Qu'est-ce qu'un actionneur ?
Figure 1 : Actionneurs mécaniques (en haut à gauche), pneumatiques (en haut à droite) et électriques (en bas).
Un actionneur est un dispositif qui reçoit un apport d'énergie et le convertit en mouvement ou en force. Il s'agit d'un composant essentiel dans de nombreuses technologies modernes et de nombreux domaines de l'ingénierie. De la robotique aux énergies renouvelables, les actionneurs jouent un rôle essentiel dans le contrôle et l'automatisation de divers processus et systèmes. Ils se présentent sous de nombreuses formes et types différents, chacun ayant des capacités et une utilisation uniques, par exemple un volant (figure 1 en haut), un simple cylindre pneumatique (figure 1 au centre) ou un moteur électrique complexe (figure 1 en bas).
Table des matières
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Différents types d'actionneurs
Les actionneurs se présentent sous différentes formes, et chaque type remplit une fonction spécifique en fonction de l'application. Deux catégories principales définissent les actionneurs : le type de mouvement et la source d'énergie.
Type de mouvement de l'actionneur
Les actionneurs peuvent être classés en fonction de leur type de mouvement, linéaire ou rotatif. Les actionneurs linéaires produisent un mouvement linéaire en ligne droite, tandis que les actionneurs rotatifs produisent un mouvement rotatif sur une trajectoire circulaire.
Actionneurs linéaires
- Les actionneurs linéaires déplacent des objets le long d'une ligne droite et utilisent une courroie et une poulie, une crémaillère et un pignon ou une vis à billes pour convertir la rotation du moteur électrique en mouvement linéaire.
- Les actionneurs linéaires s'arrêtent à une distance linéaire fixe et sont connus pour leur grande répétabilité et leur précision de positionnement, leur facilité d'installation et d'utilisation, leur faible maintenance et leur capacité à résister à des environnements difficiles.
- Ces actionneurs sont couramment utilisés dans les secteurs de l'agroalimentaire, de l'automobile, de la manutention, etc. pour des tâches telles que la poussée, la traction, le levage et le positionnement.
Actionneurs rotatifs
- Les actionneurs rotatifs convertissent l'énergie en mouvement rotatif par l'intermédiaire d'un arbre afin de contrôler la vitesse, la position et la rotation de l'équipement.
- Ces actionneurs sont dotés d'un moteur à rotation continue et sont polyvalents.
- Un moteur électrique est un actionneur rotatif alimenté par un signal électrique. Ils ont un couple élevé, un couple constant pendant la rotation à angle complet, une compatibilité avec différents diamètres, des arbres creux sans jeu, un rendement deux fois plus élevé, une maintenance réduite et peuvent atteindre n'importe quel degré de rotation.
- Les actionneurs rotatifs sont utilisés dans les équipements médicaux, les systèmes de radar et de surveillance, la robotique, les simulateurs de vol, l'industrie des semi-conducteurs, la fabrication de machines spéciales et la défense.
Sources d'alimentation des actionneurs
Figure 2 : Un actionneur rotatif pneumatique
Il existe différents types d'actionneurs, notamment pneumatiques, hydrauliques, électriques, magnétiques, thermiques et mécaniques, chacun présentant des avantages et des inconvénients uniques. Le type d'actionneur utilisé dans une application dépend des exigences spécifiques de cette application, telles que le niveau de force, le temps de réponse et la durabilité nécessaires.
- Actionneurs pneumatiques : Les actionneurs pneumatiques (figure 2) utilisent de l'air comprimé pour générer un mouvement. Ils peuvent être utilisés pour diverses applications, telles que le déplacement de pièces de machines ou le contrôle de la position de vannes. Ils sont souvent préférés pour les applications qui nécessitent une force élevée, des temps de réponse rapides ou des environnements antidéflagrants.
- Actionneurs hydrauliques : Les actionneurs hydrauliques utilisent la pression du fluide pour générer un mouvement. Ils sont couramment utilisés pour des applications lourdes telles que les équipements de construction, les machines de fabrication et les robots industriels. Les actionneurs hydrauliques offrent des niveaux élevés de force, de durabilité et de fiabilité.
- Actionneurs électriques : Les actionneurs électriques (figure 3) utilisent l'énergie électrique pour générer un mouvement. Ils peuvent être entraînés par des moteurs à courant alternatif ou continu et sont souvent utilisés dans des applications qui nécessitent un contrôle précis, un faible niveau de bruit et peu d'entretien. Les actionneurs électriques sont couramment utilisés dans les systèmes d'automatisation, les dispositifs médicaux et les équipements de laboratoire.
- Actionneurs magnétiques et thermiques : Les actionneurs magnétiques et thermiques sont deux types d'actionneurs qui utilisent respectivement les changements magnétiques et de température pour générer un mouvement. Les actionneurs magnétiques utilisent des champs magnétiques pour générer une force. Les actionneurs thermiques utilisent la dilatation ou la contraction des matériaux en réponse aux changements de température. Ces deux actionneurs sont couramment utilisés dans les systèmes micro-électromécaniques (MEMS) et d'autres applications miniaturisées.
- Actionneurs mécaniques : Les actionneurs mécaniques utilisent des mécanismes physiques tels que des leviers, des engrenages ou des cames pour générer un mouvement. Les actionneurs mécaniques sont couramment utilisés dans des applications où le faible coût, la simplicité de fonctionnement et la durabilité sont importants. Il s'agit par exemple de machines à manivelle, de systèmes de vannes manuelles et de serrures mécaniques.
Figure 3 : Un actionneur électrique
Applications des actionneurs
Les actionneurs sont largement utilisés dans le monde moderne, dans les machines, les automobiles et l'automatisation. Le tableau suivant décrit les applications courantes, les dispositifs adaptés à ces applications et les actionneurs qui alimentent les dispositifs.
Tableau 1 : Applications, dispositifs et actionneurs.
| Application | Dispositif | Type d'actionneur |
| Contrôle automatisé de l'écoulement des fluides dans les pipelines et les systèmes de traitement | Valve de contrôle, débitmètre | Linéaire, rotatif (hydraulique, électrique) |
| Réglage de vannes industrielles, positionnement de composants de machines | Vanne à bille, électrovanne, servomoteur | Rotatif (hydraulique, électrique) |
| Creusement, nivellement et excavation dans les opérations de construction et d'exploitation minière | Pelleteuse, rétrocaveuse | Linéaire, rotatif (hydraulique) |
| Fabrication de pièces métalliques, moulage de plastique et opérations de forgeage | Presse hydraulique, machine CNC, marteau de forgeage | Rotatif (hydraulique, électrique) |
| Alimentation des machines-outils, des robots et des systèmes de convoyage | Moteur électrique, bras de robot, bande transporteuse | Linéaire, rotatif (électrique, hydraulique) |
| Positionnement des composants de machines dans les systèmes de production automatisés | Actionneur linéaire, servomoteur, pince | Linéaire, rotatif (électrique, hydraulique) |
| Régulation du flux de carburant et d'air dans les moteurs à combustion interne | Valve d'étranglement, injecteur de carburant | Rotation (mécanique, électrique) |
| Régulation de la vitesse des turbines à vapeur ou à gaz dans les centrales électriques | Gouverneur de turbine, soupape | Rotatif (électrique, hydraulique, thermique) |
| Commande de machines simples dans des systèmes mécaniques, tels que les ouvre-portes | Levier mécanique, interrupteur électrique | Linéaire, rotatif (mécanique, électrique) |
| Transmission de la puissance dans les machines, telles que les systèmes de convoyage et les pompes à engrenages | Boîte de vitesses, pompe à engrenages, moteur hydraulique | Linéaire, rotatif (hydraulique, mécanique, électrique) |
FAQ
Quel est le rôle d'un actionneur dans un système ?
Les actionneurs convertissent l'énergie en travail en répondant à un signal de commande. Il en résulte un mouvement.
Quelles sont les causes possibles d'une défaillance prématurée des actionneurs ?
En règle générale, les défaillances des actionneurs sont dues à des erreurs d'application telles qu'une charge excessive, une mauvaise fixation, un câblage incorrect et un cycle de fonctionnement excessif. Ces problèmes peuvent être évités grâce à un examen approfondi du système et à une maintenance régulière.
Les actionneurs peuvent-ils être réparés ?
Les défaillances des actionneurs sont souvent dues à une mauvaise utilisation, telle qu'une charge excessive, un montage incorrect, un mauvais câblage ou un dépassement du cycle de fonctionnement recommandé.
Comment tester le fonctionnement d'un actionneur ?
Connecter un multimètre en série à l'une des extrémités des fils de l'actionneur. Observez les relevés d'ampérage pendant la rétraction et l'extension de la tige. Les relevés indiquent la puissance nécessaire pour la consommation de courant.
Qu'est-ce qu'un actionneur de vanne ?
Un actionneur de vanne est utilisé pour contrôler l'ouverture et la fermeture de la vanne.