Variateur de frequence = perte de puissance ?

[simonpbmeca]

Bonjour à tous. Je suis censé avec de bonnes connaissances théoriques en mécanique mais là, une question me taraude l'esprit :

Sur une machine outils dont la variation de vitesse de broche est gérée par le changement manuel de la position d'une courroie, on pourrait donc éviter cette étape manuelle en commandant le moteur électrique directement avec un variateur de fréquence adapté, disons 0 - 50Hz.

Imaginons, je positionne la courroie de transmission pour avoir la vitesse max en sortie de broche (2000tr/mn sans variateur) et que je n'y touche plus.
Après installation du variateur (commande par potentiomètre), je fais donc varier la vitesse de broche sans problème entre 10 et 2000tr/mn par exemple.

Et là se trouve mon blocage... a t'on la même puissance au niveau du mandrin si l'on fixe le variateur à 5Hz (200tr/mn) ? Par rapport à un fonctionnement sans variateur qui nous obligerait à redéplacer la courroie pour avoir ces 200 tr/mn ?

Pour le changement manuel de la position de courroie, je sais bien qu'il y a conservation de puissance, donc le couple et la vitesse de rotation évoluent de façon opposé mais proportionnellement pour garder la même puissance, mais une courroie qui ne bouge plus, je bloque sur que passa en terme de puissance...

 

[kawah2]

faut pas rêver, à 10hz ton moteur n'a pas beaucoup de pèche, alors à 5hz

eventuellement placer la courroie au milieu, et monter à 2000t en 90hz, par ex

 

[FB29]

Et là se trouve mon blocage... a t'on la même puissance au niveau du mandrin si l'on fixe le variateur à 5Hz (200tr/mn) ? Par rapport à un fonctionnement sans variateur qui nous obligerait à redéplacer la courroie pour avoir ces 200 tr/mn ?

Couple et puissance baissent très vite avec la fréquence, voir ici:

j'aimerais en savoir plus sur les moteur tri ..

en ce moment je suis en pleine refection pour faire evoluer ma CN diy ( ce serait meme carrement une nouvelle machine vu que la geometrie ne serait plus du tout la meme ) ; la motorisation de la broche etant un sujet auquel j'attache beaucoup d'importance , je suis confronté a des questions...

www.usinages.com

Si tu veux conserver couple et puissance il faut utiliser les systèmes de variation de vitesses mécaniques de la machine. Si la machine n'en a pas, il ne faut pas en attendre des miracles.

C'est comme pour les perceuses à main. En entrée de gamme une seule vitesse mécanique, mais toujours deux vitesses pour les modèles plus évolués .

 

[simonpbmeca]

Quel serait donc l'intérêt de remplacer la changement de rapport manuel par un variateur de fréquence sachant qu'on ne pourra jamais utiliser la puissance maximale du tour à n'importe quelle vitesse ? @kawah2 @FB29

 

[desmo-phil]

Bonsoir
Perso je poitionerais ma courroie de façon à ne pas descendre au dessous de 20 à 25 htz et j'investirais dans un vario indus qui génère moins de perte de couple !

 

[FB29]

Quel serait donc l'intérêt de remplacer la changement de rapport manuel par un variateur de fréquence sachant qu'on ne pourra jamais utiliser la puissance maximale du tour à n'importe quelle vitesse ?

Il n'y a pas beaucoup d'intérêt direct, à part ajuster la vitesse entre deux rapports. Et là encore, c'est discutable si la machine a une gamme de vitesses mécaniques bien étagée. En tournage, toutefois, on peut y voir un avantage pour faire varier la vitesse au cours d'une opération de dressage.

Par contre il y a des avantages indirects:
- démarrage sans à coups,
- freinage électrique,
- alimentation d'un moteur triphasé par un réseau monophasé,
- remplacement de contacteurs, y compris inversion de marche par un boîtier unique.

On peut aussi alimenter un ensemble de machines triphasées par un variateur unique avec la technique du moteur tampon.

 

[Bbr]

Il y a aussi un autre avantage non cité par @FB29 : Pouvoir baisser la vitesse minimale de la broche (avec évidemment une petite perte de puissance mais qui n'est pas forcément gênante, testé sur ma Z1 avec une fraise 3 tailles de 175x14 pour faire un plat sur un stub de 14 en 100C6 : vitesse mini broche horizontale 50t/mn et il fallait 36 t/mn pour Vc=20m/mn donc fréquence 36Hz = calcul de tête ).

 

[Alex31]

Sur une machine outils

(Petit raisonnement simplifié)

on parle de quel type de moteur, d'un moteur triphasé classique ?

si oui
tu sais que P (puissance en W) = Couple(N.m) x Vitesse de rotation (en Rd/s)

si tu veux baiser la vitesse et garder la puissance, il faudrait que le couple augmente
Hors, dans un moteur Tri, le couple est crée par le Courant (en Ampère) => il faudrait que le moteur consomme plus d'ampère
de 50Hz à 5Hz il y a un facteur 10

crois-tu que envoyer 10x d'ampères dans un moteurs serait sans conséquence => NON
(en plus, on n'envoie pas des ampères dans un moteur c'est lui qui les demandes)
quand il n'a plus assez de puissance par rapport à la charge à entrainer, il décroche => perte de vitesse et couple , donc perte de puissance

 

[simonpbmeca]

Il y a aussi un autre avantage non cité par @FB29 : Pouvoir baisser la vitesse minimale de la broche (avec évidemment une petite perte de puissance mais qui n'est pas forcément gênante, testé sur ma Z1 avec une fraise 3 tailles de 175x14 pour faire un plat sur un stub de 14 en 100C6 : vitesse mini broche horizontale 50t/mn et il fallait 36 t/mn pour Vc=20m/mn donc fréquence 36Hz = calcul de tête ).

Il faudrait aussi que j'apprenne l'importance du choix de ces vitesses en fonction des usinages, j'espère treouver de la doc en français ici ^^

 

[simonpbmeca]

(Petit raisonnement simplifié)

on parle de quel type de moteur, d'un moteur triphasé classique ?

si oui
tu sais que P (puissance en W) = Couple(N.m) x Vitesse de rotation (en Rd/s)

si tu veux baiser la vitesse et garder la puissance, il faudrait que le couple augmente
Hors, dans un moteur Tri, le couple est crée par le Courant (en Ampère) => il faudrait que le moteur consomme plus d'ampère
de 50Hz à 5Hz il y a un facteur 10

crois-tu que envoyer 10x d'ampères dans un moteurs serait sans conséquence => NON
(en plus, on n'envoie pas des ampères dans un moteur c'est lui qui les demandes)
quand il n'a plus assez de puissance par rapport à la charge à entrainer, il décroche => perte de vitesse et couple , donc perte de puissance

Vu comme ça, je comprends donc, merci. Effectivement, un moteur conçu pour une puissance max (P= U.I.cosphi) à un Hz max, donc à I max, il serait compliqué d'augmenter ce I lorsque le Hz baisse (U et cosPhi constant), question même de resistance des fils de bobinage si je comprends bien.

Merci pour l'explication

 

[Alex31]

tout à fait

puissance max (P= U.I.cosphi) à un Hz max, donc à I max,

mais ce n'est pas un Max, ce sont les caractéristiques nominales
le courant de démarrage, peut être supérieur au courant Nominal (de l'ordre de ( 4x ) 6x sur un court instant), si on démarre sous charge, on utilise souvent un démarreur étoile triangle (qui envoie du 400V dans le couplage prévu pour 230V pendant un bref instant), ça réduit le courant de démarrage

sur un tour c'est surtout le mandrin qui a de l'inertie (et un peu la chaine cinématique), la logique voudrait qu'on aie besoin de vitesse pour des petites pièces , et qu'on tourne lentement pour les grosses

 

[kawah2]

le courant de démarrage, peut être supérieur au courant Nominal (de l'ordre de ( 4x ) 6x sur un court instant), si on démarre sous charge, on utilise souvent un démarreur étoile triangle (qui envoie du 400V dans le couplage prévu pour 230V pendant un bref instant), ça réduit le courant de démarrage

eh ben, on en "apprend" à tout age
donc tu fais des étoiles/triangle avec un moteur 230/400V sur un réseau 400V

 

[Alex31]

visiblement mes cours d'elect sont trop loin

 

[FB29]

Sur un réseau 380 V il faut un moteur 380 / 660 V. On démarre en étoile 660 V et ensuite on passe en triangle 380 V.

 

[ZZR1100]

Sur une machine outils dont la variation de vitesse de broche est gérée par le changement manuel de la position d'une courroie, on pourrait donc éviter cette étape manuelle en commandant le moteur électrique directement avec un variateur de fréquence adapté,

Oui, on pourrait.
On a des variateurs qui sont tout à fait capable de gérer ce genre de situation.
Il faudra penser à positionner la courroie de sorte qu’elle puisse passer la puissance, à haute comme à basse vitesse (et sans baisse de puissance ...).
Le variateur peut réduire la vitesse et peut, également, l’augmenter !

 

[nitocle]

La gestion du var par défaut est dite couple constant (rapport constant entre u et F).
Ce mode de gestion (commande scalaire) est adapté aux applications qui n'ont pas besoin de couple. Il présente l'avantage d'une faible consommation.
En réalité en dessous de 15 htz, le couple diminue fortement.

En commande scalaire, on peut
1) instaurer un "boost" au démarrage : on augmente pendant un temps cours la tension sans changer la fréquence.
Cela sert à démarrer pour les applicatoins dites "en charge" ex : pont élevateur
2) instaurer une plage de couple renforcé, par exemple entre 5 et 15 htz, on change la valeur de la constante du rapport U/F
on aura donc plus de couple que d'habitude sur cette plage de fréquence.
Attention, cela fait chauffer le moteur, il ne faut pas qu'il fonctionne longtemps dans cette plage.
3) donner une fréquence mini de démarrage (par exemple 10htz).

Il existe un mode de gestion dit "commande vectorielle", beaucoup moins connu il est dédié aux applications qui ont besoin de couple.
plus de conso mais les perfs de couple à basse vitesse sont meilleures, proches de celles d'un moteur à courant continu.

Comme dit plus haut, une astuce consiste à placer ta courroie sur une vitesse moyenne et à monter au dessus de 50 htz pour aller jusqu'à 2000 (?) tpm.

 

[FB29]

La gestion du var par défaut est dite couple constant (rapport constant entre u et F)

Tu aurais en tête un document constructeur détaillant ces différents modes ?

 

[simon74]

Desolé, mais tout ceci est en anglais.

Le document WP.AFD.13 de Yaskawa est attaché, ca couvre le sujet d'un facon un peu pres comprehensif. Le manuel complet du NFlixin 9600 as les options suivant:

J'ai aussi le manuel de Yaskawa 616G3, qui laisse le possibilité de modifier les courbes v/f un peu arbitrairement...

 

[nitocle]

merci pour le partage, ca fait un bout de temps que je cherchais un doc concis et clair.

Pour les changements de paramétres, j'ai mis sur youtube une video sur le paramétrage d'un XSY pour augmenter le couple à basse vitesse, c'était pour Roland en belgique et sa superbe perceuse à colonne. chaine monkity660.

Les manuels des var chinois sont vraiment pauvres, sauf la dernière version HY, ou c'est un peu mieux expliqué.

Bonne journée

 

[simon74]

Bon, j'ai dit que je ferai un dessin, et j'ai donc fait un dessin.

J'ai recu ma VFD, commandé de chez le "NFlixin Enterprise Store" chez AliExpress, sur l'annonce c'etait donné pour etre un modele 9100 220->380, mais finalement j'ai recu un 9600 220->380V. Surpris assez plaisant, en effet, car le 9600 peut gerer 4 moteurs avec parametrages differents pour chaque. En plus, il eut aussi gerer les moteurs 220V, donc ca sera possible de prendre en charge le tour et sa moteur dahlander 220v aussi, je pense. Faut voir si j'ai assez d'entrees pour les commandes.

Donc, pour gerer un moteur bivitesse avec ce variaeur, il faut envoyer un signal sur le var, pour dire lequelle moteur on veut utiliser (et donc proteger le moteur par moyen des parametrages du var), et en plus gerer un contacteur en aval du var, sans que cette contacteur puisse couper avec le var en charge. Il faut, donc, inhiber le commande du var et du contacteur pendant que le var tourne. Pour ceci, il faut un relai double, un petit condensateur, et l'utilisation du sorti relai du var.

On va parametrer le sorti relai du var pour etre activé quand le var tourne. Sur le 9600, P5-02 (relay function) sur 1 (AC Drive Running).

Et on va connecter comme dessus:

S1 est le selecteur V1/V2. Il est connecté sur un alim 24V et la borne NC du var. Quand le var ne tourne pas, ceci est relié sur la borne commun, donc le selecteur agis directement sur le bobinage du relai. Le deuxieme jeux de contacts du relai sont connecté vers le contacteur et l'entree selectionneur de moteur du var, indiqué par "command" sur le dessin. Le premier jeu de contacts envoi (ou non) du 24V sur le borne NO du var. Donc, quand le var est mise en route, c'est ceci qui passe vers le bobine du relai. Si le selecteur est en train d'envoyer du 24V, on verra du 24V et le relai restera enclenché. Si non, le relai restera non-enclenché. Pendant que le var tourne, le selecteur est totalement shunté et n'agis sur rien, jusqu'au moment que le var s'arret. Y a un condensateur sur le bobine du relai, pour que ca ne "glitch" pas au moment que le var se mets en route. C'est un peu pres tout, mais n'hesite pas a poser des questions si necessaire.

Moi, j'ai des relais comme ceci:

 

[nitocle]

Salut, dsl pour la réponse tardive. Je n'ai pas de 9600 (super puissant on dirait)
Question : je me demande comment ce var gère le changement de moteur.
Si ca se trouve le var gère le changement de moteur par 1) stop, 2) déchargement de param 3)rechargement de param, 4) attente d'une commande,
Si c'est cela, alors pas de risque de s'emmeler.

 

[Alex31]

La gestion du var par défaut est dite couple constant (rapport constant entre u et F).
....
En réalité en dessous de 15 htz, le couple diminue fortement.

ce qu'il faut retenir (pour simplifier) avec le mode couple constant n'est pas adapté à une forte charge de démarrage
Puissance = Couple x vitesse
si la vitesse est faible, la puissance est très faible
à 50Hz ( et vitesse de rotation nominale) on à 100% de la puissance nominale; si la vitesse augmente, le couple diminue pour garder la puissance nominale
à 25Hz l(et donc 1/2 vitesse), couple nominal => la puissance disponible est 1/2 de la P nominale

 

[nitocle]

J'ai lu la doc en travers. Ce 9600 est vraiment performant.
Le changement de moteur se fait en modifiant la valeur de P0-24 (valeur par défaut 0, ce qui correspond au jeu de parametres 1).
En fait, le var ne pilote pas 4 moteurs (il a une seule sortie de puissance) mais il mémorise 4 jeux de paramétres différents.
Le var ne pilote pas de système de selection du moteur à alimenter, cela reste donc à la charge à l'utilisateur.

Je ne vois pas d'autres solution que ce P0-24 pour changer de je de param (par exemple on aurait pu avoir un selecteur à 4 positions) et ce paramètre ne peut être modifié que si le var est coupé (étoile noire sur la doc en regard du param) donc si on veut changer de jeu de param, il faut stopper le var et reprogammer le parametre manuellement et sélectionner le moteur à alimenter (vite lassant....)
Ou alors il faut un controleur externe (un ordinateur) qui stoppe le var change le param P0-24 et sélectionne le moteur à alimenter.

 

[simon74]

La solution pour deux moteurs est donné dans ma reponse #20 ci-dessus. Nullement besoin de controleur programmé, un relais (et bien sur les contacteurs pour faire le changement sur le sorti puissance) suffit. On dedie un entree numerique a la selection de jeux de parametres (p4-xx sur 41), et on le relie physiquement a borne TA. On pourrait meme le mettre direct sur le sorti du selecteur, ca n'auras aucun effet avec le var en route).

Avec 4 moteurs, ca deviens un peu plus complexe. Il faut un double relai d'inhibition pour gerer les deux entrees - on utilise TA-TB pour activer ce deuxieme, puis il fait deux relais pour gerer le selection. Donc 3 relais, et deux entrees pris. Et bien sur, d'avantage de contacteurs.

 

[nitocle]

Je n'avais vu la possibilité de choisir le jeu de paramètres via les contacteurs.
Donc oui, ca doit marcher.

La limite devient effectivement le nombre d'entrées. si on prend 2 entrée en selection (4 moteurs) , 2 entrées pour un AU, il en reste que 2 pour les commandes marche/arret et rien pour des vitesses préprogrammées, un changement de sens...

 

[simon74]

La nombre d'entrees est toujours limitant, et c'est vrai que avec 2 entrees de plus pris pour "motor selection" on as un choix assez limit pour des autres commandes. D'apres le manuel, il existe un carte d'expansion avec 5 entrees de plus, mais je ne l'ai jamais vu en vente.

Ce que j'envisage pour mon installation (tour + fraiseuse avec moteur dahlander chaqun) :

2 entrees pour moteur selection, + 3 relais et 7 ou 8 contacteurs suivant ou je mets celles de l'inversion V1 / V2. Command rotatif sur le cabinet pour selectionner tour / fraiseuse, commande deporté sur chaque machine pour V1 / V2.
1 entree pour AU, commande deporté(s) sur chaque machine + 1 sur cabinet
Var en mode "2 line mode 2" donc 1 entree pour "run" et 1 entree AV/AR, + 1 relai pour convertir "run" en poussoir avec automantien et stop. commandes deportees.
1 entree analogique pour potard sur le tour. deporté, bien sur.

+ 1 relais de plus pilotant 3 relais de style "finder" pour condamner les controls du machine pas en action, geré en parallel avec le control selection moteur qui fait tour / fraiseuse

Ca me laisse un entree numerique en rab pour l'instant.

Si on voulait, par exemple, faire un multi-vitesse en plus, je consider que c'est valable de passer par un µC et Modbus. Pareil, je pense, pour le mode "swing", mieux geré par un µC (ceci peut etre tres util pour eviter des resonances) en agissant directement sur le frequence.

 

[Robert]

Sur you tube, il y a une petite vidéo bien faite sur les réglages de base d’un VDF.
Tapez Vdf : augmentation du couple en fonctionnement. D’autres videos du même auteur sont également dispo. J’ai eu l’occasion de communiquer avec l’auteur pour un problème , contact et réponse au top. A suivre.