Avez-vous besoin d’un variateur de vitesse sur votre pont roulant? Les différents types de moteur et de contrôle.

Cette technologie étant aujourd’hui de plus en plus répandue, plusieurs personnes se demandent si elle ne devrait pas être incluse sur tous les appareils. Cependant, comme pour tout produit, la grande question est de savoir si celui-ci correspond à vos besoins. Dans cet article, nous répondrons aux questions suivantes : qu’est-ce qu’un variateur de vitesse? Quels sont les 3 types de systèmes de vitesse disponibles dans l’industrie du levage. Quels sont les avantages et inconvénients de chacun? Cela permettra de déterminer si cette technologie est la bonne pour votre projet, ou si une autre pourrait vous rendre un meilleur service.

 

Qu’est-ce qu’un variateur de vitesse?

Le variateur de vitesse, aussi appelé variateur de fréquence (en anglais Variable Frequency Drive – VFD), est un système électronique permettant de moduler la vitesse d’un moteur comme désiré, et donc de modifier les rampes d’accélération et de décélération. Cette technologie donne aussi accès à un autre avantage intéressant : choisir une vitesse se situant entre les vitesses minimales et maximales. Autrement dit, il ne s’agit plus d’être limité entre deux vitesses, par exemple 6.3 mètres par minute (m/min) ou 25m/min, mais plutôt de choisir une vitesse entre les deux.

Variateur de fréquence (VFD)

Voyez cela comme un variateur de lumière (dimmer switch). Un commutateur réglé au plus haut donnera le maximum d’éclairage, tandis qu’au plus bas, il générera un minimum de lumière. Mais il est aussi possible d’obtenir l’entre-deux souhaité. Bien qu’il y ait des nuances quant au fonctionnement du VFD, le principe est le même. Maintenant, quelles sont les technologies offertes sur les ponts roulants?

Les 3 types de moteurs et de vitesses

Il existe principalement 2 types de moteur et de vitesses : le système à 2 vitesses, dit à contacteurs, ainsi que le variateur de vitesse standard. Un 3e type a également fait son apparition, mais avant de l’analyser, voyons comment les 2 premiers fonctionnent.

Contacteur inverseur

Le moteur avec contrôle à contacteur est muni de 2 enroulements. Chaque enroulement donne accès à une vitesse, soit la grande ou la petite. Ce sont précisément les contacteurs qui s’activeront ou non en fonction de la commande faite par l’opérateur. Dans le cas du VFD, un moteur spécifique (inverter duty) est combiné avec le module variateur lui-même, ce qui permet de jouer sur la fréquence et ainsi obtenir une rampe d’accélération et décélération. La rampe est programmable à partir du contrôle VFD dans le panneau de contrôle de l’équipement. Il est aussi possible de choisir une vitesse intermédiaire entre la vitesse minimale et maximale à partir de la commande de l’opérateur, une fonctionnalité utile surtout lorsque les vitesses de déplacement sont élevées.

À noter toutefois qu’autant le moteur à 2 vitesses que celui avec VFD génèrent une rampe d’accélération et de décélération. Autrement dit, même un moteur à 2 vitesses n’avancera pas brusquement en appuyant sur le contrôle, mais se rendra progressivement à la vitesse souhaitée. La différence entre les deux, c’est que l’accélération et la décélération d’un moteur à 2 vitesses se font par une masse d’inertie (ou résistance mécanique) tandis que le VFD utilise les fréquences électriques programmées.

Le 3e type, que nous appellerons VFD exclusif 1, est un variateur de fréquence développé sur le même principe que le variateur standard, mais avec des limitations. Tout d’abord, sa première vitesse sera moins lente que le VFD standard. De plus, son ratio est réduit. Cela signifie que l’amplitude entre sa petite vitesse et sa grande vitesse est réduite. En effet, un VFD standard permettra un ratio de 10 :1, tandis qu’un VFD exclusif sera le même qu’un système à contacteur, c’est-à-dire 4 :1. De quelle manière cela se traduit-il concrètement? Si la vitesse maximale est de 25 m/min, le VFD standard pourra se déplacer à 2.5 m/min en petite vitesse, alors que le VFD exclusif n’ira pas en bas de 6.3 m/min. Ensuite, le cycle de service 2 de son moteur, autrement dit son temps d’utilisation recommandé, est réduit. Une des raisons pour cela est que le moteur n’est pas ventilé.

Tableau comparatif des différents systèmes de vitesse de déplacement

Moteur	2 Vitesses	Variable	Variable exclusif
Contrôle	Contacteur	Variateur de fréquence standard (VFD)	Variateur de fréquence exclusif (VFD)
Prix	Le plus bas $	Plus élevé $$$	Intermédiaire $$
Ratio entre la grande et la petite vitesse de déplacement	4:1	10:1	4:1
Accélération et décélération	Rotor cylindrique avec masse d'inertie	Programmable	Programmable
Plage de vitesse (basé sur une vitesse maximale de 25 m/min)	6,3 et 25 m/min	2,5 à 25 m/min	6,3 à 25 m/min
Bouton position 1 (0-1 = rampe d’accél./décél.)	0 à 6,3 m/min	0 à 2,5 m/min	0 à 6,3 m/min
Bouton position 2 (1-2)	Rampe de 6,3 à 25 m/min	Variable entre 2,5 et 25 m/min	Variable entre 6,3 à 25 m/min
Fabricant du contrôle à fréquences variables (VFD)	n/a	Magnetek / Schneider / Vacon (autre fabricant sur demande)	Variable selon l'année de fabrication
Cycle de service moteur	40/20%	60%	40%
Boîtier de moteur	T.E.F.C. Totally Enclosed Fan Cooled	T.E.F.C. Totally Enclosed Fan Cooled	T.E.N.V. Totally Enclosed Not Ventilated
Type de frein	Frein à disque autoajustable	Frein à disque autoajustable	Frein à disque autoajustable

Avantages et inconvénients

Tous ces détails sont très techniques. Mais comment tout cela se traduit-il en avantages et inconvénients pour l’utilisateur?

Les principaux avantages d’un variateur de vitesse sont les suivants :

1. Permettre le déplacement à très basse vitesse pour des manipulations pointues. Cela est possible seulement avec le VFD standard qui permet de rendre la basse vitesse extrêmement lente grâce à son ratio 10 :1 .
   
   
2. Permettre une économie de l’usure du frein pour l’utilisation sur des appareils de levage dont le cycle d’opération est très élevé. C’est le cas pour les ponts roulants de classe D et au-dessus (classification CMAA). Cela est rendu possible grâce à un freinage par fréquence programmable plutôt que mécanique. Toutefois, cet avantage s’applique principalement dans le cas d’un VFD standard, car le moteur à VFD exclusif conviennent moins à cette classe d’équipement.
   
   
3. Permettre le déplacement à la vitesse souhaitée en fonction du cycle de production. Par exemple un VFD, permettra le transport des pièces à la vitesse voulue entre lente et rapide. Mais lorsque l’équipement n’a aucune charge, peut-être sera-t-il plus productif de le déplacer à pleine vitesse pour accélérer le processus. Cette option est utile lorsque les vitesses de déplacement sont élevées, par exemple de 50 m/min et plus.

Les principaux avantages d’un moteur 2 vitesses à contacteur sont les suivants :

1. Technologie de base dont les pièces sont accessibles et abordables
2. Technologie simple facilitant son entretien
3. Économique

En résumé, si votre application nécessite une précision de déplacement délicate ou que vous avez un équipement de Classe D, le VFD standard est recommandé. Mais si vous n’avez besoin d’aucun de ces éléments, le système à contacteur vous fera économiser tant sur le coût d’acquisition que sur les frais d’entretien et de productivité.

Les fausses croyances

Voici quelques fausses croyances au sujet du variateur de fréquence :

Le VFD permet de varier la vitesse entre 0 m/min et la vitesse maximale. Faux. Il y a toujours une vitesse minimum pour chaque moteur spécifique au VFD . Tous les types mentionnés dans cet article offrent une rampe d’accélération, mais cette rampe ne permet pas un ajustement en milieu de course entre la vitesse 0 et la vitesse minimale. L’équipement ira de l’état stationnaire à la vitesse minimale permise par le moteur sans que l’opérateur puisse faire quelque ajustement que ce soit.

Le VFD fonctionne exactement comme un variateur d’intensité de lumière : le système envoie plus ou moins de tension selon la pression exercée sur la commande.

Le variateur de vitesse d’un pont roulant ne fonctionne pas de façon identique. Il ne s’agit pas seulement de tension, mais aussi de fréquence. Ce système a donc besoin du moteur adéquat (différent du moteur à 2 enroulements), d’une résistance de freinage dynamique ainsi que du module de variateur de vitesse avec une programmation spécifique. Cela le rend plus complexe et en général, plus dispendieux

                Résistance de freinage

N’importe quel VFD sur le marché fait exactement le même travail. Faux. Comme exposé plus haut, certaines combinaisons de VFD avec moteurs ont des limitations qui pourraient contrevenir à l’application particulière de l’utilisateur, et ainsi interférer sur l’objectif poursuivi lors de l’acquisition de l’équipement de levage.