Brevet FR2414276A1 — publié le 19790803

La présente invention concerne un appareil de chauffage par induction du type comportant au moins une bobine de chauffage par induction, des moyens de conversion de la tension alternative fournie par un réseau d'alimentation triphasé en signal à fréquence ultrasonique, et des moyens pour alimenter la ou chaque bobine de chauffage par ce signal. Des appareils de ce. type trouvent des applications dans différents domaines, notamment dans celui des installations de traitement thermique pour l'industrie métallurgique ou celle de la transformation des matières plastiques ou encore dans celui des appareils ou ustensiles de cuisson d'aliments. Le signal a fréquence ultrasonique est produit par un onduleur qui reçoit une tension obtenue par redressement de la tension alternative d'alimentation. Dans le cas où, notamment pour obtenir des puissances thermiques élevées, les appareils sont branchés sur un réseau triphasé, le redressement du courant alternatif est effectué aû moyen d'un redresseur double alternance à six diodes de type classique. Ce mode de redressement présente de graves inconvénients. En effet, chaque diode ne conduit que pendant une fraction de la période du signal alternatif. L'onde de courant sur chaque phase n'est alors plus sinusoidale mais présente des valeurs nulles. I1 s'ensuit,sur leréseau,de graves perturbations causées par les harmoniques ainsi engendrés, d'où une gêne pour les usagers utilisant des appareils branchés sur le méme réseau, gêne particulièrement notable sur les réseaux de distribution basse tension. La présente invention a pour but de fournir un appareil de chauffage destiné à fonctionner sur un réseau triphasé mais n'apportant pas à celui-ci de perturbations notamment sous forme d'harmoniques. En particulier, dans le cas de l'application aux appareils de cuisson, la présente invention vise a fournir des appareils satisfaisant aux normes concernant la I i m i t a t i o n d e s perturbations apportées aux réseaux d'alimentation par les appareils électro domestiques. Ce but est atteint par un appareil comportant, conformément à l'invention, trois générateurs de signal à fréquence ultrasonique pouvant être branchés en étoile ou triangle sur le réseau triphasé, chaque générateur fonctionnant en monophasé et étant connecté en sortie à une bobine d'induction particulière. Chaque générateur comporte un redresseur du type double al- ternance pour redresser le courant monophasé, et un onduleur recevant le courant redressé et convertissant ce courant en un signal à fréquence ultrasonique. Le courant de chaque phase est donc sinusoïdal et l'on évite ainsi la création d'harmoniques perturbant le réseau d'alimentation. Selon un premier mode de réalisation de l'appareil conforme à l'invention, les bobines d'induction branchées en sortie des générateurs constituent des bobines primaires couples à une même bobine secondaire. La bobine de chauffage est alors reliée à cette bobine secondaire. Selon un autre mode de réalisation de l'appareil conforme à l'invention, les bobines d'induction branchées en sortie des générateurs constituent des bobines de chauffage par induction. Pour l'application à la cuisson, ces bobines de chauffage sont logées dans une plaque de cuisson ou dans le fond même d'un ustensile de cuisson. I1 est préférable, sinon impératif, de réaliser un appareil équilibré sur les trois phases. Dans ce but, les trois générateurs sont identiques, de même que les bobines d'induction bran chées sur leurs sorties. En outre, lorsque les puissances fournies par ces générateurs sont ajustables, le réglage de la puissance thermique globale fournie est réalisé au moyen d'un organe de réglage unique agissant simultanément sur des circuits de réglage des puissances délivrées par les générateurs, de manière que ces puissances soient égales en permanence. L'organe de réglage peut commander des moyens de réglage par trains d'alternances à rapport cyclique variable. Quand les moyens de conversion de la tension alternative du réseau en si cnal à haute fréquence faisant partie de chaque générateur comportent un circuit-bouchon, l'organe de réglage peut commander des moyens de variation continue de la durée des impulsions d'un monostable servant à la relance dudit circuit oscillant. L'organe de réglage peut encore commander des moyens de variation continue des selfs de sortie des générateurs. D'autres particularités et avantages de l'appareil conforme à l'invention apparaitunt a la lecture de la descriptlon faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins joints sur lesquels - la figure 1 est une représentation schématique d'un appareil de chauffage industriel à induction conforme à l'invention, - la figure 2 représente une variante de montage des trois générateurs monophasés de l'appareil, - la figure 3 est une représentation schématique d'un organe commun de commande de puissance, - les figures 4 et 5 montrent schématiquement des organes de commande de puissance associés à des générateurs comprenant un redresseur et un onduleur à circuit bouchon, - la figure 6 représente schématiquement un appareil de cuisson selon l'invention, et, - les figures 7 et 8 sont deux vues illustrant la disposition des bobines monophasées de chauffage dans l'appareil de cuisson de la figure 6. La figure 1 montre trois générateurs monophasés G1, G2, G3 branchés respectivement sur les fils 1, 2, 3 d'un secteur triphasé d'alimentation en courant alternatif à fréquence industrielle, c'est-à-dire 50 Hz ou 60 Hz. Chaque générateur fonctionne donc en monophasé et délivre, grâce à des moyens internes de redressement et de conversion, un courant à fréquence ultrasonique pour alimenter une bobine associée, respectivement B1, B2, B3. Les trois générateurs G1, G2, G3 sont branchés sur le sectéur suivant un montage en étoile sans neutre (figure 1), suivant un montage en étoile avec neutre ou suivant un montage en triangle (figure 2). Les bobines B1, B2, B3 sont couplées magnétiquement avec une bobine secondaire BS, aux bornes de laquelle est branché un inducteur constituant la bobine de chauffage BC, par exemple pour une pièce 10 à traiter thermiquement. Les trois bobines B1, B2, B3 constituent avec la bobine secondaire BS un trans formateur permettant d'adapter l'impédance de la pièce à chauffer, grâce à l'inducteur, à celle des générateurs. Un organe unique de réglage 11 est susceptible d'agir simultanément sur les trois générateurs G1, G2, G3 pour ajuster la puissance totale fournie, étant donné que les puissances délivrées individuellement par les générateurs sont égales entre elles quelle que soit la position de l'organe de réglage. L'ensemble constitué par les trois générateurs G1, G2, G3, leurs branchements au réseau, l'organe de réglage de la puissance et les trois bobines B1, B2, B3 constitue un système équilibré connecté au réseau triphasé. Selon l'invention, chaque générateur comporte un redresseur double alternance pour redresser le courant monophasé et un onduleur convertissant le courant redressé en un signal à fréquence ultrasonique. On évite, de la sorte, le passage par des valeurs nulles de l'onde de courant sur chaque phase du réseau comme c' est le cas avec un générateur classique de fréquence ultrasonique. L'organe de réglage 11 représenté sur la figure 3 comprend des moyens de réglage par trains d'alternances à rapport cyclique variable. Cet organe de réglage comprend un contacteur tripolaire 21 associé aux fils 1, 2, 3 et connecté à un circuit de commande 13 comprenant un interrupteur 14 et une source de courant auxiliaire 15 en vue d'alimenter une bobine 16 de commande dudit contacteur. L'interrupteur 14 peut être un organe semiconducteur, par exemple un transistor ou un thyristor, piloté, par exemple, par un multivibrateur 17 à rapport cyclique variable ajusté au moyen d'un potentiomètre que commande un bouton 18. La source de courant 15 peut être simplement obtenue par redressement de la tension du secteur. Suivant la position du potentiomètre, le temps d'enclenchement du contacteur 12 varie et la puissance délivrée par l1ap- pareil est proportionnelle à ce temps d'enclenchement. Le contacteur peut être constitué par des semi-conducteurs, par exemple des triacs. La période des trains d'alternances peut, suivant l'application, être fixée à une valeur de quelques secondes ou à une valeur inferieure à une seconde. Les modes de réalisation des figures 4 et 5 montrent l'un des générateurs monophasés G1 comprenant un redresseur 20 à pont de diodes permettant d'effectuer un redressement à double alternance pour fournir sur chaque phase une tension ondulée de fréquence double de celle du secteur. L'onduleur 21 transforme la tension redressée en un signal à haute fréquence et comprend à cet effet un circuit bouchon formé par la bobine B1 et un condensateur 22. Le fonctionnement du circuit bouchon est entrenu par la fermeture périodique d'un interrupteur statique 23 monté entre le redresseur et le circuit bouchon. L'interrupteur 23 est monté en parallèle avec une diode 24 et il se ferme pendant les dures T des impulsions que délivre un circuit monostable 25. Cette durée T est commandée au moyen d'un potentiomètre 26-1, luiiméme commandé au moyen d'un bouton 27. I1 doit être noté que le bouton 27 agit simultanément sur des potentiomètres 26-2 et 26-3 associés à des multivibrateurs identiques pour commander les générateurs G2, G3. On a représenté, sur la figure 5, un autre organe de réglage pour la puissance délivrée par l'appareil. Par exemple, pour le générateur G1, une bobine réglable B'1 est montée,en sortie du générateur,en série avec la bobine fixe d'induction B1 du circuit bouchon. La valeur de la self-inductanoe de la bobine B'1 est commandée au moyen d'un organe 30 qui commande également la variation simultanée des selfs propres à des bobines réglables B'2, B'3 qui sont montées en série avec les bobines fixes B2, B3 des générateurs G2, G3.La commande peut, par exemple, être effectuée au moyen d'un axe unique commandant, par des systèmes à poulie et courroie, le mouvement de noyaux plongeurs mobiles par rapport aux bobines réglables, ou au moyen d'une variation de courant dans un enroulement auxiliaire associé à un noyau entouré par la bobine fixe. Alors que l'appareil illustré par la figure 1 est plus particulièrement destiné aux applications de chauffage industriel, l'invention s'applique aussi dans le domaine des appareils de cuisson (figure 6). L'appareil illustré par la figure 6 se distingue de celui décrit plus haut en référence à la figure 1 par le fait que les bornes de sortie des générateurs G1, G2, G3 sont directement reliées aux bobines de chauffage I1, I2, 13. Les bobines I1, I2, I3 sont des inducteurs plats qui peuvent entre logés dans une plaque de cuisson ou, comme illustré par la figure 6, dans le fond d'un ustensile de cuisson 40, tel qu'une friteuse, une marmite, une sauteuse Les bobines 11, I2, I3 sont logées dans une enveloppe de protection 41 et sont espacées du fond, proprement dit, du récipient de l'ustensile 40, par une couche 42 d'isolant thermique ou, à titre de variante, par une lame d'air. Bien entendu, le récipient de l'ustensile 40 est en métal, en matériau metal- lisé ou comprend une partie métallique logée dans une partie non métallique. Avantageusement, les bobines Il, I2, I3 ont même self indctnce et sont disposées régulièrement autour du centre du fond de l'ustensile. Ainsi, dans le cas d'un ustensile circulaire, les bobines sont disposées dans trois secteurs égaux (figure 7). De même, dans le cas d'un ustensile rectangulaire, les bobines sont disposées sensiblement selon une symétrie ternaire dans des zones choisies de ce fond (figure 8). Les générateurs monophasés G1, G2, G3, avec l'organe de réglage 11, peuvent être disposés directement sur l'ustensile, le raccordement au reseau triphasé se faisant par un câble électrique traditionnel. Dans l'exemple illustré par la figure 6, les générateurs G1, G2, G3 regroupés dans un boitier et organe de réglage 11, sont disposés à distance de l'ustensile 40, les bobines I1, I2, I3 étant reliées aux générateurs respectifs par des conducteurs logés dans une canalisation électrique souple blindée 43. Un connecteur (non représenté) peut être prévu entre la canalisation 43 et l'ustensile de cuisson 40. Bien entendu, diverses modifications ou adjonctions pourront être apportées aux modes de réalisation décrits ci-avant de l'appareil conforme à l'invention sans pour cela sortir du cadre de protection défini par les revendications annexees. REVENDICATIONS 1. Appareil de chauffage par induction comportant au moins une bobine de chauffage par induction, des moyens de conversion de la tension alternative fournie par un réseau d'alimentation triphasé en signal à fréquence ultrasonique, et des moyens pour alimenter la ou chaque bobine de chauffage par ce signal, appareil caractérisé en ce qu'il comporte trois générateurs de signal & fréquence ultrasonique pouvant être branchés en étoile ou triangle sur le réseau triphasé, chaque générateur fonctionnant en monophasé, étant connecté en sortie à une bobine d1induction particulière, et comportant un redresseur pour redresser le courant monophasé et un onduleur pour transformer le courant redressé en signal à fréquence ultrasonique. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le redresseur de chaque generateur est un redresseur du type doublé alternance. 3. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte un organe unique de ré glane de la puissance fournie par l'appareil, organe agissant simultanément sur des circuits de réglage des puissances délivrées par les trois générateurs, de préférence de manière que ces puissances restent égales entre elles. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de réglage de puissance par trains d'alternances à rapport cyclique variable commandé par ledit organe de réglage. 5. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de conversion de la tension alternative du réseau en signal à fréquence ultrasonique comportent, pour chaque géné- rateur, un circuit bouchon, un circuit monostable servant à la relanoe du circuit bouchon et des moyens pour faire varier, sous la commande de l'organe de réglage, la durée des impulsions délivrées par le circuit monostable. 6. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour faire varier, sous la commande de l'organe de réglage, les valeurs des inductances des bobines branches en sortie des générateurs. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que la sortie de chaque générateur est connectée à un circuit comportant une bobine d'induction fixe et une bobine à inductance variable. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les bobines d'induction branchées en sortie des générateurs constituent des bobines primaires couplées à une même bobine secondaire. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que la bobine de chauffage est branchée en série avec la bobine secondaire. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les bobines d'induction branchées en sortie des générateurs constituent des bobines de chauffage par induction. 11. Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que les bobines de chauffage sont logées dans une plaque de cuisson. 12. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1G et 11, caractérisé en ce que les bobines de chauffage sont reliées aux générateurs par une canalisation électrique souple blindée renfermant des conducteurs de liaison entre les générateurs et les bobines de chauffage. 13. Appareil de cuisson par induction à récipient réalisé, au moins partiellement en matériau métallique, caractérisé en ce qu'il comporte trois bobines d'induction logées dans le fond du récipient, et trois générateurs de courant électrique à fréquence ultrasonique allmentant respectivement les trois bobines de chauffage et susceptibles d'être connectés par montage étoile ou triangle à un réseau triphasé d'alimentation en courant alternatif, chaque générateur fonctionnant en monophasé et comportant un redresseur pour redresser le courant monophasé et un onduleur por transformer le courant redressé en signal à fréquence ultrasonique 14. Appareil de cuisson selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comporte un organe unique de réglage de la puissance fournie par l'appareil, organe agissant simultanément sur des circuits de réglage des puissances délivrées par les trois générateurs, de préférence de manière que ces puissances restent égales entre elles 15. Appareil de cuisson selon l'une quelconque des revendications 13 et 14, caractérisé en ce que les générateurs sont disposés à l'extérieur de l'appareil et sont reliés aux bobines de chauffage par une canalisation électrique souple blindée renfermant des conducteurs de liaison entre les générateurs et les bobines de chauffage.