Brevet FR2361037A1 — publié le 19780303

La présente invention concerne un dispositif de réadaptation pour générateur de four de chauffage à induction. Dans un four à induction un courant alternatif très important passe dans une bobine à l'intérieur de laquelle est disposé le matériau à chauffer. Une telle bobine se caractérise par le rapport qui existe entre sa résistance LW,produit de l'inductance L par la fréquence & gt; du courant, et le terme résistif R. Ce rapport est appelé coefficient de surtension et son expression est Q = Ce coefficient définit le rapport qui existe entre l'éner- gie utile du générateur et l'énergie réactive que l'on est amené à faire circuler dans la bobine pour transmettre l'énergie active du générateur à la piece à chauffer. Cette énergie réactive est fournie par une batterie de condensateurs de capacités élevées en pa rallèle avec la bobine. Lorsque le chauffage s'effectue sur des matériaux magnétiques, tels que du fer, nickel, etc... l'effet du champ magnétique auquel est soumis la pièce est de créer deux sources dtéchauffement. L'une de ces sources dite pertes par hystérésis résulte des pertes magnétiques du matériau soumis au champ magnétique. L'autre résulte des courants induits dans la pièce, dits courants de Foucault. Lorsque l'on chauffe un corps magnétique au-delà du point de Curie les pertes par hystérésis disparaissent avec comme conséquences une diminution de la réactance LWet une diminution plus importante du terme résistif R d'ot il résulte une augmentation du coefficient de surtension Q = LW/R. Pour tenter de maintenir constante la transmission de puissance du générateur à la pièce en fonction de l'évolution du coefficient Q avant et après le point de Curie il serait nécessaire de modifier continuellement la puissance réactive fournie à la bobine ou inducteur pour tenir compte des variations du terme R en cours de chauffage. Un objet de la présente invention est de permettre une telle réadaptation. Pour atteindre cet objet ainsi que d'autres, la présente invention prévoit de disposer en série, avec la bobine de chauffage une bobine additionnelle variable. D'autre part, il est prévu selon la présente invention qu'une partie ou l'ensemble de'cette bobine additionnelle soit constitué d'une bobine d'appoint à noyau saturable, des moyens étant prévus pour faire varier la saturation de ce noyau et compenser les variations du coefficient de surtension. Selon la présente invention , la batterie de condensateurs destinee à fournir la puissance réactive nécessaire, est prévue à l'origine pour fournir une puissance supérieure à celle nécessaire dans le plus mauvaisvdes cas (après passage du point de Curie). Une fraction de la puissance réactive fournie par cette batterie de condensateurs se retrouve dans la bobine additionnelle variable, et un dispositif de commande par saturation du noyau magnétique de cette bobine additionnelle permet de commander la fraction de la puissance réactive qui apparaît dans la bobine additionnelle. Au début du chauffage lorsque les pertes-magnétiques existent simultanément avec les pertes par courant de Foucault, la valeur de la réactance de la bobine série est réglée à une valeur éle vée alors que le terme Q = L/R de l'inducteur est faible. Lorsque les pertes magnétiques disparaissent, au-deld du point de Curie, on fait circuler un courant continu destiné à saturer le noyau magnétique de la bobine série additionnelle ce qui a pour effet d'augmenter la puissance réactive qui apparat dans la bobine de chauffage et d'amener le terme LO/R une valeur correspondant aux seules pertes par courant de Foucault dans la pièce. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront décrits en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les dessins joints dans lesquels La figure 1 représente de façon schématique un circuit de bobine de chauffage par induction et d'un mode de réalisation d'un dispositif de compensation selon la présente invention; et La figure 2 représente un mode de réalisation de bobine d'appoint selon la présente invention. En figure 1, la bobine de chauffage est réalisée, par exemple, au moyen de deux enroulements désignés par la référence 1. Cette bobine est alimentée à partir de bornes 2 et 3 reliées à une source d'alimentation9 Une batterie de condensateurs représentée schimat- quement par la référence 4, est disposée en parallèle aux bornes d'alimentation 2 et 3. Selon la présente invention, on dispose en série avec la bobine de chauffage I, une bobine additionnelle 5 entre des bornes 6 et 7. Cette bobine additionnelle 5 est composee d'une part, d'une inductance ballast 8 de valeur constante, d'autre part d'une inductance d'appoint 9. L'inductance 8 est, par exemple, constituée d'une spire munie d'une barrette de court-circuit. L'inductance d'appoint 9 est une bobine à noyau magnétique saturable par exemple en ferrite. Des enroulements 11 sont prévus pour permettre de saturer par circulation d'un courant continu le noyau magnétique de la bobine 9. Le circuit d'alimentation en courant continu des bobines 11 comprend un transformateur a prise variable 12 connecté aux bornes du réseau, suivi d'un pont redresseur 14 alimentant en série les bobines 11.En parallèle avec chaque bobine est disposé un condensateur 15. I1 est en outre de préférence prévu dans le circuit d'alimentation des bobines, un voltmètre V et un ampèremètre A en parallèle avec une résistance de shunt 16. Des condensateurs électrochimiques 17 sont également éventuellement. prévus pour supprimer les ondulations résiduelles du circuit continu. En utilisant les notations précédentes, et en appelant L1 l'inductance de la bobine ballast 8, L2 l'impédance de la bobine saturable 9 quand son noyau est saturé, et L3 l'impédance de cette bobine d'appoint 9 quand son noyau n'est pas saturé, on notera que L3 est supérieure à L2 On a ainsi - Dans le cas où le matériau contenu dans la bobine de chauffage est au-dessous de son point de Curie et où le noyau de la bobine d'appoint 9 est non saturé, un coefficient de surtension bas pour la bobine de chauffage et une valeur de l'inductance de la bobine additionnelle élevée. - Dans le cas où le matériau disposé dans la bobine de chauffage 1 est au-dessus de son point de Curie et où le noyau de la bobine 9 est saturé, un coefficient de surtension important pour la bobine de chauffage et une valeur de l'inductance de la bobine additionnelle faible. En conséquence, il se présente une réadaptation, à condition qu'au moment oh le matériau dans la bobine de chauffage 1 passe d'une température inférieureà celle de son point de Curie à une température supérieure à celle de son point de Curie, la bobine 9 passe d'un état de non saturation à un état de saturation. I1 a été décrit, dans le circuit d'alimentation des enroulements de saturation 11, qu'il est prévu un transformateur variable 12. C'est le réglage de la prise variable du transformateur 12 qui permet de commander le courant dans les bobines 11 et de faire varier l'état de saturation du noyau de la bobine 9.Bien entendu, alors qu'on a décrit précédemment un dispositif fonctionnant par tout ou rien (saturation ou non saturation) les bobines 11 permettent de faire un réglage fin de la saturation du noyau de la bobine 9, et ainsi un réglage de la valeur globale de l'inductance de cette bobine en fonction des variations du coefficient de surtension de la bobine 1 qui, outre la variation brutale liée au passage au point de Curie, varie lentement en fonction de la température. I1 est donc possible de prévoir, par des moyens connus, un asservissement de la tension de sortie du transformateur 12, cet asservissement étant fait par exemple pour que le dispositif fournissant la tension haute fréquence aux bornes 2 et 3, prélève une puissance constante sur le réseau auquel il est connecté.D'autre part, dans des dispositifs industriels fonctionnant toujours avec un même matériau, on peut prévoir un moyen minuteur pour modifier brutalement la tension de sortie du transformateur 12 au bout d'un certain temps prédéter- miné qui correspond au temps moyen après lequel le matériau disposé dans la bobine de chauffage 1 atteint son point de Curie. La figure 2 représente à titre d'exemple une bobine d'appoint pouvant être utilisée comme bobine 9 de la figure 1. Cette bobine comprend trois noyaux sous forme de barres parallèles allongées, de préférence en un matériau magnétique feuilleté, et désignées par les références 21, 22 et 23, ces noyaux étant réunis à leur extrémité par des culasses 24. Le circuit de bobine d'appoint con necté aux bornes 6 et 7 est enroulé de façon à former des 8 entre deux des noyaux, c'est-à-dire que, par exemple, l'enroulement passe, comme cela est représenté dans la figure, derrière le barreau 22, devant ce barreau, derrière le barreau 23, devant ce barreau, der rière le barreau 22, etc... L'enroulement de saturation, connecté à des bornes 25 et 26 entoure l'ensemble des deux barreaux 22 et 23.On note qu' ainsi, le circuit magnétique pour le courant alternatif est composé des barreaux 22 eut~23 et des parties de culasse de fermeture correspondantes, le flux circulant en sens inverse dans les barreaux 22 et 23. Par contre, le circuit magnétique de satura tion pour le courant continu fourni aux bornes 25 et 26 est constitué des deux barreaux 22 et 23 en parallèle, le courant passant dans le même sens dans ces barreaux, la fermeture étant assurée par les culasses et le barreau 21. Ainsi, les circuits magnétiques pour le courant alternatif de la bobine d'appoint et pour le courant de saturation sont distincts ce qui permet de régler indépendamment ces circuits. Notamment, il est possible si on le souhaite de prévoir un entrefer entre le barreau 21 et l'une des culasses pour modifier le circuit magnétique de saturation. Le circuit de la figure 2 a été décrit uniquement à titre d'exemple de bobine saturable particulière, adaptable à la présente invention, mais d'autres bobines saturables connues pourront également être utilisées. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaltront à l'hom- me de l'art. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de réadaptation pour générateur de four de chauffage à induction comprenant une bobine d'induction disposée en parallèle avec un banc de condensateurs, caractérisé en ce qu'il comprend en série avec la bobine d'induction une bobine d'appoint saturable et des moyens pour faire varier la saturation du noyau de cette bobine d'appoint. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent des enroulements auxiliaires alimentés en courant continu, agissant sur le noyau de la bobine d'appoint et des moyens de réglage de ce courant continu. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de réglage sont commandés manuellement. 4 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de réglage sont asservis pour que le courant d'alimentation du circuit d'alimentation alternatif de la bobine de chauffage soit constant. 5 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de réglage sont commandés par un minuteur. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'une bobine ballast de valeur fixe est disposée en 11 avec la bobine d'appoint saturable. 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le circuit magnétique de la bobine d'appoint est constitué de trois barres parallèles en un matériau magnétique saturable, réunies par deux culasses joignant leurs extrémités, l'enroulement traversé par le courant de la bobine de chauffage étant enroulé en 8 autour de deux de ces barres et l'enroulement auxiliaire enroulant ces deux mêmes barres prises ensemble. 8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le circuit magnetique correspond à l'enroulement auxiliaire de saturation comprend un entrefer