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Procédé pour commander les installations électro-inductives de recuit ou de trempe et dispositif automatique de contrôle pour l'exécution de ce procédé.
Il est connu de chauffer les pièces métalliques par le procédé électro-inductif et on a notamment déjà proposé d'utili- ser ce mode de chauffage pour soumettre les pièces en acier à un chauffage superficiel suivi d'un saisissement en vue d'une.trempe superficielle. On chauffe la pièce au moyen de bobines à une ou plusieurs spires, qui sont connectées directement ou par l'inter- médiaire d'un transformateur à une source de courant électrique à fréquence plus ou moins élevée.
Du fait que les pièces doivent être portées à des tempé- ratures bien déterminées, par exemple pour engendrer des propriétés .
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mécaniques spéciales, et que notamment dans la trempe superficiel- le il faut assurer non seulement une élévation de température dé- terminée, mais encore une profondeur de pénétration déterminée de cette élévation de température, on se voit obligé de produire dans les pièces en question des quantités de chaleur bien détermi- nées. A cet effet il est nécessaire de mettre en oeuvre, d'une manière correspondant à la pièce à traiter, une puissance électri- .que déterminée pendant un laps de temps déterminé.
Dans l'exécu- tion pratique, on procède généralement en maintenant constante à l'aide d'un régula.teur une grandeur électrique essentielle (tension, intensité de courant ou puissance), tandis que la durée de chauffage est réglée séparément, c'est-à-dire qu'on maintient l'effet électrique pendant un laps de temps qui suffit pour créer l'élévation de température requise. La durée d'effet électrique requise est commandée soit au moyen d'un relais à action différée, soit en observant la température obtenue et en opérant le déclen- chement à la main.
La commande de la durée d'effet électrique par relais à action différée, employée dans la plupart des cas, présente l'in- convénient que les erreurs et défauts de précision des différents appareils s'ajoutent et se traduisent par exemple, dans un chauf- fage superficiel voulu, par des irrégularités de la profondeur de chauffage obtenue. A cela s'ajoute que la quantité de puissance absorbée par la pièce est notablement influencée par le couplage électrique entre la pièce et la bobine chauffante, sans mentionner que les dimensions de la pièce influent aussi sur la quantité de puissance absorbée. Par suite, notamment dans une fabrication en série, des écarts considérables par rapport à la température vou- lue et aussi par rapport à la profondeur de chauffage voulue peu- vent se manifester pour les différentes pièces.
Comme au cours du chauffage le facteur essentiel est la température à atteindre, on a aussi essayé par conséquent de com- mander la durée requise de l'effet électrique en mesurant la tem-
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pérature obtenue, c'est-à-dire qu'on coupait de préférence à la main le courant de chauffage, aussitôt que la surface de la pièce à traiter atteignait une température déterminée. A cet effet il est nécessaire de contrôler pendant le chauffage la température de la surface à l'aide de couples thermo-électriques, pyromètres ou cellules photoélectriques. Toutefois, les mesures de.ce genre pré- sentent de notables difficultés techniques et ne peuvent guère être réalisées sans erreurs provoquées par l'appareillage et la personne préposée à la manoeuvre.
Aussi ces mesures n'ont-elles pas gagné jusqu'à présent de l'importance dans la pratique.
L'invention a pour but de procurer un procédé qui obvie à ce's difficultés et qui assure qu'on obtienne sans aléas la tem- pérature de traitement voulue et la profondeur de pénétration vou- lue de cette température dans la pièce, tout en éliminant les er- reurs qui peuvent être provoquées par l'appareillage et la person- ne préposée à la manoeuvre. Suivant l'invention, à la différence de ce qui est connu, on ne maintient plus une tension, une intensi- té de courant ou une puissance déterminées pendant un laps de temps déterminé, mais on envoie à la pièce une quantité détermoinée d'éner- die électrique, le poste de chauffage étant mis hors circuit aussi- tôt que cette quantité d'énergie est consommée.
Pour faciliter ce- mode de commande de l'installation de recuit ou de trempe, on main- tient autant que possible constante la tension, l'intensité de courant ou aussi la puissance à l'aide d'un régulateur de toute nature voulue. On conçoit qu'au cours du réglage de l'opération de chauffage sous la dépendance de l'énergie électrique amenée (ex- primée en watts-secondes) une fluctuation des grandeurs électriques (tension, intensité de courant ou puissance) n'exerce plus qu'une influence d'un ordre secondaire sur cette opération, étant donné 'que même des écarts relativement grands des grandeurs électriques par rapport à une valeur imposée n'influent qu'insensiblement sur le chauffage car l'énergie électrique amenée, qui est décisive .pour le chauffage, demeure constante dans tous les cas.
On élimine
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ainsi automatiquement toutes les fluctuations provoquées par des fluctuations dans le réseau d'alimentation tant du côté basse fré- quence que du côté haute fréquence. Il est à noter à ce propos que les fluctuations du côté haute fréquence sont causées par le chan- gement des propriétés de la matière de la pièce (conductibilité électrique et perméabilité) par suite de l'échauffement et sont aussi provoquées par des variations du couplage entre l'appareil chauffant et la pièce. Ces fluctuations inévitables ne pouvaient pas être éliminées jusqu'à présent car les régulateurs automatiques 'n'obéissent que difficilement ou pas du tout à ces fluctuations.
La façon d'opérer conforme à l'invention présente l'avan- tage supplémentaire de simplifier l'ensemble du montage électrique de l'installation car il ne faut pour l'exécution du procédé ni régulateurs compliqués fonctionnant avec précision, ni relais à action différée fonctionnant avec précision. En outre, sont élimi- nées d'emblée les erreurs qui sont propres aux relais et régula- teurs requis pour l'exécution des procédés connus.
Pour exécuter le nouveau procédé, on emploie, conformément à l'invention, un dispositif automatique de contrôle qui commande une installation électro-inductive de recuit ou de trempe sous la dépendanc'e de l'énergie électrique amenée. On décrira ci-après ce dispositif automatique en se référant aux dessins annexés.
La fig. 1 représente de manière purement schématique le dispositif automatique de contrôle conforme à l'invention, combiné à une installation de trempe à haute fréquence. On moteur à courant triphasé 1 est alimenté par un réseau 2 et est accouplé à une gé- nératrice à haute fréquence 3. A la génératrice estraccordé par l'intermédiaire d'un interrupteur 4 le dispositif de chauffage 5 (poste de chauffage) qui peut être constitué, de manière connue en soi, par une bobine à une ou plusieurs spires ou par une bobine montée en série avec un transformateur. Au réglage de la tension, de l'intensité de courant ou de la puissance sert un régulateur simple 6, connu en soi, par l'intermédiaire duquel est alimenté @ connu soi.
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l'enroulement d'excitation 7 de la génératrice.
Pour commander automatiquement la quantité d'énergie à fournir au poste de chauffage on emploie le dispositif automati- que de contrôle conforme à l'invention, qui est combiné au monta- ge électrique décrit ci-après. Le dispositif automatique de contrôle 8 est constitué comme un compteur électrique, de manière. connue en soi, par une bobine soumise à l'influence de la tension
U et une bobine soumise à l'influence de l'intensité de courant J, qui créent en commun un couple faisant tourner un disque 9. Comme le montre le dessin,des connexions appropriées pour les deux bo- bines sont établies avec les conducteurs d'amenée du réseau 2 ali- mentant le moteur 1. Le chemin parcouru par la périphérie du dis- que 9 correspond, grâce à cette disposition, à la quantité d'éner- gie envoyée à l'ensemble de l'installation.
Le disque est confor- mé de manière que lorsque l'installation fonctionne à vide il soit maintenu fixe par un blocage 10.
Lorsque, pour amorcer un chauffage, on actionne une clef
11 intercalée dans un circuit auxiliaire, l'interrupteur 4 raccor- de sous l'effet d'un disjoncteur 16 le poste de chauffage 5 à la génératrice 3. En même temps, une bobine 12 retire pour une brève durée la broche de blocage 10 dans le sens de la flèche et, de ce fait, le disque 9 devient libre de tourner. Chaque révolution ou partie de révolution du disque 9 correspond à une quantité d'éner- gie électrique bien déterminée, envoyée à l'installation et, par- tant,, à la pièce à chauffer. Le disque 9 est muni de contacts 14 dont la position sur le disque correspond à une quantité d'énergie déterminée.
Quand, par les moyens décrits ci-après, on prend soin qu'un tel contact provoque une fermeture du circuit auxiliaire, cette fermeture se produit à un instant où l'installation a consom- mé une quantité d'énergie déterminée. La fermeture du circuit auxi- liaire a pour effet d'actionner le disjoncteur 16, de sorte que l'interrupteur 4 s'ouvre et le chauffage cesse. Comme contact an- tagoniste pour les contacts 14 on utilise la broche de blocage 10
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qui est connectée au circuit auxiliaire par un conducteur 13.
Une forme d'exécution du disque déclencheur pour la com- mande de l'installation en fonction de l'énergie consommée est représentée schématiquement sur la fig. 2. Le disque tournant 1 comporte un cran fraisé 2. Tant que le poste de chauffage est hors circuit, la broche de blocage 3 est engagée dans ce cran et em- pèche le disque 1 de tourner. Ce blocage est nécessaire car autre- ment le disque 1 tournerait, sous l'influence de l'énergie de ro- tation à vide du groupe moteur-génératrice, même quand le poste de chauffage est hors circuit.
Le disque 1 est subdivisé en une série de secteurs 5 isolés électriquement les uns des autres. Sur la fig. 2 sont repré- sentés cinq secteurs de ce genre, tous de même grandeur. Toutefois, le disque entier pourrait être divisé de la sorte et, par ailleurs, les différents secteurs pourraient être de grandeurs différentes.
On peut connecter les différents secteurs à un conducteur d'amenée 7 au moyen d'un ressort de contact 4 fixé à une manette de réglage 6. Quant au cours de la rotation du disque 1 celui des secteurs 5 qui est connecté par le ressort de contact 4 et la manette 6 au conducteur d'amenée 7 atteint la broche de blocage 3 faisant offi- ce de contact antagoniste, la connexion s'établit avec le conduc- teur 13, le circuit auxiliaire actionnant le disjoncteur 15 se ferme et le poste de chauffage est mis hors circuit.
A l'aide d'un disque conformé de la sorte on peut régler dans de larges limites la quantité d'énergie à fournir. Par exemple, la disposition peut être choisie de manière qu'une révolution du disque 1 corresponde à une énergie électrique de 2000 kilowatts- secondes fournie à l'installation. On pourrait alors, par exemple, prévoir une subdivision en secteurs telle que chaque lois qu'un secteur 5 atteint le contact antagoniste 3, une énergie de 50 kilo- watts-secondes soit consommée par l'ensemble de l'installation. On peut ainsi, à l'aide du ressort de contact 4 et de la manette 6, imposer toute quantité voulue d'énergie électrique comprise entre
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50 et 2000 kilowatts-secondes, le saut entre les différents degrés de réglage possibles étant de 50 kilowatts-secondes.
Par un choix approprié de la grandeur et de la position des secteurs on peut créer des sauts plus grands ou moins grands entre les différents degrés de réglage possibles.
Comme on l'a expliqué plus haut, le circuit auxiliaire se ferme à l'instant où le secteur 5 sélectionné pour produire un effet électrique touche la broche de blocage 3. Le circuit auxi- liaire se rouvre ensuite aussitôt qu'au cours de la rotation ulté- rieure du disque 1 le secteur quitte la broche de blocage 3, de sorte qu'il deviendrait possible de remettre en marche l'installa- tion de chauffage à l'aide de la clef 11. Ceci est désavantageux quand plusieurs postes de chauffage sont raccordés à la génératri- ce, et on peut y obvier en faisant en sorte que tous les secteurs suivants 5 maintiennent le circuit fermé jusqu'à ce que le disque vienne occuper la position de blocage.
On atteint ce but en dépla- gant le ressort de contact 4 sur la manette 6 radialement par rap- port au disque 6 de manière qu'il connecte entre eux électriquement deux ou plusieurs secteurs successifs.
L'installation, c'est-à-dire le groupe moteur-génératrice, absorbe une certaine énergie de marche à vide qui est consommée pour le fonctionnement mécanique de l'installation et qui, par conséquent, n'est pas amenée au poste de chauffage et à la pièce.
Lors du réglage du dispositif automatique de contrôle il faut tenir compte de cette énergie de marche à vide. On peut par exemple atteindre ce but en tenant compte de l'énergie de marche à vide lors du choix de la grandeur et de la position des secteurs, après avoir déterminé l'énergie de marche à vide par le calcul. Il est alors possible de régler sur le disque les grandeurs absolues de quantité d'énergie à fournir.. Toutefois, on peut aussi adapter le disque à une installation déterminée et à des pièces déterminées sans tenir compte de l'énergie de marche à vide, en déterminant par des essais quelle largeur de contact et quelle position de
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contact il faut donner aux secteurs du disque déclencheur pour chauffer une pièce déterminée dans une installation déterminée.
On doit ainsi disposer d'un disque spécial pour chaque sorte de pièces à chauffer.
Afin de ne pas devoir tenir en réserve des disques spé- ciaux pour chaque sorte de pièces à chauffer et pour faciliter le réglage du dispositif automatique de contrôle pour la quantité d'énergie à amener, on peut aussi opérer électriquement l'adapta- tion du dispositif automatique de contrôle à la quantité d'éner- gie à amener dans chaque cas. Le dispositif nécessaire à cet effet est représenté sur la fig. 3, ce dispositif étant intercalé entre le réseau d'alimentation et la génératrice à haute fréquence G. Le dispositif 2, analogue à un compteur, a une construction correspon- dant à celle du dispositif 8 de la fig. l, mais en l'occurrence il est prévu un disque simple, non subdivisé. La bobine à intensité du compteur est raccordée avec interposition d'une chaîne de résistan- ces (shunt) 3.
En faisant coopérer avec la chaîne de résistances par exemple un commutateur à gradins 4, non représenté en détail, on peut varier le courant envoyé à la bobine du compteur ou le régler à des fractions déterminées du courant effectif du réseau.
Ceci assure qu'on puisse réduire à des fractions déterminées ré- glables le couple agissant sur le disque. De cette façon, selon le degré de réglage, le disque n'atteint la position de déclenchement qu'après que des quantités d'énergie plus grandes correspondantes sont amenées à l'ensemble de l'installation ou sont consommées par celle-ci.
L'avantage du réglage électrique de la quantité d'énergie à amener réside en ce qu'on peut associer le dispositif automati- que de contrôle à plusieurs postes de chauffage, en se contentant de prévoir pour chaque poste de chauffage un commutateur à gradins distinct.
En développant davantage l'idée du réglage électrique du dispositif automatique de contrôle, on peut effectuer ce réglage en faisant agir sur le rotor du dispositif un couple auxiliaire réglable @
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En ce cas le dispositif automatique de contrôle dépendant de la quantité d'énergie peut être construit suivant le principe du-comp- teur différentiel. Dans cette forme d'exécution il est possible, en outre, de neutraliser le couple provoqué par l'énergie de marche à vide.de l'ensemble de l'installation, de manière que le disque ne démarre que lorsqu'une puissance déterminée se manifeste.
Le procédé décrit et le dispositif automatique de contrôle dépendant de l'énergie, qui est requis pour l'exécuter, sont employés pour des installations de chauffage inductif dans lesquelles les cou- rants à haute fréquence sont produits par un groupe moteur-convertis- seur de fréquence. Toutefois, le procédé et le dispositif sont aussi utilisables en combinaison avec des installations où des génératri- ces à éclateur ou des tubes oscillateurs servent à la production des courants à haute fréquence. On sait que précisément dans les derniers cas mentionnés la mesure et le réglage des grandeurs électriques dans le circuit à haute fréquence sont difficiles et nécessitent des dispositifs compliqués.
La commande dans le circuit primaire, propo- sée conformément à l'invention, peut par contre être exécutée faci- lement, sans qu'il faille employer pour elle des dispositif compliqués.
Toutefois, le procédé et le dispositif ne sont pas limités dans leurs applications aux domaines précités et on peut aussi les utiliser avantageusement partout où il faut porter des pièces à des températures élevées au moyen.de courants inducteurs à haute fréquen- ce ou par chauffage par résistance.
REVENDICATIONS.
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1.- Procédé pour commander les installations électro-induc- tives de recuit ou de trempe, caractérisé en ce qu'on déclenche les postes de chauffage à l'aide d'un dispositif automatique de contrôle de la nature d'un compteur d'électricité, qui dépend de la quantité d'énergie amenée au groupe convertisseur de fréquence, mais compense les pertes de conversion, tandis que durant le fonctionnement de l'ins tallation, avantageusement, on maintient sensiblement constante une des grandeurs électriques tension, intensité de courant ou puissance.