Parmi les différents types de servomoteurs, les servomoteurs asynchrones (à induction) et synchrones se distinguent comme des choix de premier plan pour diverses applications. Bien que les deux servent le même objectif (assurer un contrôle précis de la position angulaire, de la vitesse et de l’accélération), ils ont des caractéristiques opérationnelles, des avantages et des applications distincts. Cet article explorera les différences entre les servomoteurs asynchrones et synchrones, en comparant leur conception, leurs principes de fonctionnement, leurs avantages et leurs cas d’utilisation idéaux.

Qu’est-ce qu’un servomoteur ?

Un servomoteur est un actionneur rotatif qui permet un contrôle précis de la position angulaire, de la vitesse et de l’accélération. Il comprend généralement :

• Un mécanisme moteur (asynchrone ou synchrone).
• Un système de rétroaction (encodeur ou résolveur).
• Une unité de commande (servodrive).

Les servomoteurs peuvent être classés en deux grandes catégories : les servomoteurs à courant alternatif (CA) et les servomoteurs à courant continu (CC), les servomoteurs à courant alternatif étant le choix le plus populaire dans les applications industrielles. Parmi les servomoteurs à courant alternatif, on trouve deux sous-types principaux : asynchrone (à induction) et synchrone.

Servomoteurs asynchrones

Le type de moteur le plus populaire dans les environnements industriels est le servomoteur asynchrone, parfois appelé moteur à induction. Le rotor d’un moteur asynchrone ne correspond jamais exactement à la vitesse du champ magnétique rotatif du stator en raison de la théorie de l’induction électromagnétique qui sous-tend son fonctionnement. Connu sous le nom de « glissement », le différentiel de vitesse fluctue en fonction de la charge appliquée au moteur.

Principe de fonctionnement des servomoteurs asynchrones

Un servomoteur asynchrone, souvent appelé servomoteur à induction, fonctionne selon le principe de l’induction électromagnétique. Contrairement aux moteurs synchrones, les moteurs asynchrones ont un rotor qui glisse ou est légèrement en retard par rapport au champ magnétique du stator.

Principales caractéristiques des servomoteurs asynchrones

• Courbe couple-vitesse : les moteurs asynchrones produisent une courbe couple-vitesse qui varie en fonction de la charge. Le glissement est plus important et la vitesse du moteur diminue à mesure que la charge augmente.
• Efficacité : les moteurs asynchrones sont généralement moins efficaces que les moteurs synchrones car le glissement entraîne une perte d’énergie sous forme de chaleur.
• Rentabilité : par rapport aux moteurs synchrones, les moteurs asynchrones sont généralement moins chers. Comme ils n’ont pas besoin de balais ni d’aimants permanents, leur conception est plus simple et ils nécessitent moins d’entretien.
• Performances de démarrage : ces moteurs ont tendance à avoir un couple de démarrage élevé, ce qui est un avantage dans les applications nécessitant des démarrages à forte charge.
• Robustesse : les moteurs asynchrones sont connus pour leur durabilité et sont capables de gérer des conditions de fonctionnement difficiles.

Applications des servomoteurs asynchrones

Les moteurs asynchrones sont idéaux pour les applications où la synchronisation exacte n’est pas essentielle mais où la robustesse et la rentabilité sont valorisées. Voici quelques applications typiques :

• Pompes et ventilateurs
• Systèmes CVC
• Électro-aimants
• Machines d’automatisation de base

Servomoteurs synchrones

Les servomoteurs asynchrones et synchrones fonctionnent de manière différente. Cela montre que le rotor se synchronise avec la fréquence du courant d’alimentation pour maintenir une vitesse précise et constante dans diverses circonstances de charge.

Principe de fonctionnement des servomoteurs synchrones

La fréquence de l’alimentation CA détermine la vitesse de rotation constante requise pour les moteurs synchrones. Un champ magnétique rotatif est produit par le stator lorsque la tension CA est introduite. Dans les moteurs synchrones, le rotor contient soit des aimants permanents, soit des électroaimants et est conçu pour se verrouiller sur le champ rotatif, ce qui fait que le rotor et le champ tournent à la même vitesse.

Caractéristiques clés des servomoteurs synchrones

• Contrôle précis de la vitesse : les moteurs synchrones offrent un contrôle précis de la vitesse car la vitesse du rotor et le champ magnétique du stator correspondent. Les applications qui doivent maintenir la vitesse dans différentes conditions de charge peuvent trouver cela particulièrement utile.
• Rendement élevé : les moteurs synchrones sont généralement plus efficaces que les moteurs asynchrones car ils ne glissent pas et, par conséquent, moins d’énergie est perdue sous forme de chaleur.
• Couple constant : les moteurs synchrones fournissent un couple constant sur une large plage de vitesses, ce qui est bénéfique pour les applications qui nécessitent des performances constantes.
• Correction du facteur de puissance : le réglage du facteur de puissance dans les systèmes industriels peut être facilité par le facteur de puissance principal auquel de nombreux moteurs synchrones peuvent fonctionner.
• Construction complexe : les moteurs synchrones ont tendance à avoir des constructions plus complexes que les moteurs asynchrones et peuvent nécessiter des composants supplémentaires tels que des balais ou des systèmes d’excitation externes, selon la conception.

Applications des servomoteurs synchrones

En raison de leur précision et de leur rendement élevé, les moteurs synchrones sont idéaux pour les applications hautes performances qui exigent un contrôle précis de la vitesse et de la position. Les applications courantes incluent :

• Machines CNC
• Systèmes d’entraînement servo
• Équipements de fabrication de haute précision
• Systèmes de contrôle de mouvement

Servomoteurs asynchrones et synchrones : une comparaison

Caractéristique	Moteur Servo Asynchrone	Moteur Servo Synchrone
Plage de Vitesse (RPM)	0-10,000	0-20,000
Efficacité (%)	85-90	95-98
Indice de Coût (1-10)	5	8
Construction	Construction plus simple, moins de composants	Construction plus complexe, peut nécessiter des composants supplémentaires (par exemple, un excitateur)
Couple	Varie avec la charge, couple moins constant	Couple constant sur une plage de vitesses
Contrôle	Contrôle moins précis, adapté aux applications générales	Contrôle plus précis, idéal pour les applications de haute précision

Choisir entre les servomoteurs asynchrones et synchrones

Lors du choix entre les servomoteurs asynchrones et synchrones, plusieurs facteurs doivent être pris en compte :

• Exigences de précision : si votre application nécessite un contrôle précis de la vitesse et de la position, un servomoteur synchrone est le meilleur choix. Les moteurs synchrones offrent une synchronisation exacte avec la fréquence d’alimentation, ce qui les rend idéaux pour les tâches de haute précision.
• Considérations relatives à l’efficacité : pour les applications qui nécessitent un fonctionnement continu et une efficacité énergétique plus élevée, les moteurs synchrones sont préférés en raison de leur efficacité supérieure et de leur couple de sortie constant.
• Coût et complexité : les moteurs asynchrones sont généralement plus rentables et plus faciles à entretenir, ce qui les rend adaptés aux applications qui ne nécessitent pas une précision ou une efficacité extrêmes.
• Performances de démarrage : si votre système nécessite un couple de démarrage élevé ou est utilisé dans des applications lourdes, les moteurs asynchrones peuvent offrir de meilleures performances.

Les servomoteurs asynchrones et synchrones présentent chacun leurs avantages spécifiques et sont adaptés à différents types d’applications industrielles. Les fabricants de servomoteurs choisissent généralement les moteurs asynchrones pour les applications où le coût, la robustesse et la simplicité sont plus importants que la précision absolue, tandis que les moteurs synchrones constituent le meilleur choix pour les tâches de haute précision et axées sur l’efficacité.