Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
Cet article définit sommairement les convertisseurs et les moteurs possibles, et leurs associations dans le cas des laminoirs. L’accent est mis sur les fonctionnements à puissance constante. La régulation de vitesse fait l’objet de quelques considérations en prenant en compte l’élasticité des arbres de transmission, les produits laminés et les particularités des réducteurs. Quelques fonctions de base sont exposées, les bobineuses, le serrage hydraulique et la régulation d’épaisseur.
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Jacques COURAULT : Ancien directeur des développements en Électronique de Puissance, Alstom Power Conversion
INTRODUCTION
A l’origine, la force motrice avait essentiellement pour origine la vapeur. La première solution « moderne » date de 1891, on la doit à un ingénieur américain, Harry Ward Leonard (1861-1915), connue sous le nom de Groupe Ward Leonard (WL).
Dès les années 1930, il y a eu non seulement pour le laminage mais pour bien d’autres applications (comme la traction ferroviaire) de nombreux brevets de conversion statique à base de redresseurs à vapeur de mercure, elles ont été maintenues en service jusqu’à la fin des années 1950. L’apparition du -thyristor a définitivement condamné ces solutions délicates à utiliser et à maintenir.
C’est vers 1965 que l’ère du thyristor, pour des puissances réduites (~ 100 kW) commence. L’idée du thyristor fut proposée par William Schockley en 1950 et industrialisée par General Electric en 1956. Avec le thyristor la topologie dite du pont de Graetz, d’après Léo Graetz universitaire allemand (1856-1941), se généralise… L’ensemble des motorisations à vitesse variable des aciéries associe alors ponts de Graetz à thyristors et machines à courant continu. D’un point de vue laminage, ces solutions ont donné entière satisfaction en -augmentant les volumes de production dans le respect de la qualité croissante des produits.
Dès la fin des années 1970 sont apparus les premiers composants de puissance blocables par la commande, transistors bipolaires, GTO et même IGBT, ce qui permettait d’envisager l’alimentation de charges à cosinus phi arrière comme les machines asynchrones. Parallèlement, des recherches tant industrielles qu’universitaires ont permis de déboucher sur de très bonnes performances dynamiques des machines à courant alternatif. Ces machines, dès lors que les performances ont été compatibles avec les procédés, ont remplacé les machines à courant continu, difficiles et coûteuses à maintenir du fait de l’usure des collecteurs et des balais. Les années 1980 ont vu l’ensemble des motorisations basculer des machines à courant continu aux machines à courant alternatifs à fréquence variable.
Cet article est destiné aux électriciens qui ont pour mission de choisir et de spécifier les machines. Il évoque également les principaux algorithmes rencontrés en laminage, en particulier les différentes régulations de vitesse qui prennent en compte l’élasticité des produits laminés et la torsion des arbres de transmission. Les simulations décrites sont des exemples numériques en relation avec des réalisations industrielles. Pour être accessible au plus grand nombre, nous avons retenu dans cet article des méthodes d’analyse simples et classiques.
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Régulation d’épaisseur
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5. Commande du serrage
Le serrage d’un laminoir consiste à régler l’écartement des cylindres à la valeur désirée pour que le produit sorte à l’épaisseur voulue. Il doit présenter deux propriétés essentielles :
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il doit être irréversible, c’est dire que la valeur de l’écartement ne doit pas pouvoir être modifiée par l’effort important (de l’ordre de 10 000 kN) qui s’établit entre les cylindres au moment de l’engagement du produit dans le laminoir ;
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il doit permettre un réglage précis de l’écartement pour un laminoir à froid, il doit être possible de le modifier d’une faible quantité allant jusqu’ à quelques micromètres. De plus, il doit permettre de modifier rapidement la valeur de l’écartement quand il est lié à une régulation d’épaisseur, de manière à limiter le plus possible la longueur de produit hors tolérance.
5.1 Introduction au serrage hydraulique des laminoirs
Jadis, l’ouverture et la fermeture des cylindres étaient assurées par un système à vis entraîné par un moteur électrique. La vis est l’organe mécanique qui possède au plus haut point les propriétés d’irréversibilité et de précision. Toutefois, les vis ont à supporter l’effort de séparation des cylindres, ce qui impose une valeur minimale à leur diamètre et à l’épaisseur du filet : par voie de conséquence une valeur minimale du pas. Il en résulte des angles de déplacement très faibles pour obtenir des déplacements petits (quelques dixièmes de degré pour un pas de 1 cm). D’où la nécessité d’avoir un réducteur de vitesse entre vis et moteur. Il en résulte une augmentation de l’inertie totale, ce qui constitue un handicap significatif quand la commande serrage a pour origine une régulation d’épaisseur.
Un système à vis permet des accélérations de l’ordre de 1,5 mm/s2 avec des vitesses de l’ordre du mm/s, un vérin hydraulique autorise des accélérations jusqu’à 400 mm/s2 et des vitesses de 8 mm/s.
Il est donc clair, et cela depuis une vingtaine d’années, que le serrage hydraulique est le seul à être compatible avec les impératifs modernes de laminage. Il y a malgré tout...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - KOSTENKO (M.), PIOTROVSKI (L.) - Machines électriques. - Tome 2, Éditions de Moscou (1979).
-
(2) - BORNE (P.), DAUPHIN TANGUY (G.), RICHARD (J.P.), ROTELLA (E.), ZAMBÉTTAKIS (L.) - Modélisation et identification des processus. - Tome 1, éditions technip (1992).
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(3) - CARON (J.P.), HAUTIER (J.P.) - Modélisation et commande de la machine asynchrone. - Éditions Technip (1995).
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(4) - CANUDAS DE VIT (C.) - Modélisation, contrôle vectoriel et DTC. - Hermes Science (2000).
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(5) - VAS (P.) - Sensorless vector and direct torque control. - Oxford science publications (1998).
-
(6) - BOSE (B.K.) - Power electronics and frequency drives. - IEEE Press (1996).
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