Différence entre moteur pas à pas et servomoteur ? (2)

Dans l'article précédent, nous avons parlé de la différence entre le moteur pas à pas et le servomoteur : la conception du moteur et la précision du positionnement.

 

Dans cet article, nous continuerons à explorer les différences entre le moteur pas à pas et le servomoteur sous trois aspects : les performances à grande vitesse, le retour en boucle fermée et l'efficacité.

 

Les servomoteurs fonctionnent à des vitesses plus élevées que les moteurs pas à pas. Cela signifie que le servomoteur produira un couple plus élevé que le moteur pas à pas à une vitesse spécifiée. Les différences de performances en termes de couple proviennent de différences dans le nombre de pôles, ainsi que de différences d'inductance (flux) d'enroulement entre les conceptions de servomoteurs et de moteurs pas à pas.

 

Le nombre de pôles affecte également le nombre de fois que les enroulements du moteur doivent avancer pour un tour. Pour un servomoteur, 12 « Pas » sont nécessaires pour faire un cercle complet ; pour un moteur pas à pas biphasé, 200 « Pas » sont nécessaires. Lors d'un fonctionnement à basse vitesse, il n'y aura pas de différence significative, mais lors d'un fonctionnement à grande vitesse, le variateur ne sera pas en mesure d'alimenter correctement les enroulements et le courant est proportionnel au couple, donc le couple diminuera à haute vitesse.

 

Le nombre élevé de pôles du moteur pas à pas lui permet de produire un couple élevé au démarrage, de fonctionner en douceur à basse vitesse, de répondre rapidement, de se positionner avec précision sans encodeur et de générer facilement un couple de maintien. Cependant, en raison de l'inductance élevée de l'enroulement, du nombre élevé de pôles et de la constante L/R élevée, le couple diminuera en cas de fonctionnement à grande vitesse.

 

Le faible nombre de pôles et la faible inductance d'enroulement du servomoteur ne peuvent pas produire un couple élevé au démarrage, mais il peut mieux maintenir le couple dans la plage de vitesse de fonctionnement autorisée.

 

Les servomoteurs doivent fonctionner avec un contrôle en boucle fermée, tandis que les moteurs pas à pas fonctionnent généralement avec un contrôle en boucle ouverte. Les servomoteurs utilisent le feedback pour contrôler la position, la vitesse et le couple du moteur. Le moteur pas à pas se déplace vers une position spécifiée en recevant des instructions et ne nécessite pas de retour, mais peut perdre le « pas » en raison d'une surcharge.

 

L'ajout d'un retour d'information pour maintenir la synchronisation rend la conception du variateur plus complexe tout en augmentant le nombre de composants. Un système de moteur pas à pas typique comprend un générateur d'impulsions, un séquenceur de phase et un FET ; le système de servomoteur comprend également un compteur de position du rotor, un convertisseur F/V, un amplificateur de courant, un amplificateur de vitesse, un amplificateur de position et un compteur d'écart. Ces composants doivent tous être en place. la boucle PID Pendant le fonctionnement, dans la boucle PID, le pilote calcule en permanence l'erreur et ajuste le gain proportionnel/intégral/différentiel pour effectuer une correction en temps réel, c'est pourquoi les servomoteurs sont plus chers et ont un temps de traitement.

 

En augmentant le retour en boucle fermée, le rapport d'inertie charge/rotor du moteur augmentera également. Un moteur pas à pas peut gérer 10 fois sa propre inertie de rotor ; un servomoteur peut gérer 100 fois sa propre inertie de rotor ; et un moteur pas à pas en boucle fermée peut gérer 30 fois sa propre inertie de rotor.

 

Les moteurs pas à pas fonctionnent sans retour, nécessitent moins de composants pour fonctionner et coûtent donc moins cher. Les servomoteurs nécessitent un retour d'information pour fonctionner dans une boucle PID, ce qui nécessite plus de composants pour fonctionner et coûte donc plus cher.

 

Le moteur pas à pas utilise une technologie d'entraînement de hachoir de courant, qui peut fournir un courant constant quelle que soit la charge. Le courant est proportionnel à la température, de sorte que le cycle de service du moteur pas à pas doit être limité à environ 50 %. Un servomoteur offre un contrôle du courant plus efficace car il consomme uniquement le courant requis. Les moteurs pas à pas nécessitent moins de puissance pour produire un couple de maintien à vitesse nulle. Le servomoteur nécessite plus de puissance pour générer un couple de maintien à vitesse nulle.

 

L'efficacité du contrôle actuel du retour en boucle fermée peut être améliorée, mais cela affectera la température et la durée du moteur. La relation entre l'augmentation de la température et le cycle de service du moteur [%] est relativement mauvaise. Remarquez comment la température augmente avec la charge de fonctionnement. C'est pourquoi les moteurs pas à pas doivent avoir un cycle de service limité. La durée de vie du moteur dépend de la durée de vie de la graisse, et celle des roulements dépend de la température.

 

Un contrôle efficace du courant peut également entraîner d’autres avantages en termes de performances, tels qu’une réduction du bruit et des vibrations. De plus, la taille du moteur doit être choisie correctement. Lorsqu'un moteur pas à pas n'est pas correctement dimensionné, il a tendance à produire plus de vibrations ; lorsqu'un servomoteur n'est pas correctement dimensionné ou réglé, il a tendance à avoir plus d'« oscillations ».

 

Les moteurs pas à pas coûtent moins cher et les servomoteurs ont de meilleures performances. La sélection des produits est un équilibre constant entre coût et performance. Si vous avez le budget, un système de servomoteur peut être une solution fourre-tout qui peut être trop parasitée pour certaines applications, mais qui peut fournir des performances optimales avec quelques ajustements. Pour les applications point à point, les systèmes de moteurs pas à pas peuvent simplifier la conception et constituent un moyen efficace de réduire les coûts.