Entraînement électrique
Un entraînement électrique est un entraînement comportant un ou plusieurs moteurs électriques , qui à partir d'une commande est régulé. Si la puissance du moteur est élevée, des actionneurs électroniques de puissance sont interposés entre la commande et le moteur électrique (ou les moteurs électriques). Ils font alors partie de l'entraînement électrique.
La commande de l'entraînement électrique est souvent mise en œuvre sous la forme d'une commande de vitesse , de couple , de position, de vitesse ou à plusieurs variables. Une ou plusieurs autres boucles d'asservissement peuvent être subordonnées ou non à une boucle d'asservissement .
Pour un fonctionnement pratique, des composants séparés pour la mise en marche et l'arrêt de l'entraînement ainsi que les dispositifs de sécurité et de surveillance nécessaires , ainsi qu'une source d'énergie sous la forme d'un raccordement au secteur , un générateur (par exemple sous la forme d'une pile à combustible ), un batterie de traction ou un condensateur double couche (par exemple sous la forme d'un ultra- ou super-caps fourni).
Fonctions, aspects de mouvement et mise en œuvre du contrôle
Avec un entraînement électrique, l'énergie électrique est convertie en énergie cinétique mécanique . Celui-ci peut être transformé en mouvement rotatif ainsi qu'en mouvement linéaire ( entraînement linéaire ou moteur électrique rotatif régulé avec vis sans fin bridée ). Dans le cas des entraînements électriques, les mouvements élémentaires « rotation » et « translation » ne sont pas des mouvements uniformes, notamment pour le contrôle de position. Au contraire, une ou plusieurs séquences de mouvement définies (c'est-à-dire des modèles de mouvement en fonction du temps) sont spécifiées par la réglementation respective. Avec le contrôle du couple et de la vitesse , les choses sont différentes, au moins par intervalles : un certain mouvement peut être effectué uniformément dans un certain intervalle.
Dans l'utilisation professionnelle aujourd'hui, les commandes d'entraînement sont mises en œuvre numériquement. Ce n'est que dans le domaine des loisirs (par exemple dans le modélisme ) ou dans de rares cas dans le domaine des petits entraînements que des réglementations sont encore appliquées de manière analogue. En termes de matériel, dans le cas des implémentations numériques, des microcontrôleurs avec des unités d'entrée/sortie avec des convertisseurs analogique-numérique et numérique-analogique ainsi que des interfaces de communication sont utilisés. En termes de logiciel, les commandes d' entraînement sont mises en œuvre sous la forme d' algorithmes de commande numériques , les commandes supplémentaires (par exemple pour les capteurs et les actionneurs) sous la forme d'ordres de commande d'entrée / sortie et l'échange de communication sous la forme de routines de communication d'interface.
Actionneurs électroniques de puissance
Efficacité et caractéristiques de fonctionnement pratiques
Par rapport à d'autres types d'entraînement (par exemple un moteur à combustion interne ), les entraînements électriques sont très efficaces . Des rendements allant jusqu'à 99 % ne sont pas rares pour les grosses machines. Une distinction est faite entre les variateurs de faible puissance (petits variateurs électriques) et ceux de puissance plus élevée. Dans la plage de puissance d'environ 900 à 1 100 watts, les entraînements électriques ont généralement un rendement de 70 à 90 %. Cependant, le rendement peut augmenter jusqu'à 99% avec l'augmentation de la puissance (lois de croissance des machines électriques). Contrairement aux moteurs essence ou diesel , les moteurs électriques ont un poids mort inférieur par rapport à leur puissance et ne génèrent pas non plus d'émissions locales et sont plus fiables que leurs homologues. De plus, ils peuvent être arrêtés immédiatement en cas d'urgence en coupant le réseau électrique (sous réserve de l'épuisement des masses tournantes dû au moment d' inertie ).
Zones d'application
Les domaines d'application vont des petits entraînements de quelques milliwatts de puissance (par ex. moteurs d'entraînement pour lecteurs de CD) aux applications de moyenne puissance (aspirateurs, appareils de cuisine) aux puissances les plus élevées dans l'industrie et les transports (entraînements pour broyeurs à charbon, entraînements pour trains électriques, voies souterraines, etc.).
La possibilité de pouvoir utiliser l'énergie solaire avec l' entraînement électrique rendra probablement l'entraînement indispensable pour l'avenir. Les entraînements électriques dans le secteur des transports doivent être séparés de l'approvisionnement en énergie en ce qui concerne les chances de succès. Alors que les véhicules électriques à batterie (BEV) en dehors des véhicules fonctionnant localement (fonctionnement à l'intérieur ou dans les cours) n'ont jusqu'à présent pas été couronnés de succès, l'entraînement électrique se trouve dans les systèmes alimentés par les lignes aériennes ( trolleybus , locomotive électrique ), dans le diesel- entraînements électriques , véhicules hybrides-électriques ( hybride drive ) mais aussi véhicules à pile à combustible une diffusion plus large. De nouveaux sauts de performances dans la technologie des accumulateurs, par ex. B. la batterie lithium-ion ou la batterie titanate de lithium avec nanotechnologie, ouvrent de nouvelles opportunités de marché pour les véhicules électriques dans le cadre de l' électromobilité .
Juin 2017, le premier ferry au monde (100 tonnes, 23 m de long) avec un entraînement alimenté par batterie entre en service à Taïwan . Les moteurs électriques sont utilisés depuis longtemps pour faire pivoter les systèmes de propulsion des navires (pods) et les propulseurs d'étrave rapidement contrôlables (propulseurs). L'électricité est fournie par des générateurs diesel ou GNL. Les sous-marins conventionnels sont également alimentés électriquement lors de la plongée, car sinon d'énormes quantités d'oxygène devraient être transportées dans des récipients sous pression lors de l'utilisation du moteur à combustion interne . Les sous-marins nucléaires fonctionnent avec des moteurs électriques. Les restrictions sur les moteurs à combustion interne sur les voies navigables en raison du bruit et de la pollution encouragent les bateaux électriques . Les modèles réduits d'avions et en particulier les petits drones multicoptères volent électriquement.
Le premier chariot télescopique au monde à entraînement électrique a été lancé par JCB en 2020 .
l'histoire
Au début de l'industrialisation, le moteur électrique a rapidement remplacé la machine à vapeur et les moulins à vent et à eau . Cela s'est produit dès que la distribution d'énergie électrique était disponible. Dès le départ, les moteurs électriques étaient plus fiables que les entraînements concurrents.
Au début, un moteur central était installé par hall d'usine. L'énergie de rotation a été distribuée aux machines individuelles avec de longs arbres de transmission. La courroie de transmission (parfois plusieurs mètres de long) était généralement éjectée ou mise en place pendant que l'arbre tournait. Des accidents se sont produits ici. Un développement ultérieur a permis à chaque machine d'avoir son propre moteur électrique. Les transmissions ont disparu en peu de temps. Une spécialisation pour les machines spéciales (ex : laminoirs ) ou les zones à risque d'explosion s'ensuit rapidement . Le nombre de moteurs électriques par machine ou système n'a cessé de croître. La production de masse a rendu le moteur électrique peu coûteux.
On peut observer actuellement que le moteur électrique n'est pas seulement affecté à la tâche d'entraînement, mais aussi au positionnement fiable des mouvements de la machine (principalement linéaires). A cet effet, les servomoteurs utilisés avec les unités de contrôle associées. Avec les nouveaux concepts pour le contrôle et l'automatisation d'une machine, on peut observer ici un développement technique orageux.
Record du monde
Un nouveau record mondial a été atteint en 2008. Les chercheurs de l' ETH Zurich ont développé un système d'entraînement électrique avec un million de tours par minute en collaboration avec des entreprises allemandes, le fabricant de moteurs ATE GmbH et le fabricant de roulements à billes myonic GmbH. Il s'agit de la vitesse la plus élevée jamais atteinte par un système d'entraînement électrique.
Littérature
- Manfred Meyer : Technologie d'entraînement électrique. Springer, Berlin, 2 tomes, tome 1 : Machines asynchrones en fonctionnement sur secteur et machines à bagues collectrices à vitesse variable. 1985, ISBN 3-540-13852-8 , Volume 2 : Machines à courant continu alimentées par convertisseur et machines triphasées entièrement alimentées par convertisseur. 1987, ISBN 3-540-17022-7 .
- Johannes Teigelkötter : Entraînements électriques économes en énergie : principes de base, électronique de puissance, comportement de fonctionnement et commande de moteurs triphasés. Springer Vieweg, Wiesbaden 2013, ISBN 978-3-8348-1938-3 .
- Werner Leonhard : Commande d'entraînements électriques. 2., complètement repensé. et exp. Ed., Springer, Berlin Heidelberg 2000, ISBN 978-3-540-67179-4 .
- Gert-Helge Geitner : Conception de contrôleurs numériques pour entraînements électriques. VDE-Verlag, Berlin Offenbach 1996, ISBN 3-8007-1847-2 .
- Nguyen Phung Quang, Jörg-Andreas Dittrich : Contrôle vectoriel des machines à courant alternatif triphasé. 2e édition Springer, Berlin 2015, ISBN 978-3-662-46914-9 .
- Eberhard Seefried : Machines électriques et technique d'entraînement : principes de base et comportement d'utilisation. Vieweg, Brunswick 2001, ISBN 3-528-03913-2 .
- Peter-Klaus Budig : Entraînements triphasés alimentés par convertisseur : théorie et comportement de fonctionnement des entraînements asynchrones. VDE-Verlag, Berlin, Offenbach 2001, ISBN 978-3-8007-2371-3 .
- Peter-Klaus Budig : Machine synchrone alimentée par convertisseur : théorie et applications. VDE-Verlag, Berlin, Offenbach 2003, ISBN 978-3-8007-2518-2 .
- Ulrich Riefenstahl : Systèmes d'entraînement électriques : principes de base, composants, méthodes de commande, commande de mouvement. 3e, à travers et verbe. Ed., Vieweg + Teubner, Wiesbaden 2010, ISBN 978-3-8348-1331-2 .
liens web
Preuve individuelle
- ↑ Greenfleet . greenfleet.info. Archivé de l' original le 12 février 2006. Récupéré le 25 mars 2019.
- ↑ Visedo alimente le premier E-ferry d'Asie à Taïwan ( Memento du 11 novembre 2017 dans Internet Archive ) visedo.com, 16 juin 2017, consulté le 11 novembre 2017. (Anglais)
- ↑ JCB lance un chariot télescopique entièrement électrique. Dans : schweizerbauer.ch . 25 novembre 2020, consulté le 25 novembre 2020 .
- ↑ "La vitesse la plus élevée au monde" - article sur FOCUS ONLINE
- ↑ "Systèmes d'entraînement électrique - record du monde par des chercheurs de l'ETH Zurich" - article sur innovations-report.de
- ↑ « Un million de tours par minute » - article sur handelsblatt.com
- ↑ "Un million de tours par minute" - article sur ethlife.ethz.ch
- ↑ "Record du monde Celeroton : 1 million de tours par minute" - article sur nachrichten.ch