Les fournisseurs de systèmes de freinage à économie d'énergie par servocommande rappellent que les servovariateurs servent à piloter les servomoteurs, qu'il s'agisse de moteurs pas à pas ou de moteurs asynchrones à courant alternatif. Ils sont principalement utilisés pour un positionnement rapide et précis, et sont couramment employés dans les situations exigeant une grande précision lors des opérations de démarrage et d'arrêt.
Un convertisseur de fréquence est conçu pour convertir le courant alternatif en un courant adapté à la régulation de la vitesse d'un moteur, afin de l'entraîner. De nos jours, certains convertisseurs de fréquence permettent également la commande de servomoteurs, mais il s'agit de deux choses différentes ! Quelle est la différence entre un servomoteur et un convertisseur de fréquence ? Consultez l'explication fournie par l'éditeur.
Deux définitions
Un convertisseur de fréquence est un dispositif de contrôle de l'énergie électrique qui utilise la fonction marche/arrêt des semi-conducteurs de puissance pour convertir le courant d'alimentation à fréquence industrielle en un autre courant. Il permet notamment le démarrage progressif, la régulation de vitesse à fréquence variable, l'amélioration de la précision de fonctionnement et la modification du facteur de puissance des moteurs asynchrones à courant alternatif.
Le convertisseur de fréquence peut entraîner des moteurs à fréquence variable et des moteurs à courant alternatif ordinaires, servant principalement de régulateur de vitesse du moteur.
Un convertisseur de fréquence se compose généralement de quatre parties : un redresseur, un condensateur haute capacité, un onduleur et un contrôleur.
Un système d'asservissement est un système de commande automatique qui permet aux variables de sortie contrôlées, telles que la position, l'orientation et l'état d'un objet, de suivre les variations de la consigne d'entrée (ou valeur donnée). Sa fonction principale est d'amplifier, de transformer et de réguler la puissance en fonction des exigences de la commande, ce qui rend le contrôle du couple, de la vitesse et de la position de la sortie du dispositif d'entraînement très flexible et aisé.
Un système d'asservissement est un système de commande à rétroaction utilisé pour suivre ou reproduire fidèlement un processus. On l'appelle aussi système de suivi. Dans de nombreux cas, un système d'asservissement désigne spécifiquement un système de commande à rétroaction dont la variable contrôlée (sortie du système) est un déplacement mécanique, une vitesse de déplacement ou une accélération. Sa fonction est de garantir que le déplacement mécanique (ou l'angle de rotation) de sortie corresponde précisément au déplacement (ou à l'angle de rotation) d'entrée. La structure des systèmes d'asservissement ne diffère pas fondamentalement de celle des autres types de systèmes de commande à rétroaction.
Les systèmes d'asservissement se divisent en systèmes électromécaniques, hydrauliques et pneumatiques selon le type de composants utilisés. Un système d'asservissement de base comprend des servomoteurs (moteurs, vérins hydrauliques), des composants de retour d'information et des variateurs. Pour un fonctionnement optimal, un automate programmable (PLC) et des cartes de commande de mouvement spécialisées (ordinateurs industriels avec cartes PCI) sont également nécessaires pour transmettre les instructions aux servomoteurs.
Principe de fonctionnement des deux
Le principe de régulation de vitesse d'un convertisseur de fréquence est principalement limité par quatre facteurs : la vitesse initiale (n) du moteur asynchrone, sa fréquence (f), son coefficient de glissement (s) et son nombre de pôles (p). La vitesse initiale est proportionnelle à la fréquence (f), et toute modification de cette dernière permet de modifier la vitesse du moteur. Lorsque la fréquence (f) varie entre 0 et 50 Hz, la plage de réglage de la vitesse du moteur est très étendue. La régulation de vitesse à fréquence variable est obtenue en modifiant la fréquence d'alimentation du moteur. La méthode principale utilisée est la conversion AC-DC-AC : l'alimentation alternative (AC) à fréquence industrielle est d'abord convertie en courant continu (DC) par un redresseur, puis ce courant continu est reconverti en courant alternatif (AC) à fréquence et tension contrôlables pour alimenter le moteur. Le circuit d'un convertisseur de fréquence se compose généralement de quatre parties : le redressement, le bus DC intermédiaire, l'onduleur et la commande. La partie redressement est un redresseur triphasé non commandé, la partie onduleur est un onduleur triphasé à pont IGBT, et la sortie est un signal PWM. La liaison CC intermédiaire comprend le filtrage, le stockage d'énergie CC et la mise en tampon de la puissance réactive.
Le principe de fonctionnement d'un servomoteur repose sur la commande en boucle ouverte d'un moteur AC/DC. Les signaux de vitesse et de position sont renvoyés au contrôleur via des codeurs rotatifs, des transformateurs rotatifs, etc., pour une régulation PID en boucle fermée. Grâce à la boucle de courant intégrée au contrôleur, la précision et le temps de réponse du moteur par rapport à la consigne sont considérablement améliorés par ces trois ajustements en boucle fermée. Le servomoteur est un système suiveur dynamique, et l'équilibre en régime permanent atteint est également un équilibre dynamique.
La différence entre les deux
La technologie des servomoteurs à courant alternatif (CA) repose sur la technologie de conversion de fréquence. Basée sur la commande des moteurs à courant continu (CC), elle imite leur méthode de contrôle par modulation de largeur d'impulsion (PWM). Autrement dit, les servomoteurs CA nécessitent une conversion de fréquence : le courant alternatif de 50 ou 60 Hz est d'abord redressé en courant continu, puis converti en un signal à fréquence variable, similaire à une impulsion sinusoïdale ou cosinusoïdale, grâce à divers transistors à grille variable (IGBT, IGCT, etc.) par ajustement de la fréquence porteuse et de la modulation PWM. Cette fréquence ajustable permet de moduler la vitesse des moteurs CA (n = 60f/p, où n représente la vitesse, f la fréquence et p le nombre de paires de pôles).
1. Différentes capacités de surcharge
Les servomoteurs ont généralement une capacité de surcharge de 3 fois, qui peut être utilisée pour surmonter le moment d'inertie des charges inertielles au moment du démarrage, tandis que les convertisseurs de fréquence permettent généralement une surcharge de 1,5 fois.
2. Précision du contrôle
La précision de commande des servomoteurs est bien supérieure à celle des variateurs de fréquence, et celle des servomoteurs est généralement assurée par un codeur rotatif situé à l'extrémité de l'arbre moteur. Certains servomoteurs atteignent même une précision de 1:1000.
3. Différents scénarios d'application
La commande à fréquence variable et la servocommande sont deux catégories de commande. La première relève du domaine de la commande de transmission, tandis que la seconde relève du domaine de la commande de mouvement. L'une vise à répondre aux exigences des applications industrielles courantes avec des performances modestes et un faible coût. L'autre vise une haute précision, des performances élevées et une grande réactivité.
4. Performances d'accélération et de décélération différentes
À vide, le servomoteur peut passer de l'arrêt à 2 000 tr/min en moins de 20 ms. Le temps d'accélération du moteur dépend de l'inertie de son arbre et de la charge. Généralement, plus l'inertie est importante, plus le temps d'accélération est long.
Concurrence sur le marché entre servomoteurs et convertisseurs de fréquence
En raison des différences de performances et de fonctionnalités entre les convertisseurs de fréquence et les servomoteurs, leurs applications sont assez différentes, et la concurrence se concentre principalement sur :
1. La concurrence dans le contenu technologique
Dans ce même domaine, si l'acheteur a des exigences techniques élevées et complexes concernant les machines, il choisira des servomoteurs. Dans le cas contraire, il optera pour des variateurs de fréquence. Les machines de haute technologie, telles que les machines-outils à commande numérique et les équipements électroniques spécialisés, nécessiteront des servomoteurs.
2. Concurrence par les prix
La plupart des acheteurs privilégient le coût à la technologie et optent souvent pour des onduleurs moins chers. Or, comme chacun sait, le prix des servomoteurs est plusieurs fois supérieur à celui des convertisseurs de fréquence.
Bien que l'utilisation des servosystèmes ne soit pas encore généralisée, notamment pour les servosystèmes chinois, leur emploi reste rare comparé aux produits étrangers. Cependant, avec l'accélération de l'industrialisation, les avantages des servosystèmes seront progressivement reconnus et les acheteurs les apprécieront. De même, la technologie des servosystèmes en Chine continuera de progresser, que ce soit par appât du gain ou par conviction historique de contribuer à la revitalisation du pays. Nous sommes convaincus que de plus en plus de fabricants investiront dans la recherche et le développement des servosystèmes, marquant ainsi le début de l'âge d'or de l'industrie chinoise des servosystèmes.