EOW May 2007

français

effective du conducteur. La profondeur effective de pénétration du courant, sous forme métrique, est fournie par la formule suivante:

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. 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 Toutefois, ce calcul

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.

F μ π ρ 10 r

20 1

=

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.

Figure 1 . Ligne de processus de trempe et revenu pour fil ▼

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EuroWire – Mai 2007