Les moteurs à courant continu (DC) sont largement utilisés, tant dans les applications industrielles qu’à la maison pour des projets personnels. L’une des principales considérations lorsque l’on choisit d’utiliser un moteur CC est de savoir s’il faut y raccorder une forme de rétroaction.
Qu’est-ce que la rétroaction ?
La rétroaction désigne toute information qu’un contrôleur peut utiliser pour surveiller un processus. Dans les moteurs CC, la rétroaction est généralement collectée sous forme de position, de nombre de rotations et de sens de rotation. Ces informations peuvent ensuite être transmises au contrôleur pour mesurer la vitesse angulaire et la position de l’arbre du moteur ; c’est ce qu’on appelle couramment une forme de « commande en boucle fermée ».
Dans des cas d’utilisation plus sophistiqués, la rétroaction provenant du moteur et d’autres sources peut être pilotée pour atteindre non seulement une vitesse et une position précises, mais aussi la réponse dynamique, la synchronisation et la stabilité souhaitées.
Avantages de l’utilisation de la rétroaction
Lorsqu’elle est correctement mise en œuvre, la rétroaction peut permettre à la machine de fonctionner plus efficacement et avec une meilleure répétabilité. La rétroaction peut permettre à votre mécanisme d’ajuster automatiquement la sortie pour maintenir la stabilité, réduire les variations et minimiser les erreurs sans intervention humaine.
Un exemple simple d’un bon système de commande par rétroaction est le thermostat. Le contrôleur mesure la température de la pièce et ajuste la puissance des éléments chauffants afin de maintenir une température définie.
Un des principaux avantages de la rétroaction pour les moteurs CC est la commande PID. PID désigne un mécanisme de boucle de commande largement utilisé dans l’industrie pour compenser automatiquement les erreurs de vitesse ou de position de la machine.
La rétroaction peut également être utilisée pour mettre en œuvre des mécanismes de sécurité intégrée et diagnostiquer votre application. Par exemple, si vos vérins linéaires sont censés se déplacer de façon synchronisée mais que l’un d’eux prend du retard, c’est qu’il y a un problème. Le système peut alors arrêter le mouvement des deux vérins afin d’éviter tout dommage ou basculement.
Types de capteurs de rétroaction pour moteurs CC
Les types de rétroaction les plus courants pour les moteurs CC sont les potentiomètres, les capteurs à effet Hall et les codeurs. En termes de précision et d’exactitude, les trois types peuvent être comparables et sont très efficaces avec la technologie moderne. Les différences apparaissent lorsqu’on considère des exigences de performance spécifiques comme la durabilité, les facteurs environnementaux, les interférences électromagnétiques et le comportement en température.
Potentiomètre
Le plus grand avantage de ce type de rétroaction est sa simplicité. Le potentiomètre transforme efficacement un moteur CC standard en servomoteur, permettant des mouvements précis et/ou une régulation de la vitesse. Les potentiomètres fournissent des informations directes sur la position angulaire de l’arbre du moteur. Ainsi, lorsque le système perd l’alimentation, le potentiomètre peut conserver ses informations de position sans avoir besoin d’un « retour au point d’origine ». De plus, les potentiomètres étant fondamentalement des diviseurs de tension avec une grande résistance, ils gèrent bien les interférences électromagnétiques (EMI).
Il existe également des inconvénients liés à l’utilisation des potentiomètres. Les capteurs à potentiomètre doivent être en contact pour effectuer les mesures, ce qui signifie qu’ils sont moins durables et ont une durée de vie utile limitée par rapport à d’autres formes de rétroaction. Les potentiomètres constituent une méthode de mesure relativement lente, à la fois en raison de la nécessité du contact et parce qu’ils peuvent nécessiter un convertisseur analogique-numérique avant que la commande de rétroaction proprement dite ne soit établie. Enfin, les potentiomètres dans les moteurs imposent une limite au nombre de rotations qu’un arbre peut effectuer. Les applications utilisant une rétroaction par potentiomètre doivent s’assurer qu’il existe un moyen d’empêcher tout dépassement de course.
Effet Hall
Les capteurs à effet Hall sont un pilier de la rétroaction moteur, car ils sont fiables, précis et possèdent une longue durée de vie utile. Contrairement au potentiomètre, les capteurs à effet Hall n’ont pas besoin d’établir de contact ; ils sont donc utiles dans les environnements difficiles, très résistants à l’usure et fiables dans des environnements soumis à de forts chocs. Les capteurs à effet Hall fournissent des impulsions électriques lorsque l’aimant est aligné avec l’électronique de détection. Pour cette raison, ils conviennent aux applications à grande vitesse et permettent de préprogrammer certains angles de l’arbre moteur.
Un des inconvénients des capteurs à effet Hall est qu’ils ne peuvent fournir que des informations de position relatives. Cela signifie qu’à chaque perte d’alimentation du système, les capteurs à effet Hall doivent être déplacés vers une position connue et réinitialisés. En outre, les fils des capteurs à effet Hall transportant l’information peuvent être vulnérables aux interférences électromagnétiques et au bruit. Pour cette raison, les signaux peuvent parfois être perdus ou de faux signaux peuvent être générés, ce qui signifie que l’information de position peut « dériver » avec le temps.
Codeur
Il existe des codeurs optiques et magnétiques. Les codeurs magnétiques sont probablement le meilleur capteur global pour générer des signaux de rétroaction. Ils sont sans contact, tout comme les capteurs à effet Hall, ce qui leur confère une très longue durée de vie utile. Ils sont très rapides et présentent généralement une très haute résolution. Les codeurs magnétiques ne sont pas non plus affectés par la poussière ou d’autres particules et peuvent être utilisés dans une grande variété d’environnements.
Les codeurs sont généralement coûteux et nécessitent une électronique dédiée qui peut être difficile à configurer et à piloter. Ajouter une complexité inutile à la conception n’est pas toujours une bonne idée, car cela augmente également le nombre de modes de défaillance potentiels.
Il existe une variété de formes de rétroaction à la disposition des concepteurs et, avec les avancées de la technologie moderne, elles peuvent être rendues globalement équivalentes en termes de précision. Lors du choix du type de rétroaction, il faut tenir compte des besoins de performance de l’application et comprendre les avantages des technologies utilisées.