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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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Alimentation des moteurs de laminoirs
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1. Détermination des moteurs de laminoirs
1.1 Nécessités du laminage
Il est généralement nécessaire de pourvoir régler de manière fine et continue la vitesse d’un laminoir sur une plage étendue. Cette nécessité conduit à l’utilisation de moteurs d’entraînement qui permettent un réglage du couple indépendant de celui de la vitesse :
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dans le cas des laminoirs réversibles, il faut inverser le sens de la marche à chaque passe, ce qui impose, dès la fin d’une passe d’inverser le couple moteur pour ralentir le laminoir depuis la vitesse de laminage jusqu’à zéro, puis d’accélérer dans l’autre sens, de zéro jusqu’à la vitesse de laminage ;
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dans les cages travaillant en tandem (cages laminant simultanément le même produit), il est nécessaire de pouvoir ajuster avec précision la vitesse de chacune des cages, l’une par rapport à l’autre, en fonction de la réduction prise à chaque cage, de manière à éviter la formation de boucles de tôle entre les cages ou une traction excessive susceptible d’entraîner la rupture. Cela nécessite une action rapide et précise sur le couple moteur.
1.2 Choix du type de moteur
Pendant des décennies, le moteur à courant continu à excitation indépendante a été utilisé du fait de sa grande souplesse d’utili-sation. Depuis une bonne vingtaine d’années, du fait de la montée en puissance des composants blocables par la commande et de la maîtrise du contrôle des machines à courant alternatif, les machines à courant continu ont été progressivement abandonnées (face aux régimes très variables du laminage, le collecteur a toujours été un point faible de cette machine). Aujourd’hui deux types de machines sont utilisés, la machine synchrone et la machine asynchrone.
Ces deux machines, à courant alternatif, ont un domaine de fonctionnement décrit à la figure 1.
Pour – Ω L < Ω < Ω L le couple peut être maintenu constant avec une valeur maximale ± C max . La puissance maximale possible est une fonction linéaire de la vitesse. On peut encore...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(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).
-
(4) - CANUDAS DE VIT (C.) - Modélisation, contrôle vectoriel et DTC. - Hermes Science (2000).
-
(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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