Guide Motion Control du GIMELEC - Ministère de l'Éducation ...

10- Les économies d’énergie
Pertes dans les moteurs
Les servomoteurs sont le siège de deux types de pertes: les
pertes mécaniques et les pertes électriques. Pour les moteurs
conventionnels, les pertes mécaniques sont liées
aux roulements et à l’entraînement des divers éléments
liés au moteur comme le capteur de position et le frein.
Ces pertes peuvent être considérées comme négligeables
et sont susceptibles d’évoluer dans le temps en raison de
l’usure ou d’un défaut de lubrification.
La constante de couple joue un rôle primordial sur la
consommation d’énergie elle indique le nombre de N.m
générés par Ampère. Plus cette constante est élevée moins
le moteur consommera d’énergie pour la même puissance
mécanique fournie.
En ce qui concerne les moteurs linéaires, les pertes mécaniques
sont liées au système de guidage. Quant aux moteurs
piézoélectriques, une partie significative de l’énergie
est dissipée dans le système d’entraînement par friction.
Les autres pertes sont d’origine électrique et magnétique :
■■pertes dans les masses métalliques ferromagnétiques
(courant de Foucault et hystérésis)
■■perte dans le collecteur pour les servomoteurs à courant
continu (tension de seuil et commutation),
■■pertes dans les enroulements du stator (effet Joule),
■■pertes dans le rotor pour les machines asynchrones rotatives
(effet Joule),
■■pertes dans le secondaire pour les moteurs linéaires (effet
Joule),
■■occasionnellement pertes liées au système de refroidissement
du moteur (circuit de refroidissement liquide, ventilation
forcée).
Le tableau Figure 161 compare les rendements typiques des
différents servomoteurs. Les notions utilisées pour qualifier
les pertes sont utilisées à titre de comparaison entre les solutions
et n’ont aucune signification sur la valeur de ces pertes.
Type de moteur Pertes Rendement
typique minimum
Mécaniques Collecteur Stator/primaire Rotor/secondaire
Synchrone Très faibles Sans objet Faibles Faibles 95%
Asynchrone Très faibles Sans objet Élevées Élevées 85%
Linéaire synchrone Très faibles Sans objet Élevées Faibles 80%
Courant continu Faibles
(frottements au
collecteur)
Faibles Faibles Élevées 90%
DC Brushless Très faibles Sans objet Faibles Faibles sauf au freinage 80%
Pas-à-pas à aimants et composites Très faibles Sans objet Élevées Faibles sauf au freinage 50%
Linéaire asynchrone Très faibles Sans objet Élevées Élevées 70%
Pas-à-pas à réluctance Très faibles Sans objet Très élevées Faibles sauf au freinage 40%
Piézoélectrique Très élevées Sans objet Sans objet Sans objet 20%
Figure 161 Rendements typiques des différents moteurs
Pertes découlant du fonctionnement en
MLI
Les variateurs de vitesse travaillent tous par modulation de
largeur d’impulsion, c’est-à-dire que les semi-conducteurs
sont soit passants, soit bloqués.
À l’état passant, ils présentent un seuil de tension E (ordre
de grandeur du volt) et une résistance r. Les pertes sont
donc de la forme:
À l’état bloqué, le composant présente un courant de fuite
de quelques milliampères et les pertes sont négligeables.
Le passage de l’état bloqué à l’étant passant et le retour à
l’état bloqué occasionnent des pertes, dites pertes de commutation,
d’autant plus élevées que le temps pour changer
d’état est long et que la fréquence de commutation est élevée.
I t
est le courant qui circule dans les semiconducteurs.
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Les composants majoritairement utilisés tels que le IBGT ont
des temps de commutation extrêmement rapides (inférieurs
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