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PERFECTIONNEMENTS AUX FOURS. A INDUCTION A NOYAU MAGNETIQUE.
Les fours à induction employés aux fréquences ordinai- res et aux basses fréquences, quelques fois aussi utilisés aux hautes fréquences, comportent généralement un noyau de fer au- tour duquel sont un circuit primaire et un circuit secondaire. souvent en forme de rigole.
Alors que l'on peut appliquer d'assez près, le circuit inducteur sur le noyau de fer, on ne peut faire de même en ce qui concerne le secondaire pour de nombreuses raisons;la spire induite doit avoir un grand volume correspondant à ce quTon veut traiter de matière à la fois; cette spire doit être écartée des parties délicates parce qu'elle est chaude, parce qu'on doit procéder à certains travaux sur omette matière traitée.
Sous cette forme, un four à induction a forcément un facteur de puissance bas, à cause des grandes fuites magnétiques entre les deux circuits, La présente invention remédie,en grande partie à cet inconvénient.
Elle consiste en ce que, le four étant alimenté au moyen d'un circuit à. tension très basse, presque égale à la
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tension nécessaire dans la spire chauffée- ou à un faible multi- ple de celle-ci, à appliquer le circuit inducteur du four aussi étroitement que possible à la spire secondaire quels qu'en soient la forme et les contours.. La basse tension d'alimenta- tion exige une première transformation de la tension du réseau, mais cette nécessité est largement compensée par l'améliora- tion du facteur de puissance et les avantages réalisés.
Sur le dessin annexé:
La fig. I représente en coupe axiale le schéma de la disposition habituellement employée.
La fig. 2 est une'vue schématique analogue d'une disposition conforme à l'invention.
Les fig. 3 et 4 sont des coupes axiales de variantes.
La fig. 5 montre en coupe,l'application de l'inven- tion à un four dans lequel une partie seulement de la matière à traiter est soumise au chauffage.
La fig. 6 est une coupe axiale du dispositif appliqué au chauffage d'un autre genre de creuset.
La fig. 7 est une coupe suivant 7-7 de la fig. 6.
La fig. 8 est une coupe axiale d'une autre applica- tion.
La fig. 9 est une coupe horizontale suivant 9-9 de la fig. 8.
Les fig. 10, 11 et 12 représentent des variantes de la spire inductrice.
La fig'. 13 est une coupe axiale d'une variante du dispositif représenté fig. 8.
La fig. 14 donne un schéma de montage de l'alterna- teur alimentant le circuit.
La fig. I du dessin annexé représente le schéma de la disposition habituelle avec circuit inducteur P disposé sur le noyau de fer N..
La fig. 2 représente un schéma d'une disposition
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conforme à l'invention où le oirouit inducteur P est appliqué sur la spire secondaire S. l'enroulement l, étant de très basse tension peut rester nu, ne comportant d'autre isolement que les matériaux du four eux-mêmes comme la brique, ou des substances de résistan- ce mécanique élevée au lieu de coton,, de vernis, de carton,de papier nécessités par la forme de la fig. I. Les ouvriers pour- ront travailler sans risquer de dangereuses secousses.
Le circuit P de la fige 2 pourra chauffer à plusieurs centaines de degrés sans inconvénient autre que son accroissement de résistance électrique. Sa section massive lui donne la facul- té de supporter les travaux de conduite du four faits en sa pro- ximité. Le calcul montre qu'on peut ainsi nettement augmenter le ' facteur de puissance en passant de la fig. I, connue, à la nou- velle forme de la fig. 2.
Mais -on peut gagner encore davantage, divisant par plus de deux la puissance réactive absorbée, en dédoublant le circuit P selon la disposition représentée sur la fig. 3.Ce circuit P sera ainsi réparti en deux parties, l'une à l'intérieur de 3,1'au* tre à l'extérieur, chacune d'elles d'un petit nombre de spires ou d'une seule spire. Ces deux parties se réunissent en série ou en parallèle.
Les demandeurs ont établi qu'un tel four malgré la né- cessité d'une première transformation depuis le courant du réseau tout en augmentant les facilités de travail du chimiste ou du mé- tallurgiste chauffant la matière de la spire S, conduit à un fac- teur de puissance bien plus élevé globalement, que la disposition de la fig. I.
Les deux transformateurs successifs peuvent avoir cer- taines parties de leurs circuits magnétiques communes dans le but d'économiser la matière.
On peut faire encore mieux en opérant cette première transformation sur l'autre partie du noyau inutilisée,selon la fig. 4. L'enroulement R aussi éloigné qu'on le déaire de la par- tie de travail du four, car les branches du noyau magnétique
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figurées horizontalement peu-vent être.longues, est relié au ré- seau d'alimentation qui peut être de tension élevée.Une tension très basae est induite en P1, circuit massif de très peu de spi- res, pouvant d'ailleurs; âtre réparti en deux à l'intérieur et à l'extérieur de R afin d'augmenter encore le facteur de puissance.
Le circuit P1 alimente par de grosses barres K, disposées en air- cuit d'aller et de retour embrassant une faible surface,un cir- cuit P2 simple ou double, comme on l'a indiqué dans les fig.2 & 3
Les connexions entre ces circuits Pl et P2, chacun d'eux simple ou multiple, peuvent s'effectuer de toutes manières connues.
On fera remarquer que la nouvelle disposition que l'on vient de décrire se distingue essentiellement de la vieille idée, qui n'a d'ailleurs pas eu grand succès car elle est insuffisante, dite quelquefois type Grönwall ou à noyau magnétique muni d'écran (shielded core) où l'on indiquait nettement que des circuits auxi. liaires ayant à première vue quelque ressemblance avec Pl et P2 s'appliquaient au noyau le plus possible afin de réduire les fui- tes magnétiques du noyau, en s'écartant pour cela tout à fait du contour de la spire S circulaire ou non.
Ici, au contraire,on suit d'une manière formelle cette spire au plus près et qu'elle qu'en soit sa forme, de préférence sur ses deux faces, en s'éloi- gnant pour' cela autant du noyau que c'est nécessaire. L'idée, comme les résultats, sont donc tout à fait différents.
On peut encore, pour gagner quelque peu, disposer des circuits P2 également sur le fond de la spire S comme on l'a re- présente en Q sur la fig. 4,et même sur le dessus de la spire S en l'encadrant 'de toutes parts. Mais il faut compter avec les facilités du travail à effectuer qui demande souvent un examen de toute la;, surface supérieure de la spire S. Dans le cas de trois parties P2 P2 Q celles-ci peuvent être réunies en une spire en forme de U autour de S, ou en deux parties en forme de # #.
Les mômes perfectionnements s'appliquent à tout autre modèle de four à induction, par exemple à un four dans lequel la
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tière en traitement, comme représenté schématiquement par la fi- gure 5. -La spire S est de volume réduit; la matière conductrice en traitement s'y échauffe et est animée en même temps d'un mou- vement d'aller et de retour vers et depuis un creuset 0 de volu- me plus grand. sur lequel on opère, au moyen d'un certain nombre de canaux D d'aller et de retour, ce mouvement étant déterminé de toutes manières connues par des efforts dus par exemple à des différences de densité ou a des forces électromagnétiques. La simplicité des circuits P2 et leur robustesse est favorable à l'obtention de ces dernières.
De même, à titre de nouvel/exemple , on a représenté sur les fig. 6 et 7, un grand creuset C avec un trou T dans lequel est enfilé le noyau Nl d'un circuit magnétique.' Ordinairement le circuit primaire relié au réseau, bobinage délicat, fragile, à tension moyenne ou élevée, est placé sur la partie N1 dans le trou T. On voit immédiatement tout l'intérêt de ne placer dans cet endroit chaud et mal protégé que des circuits massifs du genre P2 en réservant le noyau N2 au bobinage relié au réseau et à un circuit Pl relié à P2, comme dans les dispositions des fige 4. & 5.
La fig. 8'représente un autre exemple de four à creu- set autour duquel est placée sans isolement électrique spécial une spire P2 alimentée à très basse tension au moyen de la spire P1 située à proximité du primaire R; P1 et R étant disposés autour du noyau magnétique N. L'ensemble peut être fixe ou basculant dtne pièce si on le désire.
On peut aussi, ce qui est extrêmement important pour la suppression des explosions- en cas de percée du creus et, suppri- mer la circulation d'eau à la partie inférieure de, la spire in- ductrice P2 et ne garder cette eau que dans une sorte de rigole p disposée à la partie supérieure de cette spire (voir fig.IO), la chaleur arrivant à l'eau par la conductibilité calorifique de la lame de cuivre. Une rigole analogue peut être disposée à la par- tie supérieure de p1. Quelquefois aussi on peut supprimer oomplè- .temont lteau.
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On peut encore recourir au refroidissement de la spire
P2 au moyen d'air amené par un ventilateur. Alors que cette dis- position est difficile à adopter dans le cas de l'hélice à nom- breuses spires à cause dela pertede charge amenéepar la Ion- gueur et la faible section du conduit, il est facile d'employer ici la disposition appropriée dont la fig. II est un exemple.
L'addition de la paroi p2 tout autour de P2, ou seulement sur une portion de son pourtour, permettra l'amenée de l'air dont l'effet refroidissant sera augmenté si nécessaire par l'accrois- sement de la surface de P2 au moyen de saillies comme dans tout radiateur. L'effet refroidissant de l'air peut être augmenté beaueoup par une pulvérisation deau. La paroi p2 peut ou non participer à la circulation du courant électrique.
Au lieu d'un seul conducteur P2 on peut placer autour du creuset quelques grosses spires (deux ou trois) disposées en série, ou un nombre quelconque en parallèle, alimentées à assez basse tension pour se contenter de l'isolement constitué par les matières réfractaires entourant le-creuset, sans danger de com- motions pour les ouvriers.
Dans le cas de deux ou trois spires: ainsi disposées, le refroidissement peut être assuré comme précé- demment par de l'air ou de l'eau circulant à la partie supérieure,
Dans le cas de conducteurs en parallèle jointifs, com- me par exemple sur la fig. 12, on peut quelquefois avoir inté- rêt à les séparer sur une grande partie de la hauteur par un isolant mince p3, de l'amiante par exemple; de cette manière on arrive à diminuer la résistance provenant de 1* effet Kelvin.
Enfin le noyau magnétique N peut être prolongé au dessus du creuset, et passer autour, ou bien un ou plusieurs noyaux spéciaux peuvent être ajoutés en ces endroits, afin de conduire partiellement le flux passant dans le creusât,selon les spécifications de la demande de brevet déposée par les demandeurs le même jour pour "Perfectionnements aux fours à induction à fréquence élevée".
La fig. 13 représente une variante de la fig. 8. Le
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circuit P1 est dédoublé, une partie est à l'intérieur de N, l'autre à l'extérieur; les deux parties P1 P3 sont reliées en série ou en parallèle et jointes toujours directement à la spire
P2. De cette manière, on utilise mieux les conducteurs des cir- cuits Pl et R en y réduisant sensiblement, dès que la fréquence s'élève, la résistance effective due à l'effet Kelvin ou de peau, et les effets..., analogues dus à la proximité des circuits.
L'enroulement primaire R (fig. I) peut comporter diver- ses prises de courbant, soit pour des règlages, soit pour permet- tre de construire l'alternateur, le condensateur et le four à la
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meilleure tension possible pour chaQreux.lralimentation étant faite par exemple selon la fig. 14.
Bien entendu les dispositions qui précèdent peuvent s'appliquer à des fours à induction de toute fréquence pour les- quels l'emploi de fer constitue un avantage.
Au lieu de founs monophasés on peut aussi bien emplo- yer des fours polyphasés et leur appliquer le même principe, ces fours polyphasés comportant plusieurs noyaux magnétiques, plu- sieurs circuits tels que R Pl P2 et plusieurs spires de chauffa- ge S de toutes manières connues, ces différentes spires S étant séparées, ou réunies, ou aboutissant à un même creuset général analogue à 0 de la figure 5.
REVENDICATIONS.
1 - Un four à induction à noyau magnétique,caractérisé par-une alimentation du circuit inducteur à très basse tension au moyen d'une ou de quelques spires suivant d'aussi près que possible le circuit de travail.
2 - Un four à induction selon 1 , dans lequel le cir- cuit inducteur est dédoublé et placé des deux coûtés du circuit de travail, ou plus généralement disposé pour agir sur différen- tes faces du circuit de travail.
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