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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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4. Bobineuse et débobineuse
Le laminage sur laminoirs réversibles à froid (figure 31) recouvre des applications aussi différentes que le laminage de bandes de quelques microns d’épaisseur en petite largeur ou celui de tôles de 3 à 4 mm d’épaisseur en deux mètres de large.
Les installations mécaniques qui permettent de réaliser des opérations de laminage vont du petit laminoir multicylindres (où les cylindres de travail peuvent être de la grosseur d’un crayon) jusqu’aux gros laminoirs quarto. Malgré une grande différence dans les composants mécaniques et électriques mis en œuvre, des éléments communs demeurent pour toutes les installations : les régulations de vitesse, de traction de la bande, d’épaisseur de la bande et les automatismes de l’ensemble.
Les appareils élémentaires qui composent un laminoir réversible à froid sont la cage qui lamine la tôle et les bobineuses : en fait, les bobineuses bobinent sur une passe et débobinent sur la passe -suivante. Sur certains laminoirs, on compte jusqu’à vingt passes. Bobineuses et cage ont des contrôles rapprochés (couple, vitesse) différents adaptés à la fonction, mais ils sont liés entre eux, en -particulier au niveau des références, des automatismes et des -calculateurs de niveau supérieur.
D’une manière simpliste, on peut dire que la cage assure l’entraînement de la bande et le contrôle de l’épaisseur, donc elle comprend une régulation de vitesse et une régulation de serrage.
La fonction principale des bobineuses est d’assurer la traction de la bande, elle peut assurer un petit contrôle d’épaisseur qui est assez réduit et limité à la correction d’erreurs d’épaisseur inférieures au centième de millimètre.
Les puissances de ce type d’équipement vont de quelques dizaines de kilowatts à environ 4 mégawatts.
4.1 Fonctionnement d’une bobineuse
Les exemples de bobineuse sont extrêmement nombreux en métallurgie des métaux ferreux ou non ferreux (voire également l’industrie du papier) :
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trains continus à bandes ;
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lignes de traitement (décapage…) ;
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laminoirs réversibles à froid ;
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lignes de traitements spécifiques (galvanisation, etc.) ;
-
lignes de parachèvement...
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Bobineuse et débobineuse
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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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