Actionneurs et moteurs

Sommaire de la page

Comparaison des différentes sources énergétiques

Préambule

Pour réaliser des actions (actionneurs) ou des mouvements (moteurs, terme plus général que les actionneurs puisqu'ils peuvent réaliser et des actions et des mouvements), on utilise des appareils divers, dont la source d'énergie doit être prise en compte.

1) Comparaison des différentes sources énergétiques

	Production de l'énergie de puissance
	Pneumatique	Hydraulique	Électrique
Sur site	Moteur électrique (1 pour plusieurs systèmes) + compresseur + réservoir	Moteur électrique (1 pour plusieurs systèmes) + groupe hydraulique	Réseau EDF (pour tous les systèmes) Ou petite centrale
Embarquée	moteur thermique + compresseur + réservoir	moteur thermique + groupe hydraulique	moteur thermique + alternateur ou Batteries + chargeur
Transport	Tubes et flexibles (pertes de charge selon distance et forme)		Câbles, fils et canalisations diverses
Rendement	0,3 à 0,5	0,7 à 0,9	env. 0,9
Coût	0,1 à 0,3F/m3 à 6 bars	c'est 2 fois celui du pneum.	0,6 F/kWh

Le rendement est celui de la transformation de l'énergie initiale (en général l'électricité du réseau EDF) en énergie de puissance.

	Transformation de l'énergie d'entrée en énergie mécanique
	Pneumatique	Hydraulique	Électrique
Caractéristiques fondamentales	p < ou = 10 bar Débit Q	3bars<p<400 bars Débit Q Viscosité huile	Tension U (altern. ou cont.) Intensité I cos ϕ
actionneurs linéaires	Vérins à simple ou double effet		moteur linéaire vérin électrique électro-aimant
Moteurs rotatifs	Volumétrique ou à turbine		Asynchrone Synchrone A courant continu Pas à pas

	Performances des actionneurs linéaires
	Pneumatique	Hydraulique	Électrique
Poussée théorique	20 N à 50 000 N (4 bar < p < 8 bar)	500 N à 2 MN (8 bars < p < 300 bar)	- Vérins électriques : Selon moteur et système de transf. de mvt : 1 500 N < F < 6 000 N 0,01 m/s<v<0,06 m/s 50 < course < 700 - Electro-aimants : - Faible poussée - Faible course - Vitesse incontrôlable - Moteurs linéaires : de plus en plus employés Chers
Vitesse	0,2 à 0,3 m/s	< ou = 0,5m/s
Rendement volumique	0,5	0,95
Précision de position	Assez bonne (air compressible)	Très bonne (huile incompressible)
avantages	- installation et maintenance facile - Poids et encombrement faible	- Forte puissance possible - Asservissement en vitesse et en position - Vitesse variable en continu - Blocage en position
avantages	- Travail possible en ambiance humide ou explosive
inconvénients	- Forte consommation d'énergie - Fonctionnement bruyant	-Installation complexe - Maintenance exigeante - Fuites gênantes - Coût élevé

	Performances des moteurs rotatifs
	Pneumatique	Hydraulique	Électrique
Régime	Fonction de la pression p		- Moteurs asynchrones : 750, 1 500 ou 3 000 tr/min - Moteurs série : n = f(I) - Moteur à excit. séparée : n = f(U) - Moteurs pas à pas : selon n pôles et f commande
	- Moteurs volumétriques : < 20 000 tr/min - Moteurs à turbine : < 120 000 tr/min	- Moteurs lents : 5 à 800 tr/min (avec p à 200 bars). - Moteurs rapides : 80 à 3 500 tr/min (avec p de 100 à 180 bar)
Couple de démarrage	70% du couple max	70% à 90% du couple max	50% du couple max
Rendement global	0,1 à 0,5	0,7 à 0,9	0,8 à 0,95
avantages	- Vitesse variable en continu		- Moteurs asynchrones : - Forte puissance - Variation de vitesse possible - Moteurs à courant continu : - Variation de vitesse facile - Asservissement en vitesse possible - Moteurs pas à pas : - Contrôle de la position angulaire - blocage en position
	- Poids et encombrement faible - Blocage en charge possible sans détérioration	- Forte puissance possible - Blocage en position - Asservissement en vitesse n
	- Travail possible en ambiance humide ou explosive
inconvénients	identiques aux actionneurs linéaires		- 10 fois plus encombrant qu'un moteur hydraulique équivalent - peut être dangereux suivant l'ambiance (présence d'étincelles électriques).

Actuellement, la tendance est à remplacer les actionneurs hydrauliques par l'électrique.
En effet, si l'actionneur hydraulique en lui-même possède un meilleur rapport poids/encombrement/puissance, il nécessite un groupe hydraulique lourd, une maintenance exigeante et le poids total en comptabilisant le groupe hydraulique et les canalisations + le liquide grève les performances d'un système embarqué.

De plus, le liquide est inflammable, ce qui pose des problèmes de sécurité (dans les avions notamment).

De même, les fuites, les coupures de canalisations et autres diminue la fiabilité de l'ensemble (voir les multiples problèmes posés par les premières DS).

Enfin, l'hydraulique est relativement bruyant (le "pshitt-Kitt!" des Citroën oléo-pneumatiques), et les fortes pressions peuvent s'avérer dangereuses.

En remplaçant par l'électrique, on supprime le besoin d'une pompe hydraulique, seul l'alternateur déjà présent doit être redimensionné à la hausse pour faire face à la puissance supplémentaire qu'il faudra fournir.

Les rendements des actionneurs et moteurs électriques sont en général meilleurs que les autres actionneurs.

Mais des problèmes restent encore posés :
- Utilisation dans un milieu explosif
- Ondes électromagnétiques émises
- Fiabilité de l'ensemble, notamment des câbles et des connections dans le temps
- Actionneurs classiques relativement lourds.

Voir les caractéristiques des différents moteurs électriques dans ma page sur l'électrotechnique.

à suivre...