Quelle est la différence entre un Torque Motor, un servomoteur et un variateur de fréquence pour le contrôle de tension ?

Quelle est la différence entre un moteur couple, un servomoteur et un variateur de fréquence dans le contrôle de tension ?

Le moteur couple, le servomoteur et le variateur de fréquence peuvent tous être utilisés dans les systèmes de contrôle de tension, mais ils diffèrent les uns des autres. Le moteur couple est adapté aux machines d'enroulage/déroulage simples nécessitant un contrôle de couple. Le servomoteur convient aux machines exigeant une haute précision et une synchronisation multi-axes. Le variateur de fréquence est adapté aux systèmes utilisant des moteurs AC, particulièrement lorsqu'il est combiné avec un contrôle de couple, un contrôle vectoriel, des capteurs de force (load cells), des rouleaux danseurs ou des fonctions d'enrouleur/dérouleur.

Qu'est-ce que le contrôle de tension ?

Le contrôle de tension est le processus consistant à maintenir une force de traction stable sur un matériau en bobine pendant les opérations d'enroulage, de déroulage ou de défilement à travers plusieurs axes de machine.

Les matériaux nécessitant généralement un contrôle de tension comprennent les films plastiques, le papier, le tissu, les feuilles métalliques, les rubans adhésifs, les fils électriques, les câbles et les matériaux en bande (web).

Si la tension est instable, le matériau peut se froisser, se déchirer, se détendre, dévier de sa trajectoire, s'enrouler de manière irrégulière ou entraîner des erreurs de positionnement lors de l'impression, de la découpe ou de l'étiquetage.

Dans les machines d'enroulage/déroulage, le diamètre de la bobine change continuellement. Lorsque le rayon de la bobine varie, le couple nécessaire à l'axe d'enroulage/déroulage change également.

Formule de base :

Couple = Tension × Rayon

Cela signifie que pour maintenir une tension stable, le système doit ajuster le couple en fonction du rayon de la bobine. Par conséquent, le choix de la solution d'entraînement pour une machine d'enroulage/déroulage ne peut pas se baser uniquement sur la puissance en kW ou en HP.

Qu'est-ce qu'un moteur couple dans le contrôle de tension ?

Un moteur couple est un type de moteur utilisé pour contrôler le couple ou la force de traction au niveau de l'axe. Dans les systèmes d'enroulage/déroulage, le moteur couple est généralement utilisé pour l'axe d'enroulage, l'axe de déroulage ou l'unité de récupération de déchets lorsque le contrôle de tension requis est de niveau bas à moyen.

Le moteur couple est adapté pour :

• Les machines d'enroulage de film

• Les machines de déroulage

• Les machines d'enroulage de papier

• Les machines d'enroulage de fil/câble

• Les unités de récupération de déchets

• Les machines d'emballage à vitesse moyenne

• Les systèmes de contrôle de tension simples

Les avantages du moteur couple sont sa facilité de mise en œuvre, son coût raisonnable et son adéquation avec les machines ne nécessitant pas une synchronisation de position extrêmement précise. Cependant, le moteur couple nécessite toujours un contrôleur approprié et une surveillance thermique en cas de fonctionnement prolongé sous forte charge ou à basse vitesse.

Qu'est-ce qu'un motoréducteur couple (Torque Geared Motor) ?

Un motoréducteur couple est un moteur couple combiné à un réducteur. Le réducteur permet de réduire la vitesse de sortie et d'augmenter le couple sur l'axe de charge.

Il est recommandé d'utiliser un motoréducteur couple lorsque :

• La bobine de matériau est lourde

• L'axe d'enroulage nécessite une faible vitesse

• Un couple de sortie plus élevé est nécessaire

• Une transmission par accouplement, poulie, pignon-chaîne ou axe d'enroulage est requise

• Le moteur couple en entraînement direct ne fournit pas une force de traction suffisante

En résumé : le moteur couple est utilisé pour contrôler la tension ; le motoréducteur couple est utilisé lorsqu'un contrôle de tension est nécessaire mais qu'un couple supplémentaire est requis après le réducteur.

Le servomoteur dans le contrôle de tension

Le servomoteur est une solution d'entraînement de haute précision, généralement associée à un servo-variateur et un retour par encodeur. Le servomoteur permet de contrôler la position, la vitesse et le couple, ce qui le rend adapté aux machines nécessitant une synchronisation des mouvements ou un contrôle précis sur plusieurs axes.

Le servomoteur est adapté aux applications suivantes :

• Machines d'impression d'emballages haute vitesse

• Machines de coupe à longueur

• Machines d'emballage de précision

• Machines nécessitant la synchronisation des axes d'entraînement, d'impression et de coupe

• Systèmes nécessitant un contrôle de position du matériau

• Lignes équipées d'un PLC ou d'un contrôleur de mouvement

• Applications nécessitant un retour d'encodeur, de capteur de force (load cell) ou de rouleau danseur

Les avantages du servomoteur sont la précision, la réponse rapide et un excellent contrôle. Ses inconvénients sont un coût plus élevé, une installation plus complexe et la nécessité d'un réglage (tuning) technique.

Variateur de fréquence dans le contrôle de tension

Le variateur de fréquence n'est pas simplement un dispositif de « réglage de vitesse » dans tous les cas. Dans les systèmes d'enroulage/déroulage, le variateur peut participer au contrôle de la tension si le type de variateur et la configuration sont correctement choisis.

Au niveau de base, le variateur contrôle la vitesse d'un moteur AC. Mais dans un système de contrôle de tension optimisé, le variateur peut fonctionner selon les modes suivants :

• Contrôle de vitesse

• Contrôle de couple

• Contrôle vectoriel

• Compensation de vitesse PID

• Fonction enrouleur/dérouleur

• Retour par capteur de force (load cell)

• Retour par rouleau danseur

• Calcul du diamètre de bobine

• PLC ou contrôleur de tension

Le point important est le suivant : tous les variateurs ne permettent pas un bon contrôle de tension. Si vous utilisez uniquement un variateur V/F standard sans retour de tension, le système se limite principalement à la régulation de vitesse du moteur et ne constitue pas un contrôle de tension précis.

Pour utiliser un variateur dans le contrôle de tension, il est préférable de privilégier les variateurs dotés de fonctions de contrôle de couple, de contrôle vectoriel ou de fonctions d'enrouleur/dérouleur. Pour les systèmes nécessitant une stabilité accrue, il est recommandé d'intégrer des capteurs de force, des rouleaux danseurs, des encodeurs ou un PLC/contrôleur de tension.

Configurations de variateurs dans le contrôle de tension

Tableau 1 : Configurations de variateurs couramment rencontrées dans les systèmes de contrôle de tension

Comparaison entre Torque Motor, Servo Motor et variateur de fréquence

Tableau 2 : Comparaison entre Torque Motor, Servo Motor et moteur AC avec variateur de fréquence pour le contrôle de tension

Faut-il choisir un moteur couple, un servomoteur ou un variateur de fréquence ?

Choisir un moteur couple lorsque :

• La machine de bobinage/débobinage est simple

• Un maintien de tension basique est requis

• La vitesse n'est pas très élevée

• Une synchronisation de position précise n'est pas nécessaire

• Vous recherchez une solution économique et facile à utiliser

Choisir un motoréducteur couple lorsque :

• Vous bobinez des matériaux lourds

• Une faible vitesse d'arbre est nécessaire

• Un couple de sortie plus élevé est requis

• Une transmission par réducteur, poulie, pignon-chaîne ou accouplement est nécessaire

Choisir un servomoteur lorsque :

• La machine nécessite une haute précision

• Une synchronisation multi-axes est requise

• Un contrôle de position du matériau est nécessaire

• Il s'agit d'une machine d'impression, de découpe ou d'emballage à haute vitesse

• Un automate (PLC) ou un contrôleur de mouvement est présent

• Un retour d'information par encodeur, capteur de force (load cell) ou rouleau danseur est nécessaire

Choisir un variateur de fréquence lorsque :

• Le système utilise un moteur AC

• Le réglage de la vitesse de la ligne est nécessaire

• Une solution standard et facile à maintenir est recherchée

• Le variateur dispose d'un contrôle vectoriel, d'un contrôle de couple ou d'une fonction bobineuse

• Un capteur de force, un rouleau danseur, un encodeur ou un automate (PLC) est utilisé pour le retour de tension

Tableau de sélection rapide par application

Tableau 3 : Suggestions de solutions de contrôle de tension selon l'application pratique

Erreurs courantes lors du choix d'un système de contrôle de tension

1. Penser qu'un variateur V/F suffit pour tout système de contrôle de tension

Un variateur V/F peut ajuster la vitesse du moteur, mais sans contrôle de couple, contrôle vectoriel ou retour de tension, il ne doit pas être considéré comme une solution précise de contrôle de tension.

2. Sous-estimer le rôle du variateur dans les bobineuses/débobineuses

Avec un variateur approprié, doté d'un contrôle de couple, d'une cellule de charge/danseur ou d'une fonction de bobinage, le variateur peut parfaitement constituer une solution efficace pour de nombreux systèmes de bobinage/débobinage utilisant des moteurs AC.

3. Utiliser un servo pour une machine trop simple

Les servomoteurs sont précis, mais leur coût et leur complexité sont plus élevés. Si la machine effectue uniquement un bobinage/débobinage basique, un moteur couple ou un variateur adapté peut s'avérer plus économique.

4. Utiliser un moteur standard à la place d'un moteur couple

Un moteur standard n'est pas conçu pour fonctionner comme un moteur couple dans des applications nécessitant un maintien prolongé du couple ou un contrôle de la force de traction. En cas d'utilisation inappropriée, le moteur peut surchauffer rapidement ou tomber en panne prématurément.

5. Ne pas calculer le diamètre de la bobine

Lorsque le diamètre de la bobine change, le couple requis change également. Si les diamètres minimum et maximum ne sont pas pris en compte, le système risque de manquer de force ou de présenter une tension instable.

MDriveTech conseille des solutions de contrôle de tension

MDriveTech propose des conseils sur les moteurs couples, les motoréducteurs couples, les servomoteurs, les variateurs, les motoréducteurs et les solutions d'entraînement pour les machines de bobinage/débobinage.

Lors de la sélection d'une solution, les clients doivent fournir :

• Type de matériau

• Largeur du matériau

• Diamètres minimum et maximum de la bobine

• Vitesse de la ligne

• Tension requise

• Poids de la bobine

• Photos de la machine ou du moteur existant

• Système actuel : moteur couple, servo ou moteur AC + variateur

• Présence de cellule de charge, rouleau danseur, codeur ou automate (PLC)

Hotline : 0868 789 647
Email : [email protected]

FAQ – Foire aux questions

Quelle est la différence entre un moteur couple et un servomoteur ?

Le moteur couple se concentre sur le contrôle du couple et de la tension. Le servomoteur permet un contrôle plus précis de la position, de la vitesse et du couple, ce qui est adapté aux machines nécessitant une synchronisation des axes ou un contrôle de mouvement.

Quelle est la différence entre un moteur couple et un variateur ?

Le moteur couple est un moteur utilisé pour contrôler le couple/la tension. Le variateur est l'unité de contrôle pour moteur AC. S'il est utilisé avec le bon type de contrôle de couple, de contrôle vectoriel ou de fonction de bobinage, et combiné à une cellule de charge/danseur, le variateur peut participer au contrôle de la tension.

Un variateur peut-il contrôler la tension ?

Oui, mais cela dépend de la configuration. Le variateur peut contrôler la tension si l'unité dispose d'un contrôle de couple, d'un contrôle vectoriel ou d'une fonction de bobinage, et s'il est combiné à une cellule de charge, un rouleau danseur, un codeur ou un automate/contrôleur de tension. Si seul le mode V/F sans retour est utilisé, le système est principalement axé sur le contrôle de vitesse.

Quand utiliser un moteur couple ?

Il est recommandé d'utiliser un moteur couple pour les machines de bobinage/débobinage, le bobinage de film, de papier, de fil, les unités de récupération de déchets ou les systèmes nécessitant un maintien de tension de base.

Quand utiliser un servomoteur ?

Il est recommandé d'utiliser un servomoteur lorsque la machine nécessite un contrôle précis, une synchronisation multi-axes, une précision de position pour la découpe/l'impression ou une tension stable à haute vitesse.

Quand utiliser un variateur de fréquence ?

Il est recommandé d'utiliser un variateur de fréquence lorsque le système utilise un moteur AC, nécessite un réglage de vitesse ou de couple, et peut être combiné avec des capteurs de rétroaction pour un meilleur contrôle de la tension.

Quand utiliser un motoréducteur à couple constant (Torque geared motor) ?

Le motoréducteur à couple constant est utilisé lorsqu'un contrôle de la tension est nécessaire, mais que la charge exige une vitesse faible et un couple de sortie plus élevé.

Conclusion

Les moteurs à couple constant (torque motors), les servomoteurs et les variateurs de fréquence peuvent tous être utilisés dans les systèmes de contrôle de tension, mais le choix doit être fait en fonction des exigences de la machine.

Le moteur à couple constant est adapté aux machines d'enroulage/déroulage simples. Le motoréducteur à couple constant est approprié lorsqu'un couple de sortie supplémentaire est requis. Le servomoteur convient aux systèmes de haute précision nécessitant une synchronisation d'axes et un contrôle de mouvement (motion control). Le variateur de fréquence est adapté aux systèmes utilisant des moteurs AC, en particulier lorsque le variateur dispose de fonctions de contrôle de couple, de contrôle vectoriel, de fonction d'enrouleur (winder function) et qu'il est combiné avec des capteurs de force (load cells) ou des rouleaux danseurs (dancer rollers).

Le choix de la solution appropriée permet d'assurer un fonctionnement plus stable des machines d'enroulage/déroulage, de réduire les plis, les ruptures de matériau, les rebuts et d'optimiser les coûts d'investissement.