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PERFECTIONNEMENTS AUX DISPOSITIFS DE CHAUFFAGE ELECTRIQUE A HAUTE FFEQUENUE.-
La présente Invention a pour objet des appareils de chauffage par courants à haute fréquence, et plus particulièrement ceux destinés à chauffer par induction des pièces de nature magnétique à des températures plus élevées que la température connue aux Etats-Unis sous le nom de température de "décalescence". Elle a pour but de créer des moyens simples et faciles pour augmenter automatiquement l'apport d'énergie dans la pièce à traiter, quand l'énergie absorbée par celle-ci tend à diminuer; c'est notamment le cas au moment où elle atteint la température de déca- lescence.
On peut ainsi maintenir la quantité d'énergie fournie à la pièce à un niveau au moins égal à une certaine valeur'prédéterminée.
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Conformément à l'invention, on 22révOit un dispositif de contrôle à accus- lation d'énergie, tel qu'un condensateur qui est chargé pendant le premier stade de chauffage à puissance maxima et qui, lorsque l'énergie asborbêe décroît ensuite
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sert à actionner des moyens comprenant un dispositif auxiliaire à décharge dlea- troniqae, Ces moyens servent à rétablir l'énergie dissipée dans la pièce à son niveau initial.
L'invention sera d'ailleurs bien comprise si l'on se reporte la descrip- tion qui suit et au dessin qui l'accompagne à titre d'exemple non limitatif et dans lequel : la figure 1 est un schéma d'un appareil de chantage à haute fréquence oon- forme à l'invention;
la figure 2 est une courte typique de la puissance absorbée par une pièce
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en matière mfflêtîque, en fonction du temps, avec une ligne supplémentaire en traita interrompus repr4sentant l'augmentation d'énergie obtenue conformément à l'invention; la figura 3 représente une variante du schéma de la figure la
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En. ae reportant ex la figure 2, on voit une courbe typique de l'énergie fournie à une pièce en acier pendant une opération de chauffage par induction au moyen de courants haute fréquence, à 530.000 hertz environ.
Quand on ferme le circuit de chauffage,, l'énergie absorbée augmente rapi-
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dement, bien que l'augrnantatian d'énergie soit quelque peu retardée par le temps nécessite pour le chauffage du dispositif à décharge électronique.
Au point a, l'oscillateur commence à fournir ca pleine puissance à la pièce.
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Cette puissance augmente, comme on le voit sur la figure, lorsque l'acier a!6ohau& fe en raison de l'augmentation de sa résistivité avec l'augmentation de tempéra- ture., L'énergie absorbée devient maximum en i, point qui représente la tempratu re de décalesC9nce. Peu après, entre les points b et c, l'acier devient non ma- gnétique et la puissance absorbée par la pièce tombe jusqu'à une valeur basse de Dette diminution de puissance absorbée provient de l'augmentation de la profondeur de pénétration des courants de Foucault dans l'acier lorsque celui-ci devient non magnétique, car la résistance en haute fréquence diminue d'une manière importante, après le point de Curie-, il s'ensuit que l'énergie libérée dans le métal décroît,
D'autre part, lorsque l'acier est à l'état magnétique,
les courants induits en question sont confines dans une couche relativement mince à la surface de l'acier, et cette couche, qui a une faible section, présente une grande
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résistance.
A partir du point d, la puissance augmente à nouveau avec l'accroîssement de la température de 1'acier parce que sa résistivité croit.
Il est donc évident que cette diminution d'énergie absorbée par la pièce, quand l'acier est chauffe au-dessus de sa température de décalescence, augmente d'une manière appréciable le temps nécessaire pour chauffer la pièce à la tempéra- ture voulue.
Conformément à l'invention, on prévoit un dispositif sensible à la diminu- tion d'énergie qui a lieu entre les points b et f (fig.2); ce dispositif augmente alors l'énergie absorbée jusqu'à une valeur sensiblement égale à sa valeur primiti- ve, par exemple jusqu'au point e de la partie en traits interrompus de la courba, Ensuite l'énergie diminue légèrement avec une baisse ultérieure des propriétés ma- gnétiques de l'acier, et elle augmente à nouveau avec l'augmentation de résistivité due à l'élévation de température.
L'invention est représentée à titre d'exemple non limitatif, comme compor- tant un oscillateur Oolpitt classique fournissant un courant à 530.000 hertz envi- ron à un dispositif de chauffage par induction; celui-ci est représenté sous forme d'une bobine 10 entourant la pièce 11 en matière magnétique, comme le fer et l'acier
Le générateur d'oscillations comprend un tube à décharge approprié 12, dont le circuit anode-cathode est alimenté en courant continu par une source dont le fil positif est 13 et dont le fil négatif 13a est, de préférence, mis à la terre. Une inductance convenable 14 est connectée ensérie dans le fil 13 avant l'anode 15 du tube.
Cette anode est reliée par un condensateur 16 à un circuit oscillant compor- tant deux condensateurs 17-18 connectés en série et aux bornes de l'ensemble desquels se trouvent ,en série, une bobine d'inductance 19 et la bobine chauffaite 10. Une Impédance régulatrice 20, représentée par une bobine, est mise en parallèle avec la bobine 10.
Le point de jonction 21 des deux condensateurs est relié à la cathode 22 du tube, tandis que la borne Inférieure 23 du condensateur 18 est reliée, par un con- densateur 24, à la grille 25 du tube. Une résistance appropriée de fuite 26 est connectée entre grille et cathode. La grille se trouve, comme il est connu, portée à un potentiel négatif quand le tube oscille.
La source reliée à la ligne 13-13a de tension anodique peut être constituée par un redresseur alimenté par un réseau de distribution alternatif.
Conformément à l'invention, on connecte l'inductance 20 en parallèle
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avec la bobine 10, dans le circuit fournissant le courant à haute fréquence, dans le but d'augmenter l'énergie fournie à la bobine 10 lorsque ladite inductance 20 est mise hors circuit. L'ouverture du circuit est réalisée au moyen d'un interrup- teur 27 normalement ferme, mis dans @ position d'ouverture au moyen d'une bobine 28. Celle-ci est alimentée par un dispositif accumulateur d'énergie. tel qu'un condensateur 29 qui est charge à sa valeur maximum quand l'énergie fournie à la bo- bine 10 est maxima.
Par conséquent, lorsque ladite énergie diminue, le'* condensa- teur 29 se décharge à travers la bobine 30 et un tube à décharge 31 automatiquement contrôlé par la diminution de l'énergie absorbée, de telle aorte que l'interrupteur 32 est ferme; la bobine 28 est alors alimentée par une source 33.
Pour commander le condensateur 29 et le tube à décharge 31, on utilise deux résistances 34 et 35 mises en série dans le circuit plaque-cathode du tube 12, la résistance 35 étant variable. Ces résistances sont connectées entre la cathode 22 etle fil 13a. L'extrémité inférieure de la résistance 35, c'est-à-dire le fil 13a, est connecta par une résistance 36 à la grille du tube 31, tandis que le point 37 commun aux deux résistanceest relié à la cathode de ce tube 31 et la borne infê- rieurs de condensateur 29. Un tube redresseur 38 est connecté entre l'extrémité supérieure de la résistance 34 et celle du condensateur 29.
Comme indiqué précé- demment, cette même borne du condensateur est reliée par la bobine 39 à l'anode du tube 31.
Cet appareil de chauffage est réglé de manière à fournir une quantité prédéterminée d'énergie par induction à une pièce d'acier détermine 11, au début du chauffage, l'interrupteur 27 dtant fermé, de telle sorte que la bobine d'inductance 20 est intercalée dans le circuit d'alimentation à haute fréquence. Cette énergie initiale est celle qui, sur la figure 2, correspond au boint b, pour lequel l'éner- gie est maximum quand la @iéce a été chauffée jusqu'à sa température de décalescence Cette valeur maximum est déterminée par les caractéristiques de l'appareil de chauf- fage de la pièce, ou par la rapidité avec laquelle se produit le chauffage.
Le ré- glage de la puissance est obtenu par le réglage (au moyen d'éléments non représenter de la tension anodique continue fournie par la ligne 13 et 13a, et également par le réglage de la fréquence du courant fourni à la bobine 10. Ce réglage de fréquence est obtenu en connectant convenablement l'extrémité supérieure de la bobine 10 à une prise 43 choisie sur l'inductance 19.
Le chauffage est amorcé en fermant un interrupteur approprié (non re- présenté) de manière à mettre sous tension la ligne 13, 13a. Le courant
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dans le tube et lea résistances 34 et 35 est proportionnel au courant dans le oir- cuit de chauffage par induction à haute fréquence et la bobine 10. Pendant le chauf- fage jusqu'au point b, figure 2. le condensateur 29 est charge sous la tension exis- tant aux bornes de la résistance 34 traversée par le courant issu du redresseur 38.
La ohute de tension dans la résistance 35 applique une polarisation négative à la grille du tube 31. suffisante pour le bloquer.
Quand l'énergie absorbée par la bobine 10 diminue et que le courant,qui traverse le tube à décharge 12 et les résistances 34 et 35, diminue du fait que la pièce à traiter devient non magnétique, le condensateur 29 garde sa charge, malgré que la tension aux bornes de la résistance 34 diminue, car le redresseur 38 n'est alors plus conducteur. Toutefois ce courant plus faible dans la résistance 35 diminue la polarisation négative de la grille du tube 31, et quand la polarisation tombe à une valeur prédéterminée, correspondant à la valeur de l'énergie au point 7, figure 2, le tube 31 est débloque et le condensateur 29 se décharge à travers ce tube et la bobine 30. ce qui ferme l'interrupteur 32.
Celui-ci permet l'alimenta- tion de la bobine 28 qui ouvre l'Interrupteur 27, ce qui débranche 1'Inductance 20.,
L'énergie dans la bobine 10 s'en trouve accrue et le courant dans cette bobine revient sensiblement à sa valeur primitive. La bobine 28 ferme également un Interrupteur 39 de verrouillage d'un circuit de collage, lequel maintient la bobine 28 excitée lors de l'augmentation de l'énergie fournie et de la désexcitation de la bobine 30.
Lorsque ltopération de chauffage est terminée, la ligne 13, 13a est cou- pée, la bobine 10 n'est plus alimentée et la bobine 28 est désexcitée, de sorte que l'interrupteur 40 s'ouvre; il est refermé au commencement de l'opération de chauf- fage suivant et On a représenté l'élément de réglage 20 comme étant connecté en parallèle avec la bobine chauffante 10, mais on peut bien entendu le mettre en série avec elle; Il peut encore être connecté en tout point approprié du oircuit de génération ou de redressement, en vue de réaliser la variation désirée d'énergie à haute fréquence.
Par exemple, l'élément de réglage peut être une résistance connectée directement dans le circuit alternatif d'alimentation, avant redressement, par exemple dans la ligne d'alimentation,
On a également disposé une résistance ballast 41 aux bornes de la résis- tanoe 34, afin dtaugmenter la sensibilité de la commande. La résistance 41 est directement fonction du courant qui la traverse.
Cette résistance maintient
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la tension aux 'bornes de la résistance 34 une valeur faible pendant le stade ds l'augmentation initiale du courant et de l'énergie, jusqu'à. cc qu'une polarisation négative suffisante ait été appliquée aux bornea de 35, afin de maintenir le tube 31 bloqué. Ceci réduit la possibilité d'un fonctionnement intempestif du tube 31 pendant des pointes de tension et de courant..
Quand l'énergie absorbée atteint ou s'approche ds ag valeur maxima et que le courant dans la résistance 34 est voisin de sa valeur maximum, la tension aux bornes du condensateur 29 augmente rapidement dusqu'à sa valeur maxima, d'où déblè- Cage du tube 31, comme on l'a dit précédemment. Comme la résistance 'ballast évite la nécessité d'une polarisation négative relativement élevée du tube 31, pendant le stade d'augmentation du courant, la grille écran du tube 51 peut être connectée di- rectement par une impédance appropriée 42 à la cathode de ce tube. Cette disposi- tion permet de réaliser une meilleure commande du fonctionnement au point d'amor- çage du tube 31.
Comme variante avec le dispositif ds réglage qui vient d'être décrit, on peut régler l'effet de chauffage au moyen d'une bobine d'inductance connectée aux bornes de la bobine chauffante 10 et au moyen d'un noyau non magnétique conducteur qui peut se déplacer par rapport à la bobine, de manière à faire varier son induc- tance et régler ainsi le chauffage.
Ce déplacement est effectua de préférence auto- matiquesment après un intervalle de temps prédéterminé à partir du commencement de l'opération de chauffage, ou en fonctiond'une variation dans le courant fourni à l'appareil de chauffage.,
Dans cette variante comme dans la première, on augmente l'énergie absorbée de préférence automatiquement, après que la température de décalescence a été at- teinte, de maniera à faciliter la continuation du chauffage, en utilisant une bobi- ne d'inductance 20 connectée en parallèle avec la bobine chauffante 10.
Au début du chauffage, le noyau conducteur non magnétique 44, de préféren- ce en cuivre, est à l'intérieur de la bobine, de telle sorte que son inductance soit relativement faible; la bobine présente ainsi une impédance relativement fai- ble, en parallèle dans le circuit du courant à haute fréquence, l'appareil de chauf- fage tant par ailleurs établi pour donner l'augmentation initiale désirée de chauf- fage dans ces conditions.
Quand la pièce à traiter atteint sa température de décalescence, on retire le noyau de cuivre 44 de la bobine, ce qui augmente son Inductance; l'impédance du courant de-vient relativement élevée; presque tout le courant à haute fré-
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-quence passe dans la bobine 10. La quantité de chaleur produite augmente jusqu'à la valeur qu'elle avait initialement ce qui permet de continuer le chauffage à vitesse rapide.
Le mouvement du noyau 44 est obtenu au moyen de la bobine 28 alimentée par le relais 32 au moment voulu, comme on l'a vu plus haut. Le relais 32 permet l'alimentation de la bobine 28 qui attire son armature et fait sortir le noyau 43 de la bobine 20. On a prévu le même dispositif de collage que précédemment.
De même que dans la première variante, l'élément de réglage 20 pourrait être placé comme on l'a dit à propos de cette variante,,
La présente invention s'applique à de nombreuses applications de chauffage pendant lesquelles l'énergie absorbée diminue pendant le chauffage, comme par exem- ple, dans le séchage des étoffes, du bols ou autres matières diélectriques. Elle s'applique également aux appareils de chauffage par induction à haute fréquence, du type à plaque et à pertes diélectriques, et aux appareils électromagnétiques décrits.