Choisir un moteur électrique compatible variateur pour dérouleurs et enrouleurs de tôle

Sur les dérouleurs et enrouleurs de bobines de tôle, le moteur se dimensionne d'après le couple nécessaire au plus grand diamètre de bobine : à vitesse de ligne et tension constantes, le mandrin accélère à mesure que la bobine diminue, tandis que le couple baisse proportionnellement au diamètre. Avec des hypothèses d'exemple (3 000 N de tension, 30 m/min de vitesse de ligne, 1,5 m de diamètre extérieur et 0,508 m de diamètre intérieur), la puissance de tension n'est que de 1,5 kW, mais le besoin en couple avec une bobine pleine atteint environ 39,1 Nm sur l'arbre moteur ; le DRG-132M-4 4 pôles de 7,5 kW (1460 tr/min, 49,1 Nm, 14,3 A sous 400 V) convient alors. La puissance exacte par machine dépend de l'épaisseur, de la largeur de la tôle et de la tension souhaitée ; les données du constructeur de la machine sont prioritaires.

Cet article répond à quatre questions pour choisir un moteur de dérouleur : comment le couple et la vitesse évoluent avec le diamètre, comment la tension est régulée, pourquoi un variateur de fréquence et un codeur sont nécessaires, et où va l'énergie quand le dérouleur fonctionne en générateur. Le variateur, le codeur et la résistance de freinage doivent être raccordés par un électricien qualifié. Vous trouverez le moteur adapté parmi les 120 modèles de notre page Acheter un moteur électrique en ligne grâce aux filtres de puissance et de vitesse.

Comment le couple et la vitesse évoluent avec le diamètre de la bobine

Lorsqu'une ligne tourne à vitesse constante, la bande doit avancer à la même vitesse linéaire en tout point. Comme la vitesse du mandrin vaut n = v · 60 / (π · D), diviser le diamètre par deux double la vitesse du mandrin. À tension constante, le couple du mandrin est T = F · D / 2 ; quand le diamètre diminue, le couple baisse dans la même proportion. Leur produit, la puissance de tension P = F · v, ne dépend pas du diamètre.

C'est pourquoi un dérouleur ou un enrouleur est, pour le moteur, une charge à puissance constante : basse vitesse et fort couple au grand diamètre, haute vitesse et faible couple au petit diamètre. Le rapport du diamètre extérieur au diamètre intérieur (3,0 dans l'exemple) fixe à la fois la plage de couple et la plage de vitesse du moteur. Choisir le moteur d'après la puissance est donc trompeur ; les valeurs décisives sont le couple au plus grand diamètre et la vitesse au plus petit.

Exemple de calcul : faible puissance de tension, fort besoin en couple

Hypothèses : tension 3 000 N, vitesse de ligne 30 m/min (0,5 m/s), diamètre extérieur de bobine 1,5 m, diamètre intérieur (mandrin) 0,508 m, rapport de réducteur 75, couple × 1,1 pour les pertes du réducteur et des paliers. Le rapport est choisi pour que la vitesse nominale du moteur ne soit pas dépassée au plus petit diamètre : 1460 / 18,8 ≈ 77,7, arrondi à 75.

La puissance de tension vaut 3 000 × 0,5 = 1,5 kW ; choisir un moteur de 2,2 kW sur cette base serait une erreur. Avec une bobine pleine, le moteur doit fournir 33,0 Nm, et ce vers 16,4 Hz, soit environ un tiers de sa vitesse nominale. Il faut aussi vaincre l'inertie de la bobine pendant l'accélération de la ligne. Pour une bobine de 10 000 kg, l'inertie J = m · (Do² + Di²) / 8 ≈ 3 135 kg·m² et la vitesse angulaire du mandrin est de 0,67 rad/s ; une accélération en 5 secondes demande 418 Nm au mandrin, soit environ 6,1 Nm de plus sur l'arbre moteur. Total : 33,0 + 6,1 ≈ 39,1 Nm.

Le DRG-132S-4 4 pôles de 5,5 kW, avec 36 Nm de couple nominal, reste en dessous de cette valeur et s'appuie sur la surcharge temporaire du variateur pendant l'accélération. Le DRG-132M-4 de 7,5 kW, avec 49,1 Nm, laisse de la marge. Pour tester les valeurs avec votre machine, utilisez le Calculateur de vitesse et couple de sortie du réducteur et le Calculateur VFD fréquence, couple et puissance.

Régulation de tension : bras danseur, capteur de force et calcul du diamètre

Si la tension n'est pas maintenue constante, la bande se détend et se plie au dérouleur, tandis qu'à l'enrouleur on obtient un enroulement lâche ou une rupture de bande. Il existe trois façons courantes de réguler la tension :

• Bras danseur : un bras lesté ou pneumatique mesure le mou de la bande ; sa position est transmise au variateur comme correction de vitesse.
• Capteur de force : l'effort sur un rouleau de renvoi est mesuré directement et la consigne de couple du variateur est ajustée selon cette mesure.
• Contrôle de couple en boucle ouverte par calcul du diamètre : le diamètre instantané D = v · 60 / (π · n) est calculé à partir de la vitesse de ligne et de celle du mandrin, et la consigne de couple vaut T = F · D / 2 / rapport. Aucun capteur supplémentaire n'est nécessaire, mais la compensation du frottement et de l'inertie doit être réglée.

Quelle que soit la méthode, l'exigence côté moteur est la même : le moteur doit pouvoir fonctionner sur une consigne de couple plutôt que de vitesse et fournir un couple stable à basse vitesse. Cela nous amène au choix du variateur et du codeur.

Variateur et codeur : un couple stable à basse vitesse

Sur les dérouleurs et enrouleurs à tension régulée, la commande V/f ne suffit pas ; il faut un variateur à commande vectorielle capable de contrôler le couple. La commande vectorielle en boucle ouverte (sans capteur) convient aux lignes de précision moyenne. Sur les lignes exigeant de très basses vitesses, un maintien de tension à l'arrêt ou un enroulement précis, on monte un codeur sur l'arbre moteur et l'on utilise la commande vectorielle en boucle fermée ; le codeur transmet la position et la vitesse du rotor au variateur, et le couple reste maîtrisé même à vitesse nulle.

Le montage d'un codeur nécessite un bout d'arbre arrière ou un adaptateur sur le capot de ventilateur ; ce détail de montage doit être discuté avant la commande. Lors du choix du variateur, le mode couple, la carte d'entrée codeur et le hacheur de freinage s'évaluent ensemble. Côté moteur, on préfère 4 pôles : à puissance égale, il fournit environ deux fois le couple d'un 2 pôles et garde un rapport de réducteur raisonnable.

Fonctionner au-dessus de 50 Hz (défluxage) permet un rapport de réducteur plus faible, mais dans cette zone le couple disponible baisse en proportion inverse de la fréquence et le couple de décrochage baisse encore plus vite. Sur les lignes à fort rapport de diamètres, cette solution n'aide que sur une plage limitée ; la conception principale doit rester sous 50 Hz.

Échauffement à basse vitesse : quand la ventilation forcée s'impose-t-elle ?

Un moteur triphasé standard est refroidi par un ventilateur monté sur son propre arbre. Dans l'exemple, avec une bobine pleine, le moteur tourne à 16,4 Hz, soit environ un tiers de la vitesse du ventilateur, tout en fournissant un couple proche du nominal. L'air de refroidissement diminue mais pas le courant, donc la température du bobinage monte. Quand de grosses bobines sont traitées longtemps, cela provoque des déclenchements thermiques et réduit la durée de vie du bobinage.

La solution est une motoventilation forcée alimentée séparément, qui fournit un débit d'air constant quelle que soit la vitesse du moteur. Elle allonge le moteur et doit être prévue avec la place disponible sur la machine et le montage du codeur. À défaut, choisir la puissance supérieure fait travailler le moteur à courant plus faible pour le même couple et réduit l'échauffement. Pour le détail de l'isolation et du refroidissement des moteurs alimentés par variateur, voir Choix de l'isolation et du refroidissement forcé sur un moteur destiné à un VFD.

Le dérouleur fonctionne en générateur : résistance de freinage et récupération d'énergie

Le moteur de l'enrouleur tire la bande : il fonctionne en moteur. Le dérouleur crée la tension en retenant la bande : pendant que le mandrin est entraîné par la traction de la bande, le moteur applique un couple opposé à son sens de rotation. Il fonctionne alors en générateur et une énergie égale à la puissance de tension (environ 1,5 kW dans l'exemple, un peu moins après pertes) revient sur le bus continu du variateur.

Si cette énergie n'est pas évacuée, la tension du bus continu monte et le variateur se met en défaut de surtension. Trois solutions existent : hacheur et résistance de freinage (l'énergie est transformée en chaleur), bus continu commun aux variateurs du dérouleur et de l'enrouleur (l'enrouleur utilise ce que produit le dérouleur), ou unité régénérative qui renvoie l'énergie au réseau. Point clé pour choisir la résistance : sur un dérouleur, le freinage n'est pas une impulsion brève mais une charge qui dure toute la bobine ; la puissance permanente de la résistance doit donc être choisie d'après la puissance de tension. Pour le dimensionnement détaillé, voir Freinage dynamique et résistance de freinage sur le variateur de fréquence.

Tableau de choix du moteur de dérouleur et liste de contrôle

Le tableau ci-dessous présente les modèles DRG 4 pôles en fonte dans la plage de puissance courante sur les dérouleurs et enrouleurs des lignes de tôle légères et moyennes. Les couples nominaux sont de 26,3 Nm pour 4 kW, 36 Nm pour 5,5 kW et 49,1 Nm pour 7,5 kW ; comparez-les à votre besoin en couple au plus grand diamètre.

Caractéristiques du modèle retenu dans l'exemple de calcul :

• Puissance: 7,5 kW
• Vitesse nominale: 1460 tr/min
• Couple nominal: 49,1 Nm
• Courant 400 V: 14,3 A
• cos φ: 0,84
• Ts/Tn: 2
• Tmax/Tn: 2,3
• Is/In: 7,5
• Arbre D×E: 38 × 80 mm
• Carcasse CEI: 132M · fonte

Avant de commander moteur et variateur, précisez les points suivants :

• Épaisseur et largeur de tôle, effort de tension souhaité (N)
• Vitesse de ligne maximale (m/min), diamètres extérieur et intérieur, masse de la bobine la plus lourde
• Rapport du réducteur : au plus petit diamètre, la vitesse moteur ne doit pas dépasser la nominale
• Couple moteur : couple de tension au plus grand diamètre + couple d'accélération
• Variateur : commande vectorielle, mode couple ; carte codeur si nécessaire
• Motoventilation forcée en cas de fonctionnement prolongé à basse fréquence
• Puissance permanente de la résistance de freinage du dérouleur, ou bus continu commun
• Arbre D × E, montage (pattes B3 ou bride B5 sur le réducteur) et adaptateur codeur

Moteurs de cette puissance

• DRG-132S-4 – 5,5 kW – 1460 tr/min – 132S fonte
• DRG-132M-4 – 7,5 kW – 1460 tr/min – 132M fonte
• DRG-160M-4 – 11 kW – 1465 tr/min – 160M fonte
• DRG-160L-4 – 15 kW – 1465 tr/min – 160L fonte

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Questions fréquentes

Quelle puissance de moteur pour un dérouleur de tôle ?

On la choisit d'après le couple au plus grand diamètre de bobine, pas d'après la puissance de tension. Dans l'exemple, la puissance de tension est de 1,5 kW alors qu'il faut environ 39,1 Nm sur l'arbre moteur avec une bobine pleine ; cela correspond à un moteur 4 pôles de 7,5 kW (49,1 Nm).

Pourquoi utiliser un variateur de fréquence sur un dérouleur ?

Quand le diamètre de la bobine change, la vitesse du mandrin et le couple requis changent en permanence. Un variateur vectoriel règle le couple par consigne, de sorte que la tension reste constante quel que soit le diamètre.

Un dérouleur a-t-il besoin d'une résistance de freinage ?

Oui. Pendant que le dérouleur applique la tension, le moteur fonctionne en générateur et l'énergie revient au variateur. Il faut soit une résistance de freinage dimensionnée pour cette énergie, soit un bus continu commun avec l'enrouleur.

Combien d'ampères consomme un moteur 7,5 kW 4 pôles ?

À pleine charge, le DRG-132M-4 consomme 14,3 A sous 400 V et 15 A sous 380 V. Alimenté par variateur, le courant prélevé sur le réseau varie selon la puissance instantanée de la charge.

Envoyez-nous la tension, la vitesse et les dimensions de bobine de votre ligne et nous choisirons ensemble le modèle DRG adapté ; pour les prix actuels, consultez Acheter un moteur électrique en ligne. Téléphone : +90 (542) 666 11 11 · E-mail : [email protected] · Contact