Au quotidien, les machines et outils que nous utilisons utilisent souvent des moteurs à courant continu avec et sans balais pour assurer un mouvement de rotation. Si ces deux moteurs peuvent sembler similaires extérieurement, leur conception et leur fonctionnement sont très différents. Pour obtenir les meilleurs résultats, il est important de choisir le bon moteur et de garantir une configuration adaptée à votre application. Dans cet article, nous aborderons les différences entre les moteurs avec et sans balais afin de mieux comprendre lequel est le plus adapté à votre application. Nous expliquerons également comment connecter les moteurs avec et sans balais aux interrupteurs à bascule à des fins de test.
Moteur à courant continu à balais
Un moteur à courant continu à balais est composé de quelques composants principaux qui, associés à une alimentation CC, forment un moteur rotatif. La configuration de l'induit, du collecteur, des balais et de l'inducteur est illustrée à la figure 1 ci-dessous.
Figure 1 : Dessin (à gauche) et exemple réel (à droite) de moteurs à courant continu à balais
Notre schéma présente un induit simplifié pour une meilleure visualisation du courant qui le traverse. Cependant, les moteurs à courant continu à balais comportent plusieurs enroulements avec leur induit. Les balais chargent le commutateur, qui délivre un courant à travers l'induit, avec une polarité opposée à celle de l'aimant permanent. L'induit tourne alors sous l'effet de l'attraction des aimants.
Les moteurs à courant continu à balais sont faciles à utiliser car ils comptent parmi les plus simples. Cependant, leur durée de vie est plus courte que celle des moteurs sans balais. Le contact physique des balais avec le collecteur entraîne fréquemment des étincelles. Ce contact physique use également les balais au fil du temps et entraîne une perte d'énergie due aux frottements générés.
Contrôleur de moteur à courant continu sans balais
Un moteur à courant continu sans balais (BLDC) élimine les principaux défauts d'efficacité de son homologue à balais. Ce moteur est composé d'aimants permanents et de bobines qui, grâce à une série d'intervalles d'excitation parfaitement synchronisés, font tourner l'aimant permanent central autour des bobines qui l'entourent. Le schéma d'un moteur sans balais est présenté à titre de référence dans la figure 2 ci-dessous.
Figure 2 : Dessin (à gauche) et exemple réel (à droite) de moteurs à courant continu sans balais
Les bobines du moteur sans balais sont alimentées selon une séquence spécifique (figure 3), ce qui entraîne la rotation des aimants permanents du rotor. Cette opération, sans contact physique, permet d'obtenir un moteur à courant continu plus efficace et plus durable.
Figure 3 : Séquence d'activation de la bobine
Pour suivre la sortie illustrée dans la figure 3, le moteur à courant continu sans balais nécessite une unité de contrôle électronique (ECU), pour déterminer la position du rotor et les bobines à alimenter.
Contrairement aux moteurs CC à balais qui nécessitent une alimentation de 12 V CC directement aux bornes du moteur pour tourner, le moteur CC sans balais nécessite une alimentation triphasée. Cela signifie qu'un contrôleur de moteur CC sans balais doit fournir la puissance appropriée aux différentes bobines pour assurer la rotation. Avec notre contrôleur de moteur CC sans balais LC-241 , une alimentation de 12 V CC à 5 A peut être appliquée aux bornes d'entrée. Cette tension est ensuite convertie en alimentation triphasée pour contrôler nos moteurs sans balais personnalisés. Dans la section suivante, un schéma de câblage de base vous aidera à tester un actionneur CC sans balais.
Câblage de moteurs sans balais à des interrupteurs à bascule
Progressive Automations propose actuellement le mini-actionneur linéaire PA-14 en version CC sans balais pour les commandes personnalisées. Le schéma de câblage des actionneurs PA-14 sans balais est présenté à la figure 4 ci-dessous.
Figure 4 : Schéma de câblage de l'actionneur Brushless PA-14
Étape 1
Connectez les trois fils du contrôleur moteur de l'actionneur sans balais PA-14 au contrôleur de moteur CC sans balais LC-241 . Les fils sont généralement vert, bleu et blanc et se connectent respectivement aux bornes U, V et W. Assurez-vous que les connexions du moteur sans balais sont bien serrées. Si les fils sont de couleurs différentes, les connecter dans le mauvais ordre entraînera le déplacement de l' actionneur linéaire électrique dans le sens inverse.
Étape 2
Connectez la broche SPD à la masse de votre alimentation 12 VCC pour activer le potentiomètre intégré de contrôle de vitesse. Assurez-vous que ce potentiomètre est tourné dans le sens horaire pour atteindre la vitesse maximale.
Étape 3
Connectez la broche GND aux broches communes de votre interrupteur à bascule .
Étape 4
Connectez la broche RUN aux deux extrémités de l'interrupteur à bascule. Ceci est important, car la marche avant et la marche arrière nécessitent que la broche RUN soit en contact avec la masse pour fonctionner.
Étape 5
Connectez la broche REV à un côté de l'interrupteur à bascule. Ce côté correspondra au sens inverse de l'interrupteur.
Étape 6
Appliquez 12 V CC au contrôleur de moteur CC sans balais, un bruit indicateur peut être entendu lors de la mise sous tension initiale.
Figure 5 : Câblage physique de l'actionneur sans balais PA-14
La configuration de base est maintenant terminée ; l'interrupteur à bascule permet de déployer et de rétracter l'actionneur. Le problème avec un actionneur à moteur CC sans balais est que les interrupteurs de fin de course internes ne peuvent pas couper l'alimentation de l'actionneur comme c'est le cas pour les moteurs CC à balais. En effet, l'alimentation du moteur sans balais PA-14 est triphasée. L'actionneur électrique sans balais PA-14 est doté d' un retour d'information intégré, exploitable par un automate programmable ou un microcontrôleur , pour indiquer que l'actionneur est en fin de course. Ce retour agit comme un commutateur de « normalement fermé » à « normalement ouvert », essentiel à l'intégration d'un actionneur sans balais PA-14 dans des applications concrètes.
Nous avons également un article sur l'extension et la rétraction continues d'une course d'actionneur avec un moteur à courant continu sans balais pour référence avec des exemples de codage.
Câblage des moteurs à balais aux interrupteurs à bascule
La plupart de nos actionneurs linéaires électriques sont équipés de moteurs CC à balais. Leur simplicité d'utilisation permet de connecter un interrupteur à bascule entre l' alimentation CC et le moteur à balais sans nécessiter de contrôleur supplémentaire.
Figure 6 : Schéma de câblage d'un interrupteur à bascule sur un actionneur avec moteur à balais
Le schéma de câblage de l'actionneur linéaire ci-dessus peut être réalisé en suivant quelques étapes :
- Les bornes supérieure gauche et inférieure droite doivent être connectées à la terre de l'alimentation.
- Les bornes supérieure droite et inférieure gauche doivent être connectées à la borne +12V de l'alimentation.
- Les bornes milieu-droite et milieu-gauche doivent être connectées aux 2 entrées de l'actionneur.
Ce type de câblage d'interrupteur d'actionneur permet à l'opérateur d'inverser le sens du courant électrique entrant dans l'actionneur afin de modifier le sens de déplacement. Pour un exemple concret de câblage d'actionneur avec un interrupteur à bascule, cette vidéo est un excellent exemple.
Figure 7 : Câblage physique d'un interrupteur à bascule sur un actionneur avec moteur à balais
En résumé
Les moteurs à courant continu avec balais sont dotés de bobines centrales tournant autour d'aimants permanents, tandis que les moteurs à courant continu sans balais sont dotés d'aimants permanents centraux tournant autour des bobines. La conception du moteur sans balais est particulièrement adaptée aux applications qui bénéficient d'une durée de vie plus longue et d'une meilleure efficacité énergétique. Pour une utilisation plus simple et plus aisée, les applications à cycles courts peuvent bénéficier de la conception conviviale des moteurs à courant continu avec balais.
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