Brevet FR2279300A1 — publié le 19760213

Il existe des installations de chauffage par induction comprenant un inducteur, un raccordement à un réseau triphasé, un dispositif de compensation de l'énergie réactive et un dispositif d'équilibrage des courants dais les trois phases du réseau. Dans les installations connues de ce genre, on utilise soit 3 inducteurs partiels, chacun relié à une phase du réseau, soit, on tire du réseau un courant monophasé et on prévoit un équilibreur de phases. La présente invention est applicable dans le cas où deux inducteurs par tiels sont utilisés. Elle permet d'éviter un équilibreur de phases, tout en assurant une répartition égale de la puissance de chauffage sur les trois phases du réseau. L'installation de chauffage par induction suivant l'invention comprend un inducteur, un raccordement à un réseau triphasé constitué par trois bornes et un dispositif de compensation de l'énergie réactive et d'équilibrage des courants dans les trois phases, comme celà est déjà connu dans des réalisations antérieures.Elle est caractérisée en ce que l'inducteur est constitué par deux inducteurs partiels destinés chacun à transmettre approximativement la même énergie active à un objet à chauffer, en ce que chaque inducteur partiel est placé à une distance déterminée de l'autre pour éviter des perturbations provenant du champ de dispersion de cet autre inducteur partiel, en ce que les deux inducteurs partiels sont reliés aux trois bornes du réseau triphasé, une des bornes étant commune aux deux inducteurs partie}*, et en ce que en parallèle sur chaque inducteur partiel est raccordée une batterie de condensateurs dont la consommation d'énergie réactive capacitive diffère de celle nécessaire à une compensation parfaite de l'énergie réactive inductive par déficit pour l'un des inducteurs partiels et par excès pour l'autre, d'une quantité de préférence, égale à environ 582 (tg 300) de l'énergie active, afin que les courants d'alimentation de ltensenble de ces inducteurs partiels soient approxi mtivement égaux et déphasés d'environ 1200 l'un par rapport à l'autre. L'invention est expliquez ci-dessous par rapport à un exemple d'une for me d'exécution en se référant au dessin annexé. La figure I de ce dessin represente un schéma électrique général; la figure 2 est une vue d'un dispositif de chauffage de cylindres de laminoir; la figure 3 est un diagranne de courants. A la figure 1 un réseau triptrasé représente par trois bornes de raccordement 1, 2, 3 est relié à deux charges rr,onop!iasées représentées chacune par un ractordement en parallele d'une self d'une résistance et d'un condensateur, res pectiverzent L2 R2 C2 et L3 R3 C3 . Ces charges monophasees sont , en ce, deux inducteurs partiels 4 et 5 longeant toute la longueur de la surface cylindrique et leurs condensateurs de compensation, respectivenent 6 et 7 d'une installation de recuit ou de trenpe de cylindres de laminoir 8 representee très schénatiquement à la figure a.Cette installation de recuit ou de trempe comprend évidement un dispositif support extrèmement lourd et un dispositif d' entraînement permettant d'imprimer au cylindre 8 un mouvement de rotation. Ces dispositifs support et d'entraînement ne sont pas représentés, car ils ne font pas partie de la présente invention. Il est important de noter que les deux inducteurs partiels 4 et 5 sont de même forme et grandeur et son placés de part et d'autre d'un plan de symetrie parallèle à l'axe de rotation du dispositif support rotatif, non représenté; ils induisent chacun un courant de chauffage identique dans le même objet à chauffer.Comme le cylindre 8 est maintenu en rotation continuelle, chaque inducteur partiel chauffe en fait non seulenent le même objet mais également la même portion de surface de cet objet. il n'est donc pas possible, par exemple qu a un certain moment un inducteur partiel se trouve devant une portion de surface à une température au dessus et l'autre de vant une portion de surface à une température en dessous du point de Curie. Par conséquent, les deux inducteurs partiels 4 et 5 de forme identique possèdent non seulement une mette inductance L2 = L3, mais consomment aussi chacun la même énergie active, c'est-à-dire, leurs résistances équivalentes obéissent à la relation R2 = R3. il est important, en outre, que les deux inducteurs partiels ne soient pas trop rapprochés l'un de l'autre, sinon le champ de dispersion de l'un engendre des pertes sensibles dans l'autre et ceci n' affecterait pas seulement le rendement du chauffage, mais perturberait aussi les conditions de déphasage entre les courants et les tensions. Dans ces conditions, le choix des batteries de cnndensateurs 6 de capacité C2 et 7 de capacité C3 est particulier. Contrairement à ce qui est usuella consommation de puissance réactive de ces deux batteries de condensateurs 6 et 7 diffère de celle nécessaire à une compensation parfaite de l'énergie réactive inductive de chacun des deux inducteurs partiels 4 et 5 d'une quantité égale à environ 58% (tg 300) de l'énergie active.Cette différence dans la consommation d'énergie réactive capacitive se trauve par défaut sur un des inducteurs partiels et par excès sur l'autre. L'effet de ce déséquilibre virtuel est illustré dans la figure 3. Sur cette figure, les courants fournis par les trois bornes 1, 2, 3 sont désignes par i1, i2, i3; ils sont en phase avec les tensions étoilées. Les courants représentant la consommation d'énergie active des deux inducteurs partiels sont designés respectivement par iR2 et iR3 ; ils sont en phase avec les tensions entre les phases du réseau. Comme R2 = R3, les valeurs absolues de ces deux courants sont égales. Les courants représentant la consommation d'énergie réactive sont désignés par respectivement iL2, iC2 et iL3 , iC3. Comme L2 = L3, les valeurs absolues des courants iL2 et iL3 sont égaux.Dans les conditions repre- sentées à la figure 3, les sommes vectorielles suivantes sont vérifiées,selon la loi de Kirchhoff pour les courants aux points 1, 2, 3 de la figure 1: i1 +iR2 +iL2 R3 + L3 + 'C3 = U (en traits pleins) - i2 + iR2+ iL2 + iC2 = 0 (+ i2 en pointille) - i3 + iR3 + 1L3 + i = 0 (+ 13 en pointille) D'autre part, les relations scalaires suivantes sont vérifiées:: 1L2 - = i .tg 30 = 0,5b iR2 1C2 - 1L3 = iR3 .tg 30 = 0,58 il s'ensuit que ce déséquilibre virtuel entre les courants iC2 et i C3 conduit à un Squilibrage entre les trois phases, sans nécessiter un équilibreur de Steinmetz, et par conséquent une self supplerentaire coûteuse, com- me cela est nécessaire dans des installations connues. il est évidemment possible de s 'écarter sensiblement des conditions idéales aussi bien en ce qui concerne le déphasage entre les vecteurs de courant et de tension qu'en ce qui concerne la répartition égale des courants sur les trois phases.L'ampleur d'un tel écart dépend des impératifs de rendement d'une part et des exigences des sociétés de distribution d'électricited'autre part. Par exemple, lorsque 1' écart est grand au début de chauffage où la température monte très rapidement, le rendement est mauvais, mais pendant un temps très court seulement.Cette courte période de mauvais rendement n'a cependant que peu d'influence sur le rendement total du chauffage avant trempe si pour le reste de la période de chauffage, le rendement avoisine les conditions optima.Des expériences ont montré que dans le cas du chauffage de certains cylindres de laminoir en vue de la trempe, il était possible de maintenir cet écart dans des limites admissibles sans l'obligation de modifier la capacitive des batteries de condensateurs 6 et 7 pendant que la température montait. Dans d'autres cas une seule modification de la capacité des batteries de condensateurs 6 et 7 au cours de l' échauffement était largement suffisante. Chaque inducteur partiel peut être solidaire d'un transformateur ro phase dont le primaire est relié au réseau triphasé. Au moins un de ces trans-i formateurs peut être déplaçable le long d'un chemin de Sidage. Dans ce dernier cas, son primaire est relié au réseau au moyen de conducteurs souples, ce qui permet de séparer facilement les deux inducteurs au montent de l'introduction ou de l'enlèvement du cylindre de laminoir dans l'espace entre les inducteurs partiels. Pendant le chauffage l'ensemble transformateur et inducteur déplaça b doit être immobilisé de manière très solide par rapport au dispositif suppott. REVEN1)ICATIOl;S. 1. Installation de chauffage par induction comprenant un inducteur, un raccordement à un réseau triphasé constitué par trois bornes,et un dispositif de compensation de l'énergie réactive et d'equilibrage des courants dans les trois phases du reseau, caractérisée en ce que l'inducteur est constitué par deux inducteurs partiels destinés chacun à transmet-tre approximativement la même énergie active à un objet à chauffer, en ce que chaque inducteur partiel est placé à une distance déterminée de l'autre pour éviter des perturbations provenant du champs de dispersion de cet autre inducteur partiel, en ce que les deux inducteurs partiels sont reliés aux trois bornes du réseau triphasé une des bornes étant commune aux deux inducteurs partiels et en ce qu'une batterie de condensateurs est raccordée en parallèle sur chaque inducteur partiel dont la consommation d'énergie réactive capacitive diffère de celle nécessaire à une cont pensation parfaite de l'énergie réactive inductive par déficit pour l'un des inducteurs partiels et par excès pour l'autre, d'une quantité égale à environ 58% de l'énergie active, afin que les courants d'alimentation de ltensemble de ces inducteurs partiels soient approximativement égaux et déphasés d'environ 1200 l'un par rapport à l'autre. 2. Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les deux inducteurs partiels sont de meme forme et grandeur et sont placés de part et d'autre d'un plan de symétrie parallèle à l'axe de rotation d'un dispositif support rotatif pour un objet à chauffer. 3. Installation suivant une des revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que chaque inducteur partiel comprend un transformateur dont le primaire est relié au réseau triphasé au moyen de conducteurs souples et en ce que au noins pour un des inducteurs partiels, l'ensemble transformateur et inducteur est mobile le long d'un chemin de guidage pour permettre l'introduction et l'enlève- ment de l'objet à chauffer dans l'espace entre les inducteurs partiels.