Coppia e compatibilità con l'azionamento nella sostituzione del motore elettrico di un estrusore per plastica

Quando si sostituisce il motore di un estrusore per materie plastiche, il primo valore da considerare non è la potenza, ma la coppia richiesta dall'albero della vite. La vite dell'estrusore è un carico a coppia costante, che richiede all'incirca la stessa coppia anche quando la velocità diminuisce; il nuovo motore deve quindi poter fornire in continuo la coppia necessaria alla velocità minima e massima della vite a cui lavora la macchina e, insieme all'azionamento, raffreddarsi in questo intervallo. Quando si sostituisce un vecchio motore in corrente continua con un motore asincrono trifase e un convertitore di frequenza, queste due condizioni contano più della corrispondenza della potenza di targa.

Cosa chiede la vite dell'estrusore al motore?

Nell'estrusore la vite fa avanzare il granulo all'interno del cilindro riscaldato, lo comprime e spinge il fuso nella filiera. L'attrito sulla superficie della vite e la resistenza del fuso generano un fabbisogno di coppia in larga misura indipendente dalla velocità. In termini approssimativi: quando la vite gira a metà velocità la coppia necessaria resta all'incirca la stessa, mentre la potenza assorbita si dimezza. È una situazione completamente diversa dal carico di pompe e ventilatori, che diminuisce rapidamente con la velocità.

I principali fattori che modificano il fabbisogno di coppia sono:

• Materiale e viscosità del fuso: Sulla stessa macchina polimeri diversi richiedono coppie diverse. Se la temperatura del cilindro è tenuta bassa, il fuso diventa più denso e la coppia aumenta.
• Resistenza di filiera e filtro: Un pacco filtrante che inizia a intasarsi aumenta la contropressione e quindi la coppia.
• Avviamento a freddo: Se la vite viene fatta girare prima che il cilindro si sia riscaldato a sufficienza, la coppia sale moltissimo. È un errore di processo; aumentare la taglia del motore non è la soluzione.

Confronto della coppia prima della sostituzione

La coppia nominale all'albero motore si calcola da potenza e velocità: coppia (Nm) ≈ 9550 × potenza (kW) / velocità (giri/min). Ricavi questo valore dalla targa del vecchio motore e lo confronti con la coppia nominale del nuovo motore. Due motori di pari potenza ma velocità diversa hanno coppie diverse; nell'estrusore è la coppia il valore da confrontare.

Nel passaggio dal motore in corrente continua al motore in corrente alternata

Sulla targa dei motori in corrente continua, frequenti sui vecchi estrusori, è in genere riportata una \"velocità base\": fino a questa velocità il motore lavora a coppia costante. La velocità base del motore in corrente continua può differire dalla velocità nominale di un motore asincrono a 4 poli. In questo caso le strade sono due:

• Se si punta alla stessa velocità dell'albero: la coppia nominale del nuovo motore non deve essere inferiore alla coppia del vecchio motore alla velocità base. La velocità all'ingresso del riduttore viene mantenuta.
• Se la velocità è diversa: si mantiene la velocità della vite adattando il rapporto delle pulegge o l'ingresso del riduttore; in questo caso anche la coppia richiesta all'albero va ricalcolata insieme al rapporto.

I motori in corrente continua sono spesso costruiti con quote di flangia e albero speciali. Poiché il collegamento di un motore asincrono con grandezza IEC può essere diverso, può essere necessario adattare basamento, giunto o puleggia. Per le quote consulti i disegni tecnici 2D per grandezza; le forme costruttive sono disponibili in base alla grandezza e la quota della flangia viene confermata in fase d'ordine.

Compatibilità con l'azionamento: campo di velocità e raffreddamento

Poiché nell'estrusore la velocità della vite si regola in base al processo, il motore asincrono funziona quasi sempre con convertitore di frequenza. Le serie trifase di HEM Motor sono adatte al controllo di velocità con convertitore di frequenza; per un funzionamento prolungato a bassa velocità con coppia piena può essere necessaria una ventilazione esterna e, se il cavo tra azionamento e motore è lungo, si valuta un filtro dv/dt o sinusoidale. Queste condizioni vanno indicate nell'ordine. Per informazioni generali può consultare la domanda sull'impiego con inverter.

• Sotto i 50 Hz: il motore può fornire la coppia nominale, ma poiché anche la ventola calettata sull'albero rallenta, il raffreddamento diminuisce. Se l'estrusore lavora a lungo a bassa velocità della vite e coppia elevata, il riscaldamento del motore dipende da questo; una ventilazione esterna (indipendente) risponde a questa esigenza.
• Sopra i 50 Hz: poiché la tensione resta costante, il motore entra nella zona di indebolimento di campo; la potenza rimane all'incirca costante, mentre la coppia disponibile diminuisce. Con il carico a coppia costante dell'estrusore, aumentare la frequenza per incrementare la velocità della vite può portare a una coppia insufficiente.
• Precisione di regolazione: stabilità della velocità e risposta alle variazioni di carico dipendono dal tipo e dalla taratura dell'azionamento. Se la linea richiede elevata precisione, scelga l'azionamento insieme al relativo fornitore; il motore standard da solo non determina queste prestazioni.

Alla prima messa in funzione del motore con l'azionamento occorre inserire correttamente nell'azionamento i dati di targa (tensione, corrente, velocità, frequenza). Per i passaggi della messa in servizio può consultare il nostro articolo sui controlli al primo avviamento.

Lato riduttore e giunto

Il riduttore dell'estrusore dispone di un cuscinetto reggispinta che sostiene la forza assiale generata all'indietro dalla vite. Questa forza non viene trasmessa al motore, ma velocità di ingresso e capacità di coppia del riduttore devono essere compatibili con il motore. Se il motore è collegato al riduttore tramite cinghia e puleggia, il rapporto delle pulegge determina la velocità della vite; se è collegato direttamente con giunto, si verificano altezza d'asse e allineamento. La coppia del nuovo motore non deve superare il limite di coppia in ingresso del riduttore; se si intende aumentare la potenza, i dati del riduttore vanno esaminati a parte.

Motori di esempio per azionamenti di estrusori

I seguenti modelli a 4 poli con carcassa in ghisa sono esempi delle classi di potenza e coppia presenti negli azionamenti principali di estrusori di media taglia. La scelta definitiva si basa sulla coppia di targa del vecchio motore e sul campo di velocità della linea. I modelli HEM Motor adatti e i prezzi aggiornati sono consultabili nella pagina acquista motori elettrici.

Tutti i modelli hanno carcassa in ghisa, grado di protezione IP55, classe di isolamento F e alimentazione 400/690 V (Δ/Y), 50 Hz. Per i valori di coppia delle altre potenze consulti la tabella delle coppie, per le opzioni di settore la pagina motori per la lavorazione di plastica e gomma.

Esempio ipotetico: conversione AC di un estrusore con motore in corrente continua

Questo esempio è ipotetico. Su un estrusore per profili è installato un motore in corrente continua da 30 kW con velocità base di 1500 giri/min. La coppia calcolata dalla targa è di circa 191 Nm. Poiché il modello 200L-4 ha coppia nominale di 194,2 Nm e velocità nominale di 1475 giri/min, la corrispondenza in termini di coppia è assicurata e la velocità all'ingresso del riduttore viene in pratica mantenuta. Se la linea lavora per lo più tra il cinquanta e il sessanta per cento circa della velocità nominale, il motore resta in questa zona a coppia piena ma con ventola a bassa velocità; per questo nell'ordine si indica la necessità di una ventilazione esterna. Inoltre, se la flangia del vecchio motore in corrente continua non ha quote IEC, si pianifica una flangia intermedia o un adattamento del basamento.

Conclusione e dati necessari per l'ordine

Nella sostituzione del motore di un estrusore sono determinanti la coppia continua richiesta dalla vite, il campo di velocità utilizzato dalla linea, il raffreddamento a bassa velocità e la compatibilità tra azionamento e motore. La potenza di targa è il risultato di questi valori, non il punto di partenza. Per l'ordine ci invii:

• Foto della targa del vecchio motore (se in corrente continua, compresi velocità base e dati d'armatura)
• Velocità tipica e minima della vite della linea, materiale lavorato
• Azionamento da utilizzare e lunghezza del cavo tra azionamento e motore
• Tipo di collegamento: cinghia, giunto o flangia; dati di targa del riduttore

I modelli adatti e i prezzi aggiornati sono disponibili nella nostra pagina di vendita online. Ci invii la foto della targa, la velocità e i dati di montaggio del motore esistente tramite la pagina di invio della targa e richieda un'offerta per il modello adatto. Per domande dettagliate può scriverci dalla pagina contatti.

Domande frequenti

Nella scelta del motore per estrusore si guarda alla potenza o alla coppia?

Alla coppia. La vite è un carico a coppia costante; la coppia nominale del nuovo motore non deve essere inferiore a quella del vecchio motore né alla coppia richiesta dalla linea.

Al posto del motore in corrente continua dell'estrusore si può montare un motore asincrono?

Sì, con coppia adeguata, convertitore di frequenza e adattamento del collegamento meccanico. Se è previsto un funzionamento prolungato a bassa velocità, la necessità di una ventilazione esterna va indicata nell'ordine.

Posso portare la frequenza oltre i 50 Hz per aumentare la velocità della vite?

Oltre i 50 Hz la coppia disponibile diminuisce. Con il carico a coppia costante dell'estrusore ciò può portare a una coppia insufficiente; se serve una velocità della vite maggiore, va valutato il rapporto delle pulegge o del riduttore.

Perché il motore dell'estrusore si scalda a bassa velocità?

Quando il motore lavora a coppia piena, la ventola calettata sull'albero rallenta e il raffreddamento diminuisce. Nelle linee che lavorano a lungo a bassa velocità una ventilazione esterna risolve il problema.