Les actionneurs d`un système automatisé fournissent aux effecteurs

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SYNTHESE SI seconde : ACTIONNEURS
1. INTRODUCTION :
Actionneurs
Gérer
l'énergie
de puissance
Convertir
l'énergie
en action
Partie Commande
Capteurs
Traiter
les informations
Acquérir
les informations
Effecteurs
Préactionneurs
M.O.S.
ACTIONNEUR :
Le rôle d’un actionneur est de
convertir une énergie d’entrée en
une énergie de sortie utilisable pour
obtenir une action définie.
Présence
énergie
Energie non
directement
utilisable
CONVERTIR
L'ENERGIE EN ACTION
Actionneur
Pertes
Energie
utilisable
(mécanique
en général)
2. LES ENERGIES :
L’énergie d’entrée est le plus souvent de L’énergie de sortie est en général de type :
mécanique
type :
électrique
mais peut être aussi :
pneumatique
hydraulique
thermique
lumineuse
sonore
Elles peuvent être exprimées en fonction de grandeurs physiques mesurables :
tension électrique mesurée en volt (V),
intensité du courant mesurée en ampère (A),
pression mesurée en pascal (Pa),
débit mesuré en mètre cube par seconde (m3.s-1),
force mesurée en newton (N),
vitesse mesurée en mètre par seconde (m.s-1),
vitesse angulaire mesurée en radian par seconde (rad.s-1).
Traiter le produit
Pupitre
M.O.E.
Communiquer avec l'opérateur
Les actionneurs d’un système
automatisé
fournissent
aux
effecteurs l’énergie utile pour
apporter une valeur ajoutée à la
matière d’œuvre. Ils sont les
éléments « moteur » de chacune des
chaînes d’action des systèmes
automatisés.
Place des actionneurs dans la structure
d’un système automatisé
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Remarque :
Certaines grandeurs physiques sont encore aujourd’hui mesurées dans des unités
n’appartenant pas au Système International (S.I.), et/ou avec des multiples ou des sousmultiples des unités du S.I.. Il est impératif dans ce cas de convertir les mesures en unités du
S.I.
Exemple :
la pression est mesurée en bar (daN/cm2),
la fréquence de rotation mesurée en tours/min,
les forces mesurées en daN
3. QUELQUES ACTIONNEURS DU PALETTISEUR DE SACS D’ENGRAIS :
3.1. LES MINI VERINS PNEUMATIQUES A DOUBLE EFFET :
Tâche orienter le sac :
Les sacs sont orientés par basculement au
fur et à mesure de leur arrivée sur le tapis
Orienteur
transfert suivant la position du déflecteur.
Le système d’orientation nécessite la mise
Tapis
en œuvre d’une énergie mécanique de
translation.
Un vérin permet de convertir l’énergie pneumatique (air comprimé 6.10 6
Pa) fournie par un compresseur, afin de produire l’énergie mécanique de
translation.
Ce vérin est appelé vérin pneumatique double effet.
3.2. LE MOTEUR ELECTRIQUE ASYNCHRONE MONOPHASE :
Tâche de transfert des sacs :
Bande transporteuse
Poulie motrice
Les sacs sont transférés sur le système par
Sens
une bande transporteuse.
du défilement
L’entraînement de la bande autour des
poulies nécessite la mise en œuvre d’un
mouvement de rotation.
Moteur électrique
Un moteur électrique permet de convertir l’énergie électrique (220 V)
fournie par le réseau E.D.F. afin de produire l’énergie mécanique de
rotation.
Ce moteur est appelé moteur asynchrone monophasé.
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4. LES CARACTERISTIQUES FONCTIONNELLES D’UN ACTIONNEUR :
4.1. LES VERINS PNEUMATIQUES LINEAIRES :
4.1.1. Rôle d’un vérin :
Le vérin le plus fréquemment
utilisé est le vérin pneumatique
linéaire.
Associé
à
un
préactionneur, il engendre en
grandeur de sortie de l’énergie
mécanique de translation rectiligne.
Présence
énergie
pneumatique
Energie
pneumatique
(pression p, débit q)
CONVERTIR
L'ENERGIE PNEUMATIQUE
Vérin
pneumatque
Pertes
Energie
mécanique
(effort F, vitesse V)
4.1.2. Les 2 types de vérin linéaire :
Vérin à simple effet (symbole N.F.)
Vérin à double effet (symbole N.F.)
Dans un vérin à simple effet, la
pression est injectée d’un seul coté
d’un piston, le retour en position
initiale s’effectue sous l’action d’un
ressort.
Dans un vérin à double effet, la
pression est injectée alternativement
de part et d’autre d’un piston, selon
le sens de déplacement désiré.
Choix d’un type de vérin :
Les vérins à simple effet sont utilisés lorsqu’il est nécessaire de produire un travail dans un
seul sens alors que les vérins à double effet sont utilisés lorsqu’il est nécessaire de produire un
travail dans les deux sens.
4.1.3. Architecture d’un vérin double effet :
Un vérin pneumatique est constitué d’un cylindre (le fût) obturé à ses deux extrémités dans
lequel coulisse un piston sur lequel est fixée une tige métallique qui transmet l’énergie
mécanique engendrée par la pression. Pour un vérin à double effet, deux orifices
d’alimentation en air comprimé sont usinés de part et d’autre du piston. Pour provoquer la
sortie de la tige, il faut distribuer la pression dans la chambre arrière et mettre la chambre
avant à l’échappement. Des joints assurent l’étanchéité entre les deux chambres (étanchéité
dynamique) entre l’extérieur et les chambres arrière et avant (étanchéité statique).
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Eléments constitutifs d’un vérin pneumatique à double effet
1
2 3
4
5
6
7
a
8
9 10
11
b
A
B
a : Orifice d’alimentation de la chambre arrière A
b : Orifice d’alimentation de la chambre avant B
1.
Fond de vérin
2.
Joint de fût
3.
Joint de piston
4.
Bague porteuse
5.
Piston
6.
Fût (cylindre)
7.
Tige
8.
Joint de fût
9.
Nez de vérin
10. Bague de palier
11. Joint de palier
4.1.4. Caractéristiques fonctionnelles :
le diamètre du piston noté Ø (Phi) ou D, exprimé en mm,
la course du piston noté L, exprimée en mm,
la pression d’alimentation du vérin noté p, exprimé en pascal (Pa), (1
Pa = 1 N.m2) ou en bar (b), (1 bar = 1 daN.cm2).
4.1.5. Performances d’un vérin pneumatique :
Le choix et le dimensionnement d’un vérin pneumatique sont réalisés en
fonction de l’effort axial à transmettre et à la vitesse à laquelle doit être
transmis cet effort. La valeur théorique de l’effort axial F transmis par la
tige d’un vérin linéaire est donné par la relation :
F=p.S
S est la surface soumise à la pression exprimée en cm2,
p est la pression d’alimentation en air comprimé exprimée en bar,
l’effort axial F est exprimé en daN.
Remarque :
Pour un vérin double effet, la surface d’application de l’air comprimé est différente entre la
face avant et la face arrière du piston, l’effort transmissible en mouvement sortant est donc
supérieur à l’effort transmissible en mouvement sortant.
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4.1.6. Domaines d’application :
Les vérins pneumatiques sont utilisés dans tous les systèmes automatisés qui nécessitent des
mouvements linéaires rapides pour transférer, élever, indexer, brider, fermer, arrêter,
assembler, marquer…
4.1.7. Application :
Hypothèses :
On néglige les frottements ainsi que la masse du piston et de la tige.
Données :
Ø du piston = 20 mm
P = m.g
P est le poids en N
Ø de la tige = 8 mm
p = 6 bars
m = 12 Kg
m est la masse en Kg
g est l’accélération de la pesanteur
g 10 m.s-2
Vérifier si le choix du vérin est compatible avec
l’effort à fournir pour élever la masse.
SPiston = .102 = 314 mm2 = 3,14 cm2
F = 6 3,14 = 18,84 daN = 188,4 N
P = m.g = 12 10=120 N
F – P = + 68.4 N
4.2. LES MOTEURS ASYNCHRONES :
Le moteur asynchrone qui utilise le courant
alternatif fourni par le réseau triphasé est
l’actionneur électrique le plus utilisé dans les
systèmes automatisés industriels.
Symbole N.F.
M
3
4.2.1. Rôle d’un moteur asynchrone :
Un moteur asynchrone est un
actionneur qui transforme une
énergie
électrique
(courant
alternatif 220V ou 380V) en une
énergie mécanique de rotation.
Présence
énergie
électrique
Energie
électrique
(courant alternatif
tension U, intensité i)
4.2.2. Constitution et principe de fonctionnement :
CONVERTIR
L'ENERGIE ELECTRIQUE
Moteur
asynchrone
Pertes
Energie
mécanique
(Couple C, vitesse
angulaire de rotation)
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Schéma de principe d’un moteur triphasé
Bobine 1
i1
Rotor
Bobine 3
Bobine 2
i3
i2
Phase 1
Phase 2
Phase 3
Un moteur asynchrone est constitué :
d’un stator (partie fixe) constitué
de tôles ferromagnétiques à
l’intérieur desquelles sont placés
trois
bobinages
décalés
géométriquement de 120°,
d’un rotor, sur lequel est fixé
l’arbre de sortie du moteur. Les
trois bobinages sont parcourus par
des courants alternatifs décalés
électriquement issus du réseau
triphasé ; un champ magnétique
tournant ainsi que des courants
induits dans le stator sont alors créés. Il en résulte un couple qui provoque la rotation du
rotor/stator dans le sens du champ tournant.
4.2.3. Caractéristiques fonctionnelles :
Le fonctionnement d’un moteur asynchrone dépend essentiellement des caractéristiques
suivantes :
la tension d’alimentation des bobinages, notée U exprimée en volt (V). Cette tension
est généralement de 220V,
la fréquence du réseau électrique, noté f, exprimée en hertz (Hz). En France, cette
fréquence est de 50 Hz.
4.2.4. Performances :
Le choix et le dimensionnement d’un moteur asynchrone sont réalisés en fonction des critères
suivants :
la puissance nominale du moteur noté P, exprimée en watt (W). La puissance d’un
moteur asynchrone triphasé peut varier de 1 kW à quelques dizaines de MW,
la fréquence de rotation du rotor par rapport au stator, notée n, exprimée en tours par
minute (tr.m-1),
le couple à transmettre noté C, exprimé en Newton mètre (N.m).
4.2.5. Domaines d’application :
Les moteurs triphasés asynchrones sont utilisés dans toutes les applications nécessitant des
puissances importantes. Branchés directement sur le réseau électrique triphasé, ils sont
appréciés pour leur rendement élevé, pour leur fiabilité (pas de contact glissant), pour leur
sécurité de fonctionnement (pas d’étincelles) et leur faible coût. Ils équipent la plupart des
mécanismes tels que les machines-outils, les pompes, les tapis roulants…
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5. AUTRES TYPES D’ACTIONNEURS :
5.1. LE MOTEUR A COURANT CONTINU :
Rôle :
Un moteur à courant continu est un actionneur
qui transforme une énergie électrique à tension
constante en énergie mécanique de rotation.
Symbole N.F.
M
Domaine d’application :
Les moteurs à courant continu sont appréciés pour leur grande facilité de
variation de vitesse et pour la simplicité de la source d’alimentation sur les
systèmes embarqués (batteries, accumulateurs). Cependant, les moteurs de
grande puissance sont de coût élevé et ils présentent des problèmes
d’entretien (usure des balais et du collecteur).
5.2. L’ELECTRO-AIMANT :
Rôle :
Un électro-aimant est un actionneur qui
transforme une énergie électrique en énergie
mécanique de translation.
Symbole N.F.
L
Domaine d’application :
Associé à différents types d’effecteurs, l’électro-aimant peut tirer, pousser,
enclencher, déclencher, libérer, maintenir, verrouiller, indexer,
motoriser… dans tous les cas pour lesquels les mouvements à produire sont
de faible amplitude.
5.3. LE MOTEUR PAS A PAS :
Rôle :
Un moteur pas à pas est un actionneur qui
transforme une énergie électrique à tension
discontinue en énergie mécanique de rotation
discontinue.
Symbole N.F.
M
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Domaine d’application :
Les moteurs pas à pas fonctionnant de manière discontinue, on les réserve à
des applications particulières nécessitant souplesse et précision pour faibles
et moyennes puissances (quelques centaines de Watts).
5.4. LE GENERATEUR DE VIDE :
Rôle :
Symbole N.F.
Un générateur de vide à venturi est un
actionneur
qui
modifie
une
énergie
pneumatique en surpression en une énergie
pneumatique en dépression.
Domaine d’application :
Les générateurs de vide à venturi associés à des ventouses souples sont
utilisés, dans l’assemblage et le conditionnement, pour la préhension de
pièces de petites dimensions et de faible masse.
5.5. LE MOTEUR PNEUMATIQUE A PALETTES :
Rôle :
Symbole N.F.
Un moteur pneumatique est un actionneur qui
transforme une énergie pneumatique en une
énergie mécanique de rotation.
Domaine d’application :
Les moteurs pneumatiques sont utilisés dans toutes les applications
nécessitant un fort couple au démarrage ou une fréquence de rotation
élevée ou lorsque l’utilisation de l’énergie électrique est interdite pour des
raisons de sécurité (atmosphère explosive par exemple).
5.6. LES VERINS PNEUMATIQUES SPECIALISES :
Selon les contraintes fonctionnelles exigées pour certains processus, on utilise parfois des
vérins spécialisés :
les vérins à double tige,
les vérins rotatifs,
les vérins magnétiques sans tige,
les vérins anti-rotation.
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LE VERIN AMORTI A DOUBLE EFFET
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UTILISATIONS DES VERINS