Brevet FR2418601A1 — publié le 19790921

L'invention concerne un appareil de chauffage par induction à plusieurs inducteurs à adaptation automatique de puissance aux variations des caractéristiques d'une charge an déplacement, et notamment une ligne de recuit de fils métalliques à défilement continu.: Le chauffage par induction est couramment utilisé dans le traitement thermique de matériaux conducteurs. La puissance des inducteurs doit être adaptée an permanence aux diverses caractéristiques de la charge : conductibilité, vitesse de déplacement de la charge par rapport aux inducteurs, température de la charge, etc...Lorsqu'il s'agit d'une charge en déplacement, comme par exemple dans un four à fusion, ou dans le traitement en continu de profilés métalliques, on est souvent obligé de modifier la position des inducteurs de manière à les maintenir dans la position la meilleure par rapport au matériau à traiter. Dans les installations industrielles où les inducteurs sont lourds et encombrants (ils sont traversés par des courants de plusieurs milliers d'ampères) leur déplacement nécessite des installations onéreuses et encombrantes. Une solution consiste à utiliser plusieurs inducteurs fixes, et à transférer la puissance de l'un à l'autre en fonction des déplacements (ou du changement des caractéristiques) de la charge.Mais là encore le transfert de ces courants de très grande intensité d'un inducteur vers l'autre nécessite également des installations importantes surtout lorsque ce transfert doit être progressif. L'objet de l'invention est un appareil de chauffage par induction qui ne présente pas ces inconvénients. Dans cet appareil on utilise en combinaison des inducteurs multiples alimentés chacun en série avec une self = inductance variable. Selon l'invention l'appareil de chauffage par induction à plusieurs inducteurs est caractérisé en ce que chaque inducteur est monté en série avec une self à inductance variable entre une limite supérieure et une limite inférieure, la dite inductance étant commandée par un courant de commande délivré par un dispositif de contrôle sensible aux signaux prove.-;ant d'au moins un détecteur des caractéristiques de la charge. L'indactance propre d'une self à saturation peut varier de 1 à 1.000 entre saturation et hors satu-fation, cette saturation étant obtenue par un courant de polarisation continu de très faible puissance, résolvant ainsi le problème du transfert de la puissance d'un inducteur à un autre. Toutefois la limite inférieure de la self inductance à saturation, qui correspond à la puissance maximum absorbée par l'inducteur placé en surie, doit être réduite à la valeur la plus faible possible de manière à éviter une déperdition de puissance en dégagement de chaleur dans la self. Selon une autre caractéristique de l'invention la self à inductance variable est constituée par le secondaire d'un transformateur abaisseur dont le primaire est réuni à une self saturable. Cette réduction de la limite inférieure de l'inductance variable placée en série avec un inducteur présente non seulement l'avantage de diminuer la puissance perdue en fonctionnement mais aussi de diminuer le prix de fabrication de ces selfs à inductal:ce variable pour lesquels il est difficile, et par conséquent onéreux, d'obtenir une inductance très faible à saturation. D'autres caractéristiques apparaîtront au cours de la description d'une réalisation particulière donnée ci-après avec l'aide des figures qui représentent : - la figure l,le schéma d'une installation d'une ligne de recuit de fils métalliques à défilement continu, - la figure 2,les courbes explicitant le transfert de puissance d'un inducteur à un autre - la figure 3,une première variante dans le montage de l'installation précédente, et - la figure 4,une deuxième variante La réalisation décrite est une installation de ligne de recuit de fil métallique en défilement continu, mais il doit être entendu que l'invention ne se limite pas à ce genre de réalisation ; elle s'applique aussi à d'autres formes de réalisation où la charge, dont il faut élever la température, a des caractéristiques qui évoluent dans l'espace, soit par déplacement de celle-ci, soit par une évolution locale de ses caractéristiques, comme par exemple dans un four où la charge s'écoule. On voit sur la figure 1 un dispositif de déroulement du fil 1 entre un appareil débiteur 2 et un receveur 3. Le fil 1 traverse un inducteur amont 4 et un inducteur aval 6, susceptibles d'induire dans le fil des courants destinés à provoquer l'échauffement désiré. Ces inducteurs 4 et 6 sont alimentés par le réseau alternatif 9 par l'intermédiaire d'une self saturable, respectivement 7 et 8,dont la saturation est commandée par un circuit représenté schématiquement par un enroulement (1set 11) alimenté par une source de courant continu (12 et 13) par l'intermédiaire d'une résistance (14 et 16) dont la valeur varie en fonction d'un courant de commande provenant d'un dispositif de contrôle 17. Ce dispositif reçoitSdes informations,en provenance de l'appareil débiteur 2, sur la vitesse de défilement du fil à traiter, et de détecteurs de température 18 et 19 situés à la sortie des inducteurs 4 et 6 -espectivement. Le fonctionnement de l'installation est le suivant. En marche normale l'inducteur 4, dit inducteur principal, est alimenté à intensité maximum, la self saturable 7 étant en saturation, l'inducteur 6 étant parcouru par un courant d'intensité très faible, et la self saturable 8 étant hors saturation. Le fil 1 circule à vitesse constante et sa température s'élève en traversant l'inducteur 4; sa température est détectée par la sonde 18. Le dispositif de contrôle 17 délivre un signal à l'appareil débiteur 2 en réponse à i'information délivrée par la sonde 18, et la vitesse du fil est réglée pour que la température à la sortie de l'inducteur 4 soit celle qui est désirée pour le traitement thermique. En cas d'arrêt de l'installation, la portion de fil immobilisée dans l'inducteur 4 au moment de Irartet doit être, ou éliminée, ou traitée à nouveau,en la ramenant en arrière de l'inducteur 4. Dans tous les cas le fonctionnement automatique de la ligne se trouve profondément perturbé. Selon l'invention un deuxième inducteur 6 a été disposé à la sortie de l'inducteur 4 dans le sens du défilement. Au redémarrage de la ligne, la self saturable 8 est mise en saturation, tandis que la self 7 est mise hors saturation par le dispositif de contrôle 17. L'inducteur 6 reçoit la puissance nécessaire pour assurer la température de sortie mesurée en 19 correspondant à la température de traitement, tandis que llinduc- teur 4 ne reçoit qu'une puissance négligeable. Au fur et à mesure de l'accélération de la ligne le dispositif de contrôle 17 dé saturne la self saturable 8 en saturant progressivement la self 7. I1 se produit alors un basculement de la puissance d'induction ce l'inducteur 6 vers l'inducteur 4, et la situation de fonctionnement normal est retrouvée avec toute la puissance dans l'inducteur 4, et une puissance négligeable dans l'inducteur 6. Les courbes de la figure 2 explicitent le fonctionnement au démarrage en montrant les variations des intensités 14 et 16 tra- versant les inducteurs 4 et 6. Au démarrage l'intensité 14 croit jusqu'à une valeur maximum correspondant à la température requise du fil en défilement à vitesse normale. Simultanément l'intensité 16 traversant l'inducteur 6 décrolt depuis une valeur initiale correspondant à la température de traitement à la sortie de cet inducteur au début du démarrage, jusqu'à une valeur minimum correspondant à la mise hors saturation de la self 8 en marche normale. Selon une autre caractéristique de l'invention, les caractéristiques du circuit d'alimentation de l'inducteur 6 sont telles que la valeur minimum de l'intensité 16 correspond à une puissance qui apporte au fil en défilement une quantité de chaleur équivalente à la perte de chaleur du dit fil entre l'inducteur 4 et l'inducteur 6. De cette manière la température à la sortie de l'inducteur 6 est la même qu'à la sortie de l'inducteur 4, et la sonde 18 est supprimée. La self saturable 7 est parcourue en fonctionnement normal par une très forte intensité pouvant aller jusqu a 2.000 ampères. Pour limiteras maximum les déperditions d'énergie on a donc intérêt à diminuer au maximum la self inductance à saturation. Pour cela, selon une variante de l'invention, on remplace la self saturable par le secondaire d'un transformateur abaisseur dont le primaire est relié aux bornes de la self saturable. Ce montage est représenté figure 3 où les mêmes repères représentent les mêmes appareils que dans la figure 1. Les induc tueurs 4 et 6 sont montés en série respectivement avec les secondaires 21, 23 de transformateurs abaisseurs 24, 26 dont les primaires 27, 28 sont réunis aux bornes des selfs saturables 7, 8 dont l'inductance est contrôlée par un dispositif de contrôle non représenté. Si N est le rapport de transformation du transformateur, le rapport des inductances est proportionnel au carré N.2 de ce rapport. On voit qu'avec ce procédé on diminue la valeur de l'inductance à saturation, ce qui était le but recherché mais on diminue alors dans les mêmes proportions l'inductance hors saturation, c'est-à-dire qu'on augmentera la valeur de l'intensité qui traversera l'inducteur 6 en marche normale à puissance minimale mais cet inconvénient est négligeable car cette intensité restera de toute façon relativement faible.Par contre ce procédé permettra d'obtenir plus facilement, et par conséquent à meilleur marché, une self inductance faible à saturation ; de plus la diminution de la self inductance hors saturation ne présente pas 'inconvé- nient puisque de toute façon on a vu que l'on maintenait l'intensité minimale 16 à un niveau non négligeable pour provoquer un chauffage résiduel correspondant à la perte de chaleur du fil entre les inducteurs 4 et 6. La figure 4 montre une variante de l'installation précédente où les transformateurs sont remplacés par des auto-transformateurs abaisseurs 29 et 31. Les selfs saturables 7, 8 sont reliées aux bornes des primaires tandis que le secondaire est monté en série avec les inducteurs 4, 6. L'appareil de chauffage selon l'invention permet d'obtenir la régulation de courants de plusieurs milliers d'ampères avec un courant de commande de quelques centaines de watts, les pertes globales de puissance dans les selfs saturables n'excédant pas 3 pour cent. REVENDICATIONS 1. Appareil de chauffage par induction à plusieurs inducteurs à adaptation automatique de puissance aux variations des caractéristiques d'une charge en déplacement par rapport aux inducteurs, appareil caractérisé en ce que chaque inducteur est monté en série avec une self à inductance variable entre une limite supérieure et une limite inférieure, la dite inductance étant commandée par un courant de commande délivré par un dispositif de contrôle sensible aux signaux provenant d'au moins un détecteur des caractéristiques de la charge. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la self à inductance variable est une self saturable. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la self à inductance variable est constituée par le secondaire d'un transformateur abaisseur dont le primaire est réuni à une self saturable. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la self à inductance variable est constituée par le secondaire d'un auto-transformateur abaisseur dont le primaire est réuni à une self saturable. 5. Application à une installation de ligne de recuit de fils métalliques à défilement continu,caractérisée en ce qu'telle comporte un dispositif de déroulement du fil à vitesse variable, au moins un détecteur de caractéristiques du fil en défilement, et un appareil dè chauffage par induction à plusieurs inducteurs selon l'une quelconque des revendications précédentes. 6. Installation de ligne de recuit selon la revendication 5, caractériséaten ce qu'elle comporte deux -nducteurs, un inducteur amont et un inducteur aval, la limite supérieure de l'inductance de la self placée en série avec l'inducteur aval étant celle qui donne une intensité, traversant cet inducteur aval, qui corres ponaé à un apport de chaleur au fil en défilement, équivalent à la perte de chaleur de ce fil entre l'inducteur amont et l'inducteur aval, et en ce qu'elle ne comporte qu'un seul détecteur de température,lequel est situé en aval de l'inducteur aval.