Dans les équipements d'automatisation, les robots mobiles et les applications industrielles, la sélection du moteur ne consiste pas seulement à vérifier si le moteur peut fournir un couple suffisant.

De nombreux ingénieurs commencent par calculer le couple pour déterminer si le moteur peut entraîner la charge. Cependant, le couple à lui seul ne détermine pas entièrement si un moteur est adapté à l'application.

Dans des projets réels, une machine peut démarrer normalement et déplacer la charge avec succès, mais après avoir atteint la vitesse cible, le moteur peut subir une augmentation excessive de la température, une puissance continue insuffisante ou des alarmes de surcharge.

La raison n'est souvent pas un calcul de couple incorrect, mais une vérification insuffisante de la puissance.

Le couple détermine si le moteur dispose de suffisamment de force pour déplacer la charge, tandis que la puissance détermine si le moteur peut fournir en continu la puissance requise à la vitesse cible.

Par exemple, le même couple de 2 N.m nécessite des niveaux de puissance complètement différents à 100 tr/min et 3 000 tr/min. Par conséquent, après le calcul du couple, le calcul de la puissance du moteur est également nécessaire pour vérifier si le moteur peut répondre aux exigences de fonctionnement réelles.

1. Pourquoi le couple seul ne suffit pas pour la sélection du moteur

La puissance du moteur peut être comprise à partir de trois facteurs clés : le couple, la vitesse et la puissance.

Le couple représente la force de rotation générée par le moteur et détermine si le moteur peut entraîner la charge.

La vitesse représente la vitesse de rotation du moteur et détermine la vitesse de déplacement de l'équipement.

La puissance combine couple et vitesse, représentant la quantité d'énergie mécanique que le moteur peut fournir sur une certaine période de temps.

Un vélo en fournit un exemple simple.

En montée, le cycliste doit appliquer une plus grande force sur les pédales, mais la vitesse de conduite est généralement plus faible. Lorsque vous roulez à grande vitesse sur un terrain plat, la force de pédalage peut être moindre, mais les jambes tournent plus rapidement et la production d'énergie totale augmente.

Si une vitesse élevée et une capacité de montée sont requises en même temps, la puissance requise devient beaucoup plus élevée.

Le même principe s'applique aux moteurs industriels.

Un moteur doté d'un couple suffisant n'a pas nécessairement une capacité suffisante pour un fonctionnement à grande vitesse-. Ce n'est qu'en considérant à la fois le couple et la vitesse que la capacité de sortie réelle peut être évaluée.

2. Comment calculer la puissance du moteur ?

La puissance mécanique est déterminée par le couple et la vitesse de rotation.

La méthode de calcul technique couramment utilisée est la suivante :

Puissance du moteur=Couple x Vitesse / 9 550

Le résultat du calcul représente la puissance de sortie mécanique du moteur.

Cette relation montre que la puissance du moteur dépend à la fois du couple et de la vitesse.

Un couple plus élevé nécessite une puissance plus élevée.

Une vitesse plus élevée nécessite également une puissance plus élevée.

Par conséquent, lors de la sélection d'un moteur, les ingénieurs doivent non seulement vérifier si le couple est suffisant, mais également confirmer si le moteur peut maintenir la puissance requise à la vitesse cible.

3. Pourquoi une vitesse plus élevée nécessite-t-elle plus de puissance pour le même couple ?

Supposons qu'un moteur fournisse le même couple de sortie à différentes vitesses de fonctionnement.

À vitesse inférieure, le moteur nécessite relativement moins de puissance.

Lorsque la vitesse de rotation augmente de manière significative, le moteur doit fournir plus d'énergie dans le même laps de temps, ce qui signifie que la puissance requise augmente en conséquence.

Cela explique pourquoi certaines machines peuvent fonctionner normalement à basse vitesse mais connaissent une capacité de sortie insuffisante ou un échauffement excessif lorsqu'elles fonctionnent plus rapidement.

Dans de nombreuses applications, la limitation n'est pas un couple insuffisant. Le véritable problème est que le moteur ne peut pas fournir suffisamment de puissance continue à la vitesse de fonctionnement requise.

4. Comment calculer la puissance pour les systèmes à mouvement linéaire ?

De nombreux systèmes d'automatisation utilisent des mécanismes de mouvement linéaire, tels que :

Actionneurs à vis à billes

Modules linéaires

Mécanismes de levage

Systèmes de manutention

Pour ces applications, les besoins en puissance sont principalement déterminés par :

Force de poussée

Vitesse de déplacement

Efficacité de la transmission

La relation de base est la suivante :

Puissance du moteur=Force x Vitesse / Efficacité

Par exemple, si un mécanisme linéaire nécessite une certaine force de poussée et se déplace à une certaine vitesse, la puissance mécanique requise peut être calculée en fonction de l'état de charge et de l'efficacité de la transmission.

Lors de la conversion des exigences en termes d'arbre moteur, des facteurs tels que le pas de vis, le rapport de réduction et l'efficacité mécanique doivent également être pris en compte.

Que l'application soit un mouvement linéaire ou un mouvement rotatif, le principe reste le même :

La puissance requise dépend de la force nécessaire et de la vitesse à laquelle le mouvement doit être effectué.

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5. Pourquoi faut-il prendre en compte l’efficacité du transport ?

Dans les systèmes mécaniques réels, l'énergie du moteur ne peut pas être transférée à la charge avec une efficacité de 100 %.

Les pertes d’énergie peuvent se produire à travers :

Frottement de vis à billes

Pertes du réducteur

Pertes de transmission par courroie

Frottement des roulements

Résistance du rail de guidage

Par conséquent, la sélection du moteur doit prendre en compte le système de transmission complet plutôt que uniquement les exigences de charge.

Un rendement de transmission inférieur signifie que le moteur doit fournir une puissance de sortie plus élevée pour atteindre les mêmes performances de charge.

C'est pourquoi une même application peut nécessiter des spécifications de moteur différentes lorsque des structures mécaniques différentes sont utilisées.

6. La sélection de la puissance du moteur nécessite une analyse de couple-courbe de vitesse

La puissance nominale indiquée dans la fiche technique d'un moteur n'est qu'un paramètre de référence.

Pour déterminer si un moteur est adapté, les ingénieurs doivent également analyser la courbe de couple-vitesse.

Différentes conditions de travail nécessitent une attention particulière à différents facteurs de performance :

Fonctionnement à basse-vitesse :

Concentrez-vous sur la capacité de couple continu.

Fonctionnement à grande-vitesse :

Concentrez-vous sur la puissance de sortie continue.

Accélération et décélération :

Concentrez-vous sur la capacité de couple maximale et les performances de conduite.

Fonctionnement à long-terme :

Concentrez-vous sur l’augmentation de la température et la capacité thermique.

Certains moteurs fournissent un couple élevé à basse vitesse mais perdent leur capacité de sortie à vitesse plus élevée.

Certains moteurs peuvent fournir des performances de pointe élevées mais ne peuvent pas maintenir un fonctionnement continu sous une charge importante.

Par conséquent, le calcul de la puissance du moteur ne consiste pas simplement à sélectionner une puissance nominale plus élevée. Il s'agit de confirmer si le moteur peut fonctionner de manière fiable dans des conditions de travail réelles.

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7. Le calcul de la puissance du moteur n'est qu'une partie de la sélection du moteur

Le calcul de la puissance est une étape importante, mais ce n’est pas l’étape finale du choix du moteur.

Après avoir déterminé la puissance requise, les ingénieurs doivent encore vérifier :

Si le couple maximal répond aux exigences d'accélération

Si le fonctionnement continu provoque un échauffement excessif

Si l’efficacité de la transmission a été prise en compte

Si les charges verticales nécessitent un couple de maintien ou un freinage

Existe-t-il des cycles de démarrage-arrêt fréquents ?

Un processus de sélection de moteur fiable doit prendre en compte plusieurs facteurs, notamment les caractéristiques de charge, l'inertie, les exigences de couple, la demande de puissance et les conditions de fonctionnement réelles.

8. Trois étapes pour le calcul de la puissance du moteur

Dans les projets d'ingénierie pratiques, le calcul de la puissance du moteur peut être effectué en trois étapes.

Étape 1 : Déterminer les exigences de charge

Analyser:

Force de charge

Couple requis

Vitesse de fonctionnement

Cycle de travail

Étape 2 : Convertir les exigences en paramètres du moteur

Considérer:

Rapport de démultiplication

Fil de vis

Efficacité de la transmission

Déterminez ensuite :

Couple de sortie du moteur

Vitesse de fonctionnement du moteur

Étape 3 : Vérifier les performances du moteur

Vérifier:

Puissance nominale

Couple continu

Couple maximal

Vitesse maximale

Augmentation de la température

Ce n'est qu'une fois ces paramètres vérifiés que le moteur peut être confirmé comme étant adapté à l'application.

9. Cinq erreurs courantes dans le calcul de la puissance du moteur

Erreur 1 : regarder uniquement la puissance et ignorer le couple

Les moteurs de même puissance nominale peuvent fournir un couple de sortie différent dans différentes conditions de fonctionnement. Les applications à faible-vitesse et charge importante-ne peuvent pas être sélectionnées uniquement en fonction de la puissance.

Erreur 2 : regarder uniquement le couple et ignorer la vitesse

Un moteur peut avoir suffisamment de couple pour déplacer la charge mais ne pas parvenir à atteindre la vitesse de fonctionnement requise.

Erreur 3 : ignorer l'efficacité de la transmission

La puissance requise par la charge n’est pas égale à la puissance réelle requise par le moteur. Les pertes mécaniques doivent être prises en compte.

Erreur 4 : Traiter la puissance de pointe comme une puissance continue

Les performances maximales ne représentent qu'une capacité-à court terme. Le fonctionnement à long-terme dépend des performances nominales et de la capacité thermique.

Erreur 5 : vérifier uniquement les valeurs de la feuille de données sans courbes de performances

Un moteur doit être évalué en fonction de ses caractéristiques complètes de couple-vitesse, et non d'un seul paramètre nominal.

Résumé : La logique de base du calcul de la puissance du moteur

Le calcul de la puissance du moteur est un élément essentiel d’une sélection fiable d’un moteur.

Le principe de base est le suivant :

Le couple détermine si le moteur peut déplacer la charge.

La vitesse détermine la vitesse à laquelle l'équipement peut fonctionner.

La puissance détermine si le moteur peut fournir en continu la puissance requise à la vitesse cible.

Un processus complet de sélection de moteur doit inclure :

Analyse de charge

Calcul du couple

Vérification de la puissance

Analyse de la courbe de performance

Évaluation des conditions de travail

Pour les applications de robots mobiles, notamment les roues motrices AGV, les systèmes d'entraînement AMR et les solutions de servomoteurs basse tension-, Plutools se concentre sur l'adaptation complète du système d'entraînement plutôt que sur la sélection de composants en fonction d'un seul paramètre.

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Règle générale d'ingénierie :

Basse vitesse : concentrez-vous sur le couple.

Haute vitesse : concentrez-vous sur la puissance.

Fonctionnement continu : concentrez-vous sur la génération de chaleur.

La sélection finale du moteur doit toujours être basée sur les conditions de travail complètes et la vérification des performances du moteur.