Moteur asynchrone pas à pas : problème atypique ?

Bonjour,

Tout d'abord félicitations pour ce forum que je viens de découvrir et
qui, je l'espère, apportera des réponses aux multiples questions que je
me pose.

Je ne suis qu'électronicien mais, pour avoir conçu et fabriqué les
automates de la machine que nous construisons, la PME où je bosse me
demande de m'occuper de la partie électrique et c'est là que je m'aperçois de mes lacunes en la matière.

Voici les données d'une partie du système (je tente d'être exhaustif) :

Moto réducteur 4 pôles puissance : 1.5kW, réduction : 1/100 (0,01), couple sortie réducteur : 600nM
entraine une chaine sur des pignons de 90mm de diamètre ce qui donne une force de :
[(600Nm * 1000mm) / 45mm] = 13.300 N
qui doit soulever (verticalement) une charge d'une masse de 1.200kg jusque là ça doit marcher ....

Mon soucis :
Cette masse doit s'élever (par à-coups) de 0,1 à 0,5 mm toutes les 1,2s
(durée donnée pas un automate et position détectée par une cellule) en
fait le problème (pour moi) se résume à : l'automate a 1,2s pour
positionner la charge à la bonne hauteur.

Pour avoir lu avec attention les documentations proposées sur ce site il en ressort que ce système est atypique.

J'ai retenu que le rendement des variateurs est faible en-deçà des 20%
de fréquence nominale et dans mon cas on ne peut parler de vitesse
sachant que le moteur est appelé à effectuer dans le meilleur des cas
des rotations de 1/2 tour à la fois.
- Comment déterminer si la puissance sera suffisante ?
- Est-ce que le moteur chauffera (dois-je prévoir une ventilation forcée) ?
- Le frein moteur est du type intégré à manque de courant, est-ce la solution ?

à votre disposition pour plus de renseignements et merci par avance ...

Bonjour Darkside,


Je te remercie pour ton projet qui relance d'anciennes questions que j'avis dans le temps...

On peut passer de l'électronique à l'électrotechnique sans trop de problème et inversement ... .

J'ai une position réservée sur le choix de l'actionneur mais maintenant, il faut voir tes contraintes et aussi les équipements dont tu disposes..

En première lecture, je partirais sur un asservissement de position avec un moteur à courant continu pour ma part..

Le moteur à courant continu dispose d'un fort couple de démarrage et reste robuste dans le temps.

Le moteur pas à pas est moins robuste et en temps normal, il s'utilise pour des asservissements de position sans grande énergie (commande numérique - etc. ..).

Maintenant d'autres avis plus avisés que le mien peuvent aussi se positionner afin de t'aider sur ce projet industriel..

Cordialement

Pascal

Merci de ta réponse dominicale Pascal.

Le projet que j'expose n'en est qu'au stade de la planche à dessin, rien n'est encore définitif. J'en suis à la définition des besoins.
Ce qui m'a mis sur la piste du moteur asynchrone est le système existant actuellement en place dans l'usine que j'ai eu le loisir de visiter :
Moteur 550W, réducteur 0.08:1, suivi d'une réduction par pignon de 0.33:1 système limité à 850kg. Ce système est à pignons + chaine.
Malheureusement je n'ai pas vu tourner la machine pendant que j'y étais pour voir comment se positionnait la charge.
Mais de toutes façons, le système que j'ai vu me laisse espérer que ce que je développe fonctionnera.

Mes questions sont au niveau du pilotage :
- est-ce que dois monter la charge de 1 à 2mm (1 à 2 tours de moteur) puis laisser la gravité faire redescendre la charge à la bonne hauteur ?
- est-ce que le temps de freinage du frein intégré (100 à 150ms) me permettra une bonne précision ?
- dois-je prévoir une marge de puissance supérieure (pour l'instant 13.300N pour 1200kg) ?
- est-ce que le moteur va chauffer ?

....... un tas de questions embarrassantes .....

Bonjour,


Pour moi ce moteur est utilisé mais pas pour de forte charge surtout de manière répétitives..

Le surdimensionner donnerait plus de marge et de fiabilité mais dans le temps il vieillira rapidement à mon sens..

De plus les éléments de réduction présenteront aussi un vieillissement prématuré..

Il faut vraiment adapter des actionneurs et réducteurs pour ce cas atypique ..

Le calcul permet d'approcher une solution maintenant, il faut aussi réaliser des essais..

Ton approche est correcte avec l'ancien système et aussi la volonté de le voir fonctionner en régime dynamique..

Des frottements (positionnement de la charge)peuvent exister avec l'ancien système et ces perturbations ne devront pas bloquer la disponibilité et encore moins les fonctionnalités.

L'ancien système a plus de 15 ans ou beaucoup moins ? si le temps est inférieur à cinq ans ou dix ans, il faut revoir la capacité du moteur aussi et l'approche automatisée.

Un moteur pas à pas n'est pas forcément prévu de fonctionner 24 h /24 avec des réponses cycliques importantes aussi ..

Pour le temps de freinage, il faut tenir compte de l'inertie du système et l'intégrer dans les calculs pour les réglages et essais.

Si tu conserves le choix du moteur pas à pas, il faut savoir qu'il en existe trois sortes :

- Moteur pas à pas à aimant permanent
- Moteur à réluctance variable qu eje te déconseille à cause d'un faible couple
- Moteur hybride..

Le premier et le troisième peuvent convenir à ton montage avec un couple élevé..

Maintenant en terme de comportements mécaniques ..:

En statique :

Il existe deux couples avce le couple de maintien et le couple de détente.

Par élimination, il ne reste plus que le moteur hybride suite à cette nouvelle sélection.

En dynamique :

Il faut penser à l'amortissement autour du pas avec ses oscillations naturelles.

Pour mémoire, le nombre de pas pour un tour se situe entre 200 et 400 ou plus selon les constructeurs.

Nous sommes loin de la proposition initiale..

Il faut étudier la courbe de la fréquence des pas (vitesse) en déterminant dans le cas présent les fréquences maximale de démarrage et d'entraînement.

De même , il faut conserver si possible une pente identique pour l'accélération et la décélération dans la plage de fonctionnement des deux fréquences précisées ci dessus.

Un autre paramètre reste important , c'est le moment d'inertie de la charge équivalente depuis le rotor de l'arbre moteur..

Je réponds aux questions par d'autres questions parfois plus emabrassantes aussi..

Cordialement

Pascal

Désolé pour ce long silence.

Le projet avance, le choix s'est arrêté sur un variateur 1,5kW
Powerflex 40P de Allen-Bradley, un moteur LEroy Somer de 1.1kW avec réducteur,
ça devrait faire l'affaire.

Au moment de commander le variateur je m'aperçois qu'il y a beaucoup d'options (en anglais, je traduis ce que je peux) :
EMC line filter : filtre anti-parasite ?,
Serie line reactor : ?,
DC bus inductor : ?,
Dynamic Brake Modules : Résistance de freinage.

A savoir que le filtre EMC envoit beaucoup de courant à la terre et ne
peut s'utiliser que sur des réseau classe B (sinon le disjoncteur
saute).

En général quand on installe, dans une usine, une machine qui consomme 50kW en triphasé,
que nous fournit le client ? une ligne directe EDF ou une ligne déjà
protégée en différentiel ?
Si protégée est-ce que c'est de la classe A ou B ?

Une dernière chose : le variateur permet une injection de courant
continu dans le moteur. Je ne savais pas qu'on pouvait faire ça, bizarre.
Comment se comporte un moteur asynchrone quand il reçoit du CC ?

Merci à tous

Bonjour

Tu dis que le projet avance , et que des choix ont été faits.
Je suppose en connaissance de cause, par des personnes compétantes, et validées par le fournisseur du variateur.
De ce que je lis, j'ai l'impression que tu vas vers un échec, surtout sans faire d'essais de la chaîne fonctionnelle en vraie grandeur.
Y a-t-il un chef de projet qui maitrise ces techniques ?

Piloter en vitesse, oui, c'est parfaitement adapté à une machine synchrone,
Piloter en position, avec un couple (certainement variable en plus) à compenser (sauf si ton réducteur est totalement irréversible) , j'en doute fortement.
Tu parles d'un capteur de position par cellule ( position de quoi ?) , et quel type d'info fournie.

Ce serait un moteur synchrone, pourquoi pas essayer de le positionner,
Ce serait un moteur pas à pas, pas de pb
Mais avec un moteur asynchrone , qui par principe a un glissement important, et peut même "décrocher" , celà me semble anti-fonctionnel.
Mais, peut-être que je me trompe .... et je te le souhaite ...

Consulte le service technique d'un fournisseur pour lui exposer ton problème, et savoir s'il peut le solutionner ( produit, options, capteurs, programmation, commande, ......)

Je suis surpris, aussi des questions que tu te poses sur le freinage par résistance, et le freinage par injection de courant continu (deux techniques différentes ) , ainsi que sur le problème des protections différentielles en BT (pour ce domaine de puissance en tout cas)

Je serais curieux de connaître le schéma-bloc ( tant mécanique, que fonctionnel ) que vous avez retenu (avec tous les éléments de la chaîne de commande et pilotage).

Mais j'espère me tromper, de par une lecture personnelle des seuls éléments que tu as exposé.
Peut-être aussi que d'autres lecteurs ou contributeurs pourront donner leur avis.


Cordialement

pour info, concerbnant le freinage par injection de courant, Millesime l'avait traité ...
Freinage par injection de courant continu
http://www.electrotechnique-fr.xdir.fr/pdf/cat3_Hors_habitat/Variation_de_vitesse_et_freinage/Le%20freinage%20des%20moteurs%20asynchrones.pdf
Bien évidemment, cette tension continue peut être injectée de façon programmée par un variateur de fréquence possédant cette option.

Bonjour,
Si j'ai bien compris , on est toujours en position montante ,donc il est possible que l'on fonctionne toujours dans le même quadrant et que l'on puisse se passer du freinage .
Pour un tel système,je verrais bien un asservissement de position ,avec une boucle interne de couple fonctionnant en limiteur .Il existe des systèmes de positionnement avec des machines asynchrones qui fonctionnent sans problème.
Par contre ,le dimensionnement thermique est à regarder avec soin : il faudrait simuler une mission et en tirer un profil couple,vitesse = f (temps)
A partir de ce profil ,on établit un profil courant ,tension = f(temps) et enfin , avec un modèle thermique simplifié de la machine (de l'onduleur aussi) un profil température = f (temps) . Après ,selon la classe d'isolement,il est facile de voir si ça passe.

Bonjour,

Le système a été monté, je l'ai testé à demi-charge, il se comporte bien.
Pour l'instant je le teste en boucle ouverte en régulation de vitesse avec l'encodeur, je le fais osciller entre 2 positions, le moteur tiédit légèrement après 10 min mais rien d'alarmant d'autant que la ventilation forcée n'est pas alimentée.
On va passer en boucle fermée en asservissement de position (à contrôle vectoriel du flux) avec le capteur ultra-sons 4-20mA ... on verra bien.

Je reste serein ...

à suivre

Serge.