Technologie des Asservissements

Transcription

Bernard BAYLE
http://eavr.u-strasbg.fr/~bernard
TÃl’lÃl’com Physique Strasbourg 3A, option ISAV, master IRIV
Introduction
Plan
1
Introduction
2
Modélisation
Principe et modélisation du convertisseur statique
Principe et modélisation du mcc
3
Variation de vitesse du mcc
Asservissement de courant
Asservissement de vitesse et position
Protections
Introduction
Variateurs de vitesse
Objectifs et hypothèses
principe de fonctionnement des variateurs de vitesse
Introduction
cas du moteur à courant continu (mcc)
Introduction
bibliographie : Techniques de l’Ingénieur
Introduction
bibliographie : Techniques de l’Ingénieur
Définition
Variateur de vitesse : dispositif permettant de réaliser l’alimentation et la
commande d’un moteur.
Introduction
Schéma de principe
F IGURE: Schéma général d’un variateur de vitesse [Louis and Bergmann, 2002b]
Modélisation
Plan
1
Introduction
2
Modélisation
3
Protections
Modélisation
Etage de puissance
Convertisseurs statiques
Alimentation du moteur à partir d’un réseau électrique alternatif :
Modélisation
Etage de puissance
redresseur (conversion alternatif/continu)
Modélisation
Etage de puissance
hacheur (conversion continu/continu).
Modélisation
Etage de puissance
différents cas
Modélisation
Etage de puissance
différents cas
source d’énergie : monophasé, triphasé
Modélisation
Etage de puissance
différents cas
source d’énergie : monophasé, triphasé
technologie des convertisseurs statiques : pont redresseur commandé ou
non ; hacheur 1, 2 ou 4 quadrants
Cas triphasé, redresseur non commandé, hacheur 4Q
F IGURE: Schéma du convertisseur statique [Louis et al., 2002a]
Modélisation
Choix pour la variation de vitesse
Alimentation
source d’alimentation : dépend des besoins en termes de puissance
systèmes embarqués : (réseau+redesseur) remplacé par des batteries
Modélisation
Choix pour la variation de vitesse
Alimentation
source d’alimentation : dépend des besoins en termes de puissance
systèmes embarqués : (réseau+redesseur) remplacé par des batteries
Hacheur
choix le plus important pour la variation de vitesse
hacheur 4Q : fonctionnement possible dans les différents modes moteur,
freinage (attention à la réversibilité de la source)
F IGURE: Fonctionnement 4 quadrants du hacheur [Louis et al., 2002a]
Modélisation
Modèle du hacheur
Aspect échantillonné
Le hacheur fournit une tension de valeur moyenne réglable par le biais de
son rapport cyclique α ∈ [0 1] : système échantillonné.
Fréquence de commutation élevée en faibles puissances (typiquement 50
kHz pour P < 1kW ).
Modélisation
Modèle du hacheur
Aspect échantillonné
Le hacheur fournit une tension de valeur moyenne réglable par le biais de
son rapport cyclique α ∈ [0 1] : système échantillonné.
Fréquence de commutation élevée en faibles puissances (typiquement 50
kHz pour P < 1kW ).
Modèle en continu
Première approximation : source de tension continue de valeur réglable :
relation tension d’alimentation du moteur/tension de commande du
rapport cyclique = simple gain.
Modélisation
Principe
Moteur à courant continu (mcc)
Dispositif électromécanique qui convertit une énergie électrique d’entrée en
énergie mécanique (réversible).
F IGURE: Principe de fonctionnement d’un mcc [Bernot, 1999]
Modélisation
Mise en équation du mcc
i
i
V
R
L
e
c
f
V
Ω
Equations
V
e
J dΩ
dt
c
=
=
=
=
di
+ e,
Ri + L dt
Ke Ω,
c − c0 − f Ω,
Km i.
Modélisation
Mise en équation du mcc
i
i
V
R
L
e
c
f
V
Ω
Equations
V (s)
E(s)
JsΩ(s)
C(s)
=
=
=
=
(R + Ls)I(s) + E(s),
Ke Ω(s),
C(s) − C0 (s) − f Ω(s),
Km I(s).
Remarque : Ke ' Km . On pose Kem = Ke = Km .
Modélisation
Schéma-bloc
Analyse
mcc = système à contre-réaction
V (s)
+
E(s)
−
1
R + Ls
I(s)
C(s) +
Kem
C0 (s)
−
1
f + Js
Kem
F IGURE: Schéma de principe d’un moteur à courant continu
Ω(s)
Modélisation
Modèle
En combinant les équations :
R
L (f Ω(s) + JsΩ(s)) +
fsΩ(s) + Js2 Ω(s) + Kem Ω(s) = V (s).
Kem
Kem
Fonction de transfert en vitesse
K
G(s) =
ordre 2, classe 0
em
Ω(s)
LJ
=
R
f
V (s)
s2 + ( L + J )s +
2
Rf +Kem
LJ
.
Modélisation
Modèle en vitesse d’ordre un
Hypothèse
On néglige l’influence de l’inductance d’induit.
Fonction de transfert en vitesse
G(s) =
Ω(s)
K
=
,
V (s)
1 + τem s
avec la constante de temps électromécanique du système et le gain statique :
τem =
RJ
Kem
etK =
.
2
2
Rf + Kem
Rf + Kem
ordre 1, un pôle stable p = −1/τem
Modélisation
Modèle en vitesse d’ordre deux
Première expression
G(s) =
Kem
LJ
s2 + ( RL + Jf )s +
2
Rf +Kem
LJ
Identification de la forme canonique :
G(s) =
K Ω2n
.
s2 + 2ξΩn s + Ω2n
.
Modélisation
Seconde expression
G(s) =
K
,
1 + (τem + µτel )s + τel τem s2
avec la constante de temps électrique du système : τel =
L
.
R
Modélisation
Seconde expression
G(s) =
K
,
1 + (τem + µτel )s + τel τem s2
avec la constante de temps électrique du système : τel =
Comme µ =
Rf
2
Rf +Kem
L
.
R
<< 1 ⇒ τem + µτel ' τem ' τem + τel :
G(s) =
Ω(s)
K
=
.
V (s)
(1 + τel s)(1 + τem s)
ordre 2, pôles en p1 = −1/τel et p2 = −1/τem
Modélisation
Modèles en position
Bien évidemment. . .
G(s) =
Θ(s)
K
=
.
V (s)
s(1 + τel s)(1 + τem s)
Le système possède trois pôles p1 = 0, p2 = −1/τel et p3 = −1/τem .
maxon DC motor
RE 36 Æ36 mm, Commutation Graphite, 70 Watt
M 1:2
Programme Stock
Programme Standard
Programme Spécial (sur demande!)
Numéros de commande
118797 118798 118799 118800 118801 118802 118803 118804 118805 118806 118807 118808 118809 118810
Caractéristiques moteur
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
Puissance conseillée
W
70
Tension nominale
Volt 18.0
Vitesse à vide
tr / min 6610
Couple de démarrage
mNm 730
Pente vitesse / couple
tr / min / mNm 9.23
Courant à vide
mA 153
Courant de démarrage
A 28.6
Résistance aux bornes
Ohm 0.628
Vitesse limite
tr / min 8200
Courant permanent max.
A 3.18
Couple permanent max.
mNm
81
Puissance max. fournie à la tension nom.
W 123
Rendement max.
%
84
Constante de couple
mNm / A 25.5
Constante de vitesse
tr / min / V 375
Constante de temps mécanique
ms
6
Inertie du rotor
gcm2 60.2
Inductivité
mH 0.10
Résistance therm. carcasse / air ambiant
K/W
6.4
Résistance therm. rotor / carcasse
K/W
3.4
Constante de temps thermique du bobinage
s
38
Spécifications
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
82
Jeu axial
0.05 - 0.15 mm
Charge maximum des roulements
axiale (dynamique)
non pré-contraint
5.6 N
pré-contraint
2.4 N
radiale (à 5 mm de la face)
28 N
Force de chassage (statique)
110 N
(statique, axe soutenu)
1200 N
Jeu radial avec roulements
0.025 mm
Température ambiante
-20 ... +100°C
Température rotor max.
+125°C
Nombre de lames au collecteur
13
Poids du moteur
350 g
Aimant permanent à 2 pôles
Les caractéristiques moteur du tableau sont des
valeurs nominales.
Voir en page 43 les plages de tolérances.
Des informations détaillées se trouvent sur le
maxon selection program du CD-ROM ci-joint.
Pour ce moteur, les tolérances diffèrent de celles
qui figurent dans notre spécification standard.
maxon DC motor
70
24.0
6210
783
8.05
105
21.5
1.11
8200
2.44
88.8
125
85
36.4
263
6
67.7
0.20
6.4
3.4
43
70
32.0
6790
832
8.27
89
18.7
1.71
8200
1.99
88.5
146
86
44.5
215
6
65.2
0.30
6.4
3.4
41
70
42.0
7020
865
8.19
70
15.3
2.75
8200
1.59
89.8
157
86
56.6
169
6
65.4
0.49
6.4
3.4
41
70
42.0
6340
786
8.14
61
12.6
3.35
8200
1.44
90.4
129
86
62.6
152
6
65.6
0.60
6.4
3.4
41
70
48.0
6420
785
8.25
55
11.1
4.32
8200
1.27
90.1
131
86
70.7
135
6
64.6
0.76
6.4
3.4
41
70
48.0
5220
627
8.41
42
7.22
6.65
8200
1.03
89.8
84.9
85
86.9
110
6
63.3
1.15
6.4
3.4
40
70
70
70
70
70
70
70
48.0 48.0 48.0 48.0 48.0 48.0 48.0
4320 3450 2830 2280 1780 1420 1180
504
403
326
258
198
158
127
8.65 8.67 8.80 8.96 9.17 9.21 9.51
33
25
20
15
12
9
7
4.80 3.06 2.04 1.30 0.784 0.501 0.334
10.00 15.7 23.5 36.8 61.3 95.8
144
8200 8200 8200 8200 8200 8200 8200
0.847 0.679 0.556 0.445 0.346 0.277 0.226
89.0 89.2 88.8 88.1 87.3 87.2 85.8
56.4 36.0 23.9 15.2 9.09 5.78 3.82
84
82
81
79
77
75
72
105
131
160
198
253
315
380
90.9 72.7 59.8 48.2 37.8 30.3 25.1
6
6
6
6
6
6
6
61.5 61.3 60.3 59.2 57.8 57.5 55.7
1.68 2.62 3.87 5.96 9.70 15.10 21.90
6.4
6.4
6.4
6.4
6.4
6.4
6.4
3.4
3.4
3.4
3.4
3.4
3.4
3.4
39
39
38
37
36
36
35
Légende
Plages d'utilisation
n [tr / min]
Explications page 49
Plage de puissance conseillée
9000
70 Watt
Plage de fonctionnement permanent
Compte tenu des resistances thermiques (lignes 19
et 20) la température maximum du rotor peut être
atteinte au valeur nominal de couple et vitesse et à
la température ambiante de 25°C.
= Limite thermique.
7000
5000
3000
Fonctionnement intermittent
La surcharge doit être de courte durée.
1000
0.5
2
100
1.0
4
1.5
6
200
2.0
8
2.5
10
M [mNm]
300
I [A]
3.0
12
I [A]
118804 Moteur avec bobinage à haute résistance
118797 Moteur avec bobinage à basse résistance
Aperçu à la page 17 - 21
Construction modulaire maxon
Réducteur planétaire
Æ32 mm
0.75 - 4.5 Nm
Voir page 219
Æ32 mm
1.0 - 6.0 Nm
Voir page 220
Æ32 mm
0.4 - 2.0 Nm
Voir page 222
Æ42 mm
3 - 15 Nm
Voir page 224
Electronique recommandée:
ADS 50/5
page 259
ADS 50/10
259
ADS_E 50/5, 50/10
260
EPOS 24/5
271
MIP 50
273
Informations
17
Codeur MR
256 - 1024 imp.,
3 canaux
Voir page 239
Codeur HEDS 5540
500 imp.,
3 canaux
Voir page 242
Codeur HEDL 5540
500 imp.,
3 canaux
Voir page 244
Génératrice DCT
Æ22 mm
0.52 V
Voir page 252
Edition Juillet 2005 / Modifications réservées
Dessin dimensionnel
Sur le CD-ROM, les croquis de dimension sont
disponibles en format DXF en vue de leur importation dans n’importe quel système CAD.
Présentation des vues conforme à la méthode E
(ISO).
Toutes les dimensions sont exprimées en [mm].
Ligne 5 Pente vitesse/couple
Dn / DM [tr / min / mNm]
La pente vitesse / couple indique la force du moteur.
Plus cette courbe est plate, moins la vitesse est
sensible aux variations de la charge. La pente vitesse / couple est calculée à une température de
bobinage de 25°C.
Taraudage de montage dans le plastique
Ligne 6 Courant à vide Io [mA]
La réalisation de connexions vissées sur des flasques plastiques nécessite une attention spéciale. C’est le courant qui s’établit lorsque le moteur est à
vide. Il dépend du frottement des balais et du frottement à l’intérieur des paliers, il se modifie légèreCouple de serrage maximal [Ncm]
Un tournevis automatique doit être ajusté à cette ment avec la vitesse.
valeur d’étalonnage.
Ligne 7 Courant de démarrage
IA [mA], [A]
Profondeur active de vissage [mm]
La relation entre la profondeur de vissage et le diamè- C’est le rapport de la tension nominale (tension aux
tre du pas de vis doit être au moins de 2 : 1. La profon- bornes) et de la résistance du moteur. Il est obtenu
deur de vissage ne doit en aucun cas dépasser la lon- au couple de blocage.
gueur utile de taraudage!
Ligne 8 Résistance aux bornes R [W]
C’est la résistance mesurée à 25°C aux bornes
de connection. Elle détermine, sous une tension
U donnée, le courant de démarrage. Dans le cas
de balais en graphite, la résistance de contact
varie en fonction de la charge.
Caractéristiques
Ligne 1 ● Puissance conseillée P2T [W]
C’est la puissance max. fournie, dans la plage de
puissances conseillée. Elle dépend des types et Ligne 9 Vitesse limite nmax [tr / min]
correspond à la représentation du Guide de Sélecti- La vitesse limite ne doit pas être dépassée en fonction (voir également pages 50-146 «Plages d’utili- onnement normal, un dépassement intempestif
endommagerait la commutation, mettant ainsi le
sation»).
moteur en panne.
Ligne 2 Tension nominale U [Volt]
C’est la tension à laquelle se réfèrent toutes les va- Ligne 10 Courant permanent max.
Icont [mA], [A]
leurs nominales (lignes 3, 4, 6, 7, 12, 13).Elle est fixée
pour que la vitesse à vide ne dépasse pas la vitesse C’est le courant qui, à une température ambiente de
maximale admissible. Mais l’utilisation du moteur 25°C, fait monter la température du rotor à sa limite
n’est pas limitée par cette tension. Pour atteindre la max. admissible.
puissance assignée (ligne 1), il est possible d’utiliser
une tension de service plus haute. La puissance Ligne 11 Couple permanent max.
Mcont [mNm]
maximale de sortie est alors plus élevée (ligne 12).
C’est le couple délivré en permanence ou en valeur
Ligne 3 Vitesse à vide no [tr / min]
moyenne, qui élève la température du bobinage jusC’est la vitesse atteinte par le moteur sans charge qu’à sa valeur max. admissible. On se base sur une
additionnelle et alimenté à la tension nominale. Elle température ambiante de 25°C.
est pratiquement proportionnelle à la tension appliLigne 12 Puissance max. fournie
quée.
Pmax [mW], [W]
Ligne 4 Couple de démarrage MH [mNm]
C’est la puissance max. disponible à la tension noCe couple est appliqué sur l’arbre pour obtenir minale et à une température rotor de 25°C. Les val’arrêt à tension nominale. La croissance rapide de leurs d’utilisation se situent en-dessous de cette
la température du moteur provoque la baisse du puissance (voir «courant max. permanent» et «vicouple de démarrage (Voir page 38 «Comporte- tesse limite»).
ment thermique»).
Légende
Plages d'utilisation
Exemple de la page 78
Ligne 13 Rendement max. hmax [%]
Le rendement dépend du courant ou de la vitesse
(voir page 35 «Caractéristique de rendement»).
Le rendement maximal est dérivé de la relation
entre la marche à vide et le courant de démarrage.
Ligne 14 Constante de couple kM [mNm / A]
La constante de couple, ou couple spécifique, est le
quotient du couple fourni et du courant s’y rapportant.
Ligne 15 Constante de vitesse kn [tr / min / V]
Elle indique la vitesse spécifique par Volt de la tension appliquée, sans tenir compte des pertes par
frottement. La valeur inverse de la constante de vitesse est la constante de tension, aussi appelée
constante FEM.
Ligne 16 Constante de temps mécanique
tm [ms]
C’est le temps nécessaire au rotor (sans charge extérieure), pour passer de la vitesse 0 à 63 % de sa
vitesse à vide.
2
Ligne 17 Moment d’inertie du rotor JR [gcm ]
C’est le moment d’inertie de masse du rotor, basée
sur l’axe de rotation.
Ligne 18 Inductance terminale L [mH]
C’est l’inductivité du bobinage lorsque le rotor est à
l’arrêt, mesurée à l’aide d’une tension sinusoïdale
à 1 kHz.
Ligne 19 Résistance thermique
Rth2 [K / W]
C’est la résistance thermique entre la carcasse et
l’air ambiant. Valeur théorique sans aucun refroidisseur additionnel. L’addition des lignes 19 et 20
permet de définir la puissance dissipée max.
Admissible. Sur les moteurs à flasque métallique,
la résistance thermique Rth2 peut être réduite jusqu'à 50 %, à condition que le moteur soit couplé
directement à un bon conducteur thermique (métallique) au lieu d'une plaque en matière synthétique.
Ligne 20 Résistance thermique
Rth1 [K / W]
Idem entre rotor et carcasse.
Ligne 21 Constante de temps thermique du
bobinage tw [s]
C’est le temps nécessité par le bobinage pour modifier sa température.
Plage de fonctionnement permanent
Compte tenu des resistances thermiques
(lignes 19 et 20) la température maximum du
rotor peut être atteinte au valeur nominal de
couple et vitesse et à la température ambiante
de 25°C = Limite thermique.
Vitesse [tr / min]
12000
10000
8000
6000
Domaine de fonctionnement
intermittent
4000
La surcharge doit être de courte durée
(voir page 36).
Fonctionnement continu
2000
20
0.5
1
40
60
80 Couple [mNm]
1.0
1.5
2
3
4
Courant permanent max.
2.0
5
4
Courant [A]
Le diagramme du domaine de fonctionnement décrit
la plage de puissance mécanique livrable par le bobinage. Il illustre les points de fonctionnement possibles en fonction de la vitesse et du couple.Pour deux
bobinages sélectionnés, l’un à faible, l’autre à forte
résistance, le couple figure en échelle de puissance
(Ligne 8).
2
118757 Moteur avec bobinage à haute résistance (Ligne 8)
118749 Moteur avec bobinage à haute résistance (Ligne 8)
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 ON%
ON
Moteur en service
OFF
Moteur stationnaire
ÎON
Courant de pointe max.
Icont
Courant max. admissible en service continu (Ligne 10)
tON
Temps d’enclenchement, à ne pas dépasser tw (Lg. 21)
T
Temps de cycle tON + tOFF [s]
tON%
Temps d’enclenchement en % du temps de cycle
Pendant une durée d’enclenchement de X %, le moteur peut
être surchargé dans le rapport ION / Icon
I ON = I cont
Temps
3
1
Courant [A]
6
T
5
T
t ON
maxon DC motor
49
maxon DC motor
Explications sur les pages 50 - 146
Plan
1
Introduction
2
Modélisation
3
Protections
Préliminaire
Fonction de transfert en courant
GI (s) =
I(s)
Js + f
=
.
2
V (s)
LJs2 + (RJ + Lf )s + Rf + Kem
2 pôles, 1 zéro
F IGURE: Réponse en boucle ouverte du mcc (non chargé)
Nécessité d’un asservissement de courant
Risque
Dépassements de courant dans le hacheur, dans le circuit d’induit du mcc =
effets destructeur. Besoin :
d’asservir le courant pour avoir la maîtrise des dépassements ;
de limiter le courant maximum pour protéger le moteur dans tous les cas.
Synthèse de l’asservissement de courant
Approches
utilisation de GI (s)
Approches
utilisation de GI (s)
raisonnement approché : fém variant lentement=perturbation d’où :
GI (s) =
1
1
1
=
R + Ls
R 1 + τe s
Ordre 1, classe 0, correction PI : CI(s) = Kp (1 +
CI (s)GI (s) =
1
)
τi s
:
Kp 1 + τ i s
.
Rτi s(1 + τe s)
Réglage
Compensation du pôle électrique, d’où BF :
GIBF (s) =
1
1
ki 1 + Rτi s
Kp k
i
avec ki gain du capteur assurant la mesure de courant.
Temps de réponse de la boucle de courant = fonction de Kp .
Remarques sur l’asservissement de courant
Remarque 1
Hacheur=gain occulte le retard introduit par le hacheur
Remarque 2
Asservissement de courant analogique : coût et performances
Synthèse des asservissements de vitesse et position
Préalable
Boucle de courant réglée, asservissement avec boucles imbriquées ou
asservissement cascade
Vr (s)
+
CΩ (s)
−
Ω(s)
V (s)
+
CI (s)
mcc
−
ki
VΩ (s) = kω Ω(s)
I(s)
kω
F IGURE: Asservissement de vitesse d’un moteur à courant continu
Synthèses
Synthèse de l’asservissement de vitesse
Réécriture des équations dynamiques du mcc asservi en courant.
Modèle d’ordre deux et de classe 0 : correction PI.
Synthèse de l’asservissement de position
Idem.
Modèle d’ordre trois et de classe 1 : correction avance de phase.
Remarques
Analogique ou numérique ?
Choix dépend du type de moteur
mcc=commande analogique suffisante (coût)
moteurs à courants continus sans collecteur= commande numérique :
réalisation des asservissements nécessite des fonctions non linéaires
(processeur)
Protections
Protection en courant
F IGURE: Schéma général d’un variateur de vitesse [Louis et al., 2002a]
Limitation de courant
Saturation de la commande de la boucle de courant par une tension égale à
±ki IM
Protections
Mise en garde
Attention !
Un certain nombre de protections ne sont pas présentes sur un variateur de
vitesse :
Protections
Mise en garde
Attention !
vitesse :
mise en court-circuit de la sortie du variateur : destruction du variateur
Protections
Mise en garde
Attention !
vitesse :
mise en court-circuit de la sortie du variateur : destruction du variateur
pas de protection en général contre une inversion des tensions
d’alimentation.
Grandeurs commandées
Régulation par codeur digital
Compensation R x I
Vitesse
La tâche d’un servoamplificateur pour régulation de vitesse consiste à maintenir la vitesse
de rotation aussi constante que possible quelles que soient les variations de couple demandées au moteur. Pour atteindre ce but,
l’électronique de régulation du servoamplificateur compare en permanence la valeur de consigne (vitesse desirée) avec la valeur réelle
instantanée (vitesse effective). La différence
entre les deux valeurs sert à piloter l’étage de
puissance du servoamplificateur de telle manière que le moteur amenuise la différence de
vitesse. On dispose ainsi d’un circuit de régulation de vitesse en boucle fermée.
Le moteur est équipé d’un codeur digital
qui délivre un nombre donné d’impulsions à
chaque tour du rotor. Les impulsions rectangulaires des canaux A et B sont décalées de
90° pour permettre de déterminer le sens de
rotation.
- Les codeurs digitaux sont surtout utilisés
pour assurer le positionnement et pour
détecter un déplacement angulaire.
- Les codeurs digitaux ne sont soumis à
aucune usure.
- En liaison avec un régulateur digital, ils ne
provoquent aucun effet de dérive.
Une tension proportionnelle à la valeur de consigne est appliquée au moteur. Si la charge
augmente, la vitesse de rotation diminue. Le
circuit de compensation augmente alors la tension de sortie, avec un accroissement du courant dans le moteur. Cette compensation doit
être ajustée à la résistance interne du moteur.
Cette résistance varie avec la température et
avec la charge appliquée.
codeur nécessaire
- Régulation peu précise en cas de forte varia-
Valeur de consigne
tion de la charge
- Régulation de vitesse uniquement
- Idéal pour les applications «Low Cost» qui
maxon motor control
-
La précision du réglage de la vitesse que l’on
peut obtenir dans de tels systèmes est de l’ordre
de quelques pour cents
- Économie en prix et en place
- Pas de génératrice DC ou de
n’exigent pas une vitesse très précise
-
M
n
Principe: Compensation R x I
Valeur réelle
E
Valeur de consigne
maxon motor control
-
-
Courant
Le régulateur de courant alimente le moteur
avec une intensité proportionnelle à la valeur
de consigne. Ainsi le couple du moteur est proportionnel à la consigne.
Le régulateur de courant améliore aussi la dynamique d’un circuit de régulation de position
ou de vitesse supérieur.
Principe: Régulation par codeur
-
Position
Le régulateur de position s’efforce de faire
coïncider la position actuelle mesurée avec la
position désirée - de la même manière que le
régulateur de vitesse - en donnant au moteur
les valeurs de correction. L’information sur la
position est généralement délivrée par un
codeur digital.
-
I
M
U
Valeur réelle
Schéma d’un circuit de régulation
Valeur de consigne
maxon motor control
Déviation du système
-
-
maxon motor control
Technique – sans détour
Le programme des asservissements de
moteurs maxon contient une gamme de servoamplificateurs pour commander les moteurs
DC et EC hautement dynamique.
-
Contrôleur
é tage de puissance
(actuateur)
Valeur réelle
32
Moteur
n
Capteur
Données électriques
●
●
●
●
Power
Alimentation
Connexions du moteur
LED
Indicateur de l'état
Signal
Connexion pour les entrées
Connexion pour les sorties
Connexion génératrice tachymétrique
Encoder
Connexion codeur digital
Commutateur DIP
Choix du mode de réglage
Potentiomètres
Ajustement de l'équilibrage
●
●
●
●
Tension de service VCC
ondulation résiduelle < 5 %
Tension de sortie max.
Courant de sortie Imax:
ADS 50/10 POWER
ADS 50/5 STANDARD
Courant de sortie continu Icont:
ADS 50/10 POWER
ADS 50/5 STANDARD
Cadence de l’étage final
Rendement max.
Largeur de bande de réglage
Self interne du moteur:
ADS 50/10 POWER
ADS 50/5 STANDARD
12 - 50 VDC
0.9 x VCC
20 A
10 A
10 A
5A
50 kHz
95 %
2.5 kHz
75 mH / 10 A
150 mH / 5 A
Entrées
●
Valeur de consigne «Set value»
●
Circuit libre «Enable»
●
●
-10 ... +10 V
(Ri = 20 kW)
+4 ... +50 V
(Ri = 15 kW)
Génératrice DC
min. 2 VDC, max. 50 VDC
(Ri = 14 kW)
Signaux codeurs
Canal A, A\, B, B\,
max. 100 kHz, TTL
Sorties
●
Dimensions en [mm]
●
●
Moniteur courant «Monitor I», protégé contre
les courts-circuits
-10 … +10 VDC
(Ro = 100 W)
Moniteur vitesse «Monitor n», protégé contre
les courts-circuits
-10 … +10 VDC
(Ro = 100 W)
Message de surveillance «READY»
Open collector
max. 30 VDC
(IL < 20 mA)
Sorties de tension
●
●
Voltages auxiliaires, protégé contre les courtscircuits
+12 VDC, -12 VDC, max. 12 mA
Alimentation codeur
+5 VDC, max. 80 mA
Régulateur
●
●
●
●
●
Compensation IxR
Offset
nmax
Imax
gain
Affichage
●
LED 2 couleurs
READY / ERROR
vert = READY, rouge = ERROR
Plages de température et
d’humidité
●
●
●
Exploitation
Stockage
non condensé
-10 ... +45°C
-40 ... +85°C
20 ... 80 %
Données mécaniques
●
ADS 50/10
201583
Servoamplificateur 4-Q-DC
Version POWER
en boîtier modulaire
ADS 50/5
Servoamplificateur 4-Q-DC
Version STANDARD
en boîtier modulaire
145391
●
●
Accessoires
235811
Chopper de frein
Poids
Fixation
environ 400 g
Flanc pour vis M4
Connexions
●
Bornes LP
(plaquette enfichable de bornes)
Alimentation (5 pôles), Signaux (12 pôles)
Pas de
3.81 mm
Recommandée du câble:
0.14 - 1 mm2 fil fin
0.14 - 1.5 mm2 fil simple
Codeur
connecteur selon
DIN 41651
pour câble plat en trame de
1.27 mm
avec AWG 28
Note
Voir page 258 pour les caractéristiques générales sur le 4-Q-DC variateur de vitesse ADS.
maxon motor control
259
maxon motor control
4QDC Servoamplificateur ADS en boîtier modulaire
Génératrice DCT 22, 0.52 Volt
Informations importantes
●
●
maxon tacho
●
●
●
●
●
Programme Stock
Programme Standard
Génératrice équipée du rotor sans fer maxon.
Génératrice avec commutation en métaux précieux.
Inertie du système = inertie rotor moteur + inertie
rotor génératrice.
Le rotor génératrice tourne dans le même sens
que le rotor moteur (la rotation du moteur en sens
horaire, vu en bout d’axe, fournit une tension positive
sur la cosse marquée +).
Il est recommandé d’utiliser un amplificateur à haute
impédance d’entrée.
La génératrice ne doit pas être trop chargée en
courant.
La fréquence de résonance donnée provient des
systèmes rotor-moteur et rotor-TG.
118908
118909
118910
2
3
4
Type
Diamètre de l'arbre (mm)
longueur totale
longueur totale
Combinaison
+ Moteur
RE 25, 10 W
RE 25, 10 W
RE 25, 10 W
RE 25, 10 W
RE 25, 10 W
RE 25, 20 W
RE 25, 20 W
RE 25, 20 W
RE 25, 20 W
RE 25, 20 W
RE 26, 18 W
RE 26, 18 W
RE 26, 18 W
RE 26, 18 W
RE 26, 18 W
RE 35, 90 W
RE 35, 90 W
RE 35, 90 W
RE 35, 90 W
RE 36, 70 W
RE 36, 70 W
RE 36, 70 W
RE 36, 70 W
RE 36, 70 W
Page
77
77
77
77
77
78
78
78
78
78
79
79
79
79
79
81
81
81
81
82
82
82
82
82
+ Réducteur
Page
GP 26, 0.5 - 2.0 Nm
GP 32, 0.75 - 4.5 Nm
GP 32, 1.0 - 6.0 Nm
GP 32, 0.4 - 2.0 Nm
216
218
220
222
GP 26, 0.5 - 2.0 Nm
GP 32, 0.75 - 4.5 Nm
GP 32, 1.0 - 6.0 Nm
GP 32, 0.4 - 2.0 Nm
216
218
220
222
GP 26, 0.5 - 2.0 Nm
GP 32, 0.75 - 4.5 Nm
GP 32, 1.0 - 6.0 Nm
GP 32, 0.4 - 2.0 Nm
216
218
220
222
GP 32, 0.75 - 4.5 Nm
GP 32, 1.0 - 6.0 Nm
GP 42, 3.0 - 15 Nm
219
220
224
GP 32, 0.75 - 4.5 Nm
GP 32, 1.0 - 6.0 Nm
GP 32, 0.4 - 2.0 Nm
GP 42, 3.0 - 15 Nm
219
220
222
224
Longueur totale [mm] /
voir: + Réducteur
76.8
●
●
●
●
76.8
●
●
●
●
79.8
●
●
●
●
89.0
●
●
●
89.3
●
●
●
●
Données techniques
Tension de sortie par 1000 tr / min
0.52 V
Résistance connectée tachymètrique
56.6 W
Ondulation moyenne effective crête à crête
£6%
Nombre d'ondulations par tour
14
Linéarité entre 500 et 5000 tr / min à vide
± 0.2 %
Linéarité avec résistance de charge de 10 kW
± 0.7 %
Erreur d'inversion
± 0.1 %
Coefficient de température de la FEM (aimant) -0.02 % /°C
Coefficient de temp. sur résistance d'induit
+0.4 % /°C
Exemple de connexion
Courant max. conseillé
10 mA
Tolérance de la tension de sortie
± 15 %
Inertie du rotor génératrice
< 3 gcm2
Fréq. de résonance avec le mot. des p. 77 - 79 > 2 kHz
avec le moteur des pages 86, 88
> 3 kHz
avec le moteur des pages 81, 82
> 4.5 kHz
Plage de températures
-20 ... +65°C
180 W
T
1 kW
Option: également livrable avec des fils de connexion.
Rippel =
252
maxon tacho
x 100 (%)
Primaire
Secondaire
b32
jaune / blanc
Programme Stock
Programme Standard
U
z32
bleu
SIN
rouge z30
360°e
COS
R
es
ro olv
to err
b30
SIN
jaune
rouge / blanc
d30
noir
COS
Angle
rotor
j
d32
166488
133405
268912
216287
4
6
6
6
Type
longueur totale
longueur totale
Combinaison
+ Moteur
EC 32, 80 W
EC 32, 80 W
EC 32, 80 W
EC 40, 120 W
EC 40, 120 W
EC 40, 120 W
EC 45, 150 W
EC 45, 150 W
EC 45, 150 W
EC 45, 250 W
EC 45, 250 W
EC 45, 250 W
EC 45, 250 W
EC 60, 400 W
EC 60, 400 W
Page
159
159
159
160
160
160
161
161
161
162
162
162
162
165
165
+ Réducteur
Page
GP 32, 0.75 - 4.5 Nm
GP 32, 1.0 - 6.0 Nm
219
221
GP 42, 3.0 - 15 Nm
GP 52, 4.0 - 30 Nm
224
227
GP 42, 3.0 - 15 Nm
GP 52, 4.0 - 30 Nm
224
227
GP 42, 3.0 - 15 Nm
GP 52, 4.0 - 30 Nm
GP 62, 8.0 - 50 Nm
225
227
229
GP 81, 20 - 120 Nm
230
80.1
voir: + Réducteur
●
96.6
111.2
●
144.0
●
●
177.3
●
Données techniques
Tension d'entrée
Transformation
Erreur électrique
10 V peak, 10 kHz Moment d'inertie du rotor
0.5 Poids
± 10 minutes Plage de températures
6 gcm2
40 g
-55 ... +155°C
maxon tacho
253
maxon tacho
Résolveur Res 26, 10 Volt
maxon tacho
Codeur HEDL 5540, 500 impulsions, 3 canaux, avec Line Driver RS 422
Programme Stock
Programme Standard
110512
110514
110516
110518
500
3
100
3
500
3
100
4
500
3
100
6
500
3
100
8
Type
Nombre d'impulsions par tour
Nombre de canaux
Fréquence impulsionnelle max. (kHz)
longueur totale
longueur totale
Combinaison
+ Moteur
RE 25, 10 W*
RE 25, 10 W*
RE 25, 10 W*
RE 25, 10 W*
RE 25, 20 W*
RE 25, 20 W*
RE 25, 20 W*
RE 25, 20 W*
RE 26, 18 W*
RE 26, 18 W*
RE 26, 18 W*
RE 26, 18 W*
RE 35, 90 W*
RE 35, 90 W*
RE 35, 90 W*
RE 35, 90 W*
RE 35, 90 W*
RE 35, 90 W*
RE 36, 70 W*
RE 36, 70 W*
RE 36, 70 W*
RE 36, 70 W*
RE 40, 150 W*
RE 40, 150 W*
RE 40, 150 W*
RE 40, 150 W*
RE 40, 150 W*
RE 40, 150 W*
RE 75, 250 W
RE 75, 250 W
RE 75, 250 W
RE 75, 250 W
Page
77
77
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78
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78
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79
79
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81
81
81
81
81
81
82
82
82
82
83
83
83
83
83
83
84
84
84
84
+ Réducteur
Page
GP 26, 0.5 - 2.0 Nm
GP 32, 0.75 - 6.0 Nm
GP 32, 0.4 - 2.0 Nm
216
218/220
222
+ Frein
Page
75.3
voir: + Réducteur
●
●
●
75.3
●
GP 26, 0.5 - 2.0 Nm
GP 32, 0.75 - 6.0 Nm
GP 32, 0.4 - 2.0 Nm
216
218/220
222
GP 26, 0.5 - 2.0 Nm
GP 32, 0.75 - 6.0 Nm
GP 32, 0.4 - 2.0 Nm
216
218/220
222
GP 32, 0.75 - 6.0 Nm
GP 42, 3.0 - 15 Nm
219/220
224
GP 32, 0.75 - 6.0 Nm
GP 42, 3.0 - 15 Nm
AB 40
219/220 AB 40
224
AB 40
GP 32, 0.75 - 6.0 Nm
GP 32, 0.4 - 2.0 Nm
GP 42, 3.0 - 15 Nm
219/220
222
224
GP 42, 3.0 - 15 Nm
GP 52, 4.0 - 30 Nm
224
227
●
●
77.2
●
●
●
91.9
●
●
279
279
279
124.1
●
●
92.2
●
●
●
91.7
GP 42, 3.0 - 15 Nm
GP 42, 4.0 - 30 Nm
224
227
GP 81, 20 - 120 Nm
230
GP 81, 20 - 120 Nm
230
●
●
AB 40
AB 40
AB 40
279
279
279
AB 75
AB 75
282
282
124.2
●
●
241.5
●
281.4
●
*Connectique voir page 245
Connectique
Type SOURIAU 8GM-QL2-12P
1 VCC
2 N.C. (non utilisé)
3 GND
5 Canal I (Index)
6 Canal I
7 Canal B
8 Canal B
9 Canal A
10 Canal A
Connecteurs connseillés
Type SOURIAU 8GM-DM2-12S
(métal sortie droite:
maxon Art. No. 2675.538) ou
8G-V2-12S ((plastique, angle à 90°:
maxon Art. No. 2675.539)
Exemple de connexion
Recepteur de ligne
Circuits utilisables:
- MC 3486
- SN 75175
- AM 26 LS 32
Codeur
Line Driver
DS26LS31
Canal
R
Connectique pour moteur RE 75
Canal A
Canal
R
Tension d'alimentation
5 V ± 10 %
Signal de sortie
EIA Standard RS 422
Drives utilisée:
DS26LS31
Déphasage F (nominal)
90°e
Distance entre flancs s
min. 45°e
Temps de montée du signal
180 ns
(typique avec CL = 25 pF, RL = 2.7 kW, 25°C)
Temps de descente du signal
40 ns
(typique avec CL = 25 pF, RL = 2.7 kW, 25°C)
Largeur (nominale) d'impulsion d'index
90°e
Plage de températures
0 ... +70°C
Moment d'inertie du disque
£ 0.6 gcm2
Accélération angulaire max.
250 000 rad s-2
Courant par canal
min. -20 mA, max. 20 mA
Option
1000 impulsions, 2 canaux
Canal B
Canal
R
Données techniques
Canal I
Résistance terminale R = typique 100 W
244
maxon tacho
Protections
Bernot, F. (1999).
Machines à courant continu. constitution et fonctionnement.
Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique, pages D 3555 1–14.
Louis, J.-P. and Bergmann, C. (2002a).
Commande numérique. convertisseur- moteur à courant continu.
Louis, J.-P. and Bergmann, C. (2002b).
Commande numérique des machines. evolution des commandes.
Louis, J.-P., Multon, B., Bonnassieux, Y., and Lavabre, M. (2002a).
Commande des machines à courant continu (mcc) à vitesse variable.
Louis, J.-P., Multon, B., Bonnassieux, Y., and Lavabre, M. (2002b).
Régulation des mcc. structure générale.

Technologie des Asservissements

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