé servomoteur CA. La puissance de sortie obtenue à partir de ce servomoteur varie principalement de watts à quelques 100 watts. La fréquence de fonctionnement du servomoteur à courant alternatif varie de 50 à 400 Hz. Le schéma du servomoteur AC est illustré ci-dessous.
Les principales caractéristiques des servomoteurs à courant alternatif incluent principalement ; ce sont des appareils moins lourds, offrant stabilité et fiabilité dans le fonctionnement, aucun bruit n'est généré pendant le fonctionnement, offrant des caractéristiques couple-vitesse linéaires et des coûts de maintenance réduits lorsque les bagues collectrices et les brosses ne sont pas présentes.
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Construction de servomoteurs à courant alternatif
Généralement, un servomoteur à courant alternatif est un moteur à induction biphasé. Ce moteur est construit en utilisant un stator et un rotor comme un moteur à induction normal. Généralement, le stator de ce servomoteur a une structure feuilletée. Ce stator comprend deux enroulements placés à 90 degrés l'un de l'autre dans l'espace. Du fait de cette variation de phase, un champ magnétique tournant est généré.
Le premier enroulement est appelé enroulement principal ou également appelé phase fixe ou enroulement de référence. Ici, l'enroulement principal est activé à partir de la source d'alimentation à tension constante tandis que l'autre enroulement comme l'enroulement de commande ou la phase de commande est activé par la tension de commande variable. Cette tension de commande est simplement fournie par un servoamplificateur.
Généralement, le rotor est disponible en deux types de type cage d'écureuil et type de coupelle de traînée. Le rotor utilisé dans ce moteur est un rotor de type cage normal comprenant des barres en aluminium fixées dans des fentes et court-circuitées par des bagues d'extrémité. L'entrefer est maintenu au minimum pour une liaison de flux maximale. L'autre type de rotor comme une coupelle de traînée est principalement utilisé là où l'inertie du système de rotation devient faible. Cela contribue donc à réduire la consommation d'énergie.
Principe de fonctionnement du servomoteur AC
Le principe de fonctionnement du servomoteur à courant alternatif est ; premièrement, une tension alternative constante est fournie à l'enroulement principal du démarreur du servomoteur et une autre borne du stator est simplement connectée au transformateur de commande tout au long de l'enroulement de commande. En raison de la tension de référence appliquée, l'arbre du générateur synchrone tourne à une vitesse spécifique et obtient une certaine position angulaire.
De plus, l'arbre du transformateur de commande a une position angulaire spécifique qui est comparée au point angulaire de l'arbre du générateur synchro. Ainsi, la comparaison des deux positions angulaires fournira le signal d'erreur. Plus particulièrement, les niveaux de tension pour les positions d'arbre équivalentes sont évalués, ce qui produit le signal d'erreur. Ainsi, ce signal d'erreur communique avec le niveau de tension actuel au niveau du transformateur de commande. Après cela, ce signal est transmis au servo-amplificateur afin qu'il génère une tension de commande inégale.
Grâce à cette tension appliquée, le rotor atteint à nouveau une vitesse spécifique, démarre la révolution et se maintient jusqu'à ce que la valeur du signal d'erreur atteigne zéro, atteignant ainsi la position préférée du moteur dans les servomoteurs AC.
Fonction de transfert du servomoteur AC
La fonction de transfert du servomoteur à courant alternatif peut être définie comme le rapport entre la L.T (transformée de Laplace) de la variable de sortie et la L.T (transformée de Laplace) de la variable d'entrée. C'est donc le modèle mathématique qui exprime l'équation différentielle qui indique l'o/p à l'i/p du système.
Si le T.F. (fonction de transfert) de tout système est connue, alors la réponse de sortie peut être calculée pour différents types d'entrées afin de reconnaître la nature du système. De même, si la fonction de transfert (T.F) n'est pas connue, elle peut être trouvée expérimentalement en appliquant simplement des entrées connues à l'appareil et en étudiant la sortie du système.
Le servomoteur AC est un moteur à induction biphasé, ce qui signifie qu'il a deux enroulements comme l'enroulement de commande (enroulement de champ principal) et l'enroulement de référence (enroulement exaltant).
Nous devons donc connaître la fonction de transfert du servomoteur à courant alternatif, c'est-à-dire θ (s) / ec (s). Ici ‘θ(s)/’ est la sortie du système alors que ex(s) est l’entrée du système.
Afin de connaître la fonction de transfert du moteur, nous devons connaître le couple développé par le moteur 'Tm' et le couple développé par la charge 'Tl'. Si nous assimilons la condition d'équilibre comme
Tm = Tl, alors on peut obtenir la fonction de transfert.
Soit, Tm = couple développé par le moteur.
Tl = couple développé par la charge ou couple résistant.
‘θ’ = déplacement angulaire.
'ω' = d θ/dt = vitesse angulaire.
'J' = moment d'inertie de la charge.
'B' est le dashpot de la charge.
Ici, les deux constantes à considérer sont K1 et K2.
« K1 » est la pente de la tension de la phase de commande par rapport aux caractéristiques de couple.
« K2 » est la pente des caractéristiques de couple de vitesse.
Ici, le couple développé par le moteur est simplement noté par
Tm = K1ec- K2 dθ/dt —–(1)
Le couple de charge (TL) peut être modélisé en considérant l'équation d'équilibre de couple.
Couple appliqué = couple opposé dû à J,B
Tl = TJ + TB = J d^2θ/dt^2 + B dθ/dt^2 + B —–(2)
On sait que la condition d'équilibre Tm = Tl.
K1ec- K2 dθ/dt = J d^2θ/dt^2 + B dθ/dt^2 + B
Appliquer l'équation de transformation de Laplace à l'équation ci-dessus
K1Ec(s) – K2 S θ(S) = J S^2θ (S) + B S θ(S)
K1Ec(s) = JS^2θ (S) + BSθ(S)+ K2S θ(S)
K1Ec(s) = θ (S)[J S^2 + BS + K2S]
T.F = θ (S)Ec(s) = K1/ J S^2 + BS + K2S
= K1/ S [B + JS + K2]
= K1/ S [B + K2 + JS]
= K1/ S (B + K2) [1 + (J/ B + K2) *S]
T.F = θ (S)Ec(s) = K1/(B + K2) / S[1 + (J/ B + K2) *S]
T.F = Km / S[1 + (J/ B + K2) *S] => Km / S(1 + STm)] = θ (S)Ec(s)
T.F = Km / S(1 + STm)] = θ (S)Ec(s)
Où, Km = K1/ B + K2 = constante de gain du moteur.
Tm = J/ B + K2 = constante de temps moteur.
Méthodes de contrôle de la vitesse du servomoteur AC
Généralement, servo moteurs ont trois méthodes de contrôle comme le contrôle de position, le contrôle de couple et le contrôle de vitesse.
La méthode de contrôle de position est utilisée pour déterminer la taille de la vitesse de rotation à travers les signaux de fréquence d'entrée externes. L'angle de révolution est déterminé par le no. de légumineuses. La position et la vitesse d'un servomoteur peuvent être directement affectées par communication. Comme la position de la méthode peut avoir un contrôle extrêmement strict sur la position et la vitesse, elle est normalement utilisée dans l'application de positionnement.
Dans la méthode de contrôle de couple, le couple de sortie du servomoteur est défini par une entrée analogique à l'adresse. Il peut changer le couple en changeant simplement l'analogique en temps réel. De plus, il peut également modifier la valeur à l'adresse relative via la communication.
En mode de contrôle de vitesse, la vitesse du moteur peut être contrôlée par une entrée analogique et une impulsion. S'il y a des exigences de précision et que vous ne vous souciez pas d'autant de couple, le mode vitesse est préférable.
Caractéristiques du servomoteur AC
Les caractéristiques de vitesse de couple d'un servomoteur à courant alternatif sont indiquées ci-dessous. Dans les caractéristiques suivantes, le couple évolue avec la vitesse mais pas linéairement car il dépend principalement du rapport de la réactance (X) à la résistance (R). La faible valeur de ce rapport implique que le moteur a une résistance élevée et une faible réactance, dans de tels cas, les caractéristiques du moteur sont plus linéaires que la valeur du rapport élevé pour la réactance (X) à la résistance (R).
Avantages
Les avantages des servomoteurs AC sont les suivants.
- Les caractéristiques de contrôle de vitesse de ce moteur sont bonnes.
- Ils génèrent moins de chaleur.
- Ils offrent un rendement élevé, plus de couple par poids, une fiabilité et un bruit RF réduit.
- Ils nécessitent moins d'entretien.
- Ils ont une espérance de vie plus longue en l'inexistence d'un commutateur.
- Ces moteurs sont capables de gérer des surtensions plus élevées dans les machines industrielles.
- A haut régime, ils offrent un couple plus constant.
- Ceux-ci sont très fiables.
- Ils offrent des performances à grande vitesse.
- Ceux-ci sont bien adaptés aux applications de charge instable.
Les inconvénients des servomoteurs à courant alternatif sont les suivants.
- Le contrôle du servomoteur AC est plus difficile.
- Ces moteurs peuvent être cassés par une surcharge constante.
- Les boîtes de vitesses sont souvent nécessaires pour transmettre la puissance à grande vitesse.
Applications
Les applications des servomoteurs AC sont les suivantes.
- Les servomoteurs à courant alternatif sont applicables là où la régulation de position est importante et se trouve généralement dans les dispositifs à semi-conducteurs, les robots, les avions et les machines-outils.
- Ces moteurs sont utilisés dans les instruments qui fonctionnent sur un servomécanisme comme dans les ordinateurs et les dispositifs de contrôle de position.
- Le servomoteur AC est utilisé dans les machines-outils, les machines robotiques et les systèmes de suivi.
- Ces servomoteurs sont utilisés dans une variété d'industries en raison de leur efficacité et de leur polyvalence.
- Le servomoteur AC est utilisé dans la plupart des machines et appareils courants tels que les chauffe-eau, les fours, les pompes, les véhicules tout-terrain, les équipements de jardin, etc.
- De nombreux appareils et outils utilisés quotidiennement dans la maison sont alimentés par des servomoteurs à courant alternatif.
Ainsi, ceci est un aperçu de l'ac servomoteurs – fonctionnement avec des candidatures. Ces moteurs sont utilisés dans de nombreuses applications comme les instruments qui fonctionnent sur servomécanisme et aussi les machines-outils, les systèmes de suivi et la robotique. Voici une question pour vous, qu'est-ce qu'un moteur à induction?
