Brevet FR2439531A1 — publié le 19800516

La présente invention a été réalisée dans le laboratoire de la division électromécanique de l'Université technologique de Compiègne. L'invention concerne un four d'induction à creuset. Les fours à induction à creuset sont d'usage courant et bien connus pour leurs bonnes performances. Bien souvent le brassage du métal y est très important, mais pose des problèmes à la surface du bain, du fait que ce brassage, favorable pour obtenir une fusion rapide et homogène du métal, provoque des projections. C'est pourquoi on construit des creusets dont le niveau du bain puisse dépasser très nettement le niveau supérieur de l'enroulement, de sorte que la charge statique constituée par le poids du métal contrebalance en partie les effets, néfastes en surface, du brassage. Les inducteurs usuels sont presque toujours monophasés La raison pour laquelle les conducteurs usuels sont monophasés se rattache encore aux problèmes posés par la tenue du bain en surface.En effet, un inducteur tdphasé (ou plus généralement bi- ou polyphasé) engendre une onde d'excitation glissante selon l'axe des enroulements et on observe un brassage excessif responsable de l'érosion des parois du four, l'ap partition d'un dôme très important à la surface du bain et même le risque d'entraSnement de métal en fusion en dehors du four0 Le but de l'invention est déviter tous ces inconvénients, tout en conservant, par ailleurs,les avantages importants du four à creuset triphasé, et notamment sa puissance massique plus élevée que celle des fours monophasés, l'équilibrage électrique du réseau d'alimentation et un meilleur facteur de puissance pour les fours de grande capacité. Ce but est atteint, selon l'invention, par un four à induction à creuset comportant un ensemble d'enroulements biou polyphasés à axe vertical créant un champ glissant, grâce au fait qu'en au moins l'une des deux extrémités, supérieure et inféråeure,de l'ensemble d'enroulements, il est prévu en outre au moins un enroulement monophasé. De cette façon, on bénéficie pleinement des avantages rappelés précédemment tout en offrant une nouvelle possibilité de réglage par renforcement ou atténuation des ondes du champ résultant. Ainsi, il devient possible de diminuer, voire même de supprimer, le dôme, d'injecter une grande puissance dans le four sans que le métal déborde, et de contrôler le brassage0 Du même coup, on pourra réduire la hauteur du creuset ou, à hauteur de creuset égale, augmenter la hauteur, et donc la puissance nominale, des enroulements Pour affiner le réglage aux extrémités, il est conforme à l'invention que le ou les enroulements monophasés pré sentent n nombre variable des spires sur leur hauteur décroissant par régulièrement exemple/en s'écartant de l'ensemble d'enroulements polyphaséa. Pour que l'onde du champ résultant s'établisse de façon appropriée, il est conforme à l'invention que le ou les enroulements monophasés soient alimentés en décalage de phase par rapport à une référence, telle que l'axe spatial d'une des phases de l'enroulement bi- ou polyphasé. Si les enroulements sont triphasés et alimentés par le réseau général, les enroule alimentés soit par un déphaseur monts monophasés peuvent être / soit entre deux phases du réseau, ce qui, en inversant les phases, donnera, pour chacun de ces enroulements monophasés, six possibilités d'alimentation de 60 en 600. D'autres caractéristique et avantages ressortiront de la description qui sera donnée ci-après uniquement à titre d'exemples, de modes de réalisation de l'invention. On se reportera à cet effet aux dessins annexés, dans lesquels : - La figure 1 représente schématiquement la coupe axiale d'un four à creuset selon l'invention. - La figure 2 est un diagramme des forces s'exerçant sur le bain de métal du four de la figure 1. - La figure 3 représente schématiquement en coupe axiale, le montage et le branchement électrique du four de la figure 1 - La figure 4 représente une variante d'un détail de l'enroulement monophasé supérieur du four des figures précédentes. Un four à induction a' creuset 1 contenant un bain de métal 2 est entouré d'un ensemble inducteur 10 contenu dans une armature 3. L'ensemble inducteur 10 comprend une pluralité d'enroulements. il est prévu, par construction, que les enroulements médians Il puissent être alimentés, selon toutes combinaisons connues, en courant bi- ou polyphasé, par exemple triphasé ou hexaphasé, pour créer une onde d'excitation glissante selon | x2 | (voir figure 2). Cette onde se caractérise par la approximativemnt valeur efficace (ou l'amplitude)constante dans tout le volume du four.Si l'on tient compte de la géométrie réelle du dispositif et du champ de réaction induit dans le métal, l'induction résultante dans le four peut être représentée par une série d'ondes se propageant selon| 1 et dans les deux directions 1+121 et |+f | . Ainsi, la valeur efficace de l'induction ré- sultante est une fonction compliquée de X1, X2 et f. Aux enroulements médians 41, sont ajoutés, à leurs extrémités, et au-delà, en haut des enroulements 12 et en bas des enroulements 13. Ces enroulements sont prévus pour être alimentés en monophasé, les enroulements 12 pouvant être branchés en parallèle séparément ou simultanément sur une source de courant monophasé et les enroulements 13 pouvant également être branchés en parallèle séparément ou simultanément sur une source de courant monophasé. rtnopbase L'alimentation de l'enroulement peut être soit un dephaseur/soit dewc phases du réseau, mais avec déphasage par rapport à l'axe spatial de l'une des phases des enroulements 11. Les enroulements 12 et 13 peuvent agir conjointement ou séparément. Des essais favorables ont été faits par la Demanderesse avec un four dans lequel les bobinages étaient réalisés et branchés conformément au schéma de la figure 3. L'inducteur 10 comprend, en partant de l'axe vers la périphérie, six solénoïdes 21 concentriques de 40 spires chacun disposés en haut de l'inducteur et pareillement six solénoïdes 22 disposés en bas de l'inducteur. L'inducteur 10 comprend en outre deux couches concentriques de huit bobines de cinq spires, constituant, pour les douze bobines centrales 23 à sorties indépendantes, l'équivalent des enroulements médians Il de la figure 1 et pour les quatre bobines extrêmes 24, qui entourent concentriquement les bobines 21, l'équivalent des enroulements 12 et 13 de la figure 1. Les douze bobines centrales 23 sont alimentées en courant triphasé ou hexaphasé. On a représenté sur la figure 3 le cas d'un branchement triphasé directement aux trois phases R, S, X d'un réseau, à titre d' exemple, Les bobines 21 alimentées en courant monophasé permettent un apport de puissance lors de la fusion du métal. Les bobines 23 à sorties indépendantes, peuvent être alimentées en courant polyphasé de multiples façons ; les deux couches de six bobines 21 de cinq spires chacune, sont alimentées, par exemple, en courant tri ou hexaphasé tandis que les bobines d'extrémité 24 sont alimentées en courant monophasé déphasé d'une valeur o g par rapport à la bobine 23 extrême adjacente. Cans ce cas w est 0, 60 ou 1200, ce qui, par inversion de phases, offre six possibilités sans avoir recours à un dispositif extérieur de déphasage. On peut ensuite, par exemple, faire fonctionner le four à creuset de maintien ou de fusion en utilisant uniquement les bobines polyphasées. A la figure 4, on voit que les enroulements monophasés de la figure 1 ont été conformés de façon à ce que le nombre de spires déoroft progressivement en s'écartant des enroulements Il bi- ou polyphasés. On a décrit l'invention en regard un creuset représenté comme cylindre. Bien entendu elle s'appliquera tout aussi bien à un creuset de toute autre forme, par exemple à symétrie axiale, mais non cylindrique. REVENDICADIONS 1) Four à induction à creuset comportant un ensemble d'enroulements bi- ou polyphasés à axe vertical, créant un champ glissant, caractérisé en ce qu'en au moins l'une des deux extrémités, supérieure et inférieure, de l'ensemble d'enroulements, il est prévu en outre au moins un enroulement mono phasé. 2) Four à induction selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ou les enroulements monophasés ssont disposés au-delà de l'ensemble d'enroulements bi- ou polyphasés. 3) Four à induction selon la revendication 2, caractérisé en ce que le ou les enroulements monophasés åouxtent l'ensemble d'enroulements bi- ou polyphasés. 4) Four à induction selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ou les enroulements monophasés présentent un nombre variable de spires sur leur hauteur. 5) Four à induction selon la revendication 4, caractérisé en ce que le nombre de spires décroRt progressivement en s'écartant de l'ensemble d'enroulements bi- ou polyphasés. 6) Four à induction selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce quelle ou les enroulements monophasés sont alimentés en décalage de phase par rapport à une référence, telle que l'axe spatial d'une des phases des enroulements bi- ou polyphrasés . 7) Four à induction selon la revendication 6, dans lequel les enroulements bi- ou polyphasés sont triphasés et alimentés par le réseau général caractérisé en ce que les enroulements monophasés sont alimentés entre deux phases du réseau. 8) Four à induction selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ou les enroulements sont chacun constitués par plusieurs bobines commutables séparément.