WO2007141422A1 - Dispositif de chauffage par induction a haute frequence, et four a induction equipe d'un tel dispositif - Google Patents

Dispositif de chauffage par induction a haute frequence, et four a induction equipe d'un tel dispositif Download PDF

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WO2007141422A1
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capacitor
inductor
capacitors
voltage
terminals
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PCT/FR2007/000932
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English (en)
Inventor
Philippe Roehr
Ivan Novikoff
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Celes
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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

Definitions

  • the invention relates to an induction heating device of the kind comprising:
  • an inductor adapted to surround, at least partially, an inductive element to be heated, the inductor having a determined inductance for a desired heating power, and a capacitive connection between the power supply and the inductor provided for increase the voltage across the inductor with respect to the voltage supplied by the power supply.
  • high frequency used for the alternating current is meant a frequency equal to or greater than 10 kilohertz (kHz).
  • kHz kilohertz
  • a high frequency AC power supply 1 consists of a frequency converter.
  • One or more compensation capacitors 2 are connected to the terminals of the converter.
  • the inductor 3 surrounds a metal strip 4 to be heated; the length of the strip 4 is perpendicular to the plane of FIG.
  • Intensity currents of intensity I surround the band 4 so as to create induced currents whose circulation is schematically represented by a dotted line.
  • the frequency converter 1 provides the active power needed to heat the metal strip 4.
  • the capacitor, or the capacitor bank, 2 provides the power reactive necessary to the magnetization of the space in which the magnetic field created by the inductor 3 develops.
  • two link capacitors 2 'in series, combined with the capacitor 2 are provided for increasing the voltage across the inductor.
  • L is equal to the inductance of inductor 3 (expressed in henry), ⁇ is the pulsation of the alternating current of the supply current
  • the power Pt transferred by induction to the band 4 is proportional:
  • n the number of turns of the inductor 3 or primary circuit
  • the current I is important, of the order of a few thousand amperes to several tens of thousands of amperes.
  • the inductance L because of the geometrical size of the inductor 3, often connected to that of the armature 4 that it surrounds, can not fall below a minimum value of the order of a few tenths of a microhenry for band heating inductors, even by constructing inductors called "monospires", that is to say, a single turn.
  • connection connections must be "compensated", that is to say have a minimum connection inductance. This reduction in the inductance of the connections can only be obtained by bringing the supply conductors of the inductor and the internal conductors of the capacitor bank as close as possible. As illustrated schematically on
  • the distance e between the connection connections must be minimal to limit the parasitic inductance of the connection.
  • capacitor bank often consisting of elementary capacitors with low resistance in unit voltage, connected in series-parallel.
  • an inductive heating device of the kind defined above is characterized in that the inductor consists of at least two distinct inductive elements connected together in series by at least one capacitor, the voltage which appears between the points of connection of the elementary inductive parts being reduced with respect to the voltage necessary for the operation of the inductor, for a desired heating power.
  • the device may comprise a capacitor connected between the terminals of the power supply and three distinct inductive elements, having or not even elementary inductance, interconnected in series by two connecting capacitors.
  • the device may comprise a capacitor connected between the terminals of the power supply and two distinct inductive elements, interconnected in series by a connecting capacitor.
  • the device comprises a capacitor connected between the terminals of the power supply and N distinct inductive elements, interconnected in series by N-1 connecting capacitors.
  • connection capacitor or capacitors have capacitance values equal to each other, and equal to the capacitance of the capacitor connected to the terminals of the supply.
  • the capacitors, or capacitor banks have capacitance values different from those of the capacitor, or of the capacitor bank, connected to the terminals of the high frequency power supply, to obtain elevation ratios. non-integer voltage.
  • connection capacitor (s) are located in a zone opposite to the supply with respect to the armature.
  • the capacitors or capacitor banks can be distributed over the perimeter of the armature in order to optimize the occupation of the space in the vicinity of the armature.
  • the or each connecting capacitor may consist of a capacitor bank.
  • the invention also relates to an induction heating furnace.
  • a heating furnace for metal strips is characterized in that it comprises an induction heating device, with one or more turns, as defined above.
  • the capacitors, or capacitor banks, of connection can be placed inside the furnace envelope, in the atmosphere of the furnace.
  • induction heating is the melting of glass or oxide in a direct coil.
  • Fig.1 is a diagram of an induction heating device according to the state of the art.
  • Fig.2 is a diagram similar to Fig.1, with a monospiral inductor shown in perspective, according to the state of the art.
  • FIG. 3 is a diagram of a circuit with a battery of voltage multiplying capacitors, according to the state of the art.
  • Fig.4 is a diagram of a heating device according to the invention.
  • Fig.5 is an equivalent diagram of the device of Fig.4.
  • FIG. 6 is a variant of the scheme of Fig.5.
  • FIG. 7 is a perspective diagram illustrating the displacement of a strip to be heated in a single-phase inductor equipped with a connection capacitor.
  • Fig.8 is a diagram of a single-turn glass melting furnace according to the state of the art
  • Fig.9 is a schematic diagram of a monospire glass melting furnace according to the invention.
  • an inductive heating device H which comprises a frequency converter 1 constituting the high frequency power supply equal to or greater than 10 kHz.
  • the inductor connected to the terminals of the capacitor 2 and the power supply, consists of at least two distinct inductive elements.
  • the inductor consists of three elementary inductive parts 3a, 3b, 3c interconnected in series by at least one capacitor, or capacitor bank, 2a, 2b. inductance equivalent to those of the elementary inductive parts 3a, 3b, 3c, in series is equal to the determined value L of the inductor 3 of a conventional assembly according to FIGS.
  • the voltage U1 develops between the terminals 6a and 7c of the respective elementary inductive parts 3a and 3c; the voltage U2 between the terminals 7a and 6b of the elementary inductive parts 3a and 3b and the voltage U3 between the terminals 7b and 6c of the elementary inductive parts 3b, 3c.
  • the capacitor 2 is connected to the terminals 6a, 7c whereas the capacitors 2a, 2b are respectively connected to the terminals 7a, 6b and to the terminals 7b, 6c.
  • the inductor formed by all of the elementary inductive parts 3a, 3b, 3c may be installed inside an enclosure 8 of a heating furnace located by example in a protective atmosphere, especially H2 + N2, to keep separate from the presence of air or oxygen to avoid the risk of explosion.
  • the envelope 8 is waterproof, and made for example of sheet steel.
  • the capacitors 2a, 2b can be housed inside the envelope 8 because induction heating does not cause excessive temperatures in the interior volume of the envelope 8.
  • a single watertight passage 9 is to make, through the wall of the casing 8, for the passage of end branches 10a, 10c of the inductors 3a, 3c in order to make the connection terminals 6a, 7c accessible from the outside of the casing 8.
  • the realization of a tight passage 9 being relatively expensive, it is particularly interesting to be able to avoid such a sealed crossing at the terminals 7a, 6b and / or 7b, 6c.
  • Fig.5 is an electrical diagram equivalent to the installation of Fig.4.
  • the same numerical references have been reproduced in the diagram of FIG. 5 showing that the inductor, of inductance L, is divided into several parts, three in the example in question, connected by capacitors 2a, 2b, 2.
  • .6 is a diagram of another exemplary embodiment for a series oscillating circuit in which the inductor is divided into two parts 3a, 3b connected by a capacitor 2a.
  • the other end terminals of the elementary inductive parts 3a, 3b are respectively connected to a plate of a capacitor 2 or 2b, itself connected by its other plate to a terminal of the power supply.
  • This assembly can be provided with or without a transformer 11.
  • This concept can easily be generalized to a number of connection points different from those illustrated by the examples of Fig.4 to 6, and / or with inductors with two turns or more than two turns.
  • FIG. 7 is a simplified perspective diagram illustrating the case of a monospiral inductor 3 for metal strip 4 which scrolls vertically according to the representation of FIG.
  • Fig.8 illustrates another example of application of induction heating in the case of a glass melting furnace or oxides, in direct turn.
  • an induction glass melting furnace there is a high-frequency power supply constituted by a frequency converter 21, with a capacitor, or a capacitor bank, 22 of compensation connected between the terminals of the converter.
  • An inductor 23, for example single-core, connected to the terminals of capacitor 22 surrounds a mass of molten glass G, which is electrically conductive.
  • the weak point of induction furnaces melting glass or refractory oxides is located in a zone A closing the turn and connection to the power supply.
  • This zone A is subject to electrical ignition between the conductors because of the large potential difference between the supply terminals 26a, 26b of the inductor.
  • the currents induced in the mass G of glass are schematically represented by a dotted line 25.
  • the inductor is divided into two elementary inductive parts 23a, 23b, represented here symmetrically and the equivalent inductance of the two inductors 23a, 23b is equal to that of the inductor 23 of Fig.8.
  • the ends of the elementary inductors 23a, 23b opposite to the power supply are connected to a capacitor 22a connected to the respective terminals 27a, 27b of the elementary inductors.
  • the voltage between the points 26a, 26b, according to Fig.9, is halved, while the transferred heating power is retained.
  • the inductor 23 having an inductance L, and the capacitor 2 having a capacitance C, the pulsation of the current being ⁇ , the relation LC ⁇ 2 1 is satisfied for the resonance.
  • the voltage across each elementary inductive part is L / 2 ⁇ I
  • the transferred power equal to the sum of the powers transferred by each elementary inductive part, is the same as for Fig.8.
  • the voltage at the terminals of the capacitor 22 and between the points 26a, 26b is equal to 1 / 2C ⁇ , which is half of what it is in FIG. 8 for the same power transferred in the armature to be heated.

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Abstract

Le dispositif de chauffage par induction comporte : une alimentation électrique à haute fréquence; un inducteur (3) propre à entourer, au moins partiellement, un élément induit (4) à chauffer, cet inducteur ayant une inductance de valeur déterminée (L) pour une puissance de chauffage souhaitée; et un montage capacitif de liaison entre l'alimentation et l'inducteur prévu pour augmenter la tension aux bornes de l'inducteur par rapport à la tension fournie par l'alimentation. L'inducteur est constitué d'au moins deux parties inductives élémentaires distinctes (3a, 3b, 3c) reliées entre elles en série par au moins un condensateur (2, 2a, 2b), la tension qui apparaît entre les points de raccordement des parties inductives élémentaires étant réduite par rapport à la tension nécessaire au fonctionnement de l'inducteur pour une puissance de chauffage souhaitée.

Description

DISPOSITIF DE CHAUFFAGE PAR INDUCTION A HAUTE FREQUENCE, ET FOUR A INDUCTION EQUIPE D'UN TEL DISPOSITIF.
L'invention est relative à un dispositif de chauffage par induction du genre de ceux qui comportent :
- une alimentation électrique à haute fréquence,
- un inducteur propre à entourer, au moins partiellement, un élément induit à chauffer, l'inducteur ayant une inductance de valeur déterminée pour une puissance de chauffage souhaitée, - et un montage capacitif de liaison entre l'alimentation et l'inducteur prévu pour augmenter la tension aux bornes de l'inducteur par rapport à la tension fournie par l'alimentation.
Par l'expression « haute fréquence » utilisée pour le courant alternatif on désigne une fréquence égale ou supérieure à 10 kilohertz (kHz). Une application du chauffage par induction concerne les bandes métalliques. Le chauffage par induction de bandes métalliques est de plus en plus utilisé par l'industrie sidérurgique pour des applications diverses telles que :
- amélioration de la productivité de four conventionnel ; - séchage de produits de revêtement divers (peinture, galvanisation, etc.);
- traitement thermique (recuit, survieillissement...), et d'autres encore.
La progression des performances des semi-conducteurs permet maintenant de fabriquer des convertisseurs de fréquence de puissance unitaire de plusieurs mégawatts et de fréquence de sortie de plusieurs centaines de kilohertz.
Le principe d'une installation classique, selon l'état de la technique, est illustré sur les Figures 1 à 3 des dessins annexés dans le cas d'un circuit oscillant parallèle et d'un inducteur à flux longitudinal. Une alimentation électrique 1 à courant alternatif à haute fréquence est constituée d'un convertisseur de fréquence. Un ou plusieurs condensateurs de compensation 2 sont branchés aux bornes du convertisseur. L'inducteur 3 entoure une bande métallique 4 à chauffer ; la longueur de la bande 4 est perpendiculaire au plan de Fig.1. Des courants inducteurs d'intensité I entourent la bande 4 de manière à créer des courants induits dont la circulation est schématiquement représentée par une courbe 5 en pointillés. Le convertisseur de fréquence 1 fournit la puissance active nécessaire au chauffage de la bande métallique 4. Le condensateur, ou la batterie de condensateurs, 2 fournit la puissance réactive nécessaire à la magnétisation de l'espace dans lequel le champ magnétique créé par l'inducteur 3 se développe. Selon Fig.3 deux condensateurs de liaison 2' en série, combinés avec le condensateur 2, sont prévus pour augmenter la tension aux bornes de l'inducteur. Le circuit formé par l'inducteur 3 et les condensateurs 2, 2' est un circuit oscillant, et la tension électrique U (exprimée en volts) qui se développe aux bornes de l'inducteur 3 (abstraction faite de la résistance ohmique) s'écrit : U=Lωl, formule dans laquelle :
L est égal à l'inductance de l'inducteur 3 (exprimée en henry), ω est la pulsation du courant alternatif du courant d'alimentation
(en radians par seconde)
I est l'intensité du courant dans l'inducteur 3 (en ampères), ω = 2πF, avec F égal à la fréquence du courant alternatif. La puissance Pt transférée par induction à la bande 4 est proportionnelle :
- au carré du champ magnétique, lui-même proportionnel au nombre d'ampères tours n.l , où n est le nombre de spires de l'inducteur 3 ou circuit primaire,
- à la racine carrée de la pulsation ω du courant. Pour transmettre une puissance élevée, il faut, toutes choses égales par ailleurs, que le courant I soit important, de l'ordre de quelques milliers d'ampères à plusieurs dizaines de milliers d'ampères.
L'inductance L en raison de la taille géométrique de l'inducteur 3, souvent reliée à celle de l'induit 4 qu'il entoure, ne peut descendre au-dessous d'une valeur minimale de l'ordre de quelques dixièmes de microhenry pour des inducteurs de chauffage de bande, même en construisant des inducteurs dits « monospires », c'est-à-dire à une seule spire.
Enfin, ω atteint des valeurs élevées pour permettre de chauffer des bandes minces 4 et éviter une chute de rendement du système. L'équation U= Lωl montre directement que le courant I important, nécessaire pour que la puissance transmise soit élevée, ne peut être obtenu qu'en appliquant une tension U de plusieurs milliers de volts. Cette tension est le plus souvent atteinte par un montage capacitif « multiplicateur de tension ou élévateur capacitif ». Selon Fig.3 cet élévateur capacitif fait intervenir deux condensateurs 2' en série avec l'inductance.
Pour assurer de bonnes conditions d'oscillation du circuit formé par l'inducteur 3 et les condensateurs 2, 2' du circuit de l'inducteur, on s'efforce généralement de satisfaire la condition de résonance entre les valeurs de l'inductance L et la capacité Ceq équivalente à celles des condensateurs du circuit , selon la formule : L Ceq ω2 = 1
Dans l'exemple de Fig.3, en considérant le cas où les trois condensateurs 2, 2' ont chacun même valeur C de capacité , la capacité équivalente Ceq de ces trois condensateurs en série dans la boucle fermée comportant l'inducteur est CΘq = C/3.
La relation : L Ceq ω2 = 1 devient , en remplaçant Ceq, par C/3 : L C/3 ω2 = 1 d'où : L ω = 3/ Cω La tension aux bornes de l'inducteur Lωl est donc égale à 3 I / Cω, tandis que la tension aux bornes de la capacité de compensation 2, qui correspond à la tension d'alimentation, est égale à I/ Cω. La tension aux bornes de l'inducteur est donc multipliée par trois.
La tension très élevée appliquée à l'inducteur pose de nombreux problèmes de réalisation des équipements, qui doivent éviter une chute de tension inopportune entre le condensateur, ou la batterie de condensateurs, et l'inducteur. Les connexions de raccordement doivent être « compensées », c'est-à-dire présenter une inductance de liaison minimale. Cette diminution de l'inductance des connexions ne peut être obtenue qu'en rapprochant le mieux possible les conducteurs d'alimentation de l'inducteur et les conducteurs internes de la batterie de condensateurs. Comme illustré schématiquement sur
Fig.2, la distance e entre les connexions de raccordement doit être minimale pour limiter l'inductance parasite de la connexion.
Mais on se heurte à la présence d'une tension très élevée. La faible distance e entre les connexions rend particulièrement difficile la réalisation d'une isolation électrique fiable permettant d'éviter un claquage de l'isolant (flash).
La même contrainte s'applique à la batterie de condensateurs, souvent constituée de condensateurs élémentaires de faible tenue en tension unitaire, connectés en série- parallèle.
L'invention a pour but, surtout, de fournir un dispositif de chauffage par induction qui permet de transférer une puissance élevée par l'inducteur tout en réduisant les difficultés de construction créées par les tensions, en particulier au niveau des connexions de l'inducteur et des condensateurs. Selon l'invention, un dispositif de chauffage par induction du genre défini précédemment est caractérisé en ce que l'inducteur est constitué d'au moins deux parties inductives élémentaires distinctes reliées entre elles en série par au moins un condensateur, la tension qui apparaît entre les points de raccordement des parties inductives élémentaires étant réduite par rapport à la tension nécessaire au fonctionnement de l'inducteur, pour une puissance de chauffage souhaitée.
Le dispositif peut comporter un condensateur branché entre les bornes de l'alimentation et trois parties inductives élémentaires distinctes, ayant ou non même inductance élémentaire, reliées entre elles en série par deux condensateurs de liaison .
Selon une variante, le dispositif peut comporter un condensateur branché entre les bornes de l'alimentation et deux parties inductives élémentaires distinctes, reliées entre elles en série par un condensateur de liaison.
D'une manière plus générale, le dispositif comporte un condensateur branché entre les bornes de l'alimentation et N parties inductives élémentaires distinctes, reliées entre elles en série par N-1 condensateurs de liaison.
Avantageusement, le ou les condensateurs de liaison ont des valeurs de capacité égales entre elles, et égales à la capacité du condensateur branché aux bornes de l'alimentation.
Néanmoins il est possible d'obtenir des facteurs d'élévation de la tension particuliers et non entiers en utilisant une ou des batteries de condensateurs de liaison de valeur équivalente différente de celle de la batterie de condensateurs branchée aux bornes de l'alimentation. Dans ce cas, les condensateurs, ou batteries de condensateurs, de liaison, ont des valeurs de capacité différentes de celle du condensateur, ou de la batterie de condensateurs, branché aux bornes de l'alimentation haute fréquence, pour obtenir des rapports d'élévation de la tension non entiers.
De préférence, le ou les condensateurs de liaison sont situés dans une zone opposée à l'alimentation par rapport à l'induit.
Les condensateurs ou batteries de condensateurs peuvent être répartis sur le périmètre de l'induit afin d'optimiser l'occupation de l'espace au voisinage de l'induit.
Le ou chaque condensateur de liaison peut être constitué par une batterie de condensateurs.
De préférence, la capacité CΘq équivalente à celles des condensateurs du circuit dans lequel se trouvent les inducteurs élémentaires est liée à l'inductance L équivalente à celles des parties inductives par la relation L Ceq ω2 = 1.
L'invention est également relative à un four de chauffage par induction. Un four de chauffage pour bandes métalliques, selon l'invention, est caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de chauffage à induction, à une ou plusieurs spires, tel que défini précédemment. Avantageusement, les condensateurs, ou batteries de condensateurs, de liaison peuvent être disposés à l'intérieur de l'enveloppe du four, dans l'atmosphère du four.
Une autre application du chauffage par induction suivant l'invention est la fusion de verre ou d'oxyde en spire directe.
L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci- dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'exemples de réalisation décrits avec référence aux dessins annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. Sur ces dessins :
Fig.1 est un schéma d'un dispositif de chauffage par induction selon l'état de la technique.
Fig.2 est un schéma semblable à Fig.1, avec un inducteur monospire représenté en perspective, selon l'état de la technique. Fig.3 est un schéma d'un circuit avec batterie de condensateurs multiplicateurs de tension, selon l'état de la technique.
Fig.4 est un schéma d'un dispositif de chauffage selon l'invention.
Fig.5 est un schéma équivalent du dispositif de Fig.4.
Fig.6 est une variante du schéma de Fig.5. Fig.7 est un schéma en perspective illustrant le déplacement d'une bande à chauffer dans un inducteur monospire.équipé d'un condensateur de liaison
Fig.8 est un schéma d'un four de fusion de verre, à une seule spire, selon l'état de la technique, et enfin Fig.9 est un schéma d'un four de fusion de verre monospire selon l'invention.
En se reportant à Fig.4 on peut voir un dispositif H de chauffage par induction, selon l'invention, qui comporte un convertisseur de fréquence 1 constituant l'alimentation électrique à haute fréquence, égale ou supérieure à 10 kHz. Un condensateur, ou une batterie de condensateurs, de compensation
2 est branché entre les bornes de l'alimentation 1.
L'inducteur, branché aux bornes du condensateur 2 et de l'alimentation, est constitué d'au moins deux parties inductives élémentaires distinctes. Selon l'exemple de réalisation de Fig.4, l'inducteur est constitué de trois parties inductives élémentaires 3a, 3b, 3c reliées entre elles en série par au moins un condensateur, ou batterie de condensateurs, 2a, 2b. L'inductance équivalente à celles des parties inductives élémentaires 3a, 3b, 3c, en série est égale à la valeur déterminée L de l'inducteur 3 d'un montage classique selon Fig.1 à 3.
Selon l'exemple de Fig.4, la tension U1 se développe entre les bornes 6a et 7c des parties inductives élémentaires respectives 3a et 3c ; la tension U2 entre les bornes 7a et 6b des parties inductives élémentaires 3a et 3b et la tension U3 entre les bornes 7b et 6c des parties inductives élémentaires 3b, 3c. Le condensateur 2 est relié aux bornes 6a, 7c tandis que les condensateurs 2a, 2b sont reliés respectivement aux bornes 7a, 6b et aux bornes 7b, 6c.
Les tensions U1 , U2 et U3 étant réduites par rapport à la tension de fonctionnement de l'inducteur 3 selon Fig .1 à 3, les besoins en isolation électrique et les précautions à prendre pour la réalisation de l'équipement sont également réduites et les conducteurs peuvent être rapprochés l'un de l'autre avec une diminution du risque de claquage.
Selon l'exemple de réalisation de Fig.4, l'inducteur formé par l'ensemble des parties inductives élémentaires 3a, 3b, 3c, peut être installé à l'intérieur d'une enveloppe 8 d'un four de chauffage se trouvant par exemple sous atmosphère protectrice, notamment H2 + N2, à maintenir séparée de la présence d'air ou d'oxygène pour éviter les risques d'explosion. L'enveloppe 8 est étanche, et réalisée par exemple en tôle d'acier. Les condensateurs 2a, 2b peuvent être logés à l'intérieur de l'enveloppe 8 car le chauffage par induction n'entraîne pas des températures trop importantes dans le volume intérieur de l'enveloppe 8. Dans ces conditions, une seule traversée étanche 9 est à réaliser, à travers la paroi de l'enveloppe 8, pour le passage de branches d'extrémité 10a, 10c des inducteurs 3a, 3c afin de rendre les bornes de raccordement 6a, 7c accessibles de l'extérieur de l'enveloppe 8. La réalisation d'une traversée étanche 9 étant relativement coûteuse, il est particulièrement intéressant de pouvoir éviter une telle traversée étanche au niveau des bornes 7a, 6b et/ou 7b, 6c.
Fig.5 est un schéma électrique équivalent à l'installation de Fig.4. Les mêmes références numériques ont été reprises sur le schéma de Fig.5 faisant apparaître que l'inducteur, d'inductance L, est divisé en plusieurs parties, trois dans l'exemple considéré, reliées par des condensateurs 2a, 2b, 2. Fig.6 est un schéma d'un autre exemple de réalisation pour un circuit oscillant série dans lequel l'inducteur est divisé en deux parties 3a, 3b reliées par un condensateur 2a. Les autres bornes d'extrémité des parties inductives élémentaires 3a, 3b sont reliées respectivement à une plaque d'un condensateur 2 ou 2b, lui-même relié par son autre plaque à une borne de l'alimentation. Ce montage peut être prévu avec ou sans transformateur 11.
Ce concept peut aisément être généralisé à un nombre de points de raccordement différent de ceux illustrés par les exemples de Fig.4 à 6, et/ou avec des inducteurs à deux spires ou plus de deux spires.
Fig.7 est un schéma simplifié en perspective illustrant le cas d'un inducteur monospire 3 pour bande métallique 4 qui défile verticalement selon la représentation de Fig.7.
Fig.8 illustre un autre exemple d'application du chauffage par induction dans le cas d'un four de fusion de verre ou d'oxydes, en spire directe.
Dans un four de fusion de verre par induction on retrouve une alimentation électrique à haute fréquence constituée par un convertisseur de fréquence 21, avec un condensateur, ou une batterie de condensateurs, 22 de compensation branché entre les bornes du convertisseur. Un inducteur 23, par exemple monospire, branché aux bornes du condensateur 22 entoure une masse de verre G en fusion, qui est conductrice de l'électricité.
Il est connu que le point faible des fours à induction de fusion de verre ou d'oxydes réfractaires (amiante, silicate...) se situe dans une zone A de fermeture de la spire et de raccordement à l'alimentation. Cette zone A est sujette à amorçage électrique entre les conducteurs en raison de la grande différence de potentiel entre les bornes d'alimentation 26a, 26b de l'inducteur.
Les courants induits dans la masse G de verre sont schématiquement représentés par un tracé en pointillés 25.
Selon l'invention, comme illustré sur Fig.9, l'inducteur est divisé en deux parties inductives élémentaires 23a, 23b, représentées ici de façon symétrique et l'inductance équivalente des deux inducteurs 23a, 23b est égale à celle de l'inducteur 23 de Fig.8.
Les extrémités des inducteurs élémentaires 23a, 23b opposées à l'alimentation sont reliées à un condensateur 22a branché aux bornes respectives 27a, 27b des inducteurs élémentaires.
Avec ce montage, les tensions entre les points 26a, 26b d'une part et entre les points 27a, 27b d'autre part, des parties inductives élémentaires, sont égales à la moitié de la tension qui était appliquée entre les points 26a, 26b selon le montage de l'état de la technique de Fig.8, toutes choses égales par ailleurs.
Ainsi, la tension entre les points 26a, 26b, selon Fig.9, est divisée par deux, alors que la puissance de chauffage transférée est conservée. Selon Fig.8, l'inducteur 23 ayant une inductance L, et le condensateur 2 ayant une capacité C, la pulsation du courant étant ω, la relation LCω2 = 1 est satisfaite pour la résonance. La tension aux bornes de l'inducteur est égale à Lωl soit égale à I/Cω, avec I= intensité du courant dans le circuit.
Selon Fig.9, chaque partie inductive élémentaire 23a, 23b a une inductance L/2, tandis que chaque condensateur a une capacité double 2C de sorte que la capacité équivalente Ceq est égale à 2C/2 = C. La condition de résonance s'exprime par : L Ceqω2 = 1 , soit LC ω2 = 1. Pour la même intensité I, la tension aux bornes de chaque partie inductive élémentaire est L/2 ω I
(abstraction faite de la résistance ohmique). La puissance transférée, égale à la somme des puissances transférées par chaque partie inductive élémentaire, est la même que pour Fig.8. Par contre, la tension aux bornes du condensateur 22 et entre les points 26a, 26b est égale à 1/2Cω, soit la moitié de ce qu'elle est sur Fig.8 pour une même puissance transférée dans l'induit à chauffer.
Les risques d'amorçage entre conducteurs isolés au niveau des points 26a, 26b se trouvent sensiblement réduits.
L'exemple de Fig.9 n'est pas limitatif, et l'inducteur pourrait être décomposé en plus de deux parties inductives élémentaires. II est à noter que la condition de résonance L Cω2 = 1 peut n'être satisfaite que de manière approchée.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de chauffage par induction comportant :
- une alimentation électrique à haute fréquence,
- un inducteur (3, 23) propre à entourer, au moins partiellement, un élément induit (4, G) à chauffer, cet inducteur ayant une inductance de valeur déterminée (L) pour une puissance de chauffage souhaitée,
- et un montage capacitif de liaison entre l'alimentation et l'inducteur prévu pour augmenter la tension aux bornes de l'inducteur par rapport à la tension fournie par l'alimentation, caractérisé en ce que l'inducteur est constitué d'au moins deux parties inductives élémentaires distinctes (3a, 3b, 3c ; 23a, 23b) reliées entre elles en série par au moins un condensateur, ou une batterie de condensateurs, (2, 2a, 2b ; 22, 22a), la tension qui apparaît entre les points de raccordement des parties inductives élémentaires étant réduite par rapport à la tension nécessaire au fonctionnement de l'inducteur pour une puissance de chauffage souhaitée.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un condensateur ou batterie de condensateurs (2) branché entre les bornes de l'alimentation et trois parties inductives élémentaires distinctes (3a, 3b, 3c),, reliés entre elles en série par deux condensateurs de liaison ou batterie de condensateurs (2a, 2b).
3. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte un condensateur ou batterie de condensateurs (22a) branché entre les bornes de l'alimentation et deux parties inductives élémentaires distinctes (23a, 23b), reliées entre elles en série par un condensateur ou batterie de condensateurs de liaison (22b).
4. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte un condensateur ou batterie de condensateurs branché entre les bornes de l'alimentation et N parties inductives élémentaires distinctes, reliées entre elles en série par N-1 condensateurs ou batterie de condensateurs de liaison.
5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le ou les condensateurs de liaison (2a, 2b ; 22a) ont des valeurs de capacité égales entre elles, et égales à la capacité d'un condensateur (2, 22) branché aux bornes de l'alimentation.
6. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les condensateurs, ou batteries de condensateurs, de liaison ont des valeurs de capacité différentes de celle du condensateur, ou de la batterie de condensateurs, branché aux bornes de l'alimentation haute fréquence , pour obtenir des rapports d'élévation de la tension non entiers.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou les condensateurs de liaison (2a, 2b ; 22) sont situés dans une zone opposée à l'alimentation par rapport à l'induit (4, G).
8. Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les condensateurs ou batteries de condensateurs sont répartis sur le périmètre de l'induit (4, G) afin d'optimiser l'occupation de l'espace au voisinage de l'induit et limitant ainsi les inductances parasites.
9. Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou chaque condensateur de liaison est constitué par une batterie de condensateurs.
10. Four de chauffage pour bandes métalliques (4), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de chauffage à induction, à une ou plusieurs spires, selon l'une quelconque des revendications précédentes.
11. Four de chauffage selon la revendication 10, caractérisé en ce que les condensateurs, ou batteries de condensateurs, de liaison (2a,2b) sont disposés à l'intérieur de l'enveloppe (8) du four, dans l'atmosphère du four.
12. Four à fusion de verre (G) ou d'oxyde en spire directe, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de chauffage à induction selon l'une des revendications 1 à 9.
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