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Générateur symétrique pour le chauffage électrique par induction.
L'invention concerne le chauffage électrique par induction. Ce procédé est fréquemment utilisé pour chauffer des parties conductrices de l'électricité: ces parties soht exposées au champ magnétique alternatif d'un inducteur formé par un ou plusieurs conducteurs que traverse un courant électrique de fréquence plus ou moins élevée.
D'une façon générale, cet inducteur présente la forme d'un enroulement hélicoïdal à champ magnétique essentiellement aaial, le pas de l'hélice étant petit par rapport à sa plus grande dimension transversale.
L'invention concerne en particulier le cas dans lequel ce courant électrique.alternatif est obtenu à l'aide d'un généra-
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teur à circuit de sortie symétrique, alimenté à une'prise médiane de l'inductance de ce circuit.
Le solénolde formant cette inductance constitue soit l'inducteur direct soit l'enroulement primaire d'un transformateur dont l'enroulement secondaire est relié à l'inducteur. Les extrémités de ce solénolde sont toutes deux reliées à une même borne de la source d'alimentatiom en courant, chacune par l'intermédiaire d'un organe de commande de courant. Ces deux organes identiques sont commandés de la même manière et à tour derôble. Le circuit de sortie mentionné comprend un condensateur qui est généralement relié en parallèle aux extrémités mentionnées. La prise médiane, par contre, est reliée à l'autre borne de la source d'alimentation en courant, généralement par l'intermédiaire d'une bobine de self-inductance. L'ensemble est donc symétrique.
Le fonctionnement.d'un tel générateur est décrit pour une autre application dans la Revue Technique Philips, tome 23, 1961, n s 7-8, dans l'article de J.J. Wilting intitulé "Convertisseurs courant continu-courant alternatif, à redresseurs au silicium commandés, pour l'éclairage fluorescent."
Toutefois, pour obtenir que la symétrie de constriction mentionnée se retrouve dans le fonctionnement et offre les avantages que l'on en attend, à savoir identité de la charge de deux organes de commande et usage optimal de l'ensemble, il faut que le solénoïde précité lui-même soit chargé symétriquement. Or, dans le cas où ce dernier forme l'inducteur, il peut être impossible ou difficile de maintenir l'organe à chauffer'dans une position assurant cette symétrie.
C'est ainsi que lorsque cet organe est petit et se trouve à l'extrémité d'un ensemble dont les autres éléments ne doivent pas être chauffés ou sont trop grands pour pouvoir être introduits dans l'inducteur, il ne chargera que l'une des moitiés de cet inducteur. Il en est de même lorsque les organes à chauffer traversent l'inducteur l'un à la suite de l'autre.
Dans le cas où le solénolde considéré forme l'enroule-
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ment primaire d'un transformateur, il est désirable de pouvoir régler le coefficient l'induction mutuelle de ce transformateur 'afin d'obtenir un emploi optimal du générateur. Ce réglage est .généralement obtenu par un déplacement axial des deux enroulements et il est alors impossible de maintenir la symétrie'de la charge que l'enroulement secondaire forme pour le soléncïde primaire.
L'invention concerne un générateur symétrique pour le chauffage électrique par induction, dans lequel la symétrie de fonctionnement est indépendante de la position de l'élément formant la charge.
Le générateur comporte un enroulement dont les deux extrémités sont reliées à la même borne d'une source de courant d'alimentation, chacune par l'intermédiaire d'un organe de comnan- de de courant et dont une prise médian est reliée à une autre borne de ladite source, alors que les deux moitiés de cet enroulement sont pratiquement de même construction et de mêmes dimensions et que les champs magnétiques créent un courant qui traverse en série les deux moitiés dans le même sens.
Le générateur conforme à l'invention présente la particularité que les deux dites moitiés coïncident pratiquement dans l'espace.
Il y a lieu de noter qu'un inducteur pour le chauffage par induction formé par deux solénoïdes reliés en série, dont l'un entoure l'autre, est déjà décrit dans le brevet américain n 1.744.983 déposé le 2-8-1928. Le dispositif décrit dans ce brevet vise à réduire.àzéro la valeur du champ magnétique de dispersion à l'extérieur de l'inducteur, le champ du solénoïde extérieur étant opposé à celui du solénolde intérieur. Les sens des champs des deux solénoldes doivent donc être opposés tant à l'intérieur qu'à l'extérieur de l'inducteur, la présence d'un champ résultant à l'intérieur de l'inducteur étant due au fait que les diamètres des deux solénoldes sont très'différents.
Les deux moitiés de l'enroulement conforme à l'invention,
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qui sont identiques en ce qui concerne leur constitution et leur position, sont toujours couplées simultanément à la charge quelle que soit la nature et la position de celle-ci, ce qui assure la symétrie du fonctionnement du générateur, à condition que celuici soit construit d'une manière symétrique.
Il va de soi que les deux moitiés ne sauraient occuper exactement la même position, mais diverses dispositions permettent d'obtenir pratiquement le même résultat. Lorsque chaque moitié d'un enroulement hélicoïdal forme par exemple une couche cylindrique à spires pratiquement jointives, et de section rectangulaire, l'une des moitiés peut entourer l'autre aussi étroitement que le permet l'épaisseur des couches, c'est-à-dire celle du conducteur linéaire et de a matière isolante. En ce qui concerne le couplage, la différence en rayon de ces couches pourra en général être négligée.
Lorsqu'on néglige cette différence, dans ce dispositif, les spires formées par les deux moitiés peuvent soit avoir le même pas, soit avoir un pas opposé de même grandeur; dans ce dernier cas, une moitié est symétrique par rapport à l'autre en ce qui concerne un plan passant par l'axe.
Les deux extrémités du cylindre commun peuvent être désignées par Nord et Sud. Le conducteur linéaire est enroulé d'abord . du Nord vers le Sud. Avec le pas opposé, dès qu'il est arrivé au Sud, il forme un faible coude et retourne vers le Nord tout en étant toujours enroulé dans le même sens. La prise médiane se trouve donc au Sud et les deux extrémité au Nord.
Le conducteur est toujours enroulé dans le même sens pour que les champs magnétiques, qui sont créés dans chacune des deux moitiés par un courant qui les traverse en série, soient de même sens. Dans le cas de pas égaux non seulement en grandeur mais également en sens, le conducteur, lorsqu'il est parvenu au Sud retourne vers le Nord, et un conducteur auxiliaire non enroulé relie le Nord au Sud. La prise médiane est alors reliée à ce conducteur auxiliaire, l'une des extrémités se trouvant au Nord et l'autre au Sud.
D'autre part, avec des demi-enroulements, à même pas et
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traversés en série pas un courant électrique d'une intensité variable, la tension électrique entre les spires voisines des demienroulements est toujours égale à la moitié de la tension totale aux bornes de l'enroulement, tandis que, dans le cas de pas opposés, cette tension totale est atteinte à proximité des extrémités. Pour un isolement électrique donné, il est donc possible d'induire des courants plus intenses dans les organes à chauffer lorsque les demi-enroulements ont le même pas.
Lorsque, dans ce dernier cas, les spires de chacune des deux demi-bobines présentent des interstices suffisants, il est en outre possible d'enrouler desspires d'une moitié entre celles de l'autre demi-bobine. Les rayons des deux cylindres sont alors rigoureusement égaux. Un tel enroulement pourrait être appelé "bifilaire" et cette forme de réalisation préférée est représentée schématiquement sur le dessin annexé.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif,. fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de l'invention.
Le générateur représenté est alimenté par une source de courant 1 dont l'une est reliée, par l'intermédiaire d'une bobine de self-inductance 2, à un conducteur auxiliaire 3 qui forme, entre ses extrémités 3a et 3b, la prise médiane de l'enroulement hélicoïdal 4 faisant office d'inducteur.
L'autre borne de la source 8 est reliée aux extrémités 4a et 4b de l'inducteur 4 par l'intermédiaire d'organes de commande d'intensité de courant formés par les redresseurs semi-conducteurs commandés 5a et 5b, également appelés thyristors. Ces éléments ne laissent passer le courant que dans leur sens "direct" et qu'après avoir été rendus conducteurs par une courte impulsion de courant fournie à leur électrode de commande 6a, 6b. Leur propriété de conducteur disparaît par exemple lorsque le courant qui les traverse passe par zéro et ne réapparaît qu'après l'applica-
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tion d'une nouvelle impulsion de commande. Ces impulsions sont fournies ici aux instants requis par une source d'impulsions 7 de réalisation connue. Un condensateur 8 est inséré entre les extrémités 4a et 4b.
L'organe à chauffer 9 est représenté en poin- tillé comme partie d'un ensemble plus volumineux 10.
Pour le fonctionnement de l'ensemble , on se reportera à l'article de J.J. Wilting, mentionné dans le préambule. Lorsque la source d'impulsions 7 a fourni une impulsion rendant conducteur le redresseur 5a, un courant d'intensité croissante traverse la bobine 2, et ensuite une fraction de ce courant traverse le dimiinducteur 3a 4a et une fraction l'autre demi-inducteur 3a, 4b vers le condensateur 8, de sorte que le circuit de courant 3,4, 8 est comparable à un condensateur monté enssérie avec la bobine 2. D'autre part, le condensateur 8 est branché en parallèle avec l'enroulement 4 doht l'inductane n'est pas réduite entièrement à zéro par la présence de la charge 9.
De ce fait, il y a tendance à établissement d'un régime oscillatoire tel qu'une période de conduction du redresseur 5a, période à la fin de laquelle ce redresseur cesse d'être conducteur, suit une période de conduction du redresseur 5b. Cette conduction alternée des redresseurs 5 provoque dans l'inducteur 4 un courant de commande total en forme de créneaux ou plus ou moins sinusoïdal. Les couplages respectifs de chacune des deux moitiés de cet inducteur avec la charge 9 sont en tout cas les mêmes quelle que soit la position de cette charge. Les régimes de fonctionnement de chacun des redresseurs
5 sont donc également identiques. D'autre part, un réglage de fonctionnement optimal pour une demi-période est automatiauement valable aussi pour l'autre demi-période.
Pour l'application décrite ici, l'enroulement 4 est réa- lisé en fil de cuivre mais il pourrait également être réalisé en ruban de cuivre ou par un tube de cuivre que traverse un moyen ré- frigérant.