Nous commettons tous des erreurs, même les ingénieurs mécaniques. Dans la plupart des cas, une erreur offre une opportunité d'apprendre et d'évoluer.Ou encore, comme le disait le grand écrivain irlandais Samuel Beckett : « Réessayez. Échouez à nouveau. Échouez mieux. »
Toutefois, pour concevoir un produit adapté au marché, ce cycle d'échecs avec amélioration doit finalement aboutir au succès. Naturellement, dans le meilleur des scénarios, on trouve la solution idéale dès la première tentative. Nous sommes là pour vous aider.
Une fois que vous avez évalué votre choix de technologie de mouvement et décidé d'utiliser un système pas-à-pas, vous devrez choisir le moteur et le variateur optimaux en fonction des exigences de votre application. Dans ce domaine, il est trop facile de commettre des erreurs qui affectent le temps de développement et les coûts.
Examinons donc les cinq erreurs les plus communes que commettent les ingénieurs lorsqu'ils spécifient et travaillent sur des moteurs et des variateurs pas-à-pas, les problèmes qui peuvent en résulter et comment faire pour les éviter. Nous énumérerons également cinq bonnes pratiques permettant de faire le bon choix.
Erreur n° 1 – Penser qu'un moteur produira sa vitesse et son couple nominaux lorsqu'il sera associé à n'importe quel variateur pas-à-pas
Avec les servomoteurs, vous savez probablement déjà que le couple nominal, le couple de décrochage et la vitesse sont tous spécifiés dans des conditions idéales. Les valeurs que l'on obtient dans le cadre d'une utilisation réelle dépendent autant de l'association du variateur et du moteur que de la tension et du courant disponibles. Le même principe s'applique aux moteurs et variateurs pas-à-pas.
Le moyen le plus sûr pour s'assurer d'obtenir les performances souhaitées avec un moteur pas-à-pas consiste à modéliser sa performance lorsqu'il est associé à la tension et au courant disponibles d'un variateur particulier possédant les caractéristiques dont vous avez besoin. La génération d'une courbe de performance (courbe vitesse-couple) du moteur et du variateur appariés offre la référence la plus fiable.
L'outil en ligne de Kollmorgen, Stepper Optimizer, facilite ce processus. Commencez par choisir un moteur physiquement adapté à votre application, puis modifiez la tension et le courant disponibles pour produire une courbe couple/vitesse pour votre variateur. Vous pouvez aussi identifier les valeurs de couple/vitesse requises ou un profil de mouvement de base, puis laisser l'outil trouver automatiquement la meilleure solution adaptée aux exigences de votre application.
N'oubliez pas que le couple de décrochage d'un moteur n'est pas une indication du couple qu'il peut générer en mouvement, en particulier lors des phases d'accélération et de décélération, qui nécessitent un couple plus élevé. L'utilisation de l'outil « Stepper Optimizer » pour choisir un système en fonction des exigences dynamiques réelles de votre application peut vous aider à éviter cette erreur.
Erreur n° 2 – Spécifier un variateur à micropas pour de mauvaises raisons
Si vous recherchez le meilleur contrôle possible de la vitesse et de la position, un système servo est probablement un meilleur choix qu'un système pas-à-pas. Toutefois, il peut être tentant de spécifier plutôt un moteur pas-à-pas et un variateur à micropas en pensant que vous pouvez obtenir une précision comparable sans avoir nécessairement besoin d'un contrôle basé sur l'asservissement. Cela peut être une erreur.
Le micropas a été développée pour permettre aux moteurs de surmonter les effets du bruit et des vibrations dans les zones de résonance inférieures, voire de fonctionner en continu dans ces zones inférieures. Le variateur divise l'angle de pas de 1,8° en un maximum de 250 micropas, mais ces impulsions individuelles peuvent ne pas être uniformes. La position et la vitesse du moteur ne sont pas nécessairement constantes au niveau du micropas. Même si un variateur à micropas produit une résolution supérieure à celle d'un variateur pas-à-pas standard, cela ne garantit pas nécessairement une plus grande précision.
En fait, l'un des principaux avantages du micropas est la réduction des vibrations, du bruit et des mouvements de rotation à basse vitesse. Cela nous amène à une autre erreur potentielle : s'attendre à ce qu'un variateur à micropas atténue tous les problèmes de résonance. Outre les basses vitesses, les moteurs pas-à-pas peuvent aussi produire une période de résonance dans la plage des vitesses moyennes. Le micropas ne vous aidera pas à résoudre ce problème. En fait, le choix d'un variateur doté d'algorithmes anti-résonance constitue le meilleur moyen de gérer ces résonances.
Erreur n° 3 – Sous-dimensionner ou surdimensionner le moteur
Le sous-dimensionnement d'un moteur pas-à-pas provoquera, dans le meilleur des cas, un échauffement excessif, une accélération et une décélération peu satisfaisantes et d'une manière générale, une performance médiocre. Dans le pire des cas, le moteur perdra des impulsions, se positionnera de manière incorrecte ou calera complètement en cas de charge lourde ou d'accélération et de décélération rapide.
Un moteur surdimensionné générera plus de bruit audible ainsi qu'un bruit d'EMI/RFI plus élevé. Cela peut aussi entraîner des coûts plus élevés pour le moteur et le variateur et un gaspillage d'espace sur le tableau de bord, pour une machine plus grande et plus lourde que nécessaire.
LeStepper Optimizer de Kollmorgen peut vous aider à éviter ces erreurs courantes en vous orientant vers le moteur le mieux adapté aux exigences de votre application en termes de taille et de performance.
Erreur n° 4 – Mal apparier la charge et l'inertie du moteur
Les anciennes règles de jumelage de l'inertie des systèmes d'asservissement ne s'appliquent plus. Dans le cas des systèmes pas-à-pas, il est plus important que jamais de tenir compte de la charge par rapport à l'inertie du moteur, car ces systèmes fonctionnent généralement en boucle ouverte. Même lorsqu'on ajoute un codeur pour créer un système pas-à-pas en boucle fermée, une incohérence de l'inertie à peine supérieure à un ordre de magnitude (10:1) peut faire perdre des impulsions au moteur, positionner incorrectement la charge, consommer un courant excessif, voire caler.
Erreur n° 5 – Ne pas tenir compte des fréquences inhérentes de la machine
Les ingénieurs doivent comprendre la fréquence caractéristique de la machine (oméga-naturelle), ainsi que sa fréquence anti-résonance et éviter les vitesses commandées qui se situent dans la plage de fréquences naturelles du système. Un variateur à micropas équipé d'un circuit anti-résonance peut être très utile sur ce point, mais la machine résonnera toujours à certaines vitesses du moteur si on ne veille pas à sélectionner une combinaison moteur-variateur capable de fonctionner en dehors de ces résonances. Le choix d'un système pas-à-pas inadapté à une telle application produira une machine bruyante qui vibrera à certaines vitesses et dont la performance ne sera pas fiable.
5 bonnes pratiques pour faire le bon choix du premier coup
- Assurez-vous que vous comprenez les limites mécaniques et les exigences de votre machine, telles que la fréquence de résonance mécanique, la bande passante mécanique, l'inertie de la charge (dans l'idéal ≤ 10:1), la friction statique et dynamique, etc. Cela s'applique à tout équipement intégrant un mouvement, quelle que soit sa précision.
- Utilisez un programme de dimensionnement tel que le Stepper Optimizer pour dimensionner correctement votre système en fonction de courbes de performance vitesse-couple fiables.
- Sélectionnez un variateur correspondant à la tension de bus disponible et présentant les caractéristiques souhaitées, et un moteur qui offre la courbe de performance requise — hors de la fréquence de résonance de la machine — lorsqu'il est associé au variateur.
- Ne forcez pas les systèmes pas-à-pas à produire des mouvements de haute vitesse ou de haute précision lorsqu'un système d'asservissement pourrait offrir de meilleurs résultats. Tout comme ceux des systèmes pas-à-pas, les prix des systèmes d'asservissement ont baissé au fil des années et ils sont désormais plus faciles à utiliser.
- Faites appel à l'aide collaborative des ingénieurs. Kollmorgen produit les moteurs et les variateurs les plus performants du marché, mais nous sommes bien plus qu'un simple fournisseur. Notre mission est de vous aider à tirer le meilleur parti de votre application. Contactez nos spécialistes du mouvement et commencez dès aujourd'hui à optimiser votre machine.
