Sélection de la meilleure alimentation pour votre application de moteur pas à pas ou de servomoteur

Les applications de contrôle de mouvement ont des exigences uniques par rapport à la plupart des applications ; deux sont particulièrement uniques : 1) ils ont une demande de puissance de pointe qui est généralement très élevée par rapport à la demande moyenne et 2) les moteurs agissent souvent comme un générateur plutôt que comme une charge, et pompent du courant dans l'alimentation plutôt que de puiser dans l'alimentation électrique. elle (énergie régénérée ou « regen »).

Si vous avez besoin d'une alimentation CC pour votre application de moteur pas à pas ou de servomoteur, vous avez le choix entre trois types : 1) alimentations linéaires en vrac non régulées ; 2) alimentations à découpage PWM régulées (commutateurs SMPS ou PWM) ; ou 3) des alimentations hybrides et régulées en mode résonant.

Cet article traite des considérations techniques propres au contrôle de mouvement et compare les trois types d'alimentations.

Il est important de prendre en compte les exigences uniques d'une application de contrôle de mouvement lors de la sélection d'une alimentation. Lors des accélérations, les entraînements motorisés peuvent rapidement consommer de grandes quantités d’énergie. De plus, les moteurs peuvent créer une régénération et repousser le courant dans l'alimentation pendant la décélération (c'est-à-dire qu'ils agissent comme des générateurs), ce qui signifie que l'alimentation doit gérer l'augmentation de tension qui en résulte. Les applications de mouvement hautement dynamiques (ceux avec des charges d'inertie importantes, des accélérations/décélérations rapides et des vitesses de pointe élevées) imposent des demandes de courant importantes et rapides sur l'alimentation électrique.

Il existe de nombreux autres facteurs importants à prendre en compte lors du choix de la meilleure alimentation, qui ne sont pas spécifiquement liés au contrôle de mouvement. Certains d'entre eux sont particulièrement importants pour les concepteurs de machines OEM qui cherchent à minimiser le coût de leur produit et à assurer un fonctionnement fiable dans une grande variété de conditions d'exploitation.

Puissance requise (crête et moyenne) : Une application de pompage qui fonctionne généralement à une vitesse et un couple fixes ou variant lentement utilise une puissance de crête assez proche de sa puissance moyenne (continue). En revanche, une machine de transfert avec de nombreux démarrages et arrêts à forte accélération présente une demande de puissance maximale beaucoup plus élevée que la moyenne. Pour un système bien conçu, vous devrez prendre en compte la consommation de puissance maximale et moyenne pour tous les axes combinés (qui n'est généralement pas simplement la somme des exigences de chaque axe). Une machine multi-axes avec des axes dont les profils de mouvement se chevauchent (c'est-à-dire que les axes peuvent accélérer en même temps) nécessitera probablement beaucoup plus de puissance de pointe que les machines où un seul axe se déplace à la fois.

Niveau de tension de sortie CC : En supposant que vous souhaitiez le coût global le plus bas pour la puissance mécanique dont votre application a besoin et que vous utilisez des moteurs dans la plage de 100 à 750 watts (puissance fractionnée), il existe un juste équilibre autour de 65 à 85 volts CC. De nombreuses personnes souhaitent utiliser une alimentation 24 volts parce qu'elles sont très faciles à trouver ou parce que leur application nécessite déjà du 24 volts (pour les capteurs et autres composants). De nombreux moteurs peuvent fonctionner à partir d’une alimentation de 24 volts, alors pourquoi ne pas utiliser du 24 volts ? La raison principale est que l'augmentation de la tension du bus fournie par le moteur (jusqu'à un certain point) est le moyen le moins coûteux d'obtenir plus de puissance du moteur. La puissance mécanique provenant de l'arbre d'un moteur à une vitesse donnée est la vitesse multipliée par le couple. La vitesse maximale de tout moteur est directement liée à la tension fournie. La quantité de couple que vous pouvez obtenir d'un moteur est proportionnelle au courant que vous poussez dans ses enroulements, qui à son tour est également limité par la tension d'alimentation. Ainsi, le moyen d’obtenir le maximum de puissance d’un moteur donné (vitesse × couple) est d’augmenter la tension fournie. Pour une tension donnée, un moteur tournera plus rapidement si les bobines du stator du moteur ont moins de tours de fil de cuivre. Et avec moins de tours, vous pouvez utiliser un fil de plus gros calibre, qui aura une résistance plus faible et fournira plus de courant par volt.

A l’inverse, pourquoi ne pas utiliser de la très haute tension ? Pour les moteurs de plus de 1 à 2 chevaux, il serait peu pratique de ne pas utiliser la haute tension, mais pour les moteurs à puissance fractionnée, l'utilisation de la haute tension entraîne un certain nombre de problèmes de sécurité et de réglementation qui augmentent la complexité du projet et augmentent les coûts. Lors de l'utilisation d'une alimentation dans la plage de 75 V CC, le courant requis pour atteindre une puissance moteur allant jusqu'à 1 à 2 chevaux n'est pas suffisamment élevé pour s'inquiéter des pertes résistives et des problèmes de remplissage de cuivre décrits ci-dessus. Et à 75 V CC, il est assez simple et peu coûteux de respecter les réglementations de sécurité électrique. Vous pourrez peut-être utiliser une tension inférieure à la tension optimale tout en obtenant la puissance mécanique dont vous avez besoin, mais vous devrez probablement utiliser un moteur plus gros et plus cher.