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Sur une enrouleuse textile, ce qui détermine le choix du moteur, c'est la façon dont la charge évolue quand le rouleau grossit. Si le tissu est enroulé à vitesse et tension constantes, lorsque le diamètre du rouleau double, le couple sur l'arbre d'enroulement double aussi, tandis que la vitesse de l'arbre est divisée par deux. C'est pourquoi l'entraînement se choisit non pas pour un seul point de fonctionnement, mais à la fois pour le couple au plus grand diamètre et pour la vitesse au plus petit diamètre.
Cet article traite des enrouleuses à entraînement central qui enroulent du tissu ou du non-tissé sur un arbre. En enroulement de surface (contact avec un cylindre), le cylindre d'entraînement tourne à vitesse constante et le diamètre du rouleau n'agit pas directement sur le moteur ; la problématique y est différente.
Comment le couple et la vitesse évoluent-ils quand le rouleau grossit ?
En enroulement central, on veut maintenir constantes deux grandeurs : la vitesse de ligne (l'avance du tissu en mètres par minute) et la tension du tissu. Dans ce cas :
- Couple = tension × rayon du rouleau. Quand le rouleau grossit, le couple augmente proportionnellement au diamètre.
- Vitesse = vitesse de ligne ÷ circonférence du rouleau. Quand le rouleau grossit, la vitesse de l'arbre baisse en proportion inverse du diamètre.
- Puissance = couple × vitesse. Les deux effets se compensant, la puissance d'enroulement est à peu près constante et indépendante du diamètre.
Ce dernier point a une conséquence importante : même si la puissance d'enroulement est constante, le moteur doit la fournir sur une large plage de vitesse. Or un moteur asynchrone n'atteint la puissance maximale avec laquelle il peut porter son couple nominal qu'à sa vitesse nominale. Quand il fournit le même couple à basse vitesse, sa puissance de sortie diminue. La puissance du moteur se calcule donc non pas d'après le besoin réel de puissance de l'enroulement, mais d'après la vitesse à laquelle il doit fournir le couple du plus gros rouleau.
Rapport d'enroulement : la donnée de conception la plus critique
Le rapport entre le diamètre du rouleau plein et celui du mandrin vide (arbre ou tube carton) s'appelle le rapport d'enroulement. Ce rapport détermine directement la largeur de la plage de vitesse sur laquelle le moteur fonctionnera.
| Cas hypothétique | Diamètre du mandrin vide | Diamètre du rouleau plein | Rapport d'enroulement | Plage de vitesse du moteur |
|---|---|---|---|---|
| Tissu fin, petit rouleau | 100 mm | 300 mm | 1:3 | de la nominale au tiers |
| Tissu lourd, gros rouleau | 150 mm | 900 mm | 1:6 | de la nominale au sixième |
Le tableau est hypothétique et ne sert qu'à montrer la logique du rapport. Si le rapport du réducteur est choisi pour que le moteur tourne près de sa vitesse nominale en atteignant la vitesse de ligne sur mandrin vide, le moteur fonctionne, une fois le rouleau plein, à sa vitesse nominale divisée par le rapport d'enroulement, au couple maximal. À 1:6, cela signifie une marche continue proche du couple plein à environ un sixième de la vitesse nominale.
Comment choisir ensemble le moteur et le réducteur ?
La séquence de sélection peut s'organiser ainsi :
- À partir de la vitesse de ligne et du diamètre du mandrin vide, déterminez la vitesse maximale de l'arbre d'enroulement.
- À partir de la tension et du rayon du rouleau plein, déterminez le couple maximal sur l'arbre d'enroulement. La valeur de tension vient du constructeur de la machine ou des données de procédé ; elle ne doit pas être devinée.
- Fixez le rapport du réducteur de sorte que la vitesse maximale de l'arbre corresponde à peu près à la vitesse nominale du moteur.
- Calculez le couple moteur en divisant le couple maximal de l'arbre par le rapport et le rendement du réducteur ; cette valeur doit rester inférieure au couple nominal du moteur.
- Ajoutez une marge d'accélération : un rouleau plein et lourd demande un couple supplémentaire pour passer de l'arrêt à la vitesse de ligne.
Le couple nominal du moteur se lit dans les données produit. Par exemple, le modèle 100L2-4 de 3 kW à 1450 tr/min nominal a un couple nominal de 19,8 Nm, le 112M-4 de 4 kW 26,3 Nm et le 132S-4 de 5,5 kW 36 Nm. Le tableau complet des couples se trouve dans notre article tableau des couples des moteurs électriques.
Pour des rapports d'enroulement plus larges, un moteur 6 pôles peut aussi être envisagé. Par exemple, le modèle 132S-6 de 3 kW fournit 29,6 Nm à 968 tr/min nominal ; par rapport au modèle 4 pôles de même puissance, il offre plus de couple et une vitesse de départ plus basse, mais sa carcasse est plus grande (132S).
Vous pouvez comparer les modèles de la gamme standard et les prix actuels sur la page acheter des moteurs électriques.
Fonctionnement à basse vitesse sur variateur et refroidissement
Sur les enrouleuses centrales, la variation de vitesse est presque toujours assurée par un variateur de fréquence. Les gammes triphasées de HEM Motor conviennent à la régulation de vitesse par variateur de fréquence ; selon la règle générale de la question sur le variateur, un ventilateur extérieur peut être nécessaire si le moteur doit fonctionner longtemps à basse vitesse et couple plein, un filtre dv/dt ou sinus est envisagé si le câble variateur-moteur est long, et ces conditions sont précisées à la commande.
L'enrouleuse est justement l'une des applications où l'on rencontre cette situation de « couple élevé à basse vitesse pendant longtemps ». À l'approche du rouleau plein, le moteur ralentit mais son couple augmente ; le ventilateur de refroidissement calé sur son propre arbre souffle moins d'air à mesure que la vitesse baisse. Sur une machine à fort rapport d'enroulement et à longue durée en rouleau plein, discutez impérativement de l'option ventilateur extérieur à la commande. L'accumulation de bourre et de fibres en milieu textile affaiblit encore le refroidissement ; le nettoyage du capot de ventilateur doit figurer dans le plan de maintenance.
