Techniques de conception pour une transmission de puissance efficace

La transmission de puissance fait référence au transfert de puissance mécanique d’un composant ou d’une machine à un autre. Il est essentiel dans les environnements de fabrication et de production, où différentes machines et équipements doivent fonctionner ensemble pour produire des biens de manière efficace. La transmission de puissance dans l'automatisation industrielle moderne est obtenue lorsque les moteurs électriques transmettent la puissance via divers systèmes mécaniques, notamment des engrenages, des courroies, des chaînes et des accouplements.

Dans une usine de fabrication, un moteur peut alimenter une bande transporteuse qui transporte les matériaux d'une machine à une autre. La puissance transmise par le moteur est transférée à la bande transporteuse via un système d'engrenages, ce qui permet une transmission de puissance fluide et efficace. Cet article met en évidence les applications typiques de la transmission de puissance ainsi que les types de moteurs et de variateurs couramment utilisés.

Les applications typiques de transmission de puissance sont les suivantes :

Systèmes de convoyeurs : largement utilisés dans les applications de fabrication et de manutention pour déplacer des produits ou des matériaux d'un endroit à un autre. La transmission de puissance entraîne les courroies transporteuses, les rouleaux et autres composants du système de convoyeur.

Robots industriels : utilisés dans diverses applications d'automatisation, notamment la manutention, l'assemblage et le soudage. La transmission de puissance transfère la puissance mécanique des moteurs du robot aux articulations et aux effecteurs terminaux.

Machines-outils : la transmission de puissance entraîne les broches des tours, des fraiseuses et des meuleuses qui façonnent et finissent les pièces métalliques.

Machines d'emballage : emballe des produits pour la distribution et la vente. La transmission de puissance fait fonctionner les convoyeurs, les remplisseuses, les boucheuses et d’autres composants des machines d’emballage.

Machines d'impression : la transmission de puissance propulse les rouleaux et autres composants des machines qui impriment les étiquettes, les emballages, les publications et autres matériaux.

Équipement de manutention : les grues, les palans et les ascenseurs déplacent des matériaux ou des produits lourds.

Il existe plusieurs types courants de moteurs et de systèmes d'entraînement utilisés dans la transmission de puissance, en fonction de l'application et des exigences spécifiques.

Les moteurs à induction AC sont le type de moteur le plus courant dans les applications de transmission de puissance. Ils sont simples, fiables et efficaces, ce qui les rend adaptés à un large éventail d'applications. La plage de vitesse typique d'un moteur à induction AC varie en fonction de la conception et de l'application du moteur. Cependant, la plupart des moteurs à induction AC ont une plage de vitesse de 900 à 3 600 tours par minute (RPM) à pleine charge.

En général, les moteurs à induction AC fonctionnent à une vitesse constante déterminée par la fréquence de l'alimentation électrique et le nombre de pôles du moteur. Par exemple, une alimentation de 60 Hz et un moteur tétrapolaire donneraient une vitesse synchrone de 1 800 tr/min. La vitesse de fonctionnement réelle du moteur peut cependant être légèrement inférieure à la vitesse synchrone en raison du glissement, qui correspond à la différence entre la vitesse synchrone et la vitesse réelle du rotor.

La vitesse d'un moteur à induction AC peut être contrôlée en faisant varier la fréquence de l'alimentation électrique, généralement à l'aide d'un variateur de fréquence (VFD). Cela permet au moteur de fonctionner à des vitesses inférieures et supérieures à sa vitesse synchrone, offrant ainsi une plus grande flexibilité dans le contrôle de la vitesse et du couple du moteur.

La régulation de vitesse typique d'un moteur à induction AC dépend de plusieurs facteurs, notamment la conception du moteur, les caractéristiques de charge et la méthode de contrôle utilisée. Généralement, les moteurs à induction AC peuvent maintenir leur vitesse dans un certain pourcentage de leur vitesse nominale, allant généralement de ±0,1 pour cent à ±10 pour cent de la vitesse nominale, selon le système de contrôle utilisé. Certains moteurs à induction AC spécialisés, tels que les moteurs à grande vitesse utilisés dans les compresseurs centrifuges ou les ventilateurs, peuvent avoir une plage de vitesse différente. Ces moteurs peuvent fonctionner à des vitesses allant jusqu'à 15 000 tr/min ou plus.

Les moteurs à courant continu sont souvent utilisés dans des applications nécessitant un contrôle précis de la vitesse ou lorsqu'un couple élevé est requis à basse vitesse. Ils sont entraînés à l'aide d'une source d'alimentation en courant continu (CC), qui fournit une tension constante aux bornes du moteur. La tension fait circuler le courant dans les enroulements du moteur, créant un champ magnétique qui interagit avec les aimants permanents à l'intérieur du moteur. L'interaction entre les champs magnétiques fait tourner l'induit (rotor) du moteur.