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145

français

EuroWire – Mai 2007

effective du conducteur. La profondeur

effective de pénétration du courant,

sous forme métrique, est fournie par la

formule suivante:

Dans la formule ci-dessus:

p = profondeur de pénétration du courant

r = résistivité exprimée en microhms

centimètres

µ = perméabilité effective

(µ = 1 pour des matériaux non

magnétiques)

En sélectionnant la fréquence correcte,

il est possible de contrôler la quantité de

matériau chauffé: des fréquences élevées

entraînent des niveaux de pénétration

effective réduits, tandis que des fréquences

inférieures auront pour résultat une

pénétration plus profonde. En considérant

la formule, environ 90% de la chaleur

totale est générée à la profondeur ‘p’, avec

des profondeurs supérieures chauffées par

conduction à travers le matériau. Toutefois,

pour obtenir un chauffage optimal à

travers la totalité du matériau, il faut éviter

la superposition des courants opposés

s’écoulant sur les surfaces opposées du

conducteur afin d’empêcher l’annulation

du courant. Normalement la valeur de ‘p’

devrait être inférieure à la moitié du rayon

du conducteur, bien que cette règle ne soit

pas appliquée constamment.

En outre, des profondeurs de pénétration

de courant différentes peuvent être

utilisées pour plusieurs matériaux et

températures à différentes fréquences.

Dans le processus de chauffage par

induction, un composant métallique placé

à l’intérieur ou à proximité d’une bobine

d’induction est chauffé grâce au passage

du courant inducteur à travers la bobine,

qui à son tour, introduit du courant

supplémentaire à l’intérieur du composant.

La chaleur est générée par la résistance

à ce courant induit, conformément à la

loi I²R (où I = Courant et R = Résistance)

et également par perte par hystérésis

dans les matériaux magnétiques: un effet

qui disparaît à la température de Curie

(environ. 1 400°F / 760°C).

Sélection de la puissance

(pour fil chauffé complètement)

Dès que la fréquence correcte est

déterminée et que les unités de puissance

appropriées

sont

sélectionnées,

le

pas successif consiste à considérer les

exigences de puissance et, avant tout,

à déterminer le contenu calorifique du

conducteur. Le contenu calorifique d’un

fil en mouvement est simplement une

fonction du débit du matériau, de la

chaleur spécifique et de l’augmentation de

la température.

Toutefois,

ce

calcul

apparemment

simple, est compliqué par le fait que la

chaleur spécifique varie au rythme de

l’augmentation de la température. En

considérant comme exemple un acier à

moyenne teneur en carbone, la chaleur

spécifique varie en raison d’un facteur de

1,3 allant de 68°F (20°C) à 1 022°F (550°C),

et 1,5 allant de 68°F (20°C) à 1.652°F

(900°C).

Par conséquent, afin de déterminer le

contenu calorifique pour chauffer l’acier

au carbone à 1 022°F (550°C) et 1 652°F

(900°C), comme méthode empirique

approximative, l’on peut utiliser des valeurs

de chaleur spécifiques de 0,58 et 0,63.

Selon cette règle, le contenu calorifique

du fil chauffé à 1 022°F (550°C) sera égal à

2,31 x lb/min (1,05 x kg/min), tandis qu’à

1 652°F (900°C) sera égale à 4,27 x lb/min

(1,94 x kg/min) avec un résultat exprimé

en kW. Une fois le contenu calorifique du

produit déterminé, le pas successif consiste

à déterminer la puissance de sortie de

l’unité de puissance en établissant un

rendement thermique correspondant à la

sortie de l’unité de puissance.

Rendement thermique

Un

système

d’induction

typique

consiste en une unité de puissance, en

un système à bobines de chauffage et

en les équipements nécessaires pour

“accoupler” la bobine de chauffage (et le

fil traité) à l’unité de puissance. L’unité de

puissance est également connue comme

convertisseur, invertisseur ou générateur.

Cette unité permet de convertir une

alimentation triphasée de 50 ou 60Hz à

une fréquence de sortie nominale allant

de 250Hz à 800kHz en une seule phase,

avec des sorties de puissance allant de

1kW à 4MW, dans une vaste gamme de

combinaisons de fréquences de puissance,

et avec la possibilité de combinaisons de

double fréquence. Ces unités de puissance

peuvent être constituées de thyristors ou

de transistors.

Le système à bobine de chauffage utilisé

pour les applications de chauffage des

fils, consiste en un tube de cuivre enroulé

en spirale. Le tube peut être rond, carré

ou rectangulaire, et présente souvent

des bandes de cuivre supplémentaires

brasées sur le diamètre intérieur de la

spirale. La longueur de la bobine, le

diamètre intérieur, le nombre des spires

et le pourcentage de cuivre par rapport à

l’espace libre le long du diamètre intérieur

de la spirale sont tous des paramètres

importants en termes de rendement

du système.

La totalité des unités de puissance

fonctionne dans une bande de fréquences

de, par exemple, 7-11kHz, 20-25kHz, et

40-50kHz pour des fréquences de sortie

nominales d’unités de 10kHz, 25kHz et

50kHz respectivement. Afin d’obtenir

l’exploitation à l’intérieur de cette bande,

l’inductance de la bobine, la tension de

fonctionnement de la bobine et la capacité

(KVAR) du circuit à résonance de l’unité

de puissance peuvent être variées pour

s’adapter aux exigences spécifiques des

dimensions du fil, des matériaux, des taux

de débit et des températures.

En considérant le rendement, il faut

d’abord analyser le système de la bobine.

Figure 1

.

Ligne de processus de trempe et revenu pour fil

F

r

μ

π ρ

10

20

1

=