Résumé des connaissances sur les servomoteurs

Le mot servo vient du grec et signifie esclave. Un servomoteur est un moteur qui obéit strictement aux instructions du signal de commande. Lorsque le signal de commande est envoyé, le rotor se met immédiatement en rotation. Lorsque le signal de commande disparaît, le rotor s'arrête immédiatement.

Un servomoteur est un micromoteur utilisé comme élément d'exécution dans un dispositif de commande automatique. Sa fonction est de convertir des signaux électriques en déplacement angulaire ou en vitesse angulaire de l'arbre rotatif.

Les servomoteurs sont divisés en deux catégories : les servomoteurs à courant alternatif (CA) et les servomoteurs à courant continu (CC).

La structure de base d'un servomoteur à courant alternatif est similaire à celle d'un moteur à induction à courant alternatif. Le stator comporte deux enroulements d'excitation Wf et de commande Wc, déphasés de 90° et alimentés par une tension alternative constante. La commande du moteur est obtenue par variation de la tension alternative ou du déphasage appliqué à Wc. Un servomoteur à courant alternatif se caractérise par un fonctionnement régulier, une excellente contrôlabilité, une réponse rapide, une grande agilité et une faible non-linéarité de ses caractéristiques mécaniques et de réglage (inférieure à 10 % à 15 % et à 15 % à 25 %, respectivement).

La structure de base d'un servomoteur à courant continu est similaire à celle d'un moteur à courant continu. La vitesse du moteur est donnée par n = E/K_1j = (U_a - I_aRa)/K_1j, où E représente la force contre-électromotrice de l'induit, K une constante, j le flux magnétique par pôle, U_a et I_a la tension et le courant d'induit, et Ra la résistance d'induit. On peut contrôler la vitesse du servomoteur en modifiant U_a ou φ, mais généralement, on utilise la tension d'induit. Dans un servomoteur à aimant permanent, l'enroulement d'excitation est remplacé par un aimant permanent, et le flux magnétique φ est constant. Le servomoteur à courant continu présente une bonne linéarité et un temps de réponse rapide.

Avantages et inconvénients du servomoteur à courant continu

Avantages : contrôle précis de la vitesse, caractéristiques couple-vitesse très stables, principe de contrôle simple, facile à utiliser, prix abordable.

Inconvénients : inversion du sens de rotation des brosses, limitation de vitesse, résistance supplémentaire, particules abrasives (ne convient pas aux environnements poussiéreux et explosifs).

Avantages et inconvénients d'un servomoteur à courant alternatif

Points forts : excellente régulation de vitesse, contrôle fluide sur toute la plage de vitesses, quasi-absence d’oscillations, rendement supérieur à 90 %, faible dégagement de chaleur, contrôle de vitesse élevé, précision de positionnement élevée (selon l’encodeur), plage de fonctionnement nominale, couple constant, faible moment d’inertie, faible niveau sonore, absence d’usure des balais, maintenance réduite (en environnement explosif et exempt de poussière).

Inconvénients : la commande est plus complexe, les paramètres du pilote doivent être ajustés sur place pour déterminer les paramètres PID et un câblage plus important est nécessaire.

Le servomoteur à courant continu se divise en moteurs à balais et moteurs sans balais.

Le moteur à balais présente un faible coût, une structure simple, un couple de démarrage élevé, une large plage de vitesses, une commande facile, nécessite un entretien, mais celui-ci est rentable (pour les balais en carbone). Il génère des interférences électromagnétiques et son utilisation est soumise à des exigences environnementales. Il est généralement utilisé dans l'industrie courante et les applications civiles où le coût est un facteur important.

Moteur sans balais : léger, compact, à réponse rapide et à grande puissance, à faible inertie et à haute vitesse, couple régulier et fluide, contrôle complexe et intelligent, inversion de phase électronique flexible (onde carrée ou sinusoïdale), sans entretien, économe en énergie, faible rayonnement électromagnétique, faible élévation de température et longue durée de vie, adapté à divers environnements.

Le servomoteur à courant alternatif est également un moteur sans balais, divisé en moteurs synchrones et asynchrones. La commande de mouvement utilise généralement le moteur synchrone, qui possède une plage de puissance très élevée, une grande inertie et une vitesse maximale faible. La vitesse diminue uniformément avec l'augmentation de la puissance, ce qui le rend adapté aux applications nécessitant un fonctionnement fluide à basse vitesse.

L'intérieur du rotor du servomoteur est constitué d'aimants permanents. La commande d'entraînement électrique triphasée U/V/W forme le champ électromagnétique. Sous l'action du rotor tournant dans ce champ, le moteur envoie simultanément un signal de retour d'information à l'entraînement grâce à un codeur. La valeur de retour est comparée à la valeur cible afin d'ajuster l'angle de rotation du rotor. La précision du servomoteur est déterminée par la précision du codeur (numéro de ligne).

Qu'est-ce qu'un servomoteur ? Combien en existe-t-il de types ? Quelles sont ses caractéristiques d'utilisation ?

Réponse : Le servomoteur électrique, également connu sous le nom de servomoteur électrique, est utilisé comme élément d’exécution dans les systèmes de commande automatiques ; le signal électrique reçu est converti en un déplacement angulaire ou une vitesse angulaire de sortie de l’axe du servomoteur.