Servovariateur ou variateur de fréquence : quelle est la différence ?

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Un servomoteur et un onduleur convertissent tous deux l'énergie électrique en mouvement de moteur contrôlé, mais ils sont généralement choisis pour des applications différentes.

UN servomoteur Ce dispositif est conçu pour s'intégrer à un système de mouvement en boucle fermée. Il utilise en continu le retour d'information d'un codeur ou d'un autre capteur de position pour contrôler la position, la vitesse et le couple du moteur. Utilisez-le lorsque la machine doit se déplacer vers une position définie, suivre un profil de mouvement, se synchroniser avec un autre axe ou réagir rapidement à une variation de charge.

Un onduleur, Un variateur de fréquence (VFD), également appelé variateur de vitesse (VSD) ou variateur de courant alternatif, sert principalement à contrôler la vitesse et le couple d'un moteur en modifiant la fréquence et la tension qui lui sont fournies. Il est recommandé lorsqu'on souhaite un fonctionnement efficace et à vitesse variable d'un convoyeur, d'une pompe, d'un ventilateur, d'un mélangeur, d'un compresseur, d'une broche ou de toute autre charge rotative.

Voilà la différence pratique, mais il ne s'agit pas d'une barrière technique absolue. Les variateurs vectoriels modernes peuvent utiliser le retour d'information d'un codeur, contrôler le couple et effectuer un positionnement limité. Les servovariateurs intègrent également un étage de puissance à variateur et peuvent fonctionner en continu en mode vitesse ou couple. Le choix approprié dépend des exigences de mouvement, et non de l'appellation du variateur.

Cet article explique en quoi ces deux technologies diffèrent, où elles se recoupent, et comment choisir sans payer pour des performances que la machine ne peut pas exploiter ni accepter un contrôle que la machine ne peut pas assurer.

Comparaison rapide entre servomoteur et variateur de fréquence

Point de sélection	servomoteur et servomoteur	Variateur de fréquence et moteur à courant alternatif
Objectif principal	Contrôle précis de la position, de la vitesse et du couple	Vitesse et couple réglables pour les équipements rotatifs
Commentaires normaux	L'encodeur ou le résolveur du moteur fait partie de la boucle de contrôle.	Souvent sans capteur ; un retour d’information par encodeur est disponible sur les variateurs vectoriels compatibles.
structure de contrôle typique	Boucles imbriquées de courant, de vitesse et de position	V/f, vecteur sans capteur, commande PM ou vecteur en boucle fermée selon le modèle
Positionnement	Une fonction essentielle du système servo	Le positionnement de base est possible sur certains modèles ; il n'est pas universel.
réponse dynamique	Conçu pour une accélération, une décélération et une correction des perturbations rapides	Généralement optimisé pour une régulation fluide et stable de la vitesse des machines ou des processus
Fonctionnement à basse vitesse	Couple contrôlé important à très basse vitesse ou à vitesse nulle dans les limites du système	Cela dépend fortement du mode de contrôle, du retour d'information de l'encodeur, du refroidissement du moteur et de la puissance d'entraînement.
Moteur	Généralement, un servomoteur à aimant permanent apparié avec retour d'information	Il s'agit généralement d'un moteur à induction ; de nombreux variateurs de fréquence actuels prennent également en charge les moteurs à aimants permanents homologués.
Couple à court terme	Les systèmes servo fournissent généralement un couple de pointe important pour l'accélération, en fonction de la courbe couple-vitesse et du rapport cyclique.	La capacité de surcharge dépend du couple nominal (normal, élevé ou constant) et de la durée admissible
Synchronisation multi-axes	Puissance native lorsqu'elle est associée à un contrôleur de mouvement et à un réseau déterministe	Possible sur les systèmes à hautes performances, mais ce n'est pas la fonction principale d'un variateur de fréquence de base.
mise en service	appariement des moteurs, configuration de l'encodeur, réglage, inertie, profil de mouvement et mécanique	Données du moteur, mode de contrôle, accélération/décélération, E/S, limites et paramètres d'application
Coût typique du système	Généralement plus élevé car le système comprend un moteur adapté, un système de rétroaction, des câbles et une ingénierie du mouvement	Généralement plus faible pour les applications à vitesse continue, notamment avec les moteurs à courant alternatif standard.
Applications courantes	Repérage des emballages, indexation, robots, cames électroniques, découpe volante, axes d'avance CNC, prélèvement et placement	Pompes, ventilateurs, convoyeurs, mélangeurs, extrudeuses, compresseurs, broches diverses, équipements de process

Le tableau décrit une utilisation typique, et non une règle applicable à chaque produit. Mitsubishi Le FR-E800, par exemple, peut assurer le contrôle vectoriel et le positionnement avec les options et la configuration moteur requises. Schneider L'ATV320 prend en charge la commande en boucle ouverte pour plusieurs types de moteurs et offre des fonctions machine allant au-delà de la simple commande V/f. Comparez les modèles et options disponibles avant de faire votre choix.

Qu'est-ce qu'un servomoteur ?

Un servomoteur est le dispositif de puissance et de contrôle qui fait le lien entre un contrôleur de mouvement et un servomoteur.

Le contrôleur envoie une commande, telle qu'une position cible, une vitesse ou un couple. Le servomoteur fournit au moteur un courant triphasé contrôlé et lit le signal de l'encodeur. Il calcule la différence entre le mouvement commandé et le mouvement mesuré, puis corrige en continu le courant du moteur.

Un axe servo industriel typique comprend :

Un automate programmable (PLC), un contrôleur programmable industriel (PAC), une commande numérique (CNC), un contrôleur de robot ou un contrôleur de mouvement dédié
Un servomoteur, parfois appelé servoamplificateur
Un servomoteur rotatif, linéaire ou à entraînement direct compatible
Un encodeur ou un résolveur, souvent intégré au moteur
Câbles d'alimentation du moteur, de retour d'information et de frein
Un accouplement, une boîte de vitesses, une courroie, une vis à billes, une crémaillère ou une charge mécanique directe
Interrupteurs de fin de course, capteurs de retour à l'origine et dispositifs de sécurité, le cas échéant

Les systèmes actuels combinent souvent les données de commande et de diagnostic via EtherCAT, CC-Link IE TSN, PROFINET, EtherNet/IP avec la gestion du mouvement, SERCOS ou un réseau de mouvement spécifique au fournisseur. Les servovariateurs à train d'impulsions et à commande analogique restent courants sur les machines autonomes et les systèmes plus anciens.

La gamme actuelle MELSERVO-J5 de Mitsubishi Electric, par exemple, prend en charge la position, la vitesse, le couple et le contrôle en boucle fermée complète sur les versions d'amplificateurs compatibles. Omron Les systèmes servo 1S associent la communication EtherCAT à un retour d'information par codeur haute résolution. La gamme Lexium de Schneider est conçue pour les applications de commande de mouvement hautes performances.

Il est important de noter qu'un servomoteur ne constitue qu'un élément du système d'asservissement. Ses performances dépendent du moteur, de l'encodeur, de la fréquence de rafraîchissement du contrôleur, du réseau, du réglage, de l'inertie de la charge, de l'accouplement, du réducteur, de la rigidité de la machine et du profil de mouvement.

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Qu'est-ce qu'un onduleur ou un variateur de fréquence ?

En automatisation industrielle, le terme « onduleur » désigne généralement un variateur de fréquence. La conversion de puissance interne se déroule généralement en trois étapes :

Le courant alternatif d'entrée est redressé en courant continu.
Les condensateurs créent et stabilisent un bus CC.
Les transistors de puissance transforment le bus CC en une sortie CA triphasée contrôlée.

En modifiant la fréquence et la tension de sortie, le variateur de fréquence contrôle la vitesse du moteur et le flux magnétique. Les variateurs plus sophistiqués estiment ou mesurent les conditions du moteur afin de réguler la vitesse et le couple avec une plus grande précision.

Les modes de commande VFD courants comprennent :

Commande V/f : commande simple tension-fréquence pour charges générales
Commande vectorielle sans capteur : régulation améliorée du couple et de la vitesse sans codeur moteur
Commande vectorielle en boucle fermée : retour d’information par codeur pour une régulation plus précise de la vitesse et du couple
Commande de moteurs à aimants permanents : algorithmes de commande pour les moteurs à aimants permanents pris en charge
Contrôle d'application : fonctions telles que PID, démarrage en vol, logique de freinage, limites de couple, positionnement simple, bobinage ou contrôle de pompe

Mitsubishi décrit les variateurs FREQROL comme des alimentations à fréquence variable pour la régulation de vitesse flexible des moteurs triphasés. Sa gamme actuelle FR-E800 prend en charge les moteurs à induction et les moteurs à aimants permanents homologués, avec des capacités de contrôle allant de la variation de fréquence (V/f) à la régulation vectorielle et au positionnement sur les configurations compatibles. L'ATV320 de Schneider est un variateur de vitesse OEM pour la commande en boucle ouverte des moteurs asynchrones et synchrones, avec des fonctions vectorielles sans capteur et des fonctions d'application.

C’est pourquoi l’affirmation “ variateur de fréquence = boucle ouverte ” n’est plus pertinente. Il est plus juste de dire qu’un variateur de fréquence est généralement choisi en fonction du fonctionnement continu ou cyclique du moteur, tandis qu’un système d’asservissement est choisi en fonction du profil de mouvement et de la précision de suivi requis.

1. La principale différence réside dans l'objectif du contrôle

La question centrale est la suivante : la machine a-t-elle besoin d'une vitesse contrôlée ou d'un mouvement contrôlé ?

Un variateur de fréquence (VFD) est généralement chargé de faire fonctionner un moteur à la vitesse et au couple requis. Si un convoyeur doit fonctionner à 35 Hz, le variateur accélère jusqu'à ce point de fonctionnement et le maintient malgré les variations de charge. La machine est peu sensible à la position angulaire exacte de l'arbre moteur.

Un axe servo est généralement chargé de suivre une trajectoire. Si une table rotative doit effectuer une rotation de 90 degrés, se stabiliser dans une plage définie, attendre une opération, puis se repositionner, le contrôleur et le variateur suivent la position tout au long du mouvement. L'accélération, la vitesse, la décélération, l'à-coup, la limite de couple et l'erreur de suivi sont autant de paramètres importants.

La distinction devient évidente lors d'une perturbation. Si une charge déplace un axe d'asservissement de sa position de consigne, la boucle de contrôle détecte l'erreur de position et applique un couple correctif dans les limites du système. Un variateur de fréquence à commande de vitesse peut corriger la vitesse, mais ne connaît pas nécessairement la position exacte perdue et ne peut pas la rétablir.

2. Le feedback modifie ce que le système sait

Un servomoteur possède généralement un codeur ou un résolveur connecté directement au variateur. Ce dernier connaît ainsi la position du rotor et peut estimer ou contrôler la vitesse et le couple avec une large bande passante.

De nombreux systèmes d'asservissement actuels utilisent des codeurs absolus. Un système absolu peut conserver ou reconstituer la position des axes lors de coupures de courant, en fonction de sa conception, de sa configuration et des exigences de sa batterie. Cela peut réduire le temps de retour à l'origine, mais ne dispense pas de la nécessité d'une logique de démarrage sécurisée, de limites de course ou d'une vérification mécanique.

Un variateur de fréquence de base fonctionne généralement sans retour d'information du moteur. Il estime le comportement du moteur à partir du courant de sortie, de la tension, de la fréquence et d'un modèle du moteur. Cette approche est suffisante pour de nombreuses charges industrielles.

L'ajout d'un codeur à un variateur de fréquence vectoriel adapté améliore la régulation à basse vitesse et le contrôle du couple. Il peut également permettre des fonctions de positionnement. Toutefois, la présence d'un codeur ne suffit pas à rendre le système équivalent à un servomoteur. Les performances restent déterminées par la bande passante de la boucle de contrôle du variateur, le planificateur de position, la synchronisation du réseau, l'inertie du moteur, l'interface du codeur et la conception mécanique.

Il est important de noter que la résolution d'un codeur est différente de la précision machine. Le jeu, la souplesse de l'accouplement, l'allongement de la courroie, l'erreur d'avance de la vis à billes, la dilatation thermique, la rigidité du bâti et le montage du capteur peuvent avoir une incidence majeure sur le résultat final. Un codeur moteur haute résolution ne peut détecter les pertes de mouvement après un réducteur flexible que si le système utilise un retour d'information côté charge et prend en charge une régulation en boucle fermée.

3. Les servomoteurs et les moteurs à variateur de fréquence sont conçus différemment.

Un servomoteur industriel à courant alternatif est généralement un moteur synchrone à aimant permanent doté d'un dispositif de rétroaction intégré. Il est conçu pour une réponse rapide en courant, une densité de couple élevée, une faible inertie du rotor, une accélération rapide et un fonctionnement contrôlé sur une large plage de vitesses.

Un variateur de fréquence (VFD) commande généralement un moteur à induction standard ou à variateur de fréquence. Ces moteurs sont robustes, largement disponibles et économiques sur une large plage de puissance. De nombreux variateurs de fréquence modernes peuvent également commander certains moteurs à aimants permanents, mais il convient de vérifier le type de moteur et la méthode de réglage compatibles avec le variateur.

La combinaison moteur-entraînement est importante dans les deux cas.

Les servomoteurs et leurs variateurs sont généralement choisis comme paires compatibles. Le protocole d'encodeur, la tension de retour, les données des pôles, le capteur de température, la commande de freinage, le brochage des câbles et les constantes du moteur doivent correspondre. Deux moteurs de même puissance et de même forme de connecteur ne sont pas nécessairement interchangeables.

Un variateur de fréquence offre une plus grande liberté de choix parmi les moteurs standard compatibles, mais cette liberté a ses limites. Vérifiez la tension, le courant nominal, la fréquence de base, l'isolation, le refroidissement, les exigences relatives aux zones dangereuses, la longueur du câble, la limitation du courant de roulement et l'adéquation du moteur à une utilisation avec un variateur de fréquence.

Ne connectez pas un servomoteur à un variateur de fréquence standard simplement parce que la tension et la puissance semblent similaires. Certains variateurs avancés peuvent commander des servomoteurs à aimants permanents spécifiques, mais uniquement si l'algorithme de commande, le système de retour d'information, les données du moteur, les limites de vitesse et la protection sont explicitement pris en charge.

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4. La plage de vitesses et le couple à bas régime ne sont pas la même chose.

Une pompe ou un ventilateur a rarement besoin de son couple nominal à l'arrêt. Un axe vertical, un indexeur, un rouleau tendeur ou un système d'alimentation de presse peut nécessiter un couple important lors de déplacements lents ou du maintien d'une position.

Les servomoteurs sont conçus pour un couple contrôlé à très basse vitesse et peuvent produire un couple à l'arrêt dans les limites de fonctionnement continu et de crête de la combinaison moteur-variateur sélectionnée. La courbe couple-vitesse du moteur, son bobinage, son modèle thermique, son refroidissement et son rapport cyclique restent applicables.

Un variateur de fréquence fonctionnant en mode V/f perd généralement en qualité de couple lorsque la vitesse tend vers zéro. La commande vectorielle sans capteur améliore sensiblement les performances à basse vitesse. La commande vectorielle en boucle fermée avec codeur permet d'obtenir un couple contrôlé à vitesse nulle ou quasi nulle sur les systèmes compatibles.

La question d'ingénierie n'est pas “ Peut-il produire du couple ? ” C'est :

Quel couple continu est requis à la vitesse minimale ?
Combien de temps doit-il tenir ou fonctionner là-bas ?
Le moteur est-il à refroidissement interne, à ventilation séparée ou à refroidissement liquide ?
Quelle précision de vitesse est requise lorsque la charge change ?
La position de l'arbre est-elle importante pendant la période de basse vitesse ?
Que se passe-t-il en cas de panne de courant ou d'arrêt d'urgence ?

Un moteur produisant un couple suffisant à court terme peut néanmoins surchauffer lors d'un fonctionnement prolongé à basse vitesse. Il est donc préférable de vérifier la plage de fonctionnement admissible du moteur plutôt que de se fier à la spécification de courant de crête du variateur.

5. La réponse dynamique favorise le système servo

On choisit généralement les systèmes servo lorsque la machine nécessite des changements fréquents et rapides de vitesse ou de direction.

Exemples :

Indexer une table rotative plusieurs fois par seconde
Correction du repérage du film sur une machine d'emballage
Suivant un profil de caméra électronique
Synchronisation d'un coupeur avec une bande en mouvement
Déplacer l'axe d'un robot selon une trajectoire contrôlée
Amener un outil en position et le maintenir sous une force variable

La faible inertie du servomoteur et la rapidité des boucles de courant, de vitesse et de position du variateur permettent une correction rapide. Le contrôleur de mouvement génère une trajectoire respectant les limites de vitesse, d'accélération, de décélération et, souvent, de secousse.

Un variateur de fréquence (VFD) correctement dimensionné, notamment grâce à un système de contrôle vectoriel et de freinage, permet des accélérations et des décélérations rapides. Sa réactivité est largement suffisante pour de nombreux convoyeurs et broches. Cependant, une accélération rapide ne saurait se substituer à une commande de mouvement à large bande passante. Si l'application impose une tolérance d'erreur de suivi stricte ou nécessite une synchronisation de position avec un autre axe, il est impératif de valider le variateur de fréquence en conditions réelles de charge avant toute mise en service.

6. Le positionnement est le domaine où la différence devient concrète.

Si un axe doit s'arrêter de manière répétée à un emplacement mécanique précis, la servocommande est généralement la première technologie à évaluer.

Les systèmes d'asservissement prennent en charge le positionnement par commandes d'impulsions, tables d'index internes ou commandes de mouvement réseau, selon le modèle. Les contrôleurs de mouvement peuvent coordonner l'engrenage, la came, l'interpolation, le repérage, le retour à l'origine, la capture par palpeur et la synchronisation multi-axes.

Certains variateurs de fréquence modernes prennent en charge le positionnement simple à partir d'impulsions, de signaux d'encodeur, de capteurs de fin de course ou d'une logique interne. Le FR-E800 de Mitsubishi, par exemple, propose le positionnement dans la section « Commande vectorielle » lorsque l'option de retour d'information correspondante est utilisée. Le MX2-V2 d'Omron intègre des fonctions de positionnement simples.

Ces fonctions peuvent être très utiles pour :

Un convoyeur qui se déplace entre un petit nombre de stations
Une porte, un portail ou un mécanisme de transfert avec une précision modeste
Un système d'enroulement ou de levage qui nécessite déjà une commande vectorielle en boucle fermée
Une modernisation où le remplacement d'un gros moteur à induction par un servomoteur serait impraticable.

Il ne faut pas les considérer comme équivalents à un axe servo coordonné. Vérifiez la résolution de position, la répétabilité, le temps de stabilisation, l'interface de commande, la méthode de retour à l'origine, la fréquence d'impulsions maximale, l'emplacement de l'encodeur, le jeu et le comportement après une coupure de courant.

7. Le dimensionnement du couple et de la puissance suit des flux de travail différents.

Dimensionnement d'un onduleur

Pour un variateur de fréquence, commencez par vérifier le courant nominal du moteur à la tension d'alimentation réelle. Ensuite, vérifiez :

Générer un courant de sortie continu dans la plage de service sélectionnée
Courant de surcharge et durée requis
Caractéristique de charge à couple constant ou à couple variable
Température ambiante, altitude, fréquence porteuse et déclassement de montage
Couple de démarrage et de rupture
Vitesse minimale continue et refroidissement du moteur
Énergie d'accélération et de décélération
Résistance de freinage, unité de freinage, bus CC commun ou besoin de récupération
Longueur du câble moteur, CEM, inductance de sortie et isolation du moteur

Ne choisissez pas un variateur de fréquence uniquement en fonction de la puissance du moteur (en kilowatts). Des variateurs de même puissance nominale peuvent présenter des courants différents en service normal et en service intensif.

Dimensionnement d'un système servo

Pour un servomoteur, commencez par le profil de mouvement et la mécanique. Calculez ou simulez :

Masse de la charge et inertie de rotation
Rapport de transmission, pas de vis, diamètre de la poulie et rendement mécanique
Déplacement requis, vitesse, accélération, décélération et temps d'arrêt
Couple de frottement, de gravité, de force de procédé et de perturbation externe
Couple maximal pendant la partie la plus difficile du cycle
Couple RMS sur le cycle répétitif complet
Vitesse maximale du moteur et couple disponible à cette vitesse
Rapport d'inertie moteur-charge et marge de réglage
Énergie régénérée lors de la décélération ou de l'abaissement
Jeu de la boîte de vitesses, rigidité en torsion et erreur de positionnement admissible

Le couple maximal indique si l'axe peut effectuer le mouvement. Le couple RMS indique s'il peut répéter le mouvement sans surchauffe. Ces deux valeurs doivent impérativement rester dans les limites de couple, de vitesse et de rapport cyclique définies par le fabricant.

Le surdimensionnement des servomoteurs n'est pas forcément synonyme de sécurité accrue. Un moteur plus puissant peut augmenter l'inertie du rotor, complexifier le réglage et nécessiter un variateur, un câble, un réducteur et un panneau de commande plus grands. Sélectionnez le profil de mouvement, puis validez l'axe à l'aide de l'outil de dimensionnement du fabricant et en vous référant à la conception mécanique réelle.

8. Le freinage et la régénération s'appliquent aux deux

Les systèmes à variateur de fréquence et les servomoteurs peuvent tous deux récupérer de l'énergie du moteur lors de la décélération ou lorsqu'une charge de révision entraîne le moteur.

Le bus CC ne peut absorber qu'une quantité limitée de cette énergie. Selon la charge, le système peut nécessiter :

Un temps de décélération plus long
Une résistance de freinage externe
Un système de freinage séparé
Un bus CC partagé approuvé par le fabricant
Un convertisseur régénératif ou un entraînement régénératif

Les applications servo présentent souvent des accélérations et des décélérations cycliques importantes ; l’énergie régénérée fait donc partie intégrante du dimensionnement standard. Les applications à variateur de fréquence, telles que les palans, les centrifugeuses, les convoyeurs en pente, les dérouleurs et les ventilateurs à forte inertie, peuvent engendrer le même problème.

Une résistance de freinage n'est pas un frein de maintien mécanique. Sur un axe vertical, le frein, le couple moteur, la séquence d'arrêt, le comportement STO, le contrôleur de sécurité, le contrepoids et l'évaluation des risques doivent être conçus conjointement. Un frein de maintien moteur est généralement conçu pour maintenir un axe à l'arrêt, et non pour absorber l'énergie de freinage répétée en service, sauf indication contraire du fabricant.

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9. La communication et la programmation des automates programmables sont différentes

Un variateur de fréquence de base peut souvent être piloté à l'aide d'une entrée de marche et d'une référence de vitesse analogique. La commande réseau ajoute des mots de commande, des références de vitesse ou de couple, l'état du variateur, le courant, la fréquence et le diagnostic des pannes.

Un axe servo nécessite généralement une source de commande de mouvement. Selon l'architecture, il peut s'agir de :

Pouls et direction
train d'impulsions CW/CCW
Commande de vitesse ou de couple analogique
Table de positionnement interne
Réseau de mouvement déterministe contrôlé par un Automate programmable, contrôleur PAC, CNC ou robot

Le nom du réseau ne suffit pas à garantir la capacité de mouvement. Les protocoles EtherNet/IP, PROFINET, Modbus TCP ou Ethernet standard peuvent convenir à la commande et au diagnostic des variateurs de fréquence, mais pas aux mouvements multiaxes synchronisés. Vérifiez que le contrôleur, le profil réseau, le variateur, le cycle de mise à jour, la synchronisation d'horloge et les instructions de mouvement prennent en charge la fonction requise.

Pour un projet de servocommande, définissez les unités d'axe, le retour à l'origine, les limites logicielles, les états de mouvement, la réponse aux erreurs de suivi, les catégories d'arrêt, la récupération après panne et la gestion de la position absolue. Pour un projet de variateur de fréquence, définissez la source de commande, l'échelle de référence, l'accélération/décélération, les vitesses minimale et maximale, le comportement local/distant, la réponse en cas de perte de communication et la politique de redémarrage.

10. La sécurité fonctionnelle n'est pas déterminée par le type d'entraînement.

De nombreux servovariateurs et variateurs de fréquence actuels offrent la fonction d'arrêt de couple sécurisé (STO). Certains modèles prennent en charge des fonctions supplémentaires telles que l'arrêt sécurisé 1, la limitation de vitesse sécurisée, l'arrêt de fonctionnement sécurisé, le contrôle de freinage sécurisé ou la limitation de position sécurisée.

La liste des fonctions et le niveau de certification dépendent de la version exacte du variateur, du module de sécurité optionnel, du dispositif de retour d'information, du micrologiciel, du câblage et de l'architecture de sécurité. Un servovariateur n'est pas automatiquement plus sûr du fait de la présence d'un codeur, et un variateur de fréquence n'est pas automatiquement limité à la fonction STO (arrêt-démarrage-arrêt).

Sélectionnez les fonctions de sécurité issues de l'évaluation des risques de la machine. Suivez ensuite les instructions du manuel de sécurité du fabricant concernant le câblage, les intervalles de test, la configuration, les essais de réception et les conditions de fonctionnement autorisées du moteur ou de l'encodeur.

Avant toute intervention sur l'un ou l'autre type de variateur, isolez toutes les sources d'énergie, empêchez tout mouvement mécanique inattendu, attendez le temps de décharge spécifié, vérifiez que le bus CC est déchargé et suivez scrupuleusement le manuel d'installation. Une sortie désactivée ou un affichage éteint ne garantit pas, à eux seuls, la sécurité des bornes.

Quand faut-il choisir un onduleur ?

Choisissez un variateur de fréquence lorsque l'exigence principale est le contrôle de la vitesse et du couple plutôt que la précision de la position de l'arbre.

C'est généralement le choix pratique pour :

Pompes, ventilateurs, souffleurs et compresseurs
Convoyeurs continus et alimentateurs à vis
Mélangeurs, agitateurs et centrifugeuses
Extrudeuses et rouleaux de traitement
Broches de machines générales
Équipements de chauffage, ventilation, climatisation et traitement de l'eau
Applications où un moteur industriel standard et une large plage de puissance sont précieux
Commande économe en énergie des charges à couple variable

Un variateur de fréquence peut également constituer une meilleure solution pour un axe de forte puissance ou mécaniquement robuste où une régulation de vitesse ou de couple en boucle fermée est requise, mais pas un positionnement de niveau servo.

Quand faut-il choisir un servomoteur ?

Choisissez un système servo lorsque le processus dépend de la position, de la synchronisation, d'une réponse rapide ou de profils de mouvement contrôlés.

C'est généralement le choix pratique pour :

Tables d'indexation et mécanismes de prélèvement et de placement
axes d'enregistrement d'emballage et de coupe à longueur
Engrenages et cames électroniques
axes d'avance CNC et positionnement de la machine-outil
articulations robotiques et portiques cartésiens
Systèmes d'étiquetage, d'impression et d'enregistrement en ligne
Équipements d'assemblage et de test à cycle élevé
Applications nécessitant une correction rapide de la position après des perturbations de charge

L'avantage du servomoteur n'est appréciable que si la mécanique et le contrôleur peuvent l'exploiter. Le jeu, les accouplements desserrés, les châssis flexibles, un mauvais réglage, une logique d'automate programmable trop lente ou un réducteur inadapté peuvent compromettre les performances d'un servomoteur coûteux.

La zone grise : variateur de fréquence vectoriel en boucle fermée ou servomoteur ?

Certaines applications se situent entre la régulation de vitesse ordinaire et la régulation de mouvement haute performance.

Un variateur de fréquence vectoriel en boucle fermée peut être un meilleur choix lorsque :

La puissance du moteur est élevée et un moteur à induction est préférable.
Une régulation stricte de la vitesse ou du couple est nécessaire
L'axe se déplace lentement sous une charge importante.
Un positionnement de base suffit
La mécanique et le châssis du moteur existants rendent la conversion du servo difficile.
L'application concerne un palan, un enrouleur, une extrudeuse, un banc d'essai ou un axe de processus, et non un indexeur rapide.

Un servomoteur est généralement le meilleur choix lorsque :

L'axe doit suivre une trajectoire de position avec une faible erreur de suivi
Le temps de stabilisation influe directement sur le temps de cycle de la machine.
Plusieurs axes doivent rester synchronisés électroniquement.
L'accélération et la décélération répétées dominent le cycle de service
Les événements d'enregistrement ou de sondage tactile nécessitent une capture déterministe rapide
La taille compacte et la densité de couple élevée justifient le système moteur adapté.

Pour une application limite, testez un seul axe réel. Mesurez l'erreur de vitesse, l'erreur de suivi, le temps de stabilisation, le couple maximal et efficace, la température du moteur, l'énergie régénérée et la récupération après une panne. Une preuve de concept est moins coûteuse qu'une refonte de la machine après les tests de réception.

Exemples d'application

Application	Premier choix probable	Pourquoi
Pompe centrifuge avec régulateur de pression PID	Variateur de fréquence à variation continue	Contrôle efficace des processus à vitesse variable ; la position exacte de l'arbre est sans importance
Convoyeur long fonctionnant à vitesse réglable	Variateur de fréquence à variation continue	Un contrôle précis de la vitesse et une sélection robuste du moteur sont généralement plus importants que la position.
Convoyeur acheminant les produits vers une station de scellage	Servomoteur ou variateur de fréquence de positionnement éprouvé pour des besoins modestes	La précision d'arrêt requise, le temps de cycle et la récupération après perturbation déterminent le résultat.
Table d'indexage rotative	Servo	Les mouvements de position répétés, les profils contrôlés et le temps de stabilisation sont essentiels.
Couteau volant synchronisé avec une toile en mouvement	Servo	L'engrenage électronique, la capture de position et la synchronisation sont nécessaires
Vis d'extrusion	VFD vectoriel	La régulation continue du couple et de la vitesse importe généralement plus que la position angulaire.
Enrouleur ou dérouleur	Variateur de fréquence vectoriel en boucle fermée ou servomoteur	La plage de tension, le diamètre du rouleau, la vitesse de la ligne, la précision du couple et la synchronisation déterminent le choix.
Ascenseur vertical	Variateur de fréquence à servocommande ou à vecteur en boucle fermée avec système de freinage et de sécurité intégré	Le couple à basse vitesse, le retour d'information, la séquence de freinage, la capacité de freinage et l'évaluation des risques sont essentiels.
Broche à grande vitesse	Variateur de fréquence ou entraînement de broche	Une large plage de vitesses et une puissance continue sont souvent plus importantes que la position d'indexation.
Articulation robotique	Servo	La trajectoire de position, la correction dynamique, la densité de couple compacte et la coordination multi-axes sont nécessaires

Erreurs de sélection courantes

En supposant que chaque système d'encodeur soit un servo

Un codeur peut fermer la boucle de vitesse d'un variateur de fréquence ou fournir des informations de position à un automate programmable. La structure de commande complète, la fréquence de mise à jour, le moteur et les fonctions de mouvement déterminent si le système peut fonctionner comme un axe servo.

Comparaison de la seule puissance du moteur

Un servomoteur de 2 kW et un moteur à induction de 2 kW ne produisent pas nécessairement un mouvement équivalent. Comparez les courbes couple-vitesse, le couple maximal et le couple efficace, l'inertie, la capacité de surcharge, le refroidissement et la transmission mécanique.

Considérer la résolution de l'encodeur comme la précision de la machine

Un nombre élevé d'impulsions ne corrige pas le jeu, la compliance, l'erreur thermique ni les mouvements côté charge. Définissez la précision et la répétabilité au point de fonctionnement de la machine.

Utilisation du frein moteur pour des arrêts répétés

Un servofrein intégré est généralement un frein de maintien. Des freinages répétés en service peuvent entraîner une usure prématurée, sauf si la documentation du moteur autorise expressément cette utilisation.

Choisir le servomoteur adapté à chaque convoyeur

L'utilisation d'un servomoteur est justifiée lorsque le convoyeur doit indexer, s'enregistrer, se synchroniser ou retrouver une position exacte. Un convoyeur de transfert à fonctionnement continu est généralement plus simple et plus économique avec un variateur de fréquence.

Choix du variateur de fréquence en raison de son paramètre de positionnement

Un positionnement simple peut suffire, mais il convient de vérifier la répétabilité, le retour à l'origine, le temps de stabilisation, les limites des commandes par impulsion ou réseau, les perturbations de charge et le comportement de récupération. Une seule fonction de positionnement ne constitue pas une plateforme de contrôle de mouvement complète.

Remplacement d'un disque dur existant

Ne remplacez pas un servomoteur par un variateur de fréquence, ni un variateur de fréquence par un système servo, en vous basant uniquement sur la puissance et la tension.

Pour le remplacement d'un servomoteur, veuillez noter :

Numéros de modèle complets du variateur et du moteur
Type et résolution de l'encodeur
Puissance du moteur, vitesse nominale et maximale, couple nominal et maximal
Détails du système de freinage et du capteur de température
Références des câbles d'alimentation, d'encodeur et de frein
Interface de commande et réseau de mouvement
rapport de transmission, inertie de la charge, profil de mouvement et limites mécaniques
Fonctions de sécurité et câblage
Projet de sauvegarde et de contrôleur de paramètres existant

Pour le remplacement d'un variateur de fréquence, veuillez noter :

Tension d'entrée et phase
Indices de courant, tension, fréquence, vitesse et connexion du moteur (plaque signalétique).
données du mode de contrôle et du réglage du moteur
Puissance nominale normale ou renforcée
Affectation des E/S et mise à l'échelle analogique
Protocole de communication et mots de contrôle
Résistance de freinage ou matériel de récupération d'énergie
Filtre CEM, réacteurs, longueur du câble moteur et conditions d'enceinte
Paramètres, défauts et comportement de l'application

Kwoco Ce guide permet d'identifier un servomoteur ou un variateur de remplacement compatible lorsque le modèle d'origine est obsolète ou difficile à trouver. Le kit de démarrage comprend les plaques signalétiques complètes du variateur et du moteur, des photos des connecteurs et de l'armoire électrique, les références des câbles, le modèle et le réseau de l'automate programmable, le câblage de sécurité et le fichier de paramètres d'origine. Cela évite de recommander un variateur superficiellement similaire sans les éléments de retour d'information, de freinage ou de communication nécessaires à la machine.

Liste de contrôle pratique pour la sélection

Posez-vous ces questions avant de demander un devis :

[ ] L'axe a-t-il besoin d'un contrôle de vitesse, d'un contrôle de couple, d'un contrôle de position, ou des trois ?
[ ] Quelles sont les précisions de position, la répétabilité et le temps de stabilisation requis au niveau de la charge ?
[ ] Une synchronisation multi-axes, un système de cames, un engrenage ou un enregistrement sont-ils nécessaires ?
[ ] Quelles sont la vitesse maximale, l'accélération, le couple de pointe et le couple RMS ?
[ ] Quel couple continu est requis à vitesse minimale ou à l'arrêt ?
[ ] Quelles sont l'inertie de la charge, le rapport de transmission, le rendement et le jeu ?
[ ] Quelle quantité d'énergie est restituée lors de la décélération ou de l'abaissement ?
[ ] Quel type de moteur et quelle méthode de refroidissement conviennent à l'environnement ?
[ ] Quel automate programmable, contrôleur de mouvement, interface de commande et réseau seront utilisés ?
[ ] Quelles fonctions de sécurité sont requises par l'évaluation des risques ?
[ ] L'usine peut-elle assurer la maintenance des logiciels, des câbles, des sauvegardes et des pièces de rechange ?
[ ] Le mouvement le plus risqué a-t-il été testé avec une mécanique représentative ?

Si la précision de positionnement et la réponse dynamique ne sont pas des exigences, privilégiez une solution à variateur de fréquence. Si la répétabilité du positionnement, la synchronisation du mouvement et un temps de réponse court sont des critères de performance machine, optez pour une solution servo. N'utilisez l'analyse intermédiaire que si l'application se situe véritablement entre ces deux cas.

Questions fréquemment posées

Un variateur de fréquence peut-il remplacer un servomoteur ?

Oui, mais uniquement si l'application ne requiert pas de positionnement, de synchronisation, de temps de stabilisation ou de correction dynamique de niveau servo. Un variateur de fréquence vectoriel peut remplacer un servomoteur sur un axe à vitesse ou couple contrôlé si ses performances en courant et à basse vitesse, son retour d'information, son freinage et ses fonctions de contrôle satisfont aux spécifications de la machine. Le programme de l'automate programmable, le moteur, l'encodeur, le câblage et la conception de sécurité nécessitent généralement des modifications.

Un variateur de fréquence peut-il alimenter un servomoteur ?

Le variateur de fréquence (VFD) ne doit être utilisé que s'il prend explicitement en charge le type de moteur et les données moteur requises, la méthode de retour d'information, la plage de vitesse et la protection. Certains variateurs modernes pilotent des moteurs à aimants permanents homologués, mais il est déconseillé de connecter un servomoteur quelconque à un VFD standard en se basant uniquement sur la tension et la puissance. La documentation du fabricant relative à la compatibilité et aux paramètres doit confirmer cette association.

Un onduleur peut-il assurer le contrôle de position ?

Certains variateurs de fréquence peuvent assurer un positionnement de base, voire en boucle fermée, avec l'encodeur et le mode de commande appropriés. Les modèles Mitsubishi FR-E800 et Omron MX2-V2 sont des exemples de variateurs offrant des capacités de positionnement sur les configurations compatibles. Avant d'utiliser le variateur comme axe de mouvement, vérifiez la résolution de la commande, l'interface de retour d'information, la répétabilité, la mise à l'origine, le temps de stabilisation et la synchronisation réseau.

Un servomoteur est-il plus économe en énergie qu'un variateur de fréquence ?

Pas automatiquement. L'efficacité dépend du moteur, du variateur, du profil de charge, de la plage de vitesses, de la récupération d'énergie, de la transmission mécanique et du point de fonctionnement. Les variateurs de fréquence permettent de réaliser des économies d'énergie substantielles sur les pompes et ventilateurs à couple variable, tandis que les servomoteurs peuvent être efficaces pour les mouvements à fréquence élevée grâce à l'utilisation d'un moteur adapté et à la gestion de l'énergie de récupération. Il convient de comparer le cycle de service complet plutôt que la catégorie de variateur.

Quel est le meilleur choix pour un convoyeur : un servomoteur ou un variateur de fréquence ?

Utilisez un variateur de fréquence pour un convoyeur nécessitant principalement une vitesse continue réglable. Utilisez un servomoteur lorsque le convoyeur doit indexer sa position, enregistrer les produits, se synchroniser avec des coupeuses ou des soudeuses, ou corriger rapidement son mouvement. Dans les cas limites, définissez la précision d'arrêt, le temps de cycle, la variation de charge et les exigences de récupération, puis testez le système moteur-entraînement sélectionné avec le matériel réel.

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Réponse finale

Un servovariateur commande un servomoteur adapté au sein d'un système de mouvement à rétroaction. Il est conçu pour que la position, la vitesse et le couple suivent une consigne avec précision et dynamisme.

Un variateur de fréquence (ou onduleur) contrôle la fréquence, la tension et le courant fournis à un moteur à courant alternatif. Il est principalement conçu pour une régulation efficace de la vitesse et du couple, bien que les modèles plus avancés puissent ajouter un retour d'information par codeur et un positionnement.

Choisissez un variateur de fréquence lorsque la charge nécessite une régulation de vitesse fluide et fiable. Choisissez un servomoteur lorsque la productivité ou la qualité de la machine dépend de la position de l'axe, de sa vitesse d'atteinte et de la précision avec laquelle il suit un profil de mouvement coordonné.

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