Contrôleurs moteur : courant d'entrée, courant moteur et conversion de puissance

Sujet :

Il y a parfois des discussions sur la raison pour laquelle le courant du moteur mesuré par le contrôleur moteur diffère fortement du courant mesuré par l'alimentation. Cela semble surprenant pour beaucoup d'utilisateurs, surtout parce que le courant moteur est souvent beaucoup plus élevé que le courant d'entrée du contrôleur moteur.
Quel est le secret de cette différence et quelle est la bonne valeur de courant?

Solution :

L'étage de puissance d'un contrôleur moteur agit comme un convertisseur de puissance ou une sorte de transformateur électrique. Cela signifie que vous devez comparer la puissance d'entrée (= "Tension d'alimentation" x "Courant d'entrée") fournie par l'alimentation avec la puissance de sortie (= "Tension du moteur" x "Courant moteur") fournie au moteur par l'étage de puissance du contrôleur moteur. Si vous vous contentez de comparer le "courant d'entrée" et le "courant du moteur", cela est trompeur et n'a aucune signification.

L'étage de puissance des contrôleurs moteur modernes (comme l'ESCON, l'EPOS ou le MAXPOS de Maxon) est basé sur une tension moteur contrôlée par MLI (= Modulation de Largeur d'Impulsions, en anglais : PWM ). La tension du moteur est activée et désactivée à fréquence élevée (typiquement 50 à 100 kHz) par la logique de la commande du moteur. Le temps de mise sous tension (= le "rapport cyclique MLI") à l'intérieur de chaque cycle MLI (0,02 ms pour 50 kHz) détermine le niveau actuel du moteur. La tension du moteur qui en résulte peut varier entre 0V et presque la tension d'alimentation dans les deux sens. La tension du moteur (resp. le rapport cyclique MLI) est ajustée dans chaque cycle de contrôle de courant (typiquement 0,04 ms) du contrôleur moteur selon le point de fonctionnement moteur actuellement demandé (-> vitesse et couple).

Sur la base de l'équation de puissance, cela signifie que le courant moteur peut être (et sera généralement) beaucoup plus élevé que le courant d'entrée du contrôleur de moteur. La raison est que la tension moteur, adaptée en permanence par MLI (en fonction de la vitesse et du couple), est inférieure à la tension d'alimentation du contrôleur (batterie, alimentation fixe, …).

Formule de conversion de puissance :

Schéma du système :

Mesure de la puissance moteur par l'EPOS4 ou l'IDX :

Veuillez consulter le document suivant du Centre de Support pour trouver des informations sur la façon dont toutes les données pertinentes (tension d'alimentation, courant moteur, rapport cyclique MLI) peuvent être lues via les objets d'une EPOS4 ou d'un IDX et comment la puissance électrique du moteur peut être calculée sur cette base :
-> EPOS4 / IDX: Calculation of the electrical motor power

Conclusion / A retenir :

• Le "courant d'entrée" du contrôleur moteur (= courant de sortie de l'alimentation ou de la batterie) n'est PAS égal au "courant du moteur" !
  
  • Le courant d'entrée du contrôleur de moteur indiqué par l'alimentation est correct.
  • Le courant moteur mesuré et rapporté par le contrôleur moteur est correct.
  • Il n'est pas possible de comparer directement ces deux valeurs de courant car la tension d'alimentation et la tension du moteur sont différentes !
    
    
• L'équation de puissance compte : PEl.Motor = PInput - PElectronics
  • La tension moteur est toujours inférieure à la tension d'alimentation.
  • La tension moteur varie en permanence à une fréquence élevée et dépend de la vitesse et de la force contre-électromotrice du moteur.
  • Le courant du moteur est généralement beaucoup plus élevé que le courant fourni par l'alimentation ou la batterie.

Référence croisée :

• Power conversion in PWM power stages
• Motor current measurement in case of a PWM power amplifier 
• What is the power consumption of a controller? 
• EPOS / IDX: Checking the motor current draw
• EPOS4 / IDX: Calculation of the electrical motor power
• ESCON: Checking the motor current draw