Même si les codeurs sont les capteurs d'asservissement les plus largement utilisés pour les systèmes servo qui requièrent une précision absolue, les capteurs à effet Hall et les résolveurs sont également des choix appropriés pour surmonter des problèmes spécifiques. Nous examinerons ici leur fonctionnement, les options disponibles et les avantages et inconvénients de chacun d'eux dans le cadre d'applications spécifiques.
Capteurs à effet Hall
Lorsqu'une machine ne nécessite pas un contrôle précis de la vitesse ni une haute résolution de la part du système de mouvement, les capteurs d'asservissement abordables comme les codeurs à effet Hall constituent un choix approprié. Ces capteurs numériques de type marche/arrêt mesurent la puissance d'un champ électromagnétique ou d'un champ magnétique permanent, générant une impulsion à chaque passage du champ.
Les capteurs à effet Hall sont proposés sous forme d'ensembles autonomes dans le boîtier du servomoteur. Dans le cas des servomoteurs sans balais, ces capteurs sont parfois intégrés aux bobinages du stator et commutés par les aimants du rotor. Ces appareils rapportent la position de l'arbre, laquelle peut aussi être convertie en données de vitesse ou d'accélération.
Les codeurs à effet Hall sont couramment utilisés dans les systèmes d'asservissement à six étapes, un type de commutation électronique qui requiert une électronique de variateur relativement simple souvent utilisée pour les systèmes CC sans balais. Il est préférable d'associer les capteurs à effet Hall à un codeur incrémental, généralement appelé « Comcoder ». L'avantage de cette association tient au fait que vous pouvez atteindre une résolution supérieure à celle qu'offre un simple capteur à effet Hall et que vous n'avez pas à effectuer une séquence « wake and shake » pour déterminer l'angle de commutation, puisqu'il est géré par le capteur à effet Hall.
Toutefois, le contrôle trapézoïdal, et non sinusoïdal, fourni par les capteurs à effet Hall peut ne pas convenir à certaines applications d'asservissement industriel, car il peut être moins efficace pour produire du couple que d'autres méthodes de commutation. Pire encore, ce contrôle approximatif peut générer une forte ondulation du couple en raison de transitions de courant abruptes, qui produisent généralement des variations de vitesse mineures, mais détectables. Dans certains cas, l'ondulation du couple peut sérieusement détériorer la performance d'un système d'entraînement.
Avec les variateurs à courant sinusoïdal, les capteurs à effet Hall peuvent être associés à un asservissement par codeur incrémental pour fournir une commutation sinusoïdale précise. Dans le cas des servocommandes, les codeurs à effet Hall font également office de capteurs de courant pour fermer la boucle d'alimentation. Dans d'autres applications industrielles, ils peuvent être utilisés pour détecter la position des vilebrequins, des cames ou d'autres dispositifs mécaniques.
Résolveurs
Les résolveurs, de même que les codeurs, gèrent la plupart des tâches de contrôle du mouvement en circuit fermé. Un résolveur est un transformateur rotatif doté d'un capteur primaire et de deux capteurs secondaires. Le capteur primaire est alimenté par la tension CA. Les capteurs secondaires couplent la tension d'entrée de manière proportionnelle en fonction de la position de l'arbre.
Les signaux sinusoïdaux ainsi obtenus, sinus et cosinus, sont convertis en signaux numériques dans le contrôleur du variateur par des convertisseurs résolveur-numérique (RDC) ou par un logiciel d'interpolation installé dans le variateur. Un résolveur bipolaire (à vitesse unique) fournit un signal de positionnement absolu au cours d'une révolution du moteur.
Dans la mesure où les résolveurs sont des appareils analogiques, ils fournissent des signaux relativement propres. Leur plage de haute tension les rend également moins susceptibles au bruit. La résolution de sortie convertie est généralement déterminée dans le variateur et peut atteindre 16 bits. Toutefois, la résolution peut être limitée par la vitesse du moteur, en raison d'une limite de fréquence maximale.
Les résolveurs peuvent être à vitesse unique ou à plusieurs vitesses, le nombre de « vitesses » indiquant le nombre de cycles électriques générés par révolution mécanique (à ne pas confondre avec la vitesse physique). En d'autres termes, les coups par révolution augmentent selon un facteur de la « vitesse » du résolveur.
Les résolveurs ont de nombreux avantages : ce sont des appareils robustes, hautement résistants aux bruits EMI et très tolérants à la chaleur, aux vibrations et aux chocs. Les résolveurs sont habituellement résistants jusqu'à une température de 155 °C. Certains modèles spéciaux peuvent supporter des températures jusqu'à 230 °C et ils peuvent même être protégés contre les rayonnements.
Cependant, les résolveurs nécessitent plus d'électronique pour la conversion du signal que les systèmes avec codeurs. En outre, ils sont généralement moins précis que les codeurs optiques, même si certaines versions, appelées « bobinées sur dents », présentent des caractéristiques supérieures dans ce domaine. Les techniques de fabrication utilisées pour ces modèles maintiennent la variation entre les pièces à un niveau minimum, ce qui augmente la précision de sortie d'environ 50 %.
Les résolveurs sans balais et sans boîtier sont couramment utilisés dans les servomoteurs en raison de leurs besoins de maintenance réduits et d'un alésage traversant de grande taille qui peut s'adapter aux modifications du moteur telles que les arbres creux et les options d'extensions supplémentaires de l'arbre.
En savoir plus
Afin de vous familiariser avec ce sujet crucial du mouvement, assurez-vous de lire les trois articles de notre blogue sur les dispositifs d'asservissement : Critères de sélection de haut niveau et Codeurs linéaires, rotatifs et sinusoïdaux, en plus de celui traitant des capteurs d'asservissement abordés ici. N'hésitez pas à contacter un ingénieur Kollmorgen pour parler de votre application et obtenir des recommandations sur la technologie d'asservissement la mieux adaptée à vos besoins.
