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Système de chauffage par induction à haute fréquence.
La présente invention se rapporte à des systèmes de chauffage utilisant des courants électriques de haute fré- quence, et plus spécialement au chauffage rapide de matières par des dispositifs électromagnétiques ou électrostatique de trans- fert d'énergie.
L'appareil de chauffage à haute fréquence exécuté sui- va.nt la présente invention répond notamment aux besoins indus- triels et est d'une grande souplesse dans son usage pour le chauffage de différents genres et différentes quantités de ma- tières.
Une caractéristique particulière de l'invention réside dans le perfectionnement du circuit de transfert d'énergie élec- tromagnétique et électrostatique, permettant d'obtenir un ren- dement plus élevé dans une opération donnée et un débit de cou- rant accru.
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Une autre caractéristique de l'invention réside dans la souplesse grâce à laquelle le débit de courant neut être règle d'avance pour chaque espèce de matière à chpuffer et peut être varie da.ns de larges limites de travail.
Un avantage offert par l'invention consiste en ce qu'elle fournit des moyens simples pour le réglage du courant de chauf- fage pendant le travail, grâce auxquels .l'importance ou l'allure du chauffage peut être maintenue à une valeur constante dé- sirée, malgrés les changements dans les propriétés d'absorption de la matière causés par les effets thermiques.
Un autre avantage du système de chauffage faisant l'objet de la présente invention, et décrit dans ce qui suit, réside en ce que ce système permet de maintenir automatiquement, pendant le travail, des conditions de travail déterminées d'avance, pour des matières de différentes dimensions et de différentes propriétés physiques.
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description de l'invention, donnée ci-dessous avec réfé- rence aux dessins annexés, et des revendications qui suivent.
Dans les dessins:
La figure 1 représente schématiquement une disposition du c.ircuit de l'oscillateur de chauffage par induction et du circuit perfectionné de la bobine de charge, suivant la présente invention.
La figure 2 représente une variante d'exécution du cir- cuit, utilisant la branche à capacitance du circuit oscillant de l'oscillateur pour le débit du courant de charge.
La figure 3 représente un schéma d'un circuit modifié à compensation automatique des changements aue subit la matière en traitement.
La figure 4 représente un circuit modifié pour le trans- fert électrostatique de l'énergie de haute fréquence.
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La figure 5 représente à l'aide de courbes l'accroisse- ment du courant dans le circuit de charge effective par rapport au courant dans le circuit oscillant de l'oscillateur.
L'invention est d'une utilité particulièrement importante dans les systèmes de chauffage à haute fréquence dans lesquels on utilise une lampe oscillatrice à vide comme source d'énergie. Le perfectionnement concerne le circuit de transfert d'énergie et réside dans la disposition de l'inductance de chauffage, dans le cas de transfert inductif, ou de la, capacité de chauffage, dans le cas de transfert capacitif de l'énergie, en série avec le circuit oscillant principal de l'oscillateur. Le circuit de transfert d'énergie est proportionné de manière à offrir une faible impédance en série, comparativement à l'impédance du circuit oscillant, d'où les changements dans l'impédance effec- tive du circuit de transfert n'affectent pas sensiblement le circuit oscillant principal.
De plus,suivant l'invention on pré- voit des moyens servant à augmenter le courant dans le circuit de transfert sans changer notablement le courant circulant dans le circuit oscillant principal. Le dispositif régulateur de cou- rant est réglable à volonté ou automatiquement, de manière à compenser les pertes dues aux changements dans la réactance du circuit de transfert lors de son association électromagnétique ou électrostatique à la matière à chauffer.
Dans les dispositifs connus jusqu'à présent il est de coutume d'exécuter une partie du circuit oscillant comme circuit de transfert d'énergie à la matière à chauffer. Ordinairement la bobine d'inductance du circuit oscillant est disposée de manière à entourer la matière à chauffer. Lors du placement d'un objet dans la bobine, l'impédance du circuit oscillant est considé- rablement changée, et cette circonstance doit être compensée par le changement de la capacité de syntonisation ou d'accord de l'oscillateur. Une telle exécution du travail est indésirable et non-économique.
Pour diminuer considérablement l'effet nuisi- @ - -
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ble produit par l'insertion de la matière il est propose d'utili- ser dans les circuits de chauffage inductif exécutés suivant la présente invention, une bobine de chauffage qui ne forme qu'une petite partie seulement du circuit oscillant total. Comme la bobine est d'une impédance relativement faible par rapport au circuit oscillant principal l'impédance réfléchie lors de l'in- sertion de l'objet à chauffer n'influencera pas le circuit oscil- lant principal dans une mesure tellement importante que le fonc- tionnement de ce dernier en soit dérangé ou contrarié sérieuse- ment, ou qu'il soit nécessaire de recourir à une compensation quelconque du circuit oscillant pour rétablir des conditions de travail normales.
De même, il est proposé suivant la présente invention d'utiliser, dans les circuits de transfert capacitif de la chaleur, une capacité de chauffage qui ne forme ou'une petite partie seulement de la capacité du circuit oscillant total. Lors du changement de la réactance capacitive par suite du placement de la matière à chauffer dans le champ électrosta- tique, l'équilibre des réactances dans le circuit oscillant prin- cipal n'est pas notablement influencé.
En se référant à la figure 1, le système oscillateur, qui y est représenté comme un exemple d'exécution de l'invention, est constitué par une simple triode oscillatrice, à couplage inductif conventionnel entre ses circuits de sortie et d'entrée.
1/invention est cependant applicable à différents types d'oscil- lateurs de grande pulssance et conduitdans tous les cas aux mêmes amélio- rations du travail. La lampe à vide 1 reçoit les potentiels de travail requis d'un dispositif d'alimentation redresseur, ali- menté lui-même par le secteur, auquel sont reliées les bornes de l'enroulement primaire 2 du transformateur 3. L'enroulement se- condaire 4 est relié au filament 5 de la lampe 1, et un autre enroulement secondaire 6 met sous tension le filament 7 de la valve redresseuse 8. Le troisième enroulement secondaire 10 est relié à la prise centrale de l'enroulement 6 et à travers les bobines de réactance de filtrage 11 et la bobine d'arrêt à radio-
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fréquence 12 à l'anode 13 de la lampe à vide 1.
Le chemin conduc- teur de courant passe à travers le redresseur vers le filament 5 par le fait que l'anode 15 est reliée à la prise centrale de l'enroulement 4. Le circuit de filtrage comporte aussi les con- densateurs 16 et 17 entre les bornes de la bobine de réactance de filtrage 11 et le côté du potentiel de terre du système, qui est relié aussi à la prise centrale de l'enroulement 4. Le circuit de grille de la lampe 1 comporte entre l'électrode-grille 18 et le filament 5 l'inductance du circuit de grille 19, et la résistance de grille 20, montée en série avec l'inductance 19, la résistance de grille étant en dérivation sur le condensateur 21.
Le circuit oscillant de l'oscillateur comporte l'inductance 23 du circuit oscillant, cette inductance 23 étant couplée élec- tromagnétiquement à l'inductance 19 du circuit de grille, et la capacité 24 du circuit oscillant montée en parallèle avec elle.
Le côté haute tension du circuit oscillant est couplé à l'anode 13 par l'intermédiaire du condensateur de couplage 25.
Le circuit de transfert d'énergie dans le dispositif re- présenté sur la figure 1 est du type inductif, comportant une bobine de charge 26 montée en série avec l'inductance 23 du cir- cuit oscillant. La connexion de la bobine de charge 26 est de préférence entre la terre et la borne mise à la terre de l'in- ductance 23 du circuit oscillant. Il est à remarquer notamment que la bobine de charge 26 est en dérivation avec un condensa- teur variable 27, pour former ce qu'on peut appeler un circuit antirésonnant. La fonction de ce condensateur est importante et sera expliquée d'une manière plus détaillée dans ce qui suit.
Le condensateur 27 peut être muni d'un cadran 28 afin d'avoir une échelle pour son réglage. La bobine de charge 26 peut être exécutée physiquement sous différentes formes pour répondre à diverses conditions. Généralement elle comportera un enroulement à plusieurs spires sur une forme isolante, ou elle peut être auto-'' sustentatrice, étant donné que les spires sont constituées par un matériau relativement résistant au point de vue mécanique, L --
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comme par exemple un tube de cuivre.
Le type particulier de la bobine de charge 26 ne s'atta- che pas à l'invention, cette bobine pouvant être de toute confi- guration et dimension, aussi longtemps au' elle est exécutée de manière due son impédance soit faible comparativement à l'induc- tance du circuit oscillant.
La bobine de charge 26 représentée sur la figure 1 est en sorte entre l'inductance 2? du circuit oscillant et la terre.
Au lieu de cela, la bobine de charge 26 peut être montée dans certains cas en série, entre la branche capacitive du circuit oscillant et la terre, comme ceci est représenté sur la figure 2.
Les éléments et parties composantes du système sont suivant cette dernière exactement les mêmes que ceux suivant la figure 1, et les mêmes chiffres de référence servent à les désigner. La différence réside seulement dans la place au'occupe la bobine 26 dans le circuit, cette bobine y étant montée en série avec le retour à la terre de la capacité 24 du circuit oscillant. En réalité la bobine 26 est ici dans cet exemple également en série avec le circuit oscillant, en ce sens que le courant du circuit osdillant passe par la bobine 26 et contribue à l'effet calorifi- que produit par le courant total circulant dans le circuit de transfert d'énergie. Ce dernier comporte la bobine 26 et le con- densateur 27.
Le fonctionnement du système décrit par rapport aux fi- gures 1 ou se présente comme suit : débit effectif de la lampe oscillatrice 1, utilisé pour le chauffage, est celui du courant qui passe par l'élément d'impédance associé avec la matière à traiter, à savoir, par la bobine 26. Comme cette dernière est effectivement en série avec le circuit oscillant principal, elle est porteuse du courant du circuit oscillant.
Ce courant est le plus souvent d'une intensité suffisante pour exercer l'action calorifique requise sur la matière. Mais, lorsque la matière à traiter est mise en place il se produit un changement @
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de courant, dû au changement de la réactance effective de la bo- bine 26. Il a été mentionne plus haut que la bobine de charge est proportionnée de manière à avoir une réactance de valeur relativement petite par rapport à l'inductance 23 du circuit oscillant principal. Par conséquent le changement de courant produit par la matière à traiter n'exercera qu'une faible action sur le circuit oscillant et le fonctionnement de l'oscillateur ne changera pas notablement.
Bien que cet effet soit faible, il est .possible de le réduire d'avantage et d'augmenter en même temps le courant de chauffage à une valeur qui est plusieurs fois celle du courant du circuit oscillant par le fait qu'on monte un con- densateur convenable 27 en dérivation avec la bobine de chauffage 26, cornue ceci est représenté sur les figures 1 et 2. La fonc- tion de ce condensateur est l'un des points saillants de l'in- vention et confère au système non seulement un rendement supé- rieur, mais aussi une grande souplesse au point de vue du réglage du courant de chauffage, sans contrarier le circuit oscillant principal. Lorsque le condensateur 27 a la capacitance convenable pour former un circuit résonnant parallèle avec la. bcbine 26, à la fréquence de travail, le courant effectif est accru.
Théori- quement le courant sera infiniment grand et sa valeur pratique est régie par les pertes résistives, ou I2R, de la bobine. Il est évident qu'avariant la capacité du condensateur 27 le courant effectif peut être varié pour prendre une valeur conve- nable ou désirée pour la matière particulière à chauffer. Indé- pendamment de la matière se trouvant sous l'influence électro- magnétique de la bobine 26, le courant effectif dans cette dernière sera accru grâce à l'utilisation du condensateur 27, à. une valeur supérieureà celle du courant du circuit oscillant qui la traverserait normalement.
Cette augmentation est repré- sentée par des courbes sur la. figure 5 sur laquelle l'ordonnée représente le rapport de la résistance inductive à la résistance capacitive de la bobine 26 et du condensateur 27. Pour l'illus-
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trption ce rapport est pris comme unit, pour le courait de tra- vail maximum. L'abscisse montre l'augmentation relative du courant de chauffage effectif au-desaus du courent du circuit oscillant choisi également comme un.ité. L'augmentation du courant de la valeur représentée par la courbe A à celle des courbes B et C indique les conditions réalisées lorsoue l'accouplement électromagnétique entre la bobine de charge et le metière est changé.
En d'autres tordes, le courant change, pour un réglage particulier du condensateur 27, lorsqu'on place différents gen- res de matières dans la bobine 26. Pour une matière qui occupe un plus grand espace, par exemple des barres de fer de grand diamètre, le courant augmentera au-dessus du courant du circuit oscillant à la valeur représentée par la courbe A. Avec une matière de petit diamètre, donnant un moindre accouplement ma- gnétique, le courant augmentera à la valeur représentée par la courbe B. Alors qu'avec une matière entraînent un moindre changernent dans la réactance de la bobine 26, le courant augmente- ra davantage, comme ceci est représenté par la courbe C.
Par conséquent le courant qui est supérieur au courant du circuit oscillant grâce au condensateur 27, est, par consé- ouent limité seulement par la perte résistive inhérente à la bobine 26. Tout changement apport± à cette condition et en- traînant une perte plus grande 'par effet Joule diminuera le courant dans le sens rapprochant de la va leur du courant normal du circuit oscillant. On conçoit de ce qui précède, qu'avec un réglage particulier du condensateur 27 la matière en traitement changera le courant de chauffage effectif. Inverse- ment, avec une certaine matière à traiter le courant effectif peul être varié par un changement de la capacité du condensateur 27.
Lorsque le système de chauffage est utilisé pour la production ou le traitement industriel d'une matière détermi- née, il est possible de régler d'avance le courant que l'on - veut obtenir, en réglant le condensateur 27 sur un point déter- @ - - --
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miné d'un cadran ou d'un indicateur convenable 28. S'il s'agit de traiter des matières de différentes dimensions on peut ré- gler le cadran cbaque.fois sur un point déterminé correspondant à. la nouvelle matière à traiter.
Souvent il est aussi avantageux de changer le réglage du condensateur pendant que la matière est en traitement, afin de maintenir un effet de chauffage uniforme, notamment pour compenser le changement réactif causé par le changement des propriétés magnétiques de la matière lorsque elle atteint son point de Curie.
Un système pour le réglage automatique du courant de chauffage en concordance avec les changements produits par l'effet thermique dans la matière, est représenta sur la figure ::'. Les parties constituantes, identiques avec celles représentées sur la figure 1, y sont désignées par les mêmes chiffres de ré- férence, Le condensateur 27 y représenté est commandé par un moteur 24 qui possède deux enroulements inducteurs 75 et et.: en série avec l'induit 37. L'énergie motrice du moteur 34 est dérivée d'un enroulement secondaire additionnel 38 du transformateur 3.
Le débit de cet enroulement est redressé per un montage en pont conventionnel comportant les redresseurs 39, fournissant du courant continu à une résistance de charge 40. Une borne de la résistance 40 est reliée à l'induit 37 et l'autre borne à un commutateur unipolaire constituant la, partie mobile d'un relais polarisé.
Lorsque le contact mobile 41 du relais 42 s'applique sur le contact 43, l'enroulement inducteur 36 est mis sous tension et le moteur tourne dans un sens, tandis qu'au moment ci') le contact mobile 41 s'applique sur le contact 44 c'est l'en- roulement inducteur 35 qui est mis sous tension et le moteur tourne dans l'autre sens, Le mouvement du relais 42 est engendré par le. bobine 46 du relais, dont une borne est reliée à une prise variable de la. résistance 40 et l'autre borne au potertiel de terre du système oscillateur. Le circuit oscillateur comprend, outre les parties constitutives conventionnelles décrites avec A
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référence à la figure 1, une résistance 47 en série avec le circuit anode-cathode, et par conséquent porteuse du courant anodique.
La borne positive de la source d'alimentation du re- dresseur est relire à la borne filament de la, résistance 47. Le courant anodique produit une chute de tension à travers la ré- sistnnce 47, et sous ce rapport cette dernière peut être con- sidérée cornue une source de tension. Lors du flux du courant la chute cie tension est d'une polarité telle que la. borne négative est celle qui est reliée à la terre. En d'autres termes, la. tension produite à travers la résistance 47 et la tension fournie à travers la résistance 40 sont opposées l'une à l'autre. Le curseur de la résistance 40 peut être réglé dans les conditions de travail statiques ou normales sur un point où les deux ten- sions sont égales et la bobine 46 n'est pas excitée.
Lorsrue la bobine 46 n'est pas traversée par du courant, le contact mobile
41 est maintenu en une position neutre entre les contacts 43 et 44 par les ressorts 50 et 51. Le faible changement produit dans le circuit oscillateur par un changement de réactance pro- duit par la matière à traiter ou en traitement est suffisant pour déséquilibrer les rapports de tension susmentionnés, en ce sens que le courant anodiaue de la lampe oscillatrice changera aussi et la tension agissant à travers la résistance 47 aura une valeur plus élevée ou plus basse qu'auparavant. Les deux tensions, qui étaient avant cela équilibrées entre les bornes de la bobine 46 seront déséquilibrées, et l'une d'elles dominera sur l'autre.
Si la tension produite à travers la résistance 47 aug- mente, le courant coulera dans une direction vers la bobine 46, en provoquant le déplacement du contact 41. Les connexions des enroulements inducteurs 55 et 36 respectivement, sont établies par rapport aux contacts 43 et 44 de manière oue lors d'une aug- mentation du courant dans la résistance 47 le moteur provoque la rotation du condensateur 27 dans un sens convenable pour réta- @
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blir l'équilibre précédent des courants. Le moteur tournera jusqu'à ce que les tensions à travers les résistances 47 et 40 soient balancées.
Far contre, lorsque la chute de tension à travers la résistance 47 diminue le courant coulera dans la. direction opposée à travers la bobine 46, en obligeant le moteur de tourner en sens inverse et de tourner le condensateur 27 jusqu'au point où la, chute de tension à travers la résistance 47 est augmentée de manière à balancer celle à travers la résistance 40.
En se référant à la figure 4, la modification apportée au circuit de chauffage à haute fréquence y représenta est conçue de manière à réaliser un transfert capacitif d'énergie pour le chauffage de matières exemptes de propriétés magnétiques.
Parmi les matières de ce genre on peut mentionner le tabac qu'on peut sécher très efficacement par un traitement à haute fréquence.
Les avantages offerts par ce procédé de traitement sont multi- ples et se son avérés pratiquement avantageux dans l'industrie du tabac.
La matière à chauffer est placée dans le champ électros- tatique du condensateur 27 et devient un corps diélectrique dans le champ électrostatique. Pour obtenir les avantages offerts par les circuits de chauffage par induction, décrits plus haut et résidant dans l'augmentation du courant de chauffage et la fa- cilité du réglage, le condensateur 27 est shunté par une induc- tance 26 qui peut être variable, par exemple à l'aide d'une série de prises coopérant avec un commutateur rotatif 30, ou de toute autre manière voulue. La graduation 28 est combinée dans ce cas avec le commutateur 30 de manière à indiquer la prise choisie.
Le fonctionnement de ce circuit est essentiellement le même que celui décrit par rapport avx circuits de chauffage par induction, excepté que l'accord servant à régler le courant dans le circuit de transfert d'énergie est effectué en faisant varier
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l'inductance 26 au lieu de la. capacité 27. Cette dernière est constituée par Isolément fixe et le circuit de charge effective.
Les courbes représentées sur la figure 5 s'appliquent également aux conditions de travail du circuit suivant la figure 4.
Les améliorations apportées par la présente invention sont doubles. Le circuit de transfert d'énergie à faible impédance monté en série avec le circuit oscillant, élimine l'effet nuisi- ble d'une résistance réfléchie dans le circuit oscillant, qui serait accompagnée par des changements du courant de chauffage.
Par conséquent le courant de chauffage reste sensiblement constant puisque le courant du circuit oscillant ne varie pas.
En outre, le courant de chauffage peut être accru au-dessus de la valeur du courant du circuit oscillant par des moyens simples conduisant à un réglage de courant effectif dans de larges li- mites.
REVENDICATIONS ---------------------------
1) En combinaison avec des moyens pour la production de courant alternatif: un réseau excité par lesdits moyens et com- portant capacitance, inductance et un circuit anti-résonnant, tous montés en série, une partie du circuit anti-résonnant com- portant des moyens pour le transfert d'énergie Electromagnétique à une charge subissant un traitement thermique.
2) En combinaison avec des moyens pour la production de courant alternatif de haute fréquence: un réseau excité par lesdits moyens et comportant capacitance, inductance et un cir- cuit anti-résonnant, tous montés en série, une branche du cir- cuit anti-résonnant comportant des moyens pour le transfert d'é- nergie électromagnétique à une charge subissant un traitement thermique.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.