Les moteurs pas-à-pas se sont imposés comme une référence dans le domaine du contrôle de mouvement. Ils sont fiables, économiques et bien adaptés à un large éventail d'axes de machines. Ils constituent toujours un choix judicieux pour les déplacements de type « point à point » avec des charges prévisibles.
Alors, dans quels cas vaut-il mieux passer d'un moteur pas-à-pas à un servomoteur ? La réponse réside dans la capacité à déterminer le moment où votre application commence à dépasser les capacités de fonctionnement fiable d'un moteur pas-à-pas. Les exigences imposées aux machines modernes ont en effet évolué. Les applications de robotique et d'intralogistique exigent désormais davantage de chaque axe : des temps de cycle plus courts, une coordination plus précise et des performances constantes sous des charges variables. Face à ces exigences croissantes, de nombreux concepteurs envisagent de passer à un servomoteur.
Dans cet article, nous examinerons les situations dans lesquelles il est judicieux de passer d'un moteur pas-à-pas à un servomoteur, ainsi que les critères à prendre en compte lors de ce changement.
Poussez-vous le moteur pas-à-pas jusqu'à ses limites?
Comprendre son fonctionnement et savoir reconnaître quand il atteint ses limites vous aide à repérer le point de transition avant que cela n'affecte votre temps de fonctionnement ou votre répétabilité. À mesure que les exigences en matière de performances augmentent, trois limites des moteurs pas-à-pas ont tendance à se manifester.
- Le couple chute à mesure que la vitesse augmente.
Un moteur pas-à-pas commence généralement à perdre son couple utile à partir d'environ 1 000 tours par minute, en raison de l'inductance des enroulements et des pertes dans le noyau. En dessous de ce seuil, les moteurs pas-à-pas offrent un couple puissant dans un format compact. Cependant, dès que ce seuil est dépassé, le couple disponible chute rapidement, précisément au moment où de nombreuses applications en ont le plus besoin. - Les variateurs à courant constant produisent de la chaleur, quelle que soit la c
harge,
et un moteur pas-à-pas consomme le courant maximal, que l'application en ait besoin ou non. Cela présente deux inconvénients majeurs en termes d'inefficacité. Tout d'abord, il y a la perte thermique, car l'énergie gaspillée se transforme en chaleur. Ensuite, il y a la perte électrique, car vous consommez plus d'énergie que nécessaire pour effectuer le travail. Un servomoteur, en revanche, ne consomme que le courant dont il a besoin. - L'architecture en boucle ouverte ne permet pas de détecter les pas manqués.
Un moteur pas-à-pas traditionnel en boucle ouverte envoie des impulsions et part du principe que le moteur les suit. Sous des charges variables ou dynamiques, les pas manqués ne sont ni détectés ni corrigés. Il existe désormais des moteurs pas-à-pas en boucle fermée qui intègrent un codeur permettant de vérifier la position et de corriger les pas manqués. Cependant, leur réponse dynamique reste inférieure à celle d'un véritable servomoteur en boucle fermée.
Comment les servomoteurs abordables comblent-ils l'écart de coût ?
L'idée reçue selon laquelle les servomoteurs sont surdimensionnés et d'un coût prohibitif pour les axes de milieu de gamme n'est plus d'actualité. La dynamique économique du contrôle de mouvement a évolué, et les plateformes de servomoteurs correctement dimensionnées peuvent désormais offrir une meilleure valeur ajoutée. Elles offrent des performances supérieures, réduisent la complexité d'intégration et utilisent des systèmes de montage standard ainsi que des connectivités industrielles modernes, tout en restant compétitives en matière de prix. L'idée reçue selon laquelle les servomoteurs sont surdimensionnés et d'un coût prohibitif pour les axes de milieu de gamme n'est plus d'actualité. La dynamique économique du contrôle de mouvement a évolué, et les plateformes de servomoteurs correctement dimensionnées peuvent désormais offrir une meilleure valeur ajoutée. Elles produisent une performance supérieure, réduisent la complexité de l'intégration et utilisent un montage standard et une connectivité industrielle moderne, tout en étant proposées à des prix concurrentiels.
.
Regarder au-delà du prix d'achat
À première vue, un moteur pas-à-pas peut sembler plus économique. Toutefois, une fois pris en compte le surdimensionnement nécessaire pour atteindre le couple maximal, les températures de fonctionnement plus élevées, les pertes d’énergie et leur impact sur les coûts d’exploitation à long terme, la différence de coût entre ces deux technologies devient négligeable. Ceci est particulièrement pertinent lorsqu'il s'agit d'atteindre des performances de niveau servo.
Les servomoteurs Essentials™ de Kollmorgen répondent à toutes ces exigences
Le système de mouvement Kollmorgen Essentials™ est la solution idéale pour les applications soumises à des contraintes budgétaires et nécessitant des performances en boucle fermée. Les servomoteurs Essentials offrent de véritables performances de servocommande en boucle fermée grâce à un asservissement absolu haute résolution et à des capacités de synchronisation multiaxiale. Ils contribuent également à surmonter les obstacles liés au coût et à la complexité qui ont traditionnellement freiné l'adoption des servomoteurs.
- La performance d'un servomoteur au prix d'un moteur pas-à-pas. Kollmorgen Essentials offre la précision, la réactivité et la fiabilité d'un véritable système servo, tout en coûtant environ 30 % moins cher que les servomoteurs haut de gamme. Il réduit ainsi l'écart entre les solutions à moteur pas-à-pas et les solutions servo.
- Installation et mise en service simplifiées. Un ensemble moteur-variateur pré-apparié, doté d’une connexion par câble unique, réduit la complexité du câblage et de la configuration. La reconnaissance automatique du moteur et le flux de travail d'Express Setup, dans l'outil Kollmorgen WorkBench, permettent de mettre les machines en service en moins de 20 minutes, même pour les équipes ayant une expérience limitée en matière de servomoteurs.
- Le codeur absolu est inclus de série. Chaque moteur inclut un codeur absolu multitour (SFD-M) intégré, ce qui élimine la maintenance de la batterie tout en préservant les informations de position au cours des cycles d'alimentation.
- Prêts quand vous en avez besoin. Les principaux atouts en faveur des systèmes pas-à-pas ont toujours été leur disponibilité et leur rapidité de livraison. La gamme Kollmorgen Essentials répond à ces standard. Grâce à son stock disponible, à ses délais de livraison courts et à la prise en charge des protocoles EtherCAT®, EtherNet/IP™ et PROFINET®, elle facilite plus que jamais l'adoption généralisée de la technologie servo sur une large gamme de modèles de machines.
Pour les fabricants de machines qui ont différé la transition vers les servomoteurs parce que les chiffres ne leur semblaient jamais favorables, Kollmorgen Essentials change la donne.
Kollmorgen Essentials facilite plus que jamais l'adoption généralisée de la technologie servo sur une large gamme de modèles de machines pour les constructeurs de machines (OEM) qui ont reporté leur passage à cette technologie parce que le rapport coût-efficacité n'était pas suffisamment convaincant.
Pour les constructeurs de machines (OEM) qui ont reporté leur passage à la technologie servo, car le rapport coût-efficacité n'était pas suffisamment convaincant, Kollmorgen Essentials change la donne.
Six signes qui montrent qu'il est temps de passer d'un moteur pas-à-pas à un servomoteur
Aucun indice ne suffit à lui seul à justifier un changement. Le plus souvent, plusieurs d'entre eux apparaissent simultanément, conduisant à la même conclusion.
1er signe : les exigences en matière de vitesse et de couple ne cessent d'augmenter
Les servomoteurs peuvent atteindre des vitesses deux à quatre fois supérieures à celles des moteurs pas-à-pas, tout en conservant un couple constant sur une plage beaucoup plus large. À mesure que les exigences en matière de vitesse et de couple augmentent, la plage de performances exploitables d'un moteur pas-à-pas se réduit. Pour compenser ce phénomène, les fabricants de machines ont tendance à surdimensionner le moteur afin de maintenir le couple à des vitesses plus élevées, ce qui entraîne une production de chaleur et une consommation d’énergie accrues. Si vous constatez que vous devez surdimensionner le moteur pour atteindre vos objectifs de performance, il est peut-être temps d'envisager l'utilisation d'un servomoteur capable de fournir la vitesse et le couple requis de manière plus efficace.
2e signe : vous avez besoin d'un véritable système d'asservissement en boucle fermée
Le fonctionnement en boucle ouverte ne suffit plus lorsque la qualité, la précision ou le contrôle du processus dépendent de la connaissance de la position réelle de l'axe. Si vous avez déjà installé un codeur sur un moteur pas-à-pas pour plus de tranquillité d'esprit, il est temps d'envisager un véritable système d'asservissement en boucle fermée.
3e signe : fonctionnement à des cycles de service élevés ou à des pics de charge.
Un moteur pas-à-pas doit fonctionner dans les limites de son couple continu. Il ne dispose d'aucune réserve à court terme sur laquelle s'appuyer, ce qui peut accélérer la dégradation thermique et limiter la disponibilité de la machine lors d'applications en service continu.
En revanche, un servomoteur peut fournir un couple de pointe par rafales brèves de 1 à 5 secondes, puis revenir à un fonctionnement continu tout en restant dans les limites thermiques. Pour y parvenir avec un moteur pas-à-pas, il faut choisir un moteur surdimensionné afin que la puissance de pointe reste dans les limites de sa puissance nominale continue. Les servomoteurs peuvent être optimisés en fonction du profil de charge réel, ce qui permet souvent d'obtenir des installations plus compactes et plus légères, ainsi qu'une plus grande flexibilité lorsque l'espace disponible pour la machine est limité.
4e signe : ratios d'inertie et charges variables
Les moteurs pas-à-pas fonctionnent de manière optimale avec des charges prévisibles et des ratios d'inertie modestes. Toutefois, lorsque la variabilité de la charge augmente, notamment en cas d'inversions de sens, de variations de la charge utile ou d'une inertie plus élevée, les systèmes en boucle ouverte perdent en répétabilité et risquent de subir des pertes de mouvement. Grâce à un réglage et un couplage adaptés, les servomoteurs peuvent gérer des rapports d'inertie allant jusqu'à environ 100 fois l'inertie du rotor, en effectuant des corrections en temps réel lorsque les conditions changent.
5e signe : passage à la coordination de plusieurs axes
La synchronisation de plusieurs moteurs pas-à-pas sur une même machine alourdit la charge de coordination et multiplie les points de défaillance. Les moteurs pas-à-pas ne permettent que des déplacements point à point et la coordination entre les axes n'est qu'une pseudo-coordination. Lorsqu'un mouvement synchronisé et précis sur plusieurs axes est nécessaire, les architectures servomoteurs natifs, dotées de protocoles industriels modernes, peuvent gérer la charge avec un effort d'intégration bien moindre.
Passez au servomoteur en toute confiance
La transition du moteur pas-à-pas au servomoteur est rarement déclenchée par une défaillance. Il s'agit plutôt d'un phénomène récurrent : chute du couple à mesure que la vitesse augmente, surdimensionnement pour compenser la demande de crête et perte de répétabilité sous des charges variables. Lorsque ces critères sont réunis, la technologie des servomoteurs s'impose comme la meilleure option, et les servomoteurs abordables constituent la solution la plus adaptée.
Si vous souhaitez passer à un système de servocommande, nos experts en mouvement peuvent vous aider à trouver la solution la mieux adaptée à votre machine.
BONUS : foire aux questions
-
Quelle est la principale différence entre un moteur pas-à-pas et un servomoteur ?
-
La question du choix entre un moteur pas-à-pas et un servomoteur fait toujours l'objet d'un vif débat. En résumé, un moteur pas-à-pas fonctionne généralement en boucle ouverte : il se déplace par pas fixes et part du principe qu'il a atteint la position commandée. À l'inverse, un servomoteur fonctionne en boucle fermée : il vérifie et corrige en permanence la position, la vitesse et le couple pendant le mouvement. Cette rétroaction confère au servomoteur une réponse dynamique plus puissante et une plage de fonctionnement optimale dont le moteur pas-à-pas est dépourvu.
-
Les servomoteurs sont-ils plus coûteux que les moteurs pas-à-pas ?
-
Un moteur pas-à-pas semble souvent moins cher si l'on se base uniquement sur son prix unitaire. Toutefois, si l'on tient compte du surdimensionnement, des pertes d'efficacité énergétique et des temps d'arrêt, l'écart se réduit. L'arrivée sur le marché de servosystèmes abordables a encore réduit l'écart, et le coût total de possession joue souvent en faveur des servosystèmes dans les applications exigeantes.
-
Dans quels cas les moteurs pas-à-pas sont-ils encore le choix logique ?
-
Les moteurs pas-à-pas restent un excellent choix pour les mouvements simples de type « ouverture-fermeture » ou « point à point » avec des charges prévisibles, comme les pompes et les vannes. Dans ces types d'applications, ils se révèlent fiables, précis et offrent un excellent rapport qualité-prix.
