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EP0090676A1 - Procédé et dispositifs de réglage de la puissance moyenne de chauffage induite dans un produit plat conducteur maintenu électromagnétiquement en position sans contact - Google Patents

Procédé et dispositifs de réglage de la puissance moyenne de chauffage induite dans un produit plat conducteur maintenu électromagnétiquement en position sans contact Download PDF

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EP0090676A1
EP0090676A1 EP83400258A EP83400258A EP0090676A1 EP 0090676 A1 EP0090676 A1 EP 0090676A1 EP 83400258 A EP83400258 A EP 83400258A EP 83400258 A EP83400258 A EP 83400258A EP 0090676 A1 EP0090676 A1 EP 0090676A1
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EP
European Patent Office
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poles
product
induced
inductors
power
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EP83400258A
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English (en)
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EP0090676B1 (fr
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Jean-Paul Camus
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Alstom SA
Original Assignee
Compagnie Electro Mecanique SA
Alstom SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/101—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications for local heating of metal pieces
    • H05B6/103—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications for local heating of metal pieces multiple metal pieces successively being moved close to the inductor
    • H05B6/104—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications for local heating of metal pieces multiple metal pieces successively being moved close to the inductor metal pieces being elongated like wires or bands
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power

Definitions

  • the present invention relates to a method and to devices for implementing this method allowing the adjustment of the average heating power induced by an electromagnetic field in a flat conductive product when stopped or running, maintained without contact, by the electromagnetic forces also induced by this field, in particular in levitation or guidance, in an electromagnetic induction heating installation comprising a pair of substantially identical inductors whose poles face each other in pairs on either side of the product.
  • the object of the invention is to regulate in the widest possible range the heating power induced in a flat conductive product maintained without contact, by the correspondingly induced electromagnetic forces, in particular in levitation or guidance, by ensuring the product a substantially constant position. and using simple and economical equipment.
  • the method according to the invention consists, for adjusting the heating power induced by an electromagnetic field in a flat conductive product maintained without contact by the electromagnetic forces correlatively induced by this field, in an electromagnetic induction heating installation comprising a pair of substantially identical inductors, arranged on either side of the product, the poles of one of the inductors of the pair facing the poles of the other inductor, to operate a series of reversals of the instantaneous polarity of the poles of the one of the inductors with respect to the instantaneous polarity of the corresponding poles of the other inductor, the ratio of the durations during which the polarities are on the one hand opposite and on the other hand identical determining the average value of the induced heating power, the position of the product remaining almost unchanged.
  • the Applicant has discovered the following new result, namely that the electromagnetic forces exerted on the product and which maintain it without contact remain substantially the same as the instantaneous polarities of the poles two to two facing. face of the inductors are all identical or all opposite, all other things remaining equal, so that during an inversion of the relative polarity of the poles of one of the inductors with respect to the polarity of the corresponding poles of the other inductor , the position of the product remains almost unchanged.
  • the invention applies in particular to heating installations in levitation or, for example, heating with guidance for which it is necessary to maintain restoring forces, of substantially constant intensity, towards an equilibrium position.
  • the instantaneous polarity inversions of the poles of one of the inductors with respect to the instantaneous polarity of the corresponding poles of the other inductor are carried out by the polarity reverser which operates for example an inversion of the connection of one of the inductors to the alternative current or voltage source (the voltage / current ratio is different depending on whether the polarities are identical or opposite).
  • a device comprises, in one form, this embodiment, m generating this duty cycle, the frequency of which is a function of the desired adjustment precision, this in order to allow rigorously following an imposed temperature curve as a function of time.
  • the polarity reverser is of the static type, consisting of two rectifier bridges in anti-parallel mounting.
  • the adjustment device further comprises interposed between the adjustment system (C) and the inverter (A), a duty cycle generator (B) whose frequency is a function of the desired adjustment precision.
  • This arrangement makes it possible, in particular, to rigorously follow an imposed temperature curve as a function of time.
  • the polarity reverser (A) consists of two rectifier bridges in anti-parallel mounting, but this choice is in no way limiting.

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  • Electromagnetism (AREA)
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  • General Induction Heating (AREA)

Abstract

L'invention se rapporte à un procédé et à des dispositifs de réglage de la puissance moyenne de chauffage induite par un champ électromagnétique dans un produit plat conducteur à l'arrêt ou en défilement, dans une installation de chauffage par induction électromagnétique comprenant une paire d'inducteurs sensiblement identiques, disposés de part et d'autre du produit. L'invention consiste à opérer une suite d'inversions (inverseur A) de la polarité instantanée des pôles de l'un des inducteurs par rapport à la polarité instantanée des pôles correspondants de l'autre inducteur. Un dispositif selon l'invention comprend, outre l'inverseur (A) un système de réglage (c) prenant en compte les informations, résultats et données obtenus par des moyens (D), (E), (F), (G). L'invention s'applique notamment au réglage de la puissance de chauffage induite dans un produit plat conducteur maintenu électromagnétiquement en position sans contact.

Description

  • La présente invention se rapporte à un procédé et à des dispositifs de mise en oeuvre de ce procédé permettant le réglage de la puissance moyenne de chauffage induite par un champ électromagnétique dans un produit plat conducteur à l'arrêt ou en défilement, maintenu sans contact, par les forces électromagnétiques également induites par ce champ, notamment en lévitation ou guidage, dans une installation de chauffage par induction électromagnétique comprenant une paire d'inducteurs sensiblement identiques dont les pôles se font face deux à deux de part et d'autre du produit.
  • Dans diverses opérations de parachèvement et spécialement dans certains traitements thermiques, il peut être nécessaire de régler la puissance induite dans un produit maintenu sans contact, par exemple en lévitation, afin de suivre une courbe imposée de température en fonction du temps.
  • Il est évident que pour réduire la puissance induite dans un produit soumis à un flux transversal, on peut se contenter de diminuer l'intensité du courant parcourant les inducteurs, mais, lorsque le produit est en lévitation, cette réduction entraîne généralement une diminution de la hauteur de lévitation. De plus, lorsque l'on veut maintenir le produit sans contact, la réduction de puissance est limitée par la nécessité de maintenir la hauteur de lévitation à une valeur minimale.
  • Le but de l'invention est de régler dans la plus large plage possible la puissance de chauffage induite dans un produit plat conducteur maintenu sans contact, par les forces électromagnétiques corrélativement induites, notamment en lévitation ou guidage, en assurant au produit une position sensiblement constante et en utilisant un appareillage simple et économique.
  • On sait que dans une installation de chauffage électromagnétique à flux transversal comprenant une paire d'inducteurs identiques disposés de part et d'autre d'un produit maintenu sans contact, alimentés en courant alternatif par exemple monophasé, les pôles de l'un des inducteurs de la paire faisant face aux pôles de l'autre inducteur, la puissance induite dans le produit est maximale quand les pôles se faisant face deux à deux sont à tout instant de polarités opposées et que les intensités parcourant les inducteurs sont maximales. Mais on sait aussi que la puissance induite est presque annulée (par exemple dans un rapport de 1000 à 1) quand les pôles se faisant face deux à deux sont à tout instant de même polarité et que les intensités parcourant les inducteurs sont maximales.
  • Le procédé selon l'invention consiste, pour régler la puissance de chauffage induite par un champ électromagnétique dans un produit plat conducteur maintenu sans contact par les forces électromagnétiques corrélativement induites par ce champ, dans une installation de chauffage par induction électromagnétique comprenant une paire d'inducteurs sensiblement identiques, disposés de part et d'autre du produit, les pôles de l'un des inducteurs de la paire faisant face aux pôles de l'autre inducteur, à opérer une suite d'inversions de la polarité instantanée des pôles de l'un des inducteurs par rapport à la polarité instantanée des pôles correspondants de l'autre inducteur, le rapport des durées pendant lesquelles les polarités sont d'une part opposées et d'autre part identiques déterminant la valeur moyenne de la puissance de chauffage induite, la position du produit restant quasiment inchangée.
  • En effet, par des calculs et des essais, la Demanderesse a découvert le résultat nouveau suivant, à savoir que les forces électromagnétiques exercées sur le produit et qui le maintiennent sans contact restent sensiblement les mêmes que les polarités instantanées des pôles deux à deux face à face des inducteurs soient toutes identiques ou toutes opposées, toutes choses restant égales par ailleurs, si bien que lors d'une inversion de la polarité relative des pôles de l'un des inducteurs par rapport à la polarité des pôles correspondants de l'autre inducteur, la position du produit reste quasiment inchangée.
  • Un des avantages du procédé selon l'invention ressort du fait que les distances séparant les surfaces polaires de chaque pairs de pôles se faisant face de part et d'autre du produit, peuvent être réduites au minimum correspondant à l'espace nécessaire à l'encombrement total en épaisseur du produit compte tenu de ses déformations et d'une éventuelle isolation thermique, le jeu assurant l'absence de contact étant presque nul. Le rendement et le facteur de puissance des dispositifs mettant en oeuvre ce procédé en sont donc améliorés.
  • Ce procédé simple et économique, s'applique en particulier à la réduction de la puissance induite en fin de chauffage. Les écarts de température dynamiques étant proportionnels à la puissance volumique induite et résultant, à la fois, des phénomènes de conduction et d'une répartition non parfaitement uniforme des densités de courant induites, cette réduction de puissance permet d'obtenir des écarts de température dynamiques plus faibles et donc, par exemple, d'atteindre une température moyenne dans le produit sans dépassement local de la température limite à respecter.
  • L'invention s'applique notamment à des installations de chauffage en lévitation ou, par exemple, de chauffage avec guidage pour lesquels il est nécessaire de maintenir des forces de rappel, d'intensité sensiblement constante, vers une position d'équilibre.
  • L'invention vise également des dispositifs de réglage de la puissance moyenne induite dans un produit plat conducteur maintenu sans contact dans une position sensiblement constante par les forces électromagnétiques corrélativement induites, lesquels dispositifs mettent en oeuvre le procédé selon l'invention et se caractérisent en ce qu'ils comprennent nécessairement un moyen inverseur de polarité et, en outre, et suivant les cas :
    • - un système de raglage;
    • - des moyens permettant de connaître la température du produit;
    • - des moyens permettant de connaître la puissance induite;
    • - des moyens permettant de définir le cycle de puissance à injecter ;
    • - des moyens permettant de définir le cycle de température à effectuer ;

    les informations, résultats et données obtenus de ces moyens ainsi que les caractéristiques du produit étant pris en compt par ledit système de réglage.
  • Les inversions de polarité instantanée des pôles de l'un des inducteurs par rapport à la polarité instantanée des pôles correspondants de l'autre inducteur sont effectuées par l'inverseur de polarité qui opère par exemple une inversion du branchement de l'un des inducteurs à la source alternative de courant ou de tension (le rapport tension/ courant est différent selon que les polarités sont identiques ou opposées).
  • Un dispositif selon l'invention comprend dans une forme ce réalisation, m générateur ce rapport cyclique dont la fréquence est fonction de la précision de réglage recherchée, ceci afin de permettre de suivre de façon rigoureuse une courbe imposée de température en fonction du temps.
  • Dans une forme préférée de réalisation, l'inverseur de polarité est de type statique, constitué de deux ponts de redresseurs en montage anti-parallèle.
  • Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui va suivre faite en regard du dessin annexé dont la figure unique est un organigramme de fonctionnement de dispositifs selon l'invention.
  • Un dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention comprend :
    • - nécessairement, un moyen inverseur (A) permettant d'opérer une suite d'inversions de la polarité instantanée des pôles de l'un des inducteurs de la paire par rapport à la polarité instantanée des pôles correspondants de l'autre inducteur et, suivant les cas :
    • . un système de réglage (C) électronique de préférence;
    • . des moyens (D) permettant de connaître la température du produit ;
    • . des moyens (E) permettant de connaître la puissance induite ;
    • . des moyens (F) permettant de définir le cycle de puissance à injecter ;
    • . des moyens (G) permettant de définir le cycle de température à effectuer ;

    les informations, résultats et données obtenus de ces moyens ainsi que les caractéristiques du produit (H) étant pris en compte par ledit - système de réglage (C).
  • Selon une forme de réalisation dont une partie est représentée en pointillés sur la figure unique du dessin annexé, le dispositif de réglage selon l'invention comprènd, de plus, intercalé entre le système de réglage (C) et l'inverseur (A), un générateur de rapport cyclique (B) dont la fréquence est fonction de la précision de réglage recherchée. Cette disposition permet, en particulier, de suivre de façon rigoureuse une courbe imposée de température en fonction du temps.
  • Suivant une forme de réalisation l'inverseur de polarité (A) est constitué de deux ponts de redresseurs en montage anti-parallèle, mais ce choix n'est nullement limitatif.
  • Le procédé et les précédents dispositifs ont été décrits pour une utilisation de courant monophasé, mais le procédé et les dispositifs relatifs à l'utilisation de courants polyphasés entrent dans le cadre de l'invention.
  • Il est bien entendu, enfin, que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et que l'on pourra apporter des équivalences dans ses éléments constitutifs sans, pour autant, sortir du cadre de l'invention.

Claims (5)

1. Procédé de réglage de la puissance moyenne de chauffage induite par un champ électromagnétique dans un produit plat conducteur à l'arrêt ou en défilement, maintenu sans contact par les forces électromagnétiques corrélativement induites par ce champ, dans une installation de chauffage par induction électromagnétique comprenant une paire d'inducteurs sensiblement identiques, disposés de part et d'autre du produit, les pôles de l'un des inducteurs de la paire faisant face aux pôles de l'autre inducteur, caractérisé en ce qu'il consiste à opérer une suite d'inversions de la polarité instantanée des pôles de l'un des inducteurs par rapport à la polarité instantanée c pôles correspondants de l'autre inducteur, l.e rapport des durées pendant lesquelles les polarités sont d'une part opposées et d'autre part identiques déterminant la valeur moyenne recherchée de la puissance de chauffage induite, la position du produit restant quasiment inchangée.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réglage de la puissance moyenne de chauffage induite est appliqué à une réduction de cette puissance en fin de chauffage permettant de réduire les écarts de température dynamiques dus à une répartition non parfaitement uniforme des densités de courant induites.
3. Dispositif de réglage mettant en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend nécessairement un moyen inverseur (A) de la polarité instantanée des pôles de l'un des inducteurs, par rapport à celle des pôles correspondants de l'autre inducteur et en outre et suivant les cas :
- un système de réglage (C) ;
- des moyens (D) permettant de connaître la température du produit ;
- des moyens (E) permettant de connaître la puissance induite ;
- des moyens (F) permettant de définir le cycle de puissance à injecter ;
- des moyens (G) permettant de définir le cycle de température à effectuer ;

les informations obtenues de ces moyens ainsi que les caractéristiques du produit (H) étant prises en compte par ledit système de réglage.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un générateur de rapport cyclique (B) dont la fréquence est fonction de la précision recherchée du réglage ceci notamment afin de suivre de façon rigoureuse une courbe imposée de température en fonction du temps.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le moyen inverseur (A) est de type statique, constitué de deux ponts de redresseurs en montage anti-parallèle.
EP83400258A 1982-03-12 1983-02-07 Procédé et dispositifs de réglage de la puissance moyenne de chauffage induite dans un produit plat conducteur maintenu électromagnétiquement en position sans contact Expired EP0090676B1 (fr)

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EP0090676A1 true EP0090676A1 (fr) 1983-10-05
EP0090676B1 EP0090676B1 (fr) 1987-04-22

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