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Dans un atelier de métallurgie à Wenzhou, dans la province du Zhejiang, en Chine, une machine verticale de coupe en laiton transforme des tiges de laiton de petit diamètre en composants de taille précise. Le processus de production implique l’alimentation automatique, le positionnement, le serrage et la coupe abrasive des roues. Bien que chaque cycle de coupe soit relativement simple, la machine doit effectuer des milliers d’opérations répétitives sur un quart de huit heures.
Pour améliorer la consistance de la coupe, réduire l’impact mécanique et simplifier les changements de production, FGI a introduit son variateur compact FD200 dans le système de contrôle électrique de la machine. La modification a remplacé le réglage mécanique classique de la vitesse par une vitesse moteur à réglage continu, offrant un contrôle plus flexible des procédés d’alimentation et de coupe.
Cette application démontre comment un variateur compact de fréquence variable FD200 peut améliorer les performances opérationnelles des machines compactes de travail des métaux sans nécessiter de modifications majeures de l’armoire électrique existante.
À Wenzhou, une importante zone de fabrication de quincaillerie métallique de la province du Zhejiang, les composants en laiton sont couramment produits par des opérations de coupe et d’usinage à haute fréquence.
La machine de coupe verticale à tige de laiton dans cette application répond aux exigences de production suivantes :
| Paramètre | Zone d’exploitation |
|---|---|
| Diamètre de la tige en laiton | 2–6 mm |
| Longueur de coupe | 3–12 mm |
| Poids individuel de la pièce | Jusqu’à 3 g |
| Quart de travail typique | 8 heures |
| Méthode principale de coupe | Meule de coupe abrasive fine |
| Évaluation du moteur de la broche | 1,5 kW, moteur bipolaire |
La machine se compose de cinq sections principales :
Trémie verticale :Contient plusieurs tiges en laiton et utilise la gravité pour soutenir l’alimentation automatique.
Mécanisme d’alimentation :Un moteur à engrenages entraîne un disque rotatif d’alimentation pour positionner des tiges individuelles.
Mécanisme de serrage :Un mécanisme à vis ou à came fixe la pièce lors de la coupe.
Broche de coupe :Un moteur à grande vitesse entraîne une fine roue abrasive à travers une transmission par courroie.
Système de décharge :Collecte les pièces de laiton coupées pour un traitement ultérieur.
Deux moteurs remplissent des fonctions différentes. Le moteur d’alimentation détermine la précision du positionnement et le timing du cycle de production, tandis que le moteur de broche fournit la puissance mécanique nécessaire à la coupe.
Dans ce type d’équipement, une vitesse moteur stable ainsi qu’un démarrage et un arrêtage réactifs sont particulièrement importants. De petites variations dans la vitesse d’alimentation ou les conditions de découpe peuvent affecter les dimensions des pièces, la qualité des tranchants et la cohérence globale de la production.
Avant la modernisation, la machine reposait sur un démarrage direct en ligne et un réglage mécanique de la vitesse par courroie. Cet arrangement présentait plusieurs limites.
Le démarrage direct d’un moteur asynchrone peut générer un courant de départ plusieurs fois supérieur à son courant nominal. Les démarrages et arrêts répétés exercent également une contrainte mécanique supplémentaire sur la courroie d’entraînement, les roulements, les poulies et le mécanisme de serrage.
Avec le temps, ces conditions peuvent contribuer au glissement de la courroie, aux vibrations de la broche et à des besoins d’entretien accrus.
Lors de la modification des dimensions ou spécifications des matériaux de laiton, les opérateurs doivent ajuster la vitesse de coupe pour correspondre aux exigences de traitement.
L’installation mécanique d’origine nécessitait l’arrêt de la machine, le retrait du couvercle de protection et le remplacement de la poulie de courroie. Chaque ajustement pouvait prendre environ 30 minutes, créant des temps d’arrêt inutiles pour la production en petits lots et multi-spécifications.
À mesure que la roue abrasive s’use progressivement, son diamètre extérieur diminue. À une vitesse de broche constante, la vitesse linéaire de coupe diminue également.
Cela peut contribuer à la formation des meules, à des faces d’extrémité inégales et à l’écaillage des bords. De plus, l’arrêt libre naturel prend plusieurs secondes, limitant ainsi le risque de cycles de production plus courts.
L’armoire électrique d’origine reposait également principalement sur un relais de surcharge thermique. Ses capacités de protection étaient limitées lorsque des conditions anormales telles que des blocages de matériaux ou des blocages de roues abrasives survenaient.
Ces défis ont mis en lumière le besoin d’une solution de contrôle moteur plus flexible.
Pour répondre aux limitations de fonctionnement, le variateur compact de fréquence variable FD200 de FGI a été intégré au système de contrôle électrique existant.
La modernisation a introduit une régulation de vitesse de fréquence variable pour le système d’alimentation et de coupe tout en conservant la structure originale de l’enceinte. Cela permettait à la machine de bénéficier d’un meilleur contrôle moteur sans nécessiter de reconstructions mécaniques ou électriques importantes.
| Objet | Configuration |
|---|---|
| Série de produits | FGI FD200 |
| Type de transmission | Variateur compact de basse tension à fréquence variable |
| Méthode de contrôle | Contrôle V/F |
| Tension d’alimentation du moteur | 380 V |
| Courant moteur configuré | 1,56 A |
| Fréquence nominale des moteurs | 50 Hz |
| Paramètre de vitesse moteur | 1 400 r/min |
| Temps d’accélération | 2 secondes |
| Temps de décélération | 2 secondes |
| Fréquence porteuse | 8 kHz |
| Limite supérieure de fréquence | 50 Hz |
| Fréquence de fonctionnement typique | 23,7 Hz |
| Vitesse du moteur correspondante | Environ 690 r/min |
Les principales fonctions de contrôle incluent :
Exploitation basée sur le terminal :Les commandes run sont connectées à des boutons externes ou à des interrupteurs au pied, supportant à la fois les modes de coupe à cycle unique et continu.
Ajustement flexible de la fréquence :Les opérateurs peuvent ajuster la fréquence de fonctionnement via le clavier ou un signal de référence analogique pour s’adapter aux différentes spécifications de la pièce.
Contrôle V/F :Le lecteur utilise un contrôle tension/fréquence pour fournir des caractéristiques de sortie adaptées au moteur sur toute la plage de vitesses de fonctionnement.
Configuration des paramètres moteurs :Les informations sur la plaque nominative du moteur sont saisies dans le lecteur pour correspondre ses caractéristiques de sortie avec celles du moteur connecté.
Après la mise en service, l’équipement fonctionnait à environ 23,7 Hz dans les conditions de fonctionnement enregistrées, correspondant à une vitesse moteur d’environ 690 r/min.
Lors de la mise en service, les paramètres électriques étaient continuellement surveillés pour évaluer la stabilité de fonctionnement du transmission.
Les résultats mesurés sont résumés ci-dessous.
| Mesure | Valeur enregistrée | Zone d’exploitation |
|---|---|---|
| Tension sur le bus CC | 523,3 V | 517,6–534,5 V |
| Tension de sortie | 187 V | 155–191 V |
| Courant de sortie | 1.3 A | Maximum 1,3 A |
| Fréquence de fonctionnement | 23,70 Hz | 19,40–24,25 Hz |
Le courant de sortie mesuré était de 1,3 A, contre un courant nominal configuré du moteur de 1,56 A.
Cela représente environ 83 % du courant nominal, indiquant que le moteur a fonctionné dans le courant nominal configuré pendant les conditions de coupe observées.
La tension mesurée du bus DC restait entre 517,6 V et 534,5 V.
La variation relativement étroite de tension indique un fonctionnement stable du bus DC lors des processus enregistrés d’accélération, de décélération et de coupe.
La fréquence de fonctionnement variait entre 19,40 Hz et 24,25 Hz au fur et à mesure que la machine passait par différentes étapes de production, notamment l’alimentation, le serrage et la découpe.
Les mesures enregistrées ont montré que le moteur a maintenu un fonctionnement stable sans signaler de décrochage ou de déclenchement de protection pendant le processus surveillé.
Ces résultats indiquent que les paramètres de contrôle V/F sélectionnés étaient adaptés aux conditions de fonctionnement observées.
L’application du variateur compact de fréquence variable FD200 de FGI a apporté des améliorations dans le réglage de la vitesse, le comportement de démarrage et d’arrêt, la régularité de la coupe et la protection de l’équipement.
Avec le contrôle de fréquence variable, les opérateurs peuvent ajuster la vitesse du moteur en modifiant la fréquence plutôt qu’en remplaçant les poulies mécaniques.
Le processus de transition, qui nécessitait auparavant environ 30 minutes d’ajustements mécaniques, peut désormais être réalisé en quelques secondes grâce à des réglages de fréquence.
Cela est particulièrement utile pour les fabricants traitant plusieurs spécifications de tige en laiton et des commandes en petits lots.
Les réglages d’accélération et de décélération en 2 secondes permettent un démarrage et un arrêt contrôlés des moteurs.
Selon le rapport de demande, le courant de départ a été réduit d’environ 5 à 7 fois le courant nominal sous le courant de départ direct à moins de deux fois le courant nominal après la modernisation.
Réduire l’impact au démarrage aide à minimiser les contraintes mécaniques répétées sur les courroies, les roulements et autres composants de la transmission.
La décélération contrôlée offre également un processus d’arrêt plus prévisible que le freinage libre naturel.
Le réglage de fréquence permet aux opérateurs de compenser les variations du diamètre de la roue abrasive et de maintenir des conditions de coupe plus adaptées.
À environ 23 Hz, le variateur assure un fonctionnement contrôlé à basse vitesse dans les conditions d’application enregistrées. Lorsque la roue abrasive s’use, sa vitesse linéaire de coupe peut être compensée en ajustant la fréquence du moteur, dans la plage de fonctionnement autorisée.
Cela aide à réduire les variations des conditions de coupe et favorise une meilleure qualité des arêtes de la pièce, incluant moins de meules, des faces d’extrémité inégales et des bords ébréchés.
La série FD200 intègre plusieurs fonctions de protection, notamment :
Protection contre les surcourants
Protection contre la surtension
Protection contre la sous-tension
Protection contre la surcharge des moteurs
Protection contre les surchauffes
Protection contre la perte de phase
Ces fonctions offrent une protection électrique plus complète que le relais thermique d’origine seul.
La série présente également une conception indépendante de conduits d’air et des circuits imprimés recouverts de 3C3, offrant une protection supplémentaire contre la contamination dans les environnements industriels impliquant la poussière métallique et la brume d’huile.
Pour les ateliers de transformation du laiton, ces caractéristiques de conception permettent un fonctionnement fiable dans des conditions de production exigeantes.
Le variateur compact FD200 dispose d’une structure économique et supporte une installation montée sur rail ou au mur.
Ses dimensions compactes le rendent adapté à l’intégration dans des armoires électriques existantes lorsque l’espace d’installation est limité.
Les bornes à connexion rapide simplifient le câblage, tandis que les fonctions de sauvegarde et de restauration des paramètres contribuent à réduire les travaux de mise en service et de maintenance.
Pour les fabricants souhaitant moderniser les machines existantes, cela constitue une option de modernisation pratique sans nécessiter de reconstruction approfondie des armoires.
L’application de coupe de tige de laiton à Wenzhou démontre la valeur de la technologie compacte de variation de fréquence dans la production industrielle répétitive et haute fréquence.
En remplaçant le réglage mécanique de la vitesse par un contrôle électronique de fréquence, le variateur compact de fréquence variable FD200 de FGI offre une régulation de la vitesse plus flexible, un démarrage et un arrêt contrôlés, ainsi qu’une protection intégrée du moteur.
Au-delà des machines à découper des tiges de laiton, des exigences de contrôle similaires se trouvent dans :
Machines à découper des tiges et fils métalliques
Petits équipements de travail des métaux et d’usinage
Systèmes automatiques d’alimentation et de manutention des matériaux
Machines de fabrication de fixations
Équipements de production de métallurgie des poudres
Convoyeurs compacts et systèmes d’entraînement auxiliaires
Pour les fabricants de machines et les spécialistes de la modernisation d’équipements, la série FD200 propose une solution de commande de moteur compact pour des applications nécessitant un réglage flexible de la vitesse, un fonctionnement stable et une intégration électrique simple.
Dans les opérations de découpe en laiton à haute fréquence, de petites améliorations dans le contrôle des moteurs peuvent faire une différence significative sur la disponibilité des équipements, la flexibilité de production et la régularité des procédés.
L’application réussie du variateur compact de fréquence variable FGI FD200 dans une machine de coupe verticale en laiton démontre comment un onduleur compact peut remplacer le réglage mécanique de vitesse conventionnel tout en améliorant les caractéristiques de démarrage du moteur et la protection électrique.
Avec sa conception compacte, son contrôle V/F flexible, ses fonctions de protection intégrées et son installation pratique, la série FD200 offre une solution pratique pour les fabricants de machines de travail des métaux et les projets de modernisation d’équipements industriels.
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