Variateurs:risques bobinage

  • Auteur de la discussion Francois57
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F
Francois57
Compagnon
21 Oct 2010
2 634
Metz
  • Auteur de la discussion
  • #1
Bonjour,
Il y a déjà eu dialogues sur ce de sujet avec beaucoup d'avis parfois différents,je relance donc le débat qui concerne principalement les risques sur le bobinage d' un moteur asynchrone tri 50Hz alimenté par un variateur sur une plage de 50 à 110 Hz.??
Exp:Moteur Leroy Somer tri asynchrone 900trs/mn 1.1Kw 50Hz avec variateur Siemens Sinamic V20 3 Kw.
 
M
MARECHE
Compagnon
6 Fev 2011
2 788
Nancy
Bonjour,
Les Leroy Somer pas trop vieux supportent en général. Ne pas oublier qu'on perd du couple à haute fréquence.
Salutations
 
F
Francois57
Compagnon
21 Oct 2010
2 634
Metz
  • Auteur de la discussion
  • #3
Bonsoir,
C'est le "général" qui inquiète,pas trop vieux ?pour la perte de couple ok:Couple=Pu/2pi.n
 
osiver
osiver
Compagnon
7 Sept 2013
11 862
110Hz me parait bien trop élevé, plus de 2 fois la vitesse nominale du moteur. :???:
Le plus souvent on se limite à 70/80Hz
 
F
Francois57
Compagnon
21 Oct 2010
2 634
Metz
  • Auteur de la discussion
  • #5
110Hz me parait bien trop élevé, plus de 2 fois la vitesse nominale du moteur. :???:
Le plus souvent on se limite à 70/80Hz
Pourquoi cette limite?Quels risques?
 
FB29
FB29
Compagnon
1 Nov 2013
8 735
FR-29 Brest
Bonjour,

A ma connaissance il y a deux risque possibles:

1. échauffement par surintensité => risque annulé en programmant correctement le variateur pour ne pas dépasser l'intensité nominale indiquée sur la plaque moteur. Le variateur limitera automatiquement le courant qui ne dépassera jamais cette valeur.

2. le risque d'échauffement par manque de ventilation lorsque le moteur est alimenté < 50 Hz => cela dépend de la capacité du ventilateur à refroidir et de la puissance demandée. Au besoin monter une sonde de température dans la carcasse avec affichage extérieur.

Le risque de survitesse est plutôt lié aux vibrations si le rotor est mal équilibré ... le rotor étant massif il n'y a pas de risque qu'un fil soit arraché puisqu'il n'y en a pas ...

Les roulements devraient tenir la vitesse aussi ... pour un moteur de 3000 t / mn à 100 HZ cela fera 6000 t/mn ... nettement en dessous de la vitesse de référence d'un SKF 6204 par exemple (lien) qui est 32 000 t/mn :roll: ... Monter des roulements de qualité ne pourra pas nuire ceci dit :wink: ...

Cordialement,
FB29
 
Dernière édition:
V
vince_007
Compagnon
9 Nov 2010
1 826
Fronton (31)
[EDIT] FB29 a répondu avant moi. :)

Il y a 2 risques principaux:
- La tenue en vitesse des roulements du rotor, dépassé 5000RPM, il faut vérifier si les roulements sont conçus pour. Plus le roulement est gros et moins il tourne vite. Il existe des roulements hautes vitesses.
- Le second problème est l'explosion mécanique du rotor sous l'effet de la force centrifuge. C'est quand même assez rare mais une cage d’écureuil conçu pour tourner à 3000RPM et qui tourne à 6000, on est en limite de design. Si c'est un moteur de grande marque, il tiendra, si c'est une chinoiserie conçu sans marge, il cassera.

Le bobinage du stator ne risque absolument rien en fréquence tant que le courant est limité à la valeur max supporté.
Attention aussi à l'équilibrage du rotor, si il est mal fait, ça va vibrer et c'est un facteur aggravant pour la tenue mécanique des roulements et du rotor.

Sur ma CN, j'ai un moteur 3000RPM que je fait tourner à 5000RPM dans les 80Hz. C'est un moteur d'origine allemande sur la plaque signalétique, je pense qu'il a été fabriqué en chine mais il est plutôt de bonne qualité. Ça fait quelques années qu'il tourne comme ça. Ma limite, c'est plutôt mes roulements de broches, le conique est donné pour 6500 rpm.
 
F
Francois57
Compagnon
21 Oct 2010
2 634
Metz
  • Auteur de la discussion
  • #8
FB29,
1.)Pour I ok à paramétrer
2.)La question est à F supérieure,si inférieure à 50 Hz,un ventilateur(genre PC) de refroidissement sur la carcasse avec alim indépendante piloté par la sortie logique du variateur.
Pour la vitesse j'ai pris dans mon exemple un 900 trs/mn(plaque signalélitique) à 110Hz=2200trs/mn ( n=f/paire de pôles) car c'est le moteur qui équipe ma perceuse fraiseuse F30MH Cincinnati avec un variateur cité tête de post.Donc à 2200 trs/mn,j'ai fait abstraction de la mécanique qui suit!
Ce qui est intéressant à savoir c'est la réaction du moteur(bobinage..)suivant l'expérience des membres qui utilisent les variateurs pour des vitesses supérieures à celle indiquée,car beaucoup de réponses théoriques et différentes.
 
Dernière édition:
Famille40
Famille40
Compagnon
10 Avr 2015
5 578
Bonsoir,
Le ventilateur indépendant n'est pas une solution ultime, car tu refroidis la carcasse certes mais pas le bobinage directement. Rien n'empêche le bobinage de surchauffer. Au travail, on a eu des soucis de ce genre avec des CEM (grosse carcasse, bobinage assez isolé de celle ci).
La vrai limite est la préconisation constructeur, c'est à dire 50hz ou 60hz maxi. Au delà, tu es en dehors des conditions prévues d'utilisation.
@ Bientôt
Jean-Philippe
 
F
Francois57
Compagnon
21 Oct 2010
2 634
Metz
  • Auteur de la discussion
  • #10
La vrai limite est la préconisation constructeur, c'est à dire 50hz ou 60hz maxi. Au delà, tu es en dehors des conditions prévues d'utilisation.
@ Bientôt
Bonsoir,
Dans ce cas à quoi servent les variateurs?Pour le refroidissement les moteurs se "rafraîchissent d'eux même via la carcasse !Et comme je parle de fréquence supérieure à 50Hz donc vitesse plus élevée,donc ventil plus importante.
Cordialement
 
Famille40
Famille40
Compagnon
10 Avr 2015
5 578
A varier la fréquence de 0 jusqu'à la fréquence nominale, c'est à dire 50 ou 60hz. Car on ne peut pas toujours compter sur d'autres systèmes, mécaniques entre autres, pour faire varier la vitesse. Exemple concret : les motopompes. Par exemple, la pompe d'alimentation en eau de mon village tourne en minimal à 39hz, mais selon les seuils d'utilisation, monte jusqu'à 45hz (pas plus, pour une question de débit).

Pour le refroidissement, pas forcément. Ce n'est pas parce que le ventilateur tourne plus vite que la carcasse est mieux refroidie. Ce n'est pas aussi simple.
 
Dernière édition:
Charly 57
Charly 57
Compagnon
21 Déc 2008
5 217
FR-57330 Moselle
Bonjour

Il y a encore au moins deux points qui n'a pas été cités:
1°) Les pertes fer dans les tôles du stator.
Plus la fréquence moteur est élevée, plus ces pertes sont grandes. La surface extérieure du moteur (donc du stator) doit évacuer plus de chaleur. La vitesse ( même si la fréquence est élevée) et l'efficacité du ventillo du moteur ne permettent pas d'être suffisamment efficace. Il s'en suit des points chauds dans les tôles stator les plus éloignées de la carcasse moteur ( proche du rotor) et donc par conduction / rayonnement un échauffement des fils cuivre stator. Le vernis isolant vieillira plus vite jusqu'à sont claquage.
Voilà un lien qui explique les pertes fer. Que ce soit dans un transfo ou dans un moteur, c'est le même phénomène physique !!!
https://fr.wikipedia.org/wiki/Transformateur_électrique#Les_pertes_.C2.AB_fer_.C2.BB

2°) la qualité des tôles du stator et du rotor
Les alliages de tôles sont fonction de la fréquence.
Regardez un transfo qui fonctionne en 50 Hz et un autre qui est dimensionné pour du 200 ou 400 Hz ou de la HF !!! La matière change pour arriver à des circuits magnétiques en ferrite !!!
Faites une recherche avec pour mots clef:
alliage tôle transformateur
et bonne lecture...
Le rendement d'un moteur 50 Hz poussé à haute fréquence sera plus mauvais donc les pertes (qui finissent toujours par un échauffement) seront plus élevées donc vieillissement accéléré de l'isolement des fils ... et des roulements par conduction thermique dans l'arbre.

Il doit y avoir d'autre paramètres que nous n'avons pas abordés et que prennent en compte les concepteurs de moteurs pour concevoir leurs produits ...
 
F
Francois57
Compagnon
21 Oct 2010
2 634
Metz
  • Auteur de la discussion
  • #13
Bonjour,
Par ce post je n'ai pas voulu rentrer dans des calculs ou théories concernant les pertes fer,joules,mécaniques qui sont dues à plusieurs paramètres ainsi que la puissance,le couple avec le rapport U/F ........Dans ce cas il faut prendre en compte beaucoup d'éléments inconnus pour être précis.
Mais simplement le retour d'expérience de certains d'entre vous qui utilisent ou ont utilisé des moteurs asynchrone avec variateur sur une plage de fréquence de 50 à 110 Hz ,les soucis rencontrés ou pas?(comme l'a fait Vince_007 #7 parlant du moteur de sa CNC).
Je vais faire des essais ce matin avec mon moteur LS 900trs/mn sous F de 50 à 115 Hz.
 
Dernière édition:
R
Rom'
Compagnon
26 Oct 2011
2 034
Salut,

Pour moi, sur un moteur 900 ou 1500 tours, les limites hautes et basses sont donné en haut par les pertes fer et en bas par le manque de refroidissement. Roulements et effets centrifuges sont hors de danger sur un moteur a 900.

J'ai une F30 "ancienne version ( chomienne )" fabriquée a peine un an avant le rachat par milacron, le moteur monté est par contre un 1,5Kw, et je tourne avec deux vitesse : 40 et 80Hz, qui me fait une gamme qui correspond bien a mon utilisation. Les moteurs montés sur ces machines étaient ( et sont peut-être ? ) d'excellente qualité, aucun souci après plusieurs heures à 80Hz pour mon cas, j'hésiterai vraiment à monter à 110Hz tout de même. Je pense, et cela n'engage que moi ( et éventuellement le moteur de ma f30:mrgreen: ) que 90Hz est la limite haute raisonnable pour une utilisation continue. Les réglages du var sont par contre à faire soigneusement.

Bonne journée,
Rom
 
F
Francois57
Compagnon
21 Oct 2010
2 634
Metz
  • Auteur de la discussion
  • #16
Bonsoir,
J'ai donc fait un essai avec une plage allant de 50 à 110 Hz.
-A 110Hz pendant 5 mn:le moteur ne chauffe quasiment pas,pas de vibrations(pas plus qu'à 50 Hz)
-essai de fraisage dans de l'acier,sans souci(110 Hz)
 
V
vince_007
Compagnon
9 Nov 2010
1 826
Fronton (31)
T'a bien raison de te faire ta propre opinion, un moteur standard fonctionnera très bien jusqu'au double de sa fréquence nominal. Ok, il n'aura pas les mêmes performances et le même rendement mais tu ne le cramera pas si le moteur est sur dimensionné.
Oublie les intégristes de la plaque constructeur et des théories wikipedia qui n'ose pas sortir des sentiers battus. On est sur un forum où le DIY règne en maitre pas dans un BE qui étudie des centres d'usinage pro.

La survitesse est d'ailleurs utilisé dans l'industrie en convoyage ou autre, exemple chez Schneider qui traite le sujet http://www.schneider-electric.fr/fr/faqs/FA28591/
Maintenant, si il tourne à 100Hz et que le variateur lui envoi son courant max, donc à puissance max du moteur, il y a quand même un risque de surchauffe interne à proximité du moteur.

En général, on veut travailler en survitesse pour des petits outils et donc à faible puissance. Si c'est pour augmenter l'avance avec un gros tourteau à plaquette, ça va pas le faire.
 
C
Chani
Compagnon
6 Nov 2009
1 183
54, Auboué
bonsoir,

ayant lu en diagonale, je répond en diagonale :D

le ventilateur centrifuge du moteur fait circuler lair sur la carcasse, d'où les ailettes du moteur. Le carter du ventilateur est d'ailleurs indispensable au bon fonctionnement du ventilateur.

un ventilateur additionnel est par conséquent tout a fait apte a refroidir le moteur, a partir du moment ou il fait circuler lair sur ces meme ailettes.

chez les constructeurs de moteur standard ( leroy somer, sew etc..), il existe une option ventilateur additionnel indépendant de l'arbre moteur.

a 5Hz, le principal problème sera le refroidissement du moteur... Dou le ventilateur additionnel. On notera aussi un couple egal au couple nominal , bien loin du couple dispo avec ue démultiplication. Avec ue démultiplication mecanique, le couple a la broche sera de 10 * le couple nominal, a la vitesse de broche équivalente a 5hz , au rendement pret.

la variation de fréquence ne permet donc pas de s'adapter a toutes les applications.

pour info, jai déjà rencontre des moteurs tournant a moins de 20 Hz depuis plus de 10 ans, sans problème.

un moteur ancien, pour moi, c'est un moteur d' avant 90. A partir de cette date, ils n'ont pas de problème pour fonctionner sur var. Avant cette date, il faut tester.
j'ai testé avec un moteur de 1936, ca tourne, meme si le couple n'est pas exeptionnel... Mais bon j'en demande pas de trop a ce papy.

pour un câblage standard, a 80 Hz, le moteur n'a plus que la moitié de son couple nominal. Il est possible, avec quelques modif de câblage d'avoir le couple nominal jusque 87 hz, mais il y a un leger risque au niveau du courant et de l'échauffement.

j'ai aussi eu l'occasion de voir des moteurs tournant depuis plusieurs années a plus de 80 hz sans pb.

il ya 3 pb lié a la fréquence élevée:
- baisse efficacité du refroidissement au delà de 80hz
- les roulements ne sont pas fait pour tourner a plus de 6000 rpm dans la plupart des cas. Pour des 2 paires de poles (1500rpm), ca fait tout de meme 200hz...
- les frets des enroulements peuvent être problématique... En fonction de leur état, ils peuvent être centrifugés. A voir en fonction du moteur... Mais 3000rpm sans pb.
 
F
Francois57
Compagnon
21 Oct 2010
2 634
Metz
  • Auteur de la discussion
  • #20
Bonsoir,
Merci pour vos réponses et commentaires.
 
M
moissan
Compagnon
13 Mar 2012
11 794
FR-16 angouleme
les perte fer augmentent avec la frequence : c'est ce qui rend utile le refroidissement a eau des broche de cnc chinoise

on peut compenser l'augmentation de frequence par une diminution de l'induction magnetique : plus on est loin de la saturation plus les pertes diminue

les moteur electriique moderne sont souvent calculé avec une induction assez forte et il chauffent deja beaucoup a 50Hz

pour reduire l'induction a grande vitesse il faut diminuer la tension encore plus que proportionnellement a la frequence : ça diminue le couple , et empeche la puissance d'augmenter proportionnellement a la frequence

on peut choisir une baisse de tension qui fait une puissance constante avec l'augmentation de frequence : ça produit une baisse de l'induction qui compense l'augmentation de frequence

sans variateur a 50Hz on donne au moteur la tension nominale quelle que soit la puissance utilisé : ça fait inutilement chauffer quand le moteur tourne a vide : un bon variateur peut doser la tension pour trouver le rendement optimum : c'est simple il suffit d'avoir un capteur de vitesse et mettre la tension pour le glissement optimum ... si le glissement est faible c'est que la tension est inutilement trop forte

la vitesse nominale d'un moteur est une indication de son rendement ... un moteur 1400t/mn a un glissement de 100t/mn signe d'un mauvais rendement , peut etre du a un rotor special optimisé pour un gros couple de demarage ... un moteur 1450t/mn a un glissement plus faible signe d'un bon rendement , mais a peu etre un couple de demarrage plus faible

avec un variateur les astuce pour ameliorer le demarage genre double cage dans le rotor sont inutile puisque le variateur fait la bonne frequence pendant le demarage : il faut donc un roror avec la resistance d'alumium la plus faible possible et un circuuit magnetique le plus simple possible : ça fait des moteur avec très mauvais demarrage en 50Hz , mais faible glissement et haut rendement ... c'est pour ça qu'il existe des moteur optimisé pour variateur

les très vieux moteur asynchrone avant l'invention des rotor double cage etaient de ce type : bon rendement mais faible couple de demarrage : c'est aussi pour ça qui sont meilleur que les moteur moderne pour faire des moteur pilotes
 
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