Servo Drives, Motors et les appareils qui les contrôlent représentent une opportunité de croissance durable, tirée par les innovations dans les systèmes automobiles et industriels et les progrès de la technologie de production. Les industries de l'automobile et des transports devraient tenir compte de la plus grande part de servomoteurs et stimuler les ventes de 2022 à 2022. La demande de disques, de contrôleurs et de servantes reste forte pour aider les entreprises à améliorer l'efficacité dans les environnements industriels.
Les exigences et les technologies et les technologies de contrôle de la vitesse / couple varient selon le type de moteur, allant du simple contrôle de la tension et du courant pour les moteurs à courant continu et les moteurs à usage général à l'utilisation des onduleurs pour les moteurs AC, la commutation de rétroaction de différentes phases dans les moteurs sans balais et complexe et complexe Drives de moteur pas à pas de circuits numériques. Même pour les moteurs analogiques traditionnels tels que les moteurs d'induction et les types de réticence commutés, la technologie analogique traditionnelle d'aujourd'hui s'accompagne de méthodes de contrôle numérique de plus en plus sophistiquées qui permettent de mettre en œuvre des solutions à faible coût. L'utilisation de dispositifs microélectroniques permet une meilleure vitesse, position et contrôle du couple, ainsi qu'une efficacité plus élevée.
Figure 1: Diagramme de blocs IC de commande de moteur (Image: Maxim Integrated)
Les circuits de commande du moteur doivent rapidement activer le courant sur et désactiver dans les bobines de moteur tout en minimisant les pertes de commutation ou de conduction. Les MOSFET et les transistors bipolaires (IGBT) isolés répondent aux besoins du contrôle moteur dans une variété d'applications. Ces dispositifs de contrôle électrique ont des fonctions et des attributs similaires, et il y a un chevauchement dans leur conception interne. Dans la plupart des applications, ils sont utilisés dans une configuration du pont H pour contrôler le chemin actuel vers deux ou plusieurs bobines de moteur. Cela permet un contrôle total sur la vitesse et la direction du moteur (figure 1).
Aperçu du moteur
Tout projet de conception qui comprend l'exigence d'un moteur ou d'un lecteur mécanique doit évaluer s'il faut utiliser une conception de courant continu ou un stepper ou un servomoteur. Dans un moteur continu, des aimants ou des enroulements permanents sont utilisés pour créer un champ magnétique statique dans le stator. Le rotor se compose de bobines où le courant pénètre à travers des pinceaux en graphite pressés dans un variateur sur un arbre rotatif. Le courant traverse les enroulements successifs pour maintenir la rotation.
Les moteurs AC peuvent être synchrones ou asynchrones. Dans les moteurs asynchrones (également appelés moteurs d'induction), les enroulements du stator sont disposés pour former une distribution à peu près sinusoïdale. Les moteurs synchrones comprennent des moteurs CC et AC sans balais ainsi que les moteurs de réticence commutés et les moteurs alimentés par des sources de tension sinusoïdale.
Dans les moteurs sans balais, le rotor a des aimants permanents et les enroulements situés dans le stator sont entraînés par l'électronique de contrôle dans la séquence appropriée. Un moteur CC sans balais est entraîné par une séquence de commutation de signal continu sur différents enroulements du stator. Les moteurs AC sans balais peuvent être fabriqués sous forme de moteurs AC synchrones avec des aimants permanents; Dans ce cas, ils sont entraînés par des signaux sinusoïdaux. L'absence de brosses augmente l'efficacité en éliminant les sources de frottement. L'absence de pièces mécaniques sur les commutateurs permet d'atteindre des vitesses de rotation plus élevées.
Les moteurs pas à pas sont des moteurs synchrones sans balais alimentés par DC. Le rotor reste stationnaire à une position spécifique. Les moteurs pas à pas peuvent faire tourner très précisément l'arbre du rotor à quelques degrés sans utiliser de capteurs pour détecter la position angulaire.
Paramètres clés
Comme pour la plupart des composants électroniques, un certain nombre de paramètres de performance clés et spécifiques déterminent la correspondance initiale entre l'appareil et l'application. Les paramètres clés pour les périphériques de contrôle du moteur sont les valeurs de gestion du courant et de la tension, car celles-ci déterminent si un composant particulier peut prendre en charge les exigences de charge du moteur.
Pour les MOSFET, les paramètres de clé suivants sont la résistance active (RDS (ON)) et la capacité de porte. Une résistance plus faible réduit les pertes de résistance et la chute de tension à l'état ON, ce qui réduit la charge dissipative et améliore l'efficacité. La capacité de porte détermine la fréquence et la vitesse de courant requises pour activer et désactiver pleinement la porte au temps de transition souhaité (vitesse de commutation). Pour les IGBT, le prochain paramètre critique est la chute de tension (Vdrop), qui est la somme des contributions des diodes et des MOSFET internes passant par la jonction PN. Les niveaux de température et de courant affectent les paramètres RDS (ON) et Vdrop.
En général, les MOSFET offrent des vitesses de commutation plus élevées (en MHz) et des courants de pointe plus élevés. Les IGBT offrent des valeurs actuelles autour de 10 A et sont robustes, mais ont des vitesses de commutation plus lentes. Pour les applications de contrôle du moteur, la règle de base est que les MOSFET sont un meilleur choix pour une fréquence de commutation et de courant plus faible et plus élevée, tandis que les IGBT sont un meilleur choix pour une tension / courant plus élevé et une fréquence plus faible.