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Lors du remplacement du moteur d'une extrudeuse plastique, la première valeur à examiner n'est pas la puissance, mais le couple exigé par la vis. La vis d'extrusion est une charge à couple constant qui demande à peu près le même couple même lorsque la vitesse baisse ; le nouveau moteur doit donc pouvoir fournir en continu le couple nécessaire aux vitesses de vis la plus basse et la plus haute utilisées par la machine, et pouvoir se refroidir dans cette plage avec le variateur. Lorsqu'on remplace un ancien moteur à courant continu par un moteur asynchrone triphasé et un variateur de fréquence, ces deux conditions comptent davantage que la correspondance de la puissance de plaque.
Qu'exige la vis d'une extrudeuse du moteur ?
Dans une extrudeuse, la vis fait avancer les granulés dans un fourreau chauffé, les comprime et pousse la matière fondue vers la filière. Le frottement à la surface de la vis et la résistance de la matière fondue créent un besoin de couple largement indépendant de la vitesse. Pour simplifier : lorsque la vis tourne à mi-vitesse, le couple requis reste à peu près le même, tandis que la puissance consommée est divisée par deux. C'est tout à fait différent des pompes et des ventilateurs, dont la charge diminue rapidement avec la vitesse.
Les principaux facteurs qui modifient le besoin de couple sont :
- Matière et viscosité de la matière fondue : différents polymères sur une même machine demandent des couples différents. Si la température du fourreau est maintenue basse, la matière s'épaissit et le couple augmente.
- Résistance de la filière et du filtre : un pack de tamis qui commence à se colmater augmente la contre-pression et donc le couple.
- Démarrage à froid : si la vis tourne avant que le fourreau ait suffisamment chauffé, le couple grimpe fortement. C'est une erreur de procédé ; surdimensionner le moteur n'est pas la solution.
Comparer les couples avant le remplacement
Le couple nominal à l'arbre du moteur se calcule à partir de la puissance et de la vitesse : couple (Nm) ≈ 9550 × puissance (kW) / vitesse (tr/min). Déterminez cette valeur à partir de la plaque de l'ancien moteur et comparez-la au couple nominal du nouveau moteur. Deux moteurs de même puissance mais de vitesses différentes n'ont pas le même couple ; sur une extrudeuse, c'est le couple qu'il faut comparer.
Passer d'un moteur à courant continu à un moteur alternatif
La plaque des moteurs à courant continu, fréquents sur les extrudeuses anciennes, indique généralement une « vitesse de base » ; le moteur fonctionne à couple constant jusqu'à cette vitesse. La vitesse de base du moteur CC peut différer de la vitesse nominale d'un moteur asynchrone 4 pôles. Deux voies sont alors possibles :
- Si l'on vise la même vitesse d'arbre : le couple nominal du nouveau moteur ne doit pas être inférieur au couple de l'ancien moteur à la vitesse de base. La vitesse à l'entrée du réducteur est conservée.
- Si la vitesse est différente : on conserve la vitesse de vis en adaptant le rapport de poulies ou l'entrée du réducteur ; le couple nécessaire à l'arbre est alors recalculé avec le rapport.
Les moteurs CC sont souvent construits avec des brides et des arbres aux cotes spéciales. La liaison d'un moteur asynchrone à carcasse CEI pouvant être différente, une adaptation du socle, de l'accouplement ou de la poulie peut être nécessaire. Pour les dimensions, consultez les plans techniques 2D par carcasse ; les formes de montage sont proposées selon la carcasse et la taille de bride est confirmée à la commande.
Compatibilité avec le variateur : plage de vitesse et refroidissement
La vitesse de vis étant réglée selon le procédé, le moteur asynchrone d'une extrudeuse fonctionne presque toujours sur variateur de fréquence. Les séries triphasées de HEM Motor conviennent à la variation de vitesse par variateur de fréquence ; en fonctionnement prolongé à basse vitesse et à couple nominal, une ventilation forcée peut être nécessaire et, si le câble entre le variateur et le moteur est long, un filtre dv/dt ou sinus est envisagé. Ces conditions doivent être indiquées à la commande. Pour des informations générales, consultez la question sur l'utilisation avec un variateur.
- En dessous de 50 Hz : le moteur peut fournir son couple nominal, mais le refroidissement diminue car le ventilateur calé sur l'arbre ralentit aussi. Si l'extrudeuse tourne longtemps à basse vitesse de vis et à couple élevé, c'est la raison de l'échauffement du moteur ; une ventilation forcée (indépendante) répond à ce besoin.
- Au-dessus de 50 Hz : la tension restant constante, le moteur entre dans la zone de défluxage ; la puissance reste à peu près constante tandis que le couple disponible baisse. Avec la charge à couple constant d'une extrudeuse, augmenter la fréquence pour accroître la vitesse de vis peut entraîner un manque de couple.
- Précision de régulation : la stabilité de vitesse et la réponse aux variations de charge dépendent du type et du réglage du variateur. Si la ligne exige une grande précision, choisissez le variateur avec son fournisseur ; le moteur standard ne détermine pas à lui seul cette performance.
Lors de la première mise en route sur variateur, il faut saisir correctement les valeurs de plaque (tension, courant, vitesse, fréquence) dans le variateur. Pour les étapes de mise en service, consultez notre article de contrôle du premier démarrage.
Côté réducteur et accouplement
Le réducteur d'extrudeuse comporte une butée qui encaisse l'effort axial généré vers l'arrière par la vis. Cet effort n'est pas transmis au moteur, mais la vitesse d'entrée et la capacité en couple du réducteur doivent être compatibles avec le moteur. Si le moteur est relié au réducteur par courroie et poulie, le rapport de poulies détermine la vitesse de vis ; s'il est accouplé directement, la hauteur d'axe et l'alignement sont contrôlés. Le couple du nouveau moteur ne doit pas dépasser la limite de couple d'entrée du réducteur ; si la puissance doit être augmentée, les données du réducteur sont examinées séparément.
