Moteur électrique de tour à bois : plage de vitesse et fonctionnement avec variateur

Sur un tour à bois, une seule vitesse fixe ne suffit pas : un gros bloc à bol doit tourner lentement, tandis qu'un travail fin de stylo ou de fuseau doit tourner vite. Cette large plage de vitesses s'obtenait autrefois avec des poulies étagées et s'obtient aujourd'hui surtout avec un variateur de fréquence. Un moteur asynchrone triphasé standard peut remplir cette fonction avec un variateur ; il faut toutefois connaître à l'avance des points comme la baisse du refroidissement à basse vitesse, la chute du couple au-dessus de 50 Hz et le bon couplage du moteur lorsque le variateur est alimenté par un réseau monophasé.

Pourquoi la vitesse varie-t-elle autant sur un tour à bois ?

Ce qui compte en tournage, c'est la vitesse de coupe à la périphérie de la pièce ; elle détermine la vitesse à laquelle le bois arrive sur l'outil. Elle augmente avec le diamètre de la pièce et la vitesse de rotation. Pour garder la même vitesse de coupe, la vitesse de rotation doit baisser quand le diamètre augmente : une pièce dix fois plus grande en diamètre tourne à un dixième de la vitesse pour la même vitesse de coupe.

La sécurité et l'équilibre limitent aussi la vitesse. Un bloc déséquilibré, avec écorce ou fendu, est démarré à basse vitesse en phase d'ébauche ; la vitesse augmente à mesure que la pièce s'arrondit. Les phases de ponçage et de finition demandent généralement plus de vitesse. Il en résulte qu'un même tour utilise une large plage de vitesses, de l'ébauche lente au travail fin rapide. Les valeurs exactes de cette plage relèvent du fabricant du tour et de la pièce ; nous expliquons ici le principe général.

Des poulies étagées au variateur de fréquence

Sur les anciens tours à bois, le moteur tourne à vitesse fixe et la vitesse se change avec des poulies étagées. Dans ce montage, le moteur tourne à pleine vitesse sur chaque étage ; sur l'étage bas, le rapport de poulies augmente le couple. L'inconvénient est qu'il faut arrêter la machine et déplacer la courroie dans une autre gorge pour changer de vitesse, et que la vitesse est limitée à quelques valeurs fixes.

Avec un variateur de fréquence, la vitesse du moteur se règle en continu en modifiant la fréquence d'alimentation. Le variateur offre aussi un démarrage progressif, un temps d'arrêt réglable et la possibilité d'inverser le sens de rotation. Mais il existe une différence importante : si le rapport de poulies reste fixe, la basse vitesse est obtenue en abaissant la vitesse du moteur lui-même, et le couple arrivant à la broche n'augmente pas comme sur un étage de poulie. C'est pourquoi de nombreux tours conservent une poulie à deux étages avec le variateur : l'étage bas pour les grosses pièces, l'étage haut pour les travaux fins.

La mention générale de HEM Motor sur son site est la suivante : nos séries triphasées conviennent au réglage de vitesse par variateur de fréquence ; en fonctionnement prolongé à basse vitesse et couple plein, une ventilation forcée peut être nécessaire, et si le câble entre variateur et moteur est long, un filtre dv/dt ou sinus est envisagé ; ces conditions sont indiquées à la commande. Les détails figurent dans la question sur l'utilisation avec un variateur de fréquence.

Basse vitesse, au-dessus de 50 Hz et couple

Un moteur asynchrone alimenté par variateur se comporte différemment dans deux zones :

• Sous 50 Hz : le variateur abaisse la tension avec la fréquence ; en principe, le moteur peut fournir son couple nominal, tandis que sa puissance diminue proportionnellement à la vitesse. Par exemple, le couple nominal du modèle 90L-4 de 1,5 kW est de 9,91 Nm ; si ce couple est maintenu à mi-vitesse, la puissance transmise à l'arbre baisse d'environ moitié.
• Au-dessus de 50 Hz : la tension ne peut plus dépasser la valeur du réseau ; le moteur fonctionne à puissance à peu près constante et le couple baisse quand la vitesse augmente. Les roulements, le ventilateur et l'équilibrage du rotor ont en outre des limites mécaniques. Si un fonctionnement au-dessus de la fréquence nominale est envisagé, il doit être indiqué séparément à la commande et évalué.

Refroidissement à basse vitesse

Le ventilateur de refroidissement d'un moteur standard est fixé sur l'arbre ; quand la vitesse baisse, l'air qu'il souffle diminue aussi. Travailler longtemps un gros bloc à bol à basse vitesse et fort couple peut donc chauffer le moteur plus que d'habitude. De courtes périodes à basse vitesse ne posent généralement pas de problème ; pour un travail long et lourd, une ventilation forcée est envisagée. Pour ceux qui souhaitent surveiller la température du bobinage, une sonde PTC ou PT100 est une option sélectionnable à la commande.

Il ne faut pas attendre de contrôle de couple précis ni de comportement de type servo dans les applications de tournage ; le moteur asynchrone standard et le variateur servent à régler la vitesse en continu. Vous pouvez consulter les modèles HEM Motor adaptés et les prix actuels sur la page acheter des moteurs électriques.

Moteur triphasé sur réseau monophasé via un variateur

Une situation fréquente dans les ateliers est de ne disposer que d'une alimentation monophasée 230 V. On utilise alors un variateur à entrée monophasée 230 V et sortie triphasée 230 V. Côté moteur, le point à surveiller est le couplage :

• Un moteur à plaque 230/400 V (Δ/Y) se couple en triangle (Δ) sur un variateur à sortie triphasée 230 V. S'il reste en étoile, le moteur reçoit une tension trop faible et son couple baisse nettement.
• Les moteurs à plaque 400/690 V (Δ/Y) ne fonctionnent pas correctement avec un variateur à sortie 230 V ; ils demandent une sortie triphasée 400 V. Dans la série HEM Motor, les modèles de 3 kW et moins portent une plaque 230/400 V, et ceux de 4 kW et plus une plaque 400/690 V.
• Le calibre du variateur ne doit pas être choisi inférieur à la puissance du moteur ni aux limites de courant d'entrée monophasé ; les valeurs du fabricant du variateur font foi.

Utiliser directement un moteur monophasé est aussi une option ; la série monophasée de HEM Motor couvre 0,18 à 5,5 kW. Avec un moteur monophasé, il n'y a toutefois pas de réglage continu de la vitesse ; celle-ci se change toujours par les poulies.

Montage, frein et sens de rotation

Sur les tours à bois, le moteur est généralement placé sous ou derrière le banc, sur un support basculant à pattes (B3), et relié à la broche par courroie. Sur certains tours, le moteur est fixé directement au bâti par bride. Les formes de montage sont proposées selon la carcasse et la taille de bride est confirmée à la commande ; les cotes d'arbre et de pattes peuvent être comparées dans les plans techniques 2D.

Si un arrêt rapide par variateur est souhaité, une résistance de freinage peut être nécessaire sur le variateur pour raccourcir le temps d'arrêt. Si le ponçage se fait en sens inverse, assurez-vous que le mandrin ou le plateau de broche est bloqué pour ne pas se desserrer en sens inverse ; c'est une question de conception du tour. Dans un environnement chargé en copeaux et en poussière, le capot de ventilateur doit être nettoyé régulièrement ; la page sectorielle moteurs pour machines à bois donne des informations générales.

Modèles d'exemple

• 1,1 kW 90S-4 aluminium : 4 pôles, nominal 1445 tr/min, IEC 90S, 230/400 V (Δ/Y), couple nominal 7,27 Nm.
• 1,5 kW 90L-4 aluminium : 4 pôles, nominal 1445 tr/min, IEC 90L, 230/400 V (Δ/Y), couple nominal 9,91 Nm.
• 2,2 kW 100L1-4 aluminium : 4 pôles, nominal 1450 tr/min, IEC 100L, 230/400 V (Δ/Y), couple nominal 14,5 Nm.

Les trois modèles portent une plaque 230/400 V ; ils peuvent donc être utilisés aussi bien en étoile sur un réseau triphasé 400 V qu'en triangle avec un variateur à sortie triphasée 230 V. Le prix actuel figure sur chaque page produit.

Exemple hypothétique : passer un tour à poulies sur variateur

Cet exemple n'est pas une application client réelle. Supposons qu'un atelier possède un tour à bois avec un moteur 1,1 kW 4 pôles et des poulies à quatre étages. L'atelier ne dispose que d'une alimentation monophasée et le propriétaire souhaite une vitesse continue.

• Le moteur portant une plaque 230/400 V, il peut être utilisé avec un variateur à entrée monophasée et sortie triphasée 230 V, couplé en triangle.
• Deux étages de poulie sont conservés : les grands bols sur l'étage bas, les fuseaux et stylos sur l'étage haut ; les vitesses intermédiaires se règlent au variateur.
• Si de longues périodes à basse vitesse sur de grands diamètres sont prévues et que le couple risque de manquer, le moteur est porté au modèle 90L-4 de 1,5 kW et le besoin d'une ventilation forcée est évalué.

Conclusion et informations à transmettre pour un devis

Sur un tour à bois, le bon moteur est celui qui fournit assez de couple à basse vitesse sur le plus grand diamètre à tourner, dont le couplage est compatible avec le variateur et le réseau, et dont le refroidissement a été prévu pour un fonctionnement prolongé à basse vitesse. Pour un devis, transmettez :

• Une photo de la plaque du moteur actuel et les étages de poulie
• Le plus grand diamètre tourné et les travaux les plus fins ; si vous travaillez longtemps à basse vitesse
• Le réseau (monophasé/triphasé) et les tensions d'entrée et de sortie du variateur prévu
• La forme de montage, l'état du support et le besoin éventuel de frein ou d'arrêt rapide

Consultez les modèles adaptés et les prix actuels sur notre page de vente en ligne. Envoyez la photo de plaque, la vitesse et les informations de montage de votre moteur actuel via la page d'envoi de plaque et demandez un devis pour le bon modèle. Pour toute autre question, joignez-nous via notre page de contact.

Questions fréquentes

Peut-on utiliser un moteur triphasé standard avec un variateur sur un tour à bois ?

Oui, nos séries triphasées conviennent au réglage de vitesse par variateur de fréquence. Si vous travaillez longtemps à couple plein et basse vitesse, une ventilation forcée peut être nécessaire ; cette condition doit être indiquée à la commande.

Les poulies étagées restent-elles utiles avec un variateur ?

Sur la plupart des tours, oui. Le variateur abaisse la vitesse, mais n'augmente pas le couple comme le fait une poulie ; pour les grosses pièces, l'étage bas transmet le couple à la broche plus efficacement.

Comment faire fonctionner un moteur triphasé dans un atelier monophasé 230 V ?

Avec un variateur à entrée monophasée et sortie triphasée 230 V. Dans ce cas, un moteur à plaque 230/400 V se couple en triangle ; un moteur à plaque 400/690 V ne convient pas à ce montage.

Puis-je obtenir plus de vitesse en faisant tourner le moteur au-dessus de 50 Hz ?

Le variateur peut le permettre, mais au-dessus de 50 Hz le couple baisse et des limites mécaniques interviennent. Si un fonctionnement au-dessus de la fréquence nominale est envisagé, indiquez-le à la commande et évaluez-le avec nous.