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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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6. Régulation d’épaisseur
Il est nécessaire que l’épaisseur laminée soit la plus régulière possible. Dans tous les cas, il est fondamental de suivre l’épaisseur au cours de l’opération et de réagir pour la maintenir dans les tolérances souhaitées. Depuis une trentaine d’années, tous les laminoirs à froid et la plupart des laminoirs finisseurs à chaud possèdent une régulation d’épaisseur, ce qui suppose :
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d’avoir un moyen de mesurer instantanément, avec une bonne précision, l’épaisseur et de l’avoir disponible sous forme d’un signal électrique ou numérique ;
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de connaître les différents paramètres, qui en cours de laminage peuvent avoir une influence sur l’épaisseur du produit, et de choisir celui ou ceux sur lesquels on devra agir pour corriger les écarts détectés.
6.1 Mesure de l’épaisseur
La mesure la plus utilisée est celle obtenue avec des appareils sans contact, à radiations. Ils mesurent l’absorption d’un rayonnement traversant une tôle et en déduisent l’épaisseur. Ce rayonnement peut être électromagnétique (γ ou X) ou corpusculaire (β ). Les rayonnements γ sont les plus pénétrants, ils sont utilisés pour les épaisseurs élevées. Moins le rayonnement utilisé est pénétrant, plus la sensibilité est grande.
La jauge à rayon X fonctionne généralement sur le principe d’un facteur de transmission constant : l’intensité du rayonnement est maintenue constante à la source et sa puissance de pénétration est ajustée en jouant sur la tension d’alimentation du dispositif pour que l’intensité transmise soit constante quelle que soit l’épaisseur à mesurer. La tension de la source est donc réglée en fonction de l’épaisseur nominale et les petites variations d’épaisseur donnent des variations du rayonnement transmis qui se traduisent par un signal, suivant une loi unique en fonction de l’erreur d’épaisseur, en pourcent de l’épaisseur nominale. L’appareil permet d’atteindre des précisions supérieures à 0,5 %.
HAUT DE PAGE6.2 Paramètres agissant sur l’épaisseur
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - KOSTENKO (M.), PIOTROVSKI (L.) - Machines électriques. - Tome 2, Éditions de Moscou (1979).
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(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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(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).
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