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1/8 1. INTRODUCTION : 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 M.O.E. M.O.S. Gérer l'énergie de puissance Préactionneurs Communiquer avec l'opérateur Pupitre Traiter les informations Partie Commande Convertir l'énergie en action Traiter le produit Actionneurs Effecteurs Capteurs Acquérir les informations ACTIONNEUR : Le rôle d’un actionneur est de convertir une énergie d’entrée en une énergie de sortie utilisable pour obtenir une action définie. CONVERTIR L'ENERGIE EN ACTION Energie non directement utilisable Energie utilisable (mécanique en général) Actionneur Présence énergie Pertes 2. LES ENERGIES : L’énergie d’entrée est le plus souvent de type : électrique pneumatique hydraulique L’énergie de sortie est en général de type : mécanique mais peut être aussi : 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 (m 3 .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 ). SYNTHESE SI seconde : ACTIONNEURS

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1. INTRODUCTION :

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

M.O.E.

M.O.S.

Gérer

l'énergie

de puissance

Préactionneurs

Com

mu

niq

uer

avec

l'o

pér

ate

ur

Pu

pit

re

Traiter

les informations

Partie Commande

Convertir

l'énergie

en action

Tra

iter

le

pro

du

it

Actionneurs

Eff

ecte

urs

Capteurs

Acquérir

les informations

ACTIONNEUR :

Le rôle d’un actionneur est de

convertir une énergie d’entrée en

une énergie de sortie utilisable pour

obtenir une action définie.

CONVERTIR

L'ENERGIE EN ACTION

Energie non

directement

utilisable

Energie

utilisable

(mécanique

en général)Actionneur

Présence

énergie

Pertes

2. LES ENERGIES :

L’énergie d’entrée est le plus souvent de

type :

électrique

pneumatique

hydraulique

L’énergie de sortie est en général de type :

mécanique

mais peut être aussi :

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

).

SYNTHESE SI seconde : ACTIONNEURS

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2/8

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 sous-

multiples 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

transfert suivant la position du déflecteur.

Le système d’orientation nécessite la mise

en œuvre d’une énergie mécanique de

translation.

Orienteur

Tapis

Un vérin permet de convertir l’énergie pneumatique (air comprimé 6.106

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 :

Les sacs sont transférés sur le système par

une bande transporteuse.

L’entraînement de la bande autour des

poulies nécessite la mise en œuvre d’un

mouvement de rotation.

Bande transporteusePoulie motrice

Sens

du défilement

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.

CONVERTIR

L'ENERGIE PNEUMATIQUE

Energie

pneumatique

(pression p, débit q)

Energie

mécanique

(effort F, vitesse V)Vérin

pneumatque

Présence

énergie

pneumatique

Pertes

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 8 9 10 11

A

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

Ø de la tige = 8 mm

p = 6 bars

m = 12 Kg

P = m.g

P est le poids en N

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 mm

2 = 3,14 cm

2

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.

CONVERTIR

L'ENERGIE ELECTRIQUE

Energie

électrique

(courant alternatif

tension U, intensité i)

Energie

mécanique

(Couple C, vitesse

angulaire de rotation)Moteur

asynchrone

Présence

énergie

électrique

Pertes

4.2.2. Constitution et principe de fonctionnement :

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Schéma de principe d’un moteur triphasé 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

Rotor

Bobine 1

Bobine 2Bobine 3

Phase 1 Phase 3Phase 2

i1

i3 i2

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 :

Un générateur de vide à venturi est un

actionneur qui modifie une énergie

pneumatique en surpression en une énergie

pneumatique en dépression.

Symbole N.F.

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 :

Un moteur pneumatique est un actionneur qui

transforme une énergie pneumatique en une

énergie mécanique de rotation.

Symbole N.F.

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