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Perfectionnements aux systèmes de-chauffage à haute fréquence. -------
Cette invention se rapporte à un système de chauf-' fage à haute fréquence,et en particulier à un système à induction pour chauffer des métaux et d'autres matériaux électriquement conducteurs.
La présente invention réalise, conformément au mode d'exécution préféré décrit ci-après avec référence aux des- si.ns annexés, un système perfectionné de chauffage à induc- tion, à dispositif à décharge électronique,présentant les particularités suivantes: le contrôle du débit de puissance sous la forme d'une boucle à. réactance variable en série avec la bobine d'induction avec un interrupteur de sûreté à enclenchement destiné à fonctionner chaque fois que l'on varie la réactance de la boucle, un circuit à relais pour régler le 'courant de grille sous diverses conditions de charge et un circuit de blocage de grille.
Dans les dessins annexés:
Figo 1 représente schématiquement les caractéristi- ques essentielles du système de chauffage par induction à' haute fréquence conforme à l'invention; et
Fig. 2 représente les détails du contrôle du débit de puissance et de l'interrupteur de sûreté à enclenchement;
Fig. 2a est une vue fragmentaire prise de l'arrière de la Fig. 2.
La figure 1 montre le générateur à haute fréquence faisant partie d'un système d'induction à haute fréquence.
Le circuit comprend deux tubes à vide V1 et V2 reliés élec- triqùement en parallèle et connectés en oscillateur de Hartley Les anodes des tubes V1 et V2 sont directement connectées l'une à l'autre, tandis;que les grilles sont connectées l'une à l'autre par des, circuits anti - parasites 10
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et 11 montés en série entre les grilles. Les anodes et les grilles sont connectées par des condensateurs de blocage 18 et 13 à un circuit tank 14 via deux lignes de transmission faradisées 15 et 16. Le circuit tank et la bobine d'induc- tion sont rassemblés en un groupe ou poste de travail re- présenté par le rectangle en pointillés 17. Ce poste de travail est quelque peu éloigné des tubes V1 et V2.
La dis- tance peut être de 25 à 50 pieds quoique, si on-le désire, le poste 17 peut être adjacent aux tubes à vide auquel cas les lignes 15 et 16 peuvent être raccourcies. Le circuit tank 14 comprend un condensateur C et un inducteur L. L'in- ducteur L est une bobine à plusieurs spires qui constitue l'enroulement primaire d'un transformateur de courant TR.
L'interrupteur S dont les contacts sont connectés à la bobi- ne L, sert à commander la contre-olimentation de l'oscil- lateur. L'enroulement secondaire du transformateur TR com- prend une seule spire constituée d'un cylindre de cuivre fendu Ll (voir figure 2) qui est connecté à une bobine d'in- duction 18 par une paire de conducteurs 19, ces conducteurs étant en circuit avec une commande de puissance 20. Cette bobine d'induction est destinée à se placer autour de l'objet métallique ou de la fournée d'objets émtalliques à chauffer, et doit fournir de grandes concentrations de chaleur.
Les bobines L2 et L3 servent de bobines de self respectivement pour les grilles et les anodes. Une bobine de self 21 est placée entre le condensateur de blocage 13, dans la partie de la ligne attenante aux grilles, et le câble faradisé 16. Cette bobine de self 21 sert a deux fins.
D'abord, comme étouffeur de parasites. Dans ce but la bobine 21 est accordée en résonance pour la fréquence utilisée avec le condensateur de blocage 13. De la sorte, à toute fréquence parasitaire qui est considérablement plus élevée que la fréquence utilisée, l'impédance du circuit 15-21 est très grande. La raison pour laquelle on a prévu la bobine de self 21 à cette fin est que des oscillations parasitaires tendent à naître par l'effet de la capacité distribuée des câbles 15 et 16. En second lieu, par le choix convenable des valeurs de la bobine 21 et du condensateur 13, la phase de la tension de grille par rapport à la tension d'anode peut être réglée à sa valeur optimum.
Le circuit de grille est pourvu d'une fuite de grille comprenant les résistances 22, 23, 24 et 25 desquelles les résistances 23, 24 et 25 peuvent etre court-circuitées ou shuntées par le fonctionnement du relais E9 reliant entre eux les contacts A et B. La résistance 26 constitue la résis- tance de blocage qui, lorsqu'elle est effectivement mise en circuit en série avec les résistances de dérivation de grilles,,rend l'impédance du circuit de grille si élevée que les tubes à vide V1 et V2 se bloquent et que les oscillations cessent.
Lorsque la résistance 26 est court-circuitée ou shuntée par le fonctionnement du relais E 8 fermant les contacts E, F, l'impédance du circuit de grille se réduit à sa valeur normale permettant que des oscillations soient engendrées par les tubes à vide V1 et V2., La résistance 27 et le condensateur 28 forment un filtre pour réduire la formation d'arcs aux contacts E, F du relais E 8.
Le relais E 10, en conjonction avec les résistances 29, 30 et 31, sert à la commande automatique du courant de grille. Le relais E 10 fonctionne pour un courant de grille excessif ( plus élevé que la valeur de sécurité) et
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ouvre les contacts G et H, insérant ainsi effectivement les résistances 29, 30 et 31 dans le circuit de grille pour limiter le courant de grille. Le relais E 10 est disposé de telle façon que normalement les contacts G et H sont fermés, mais entrera en action pour ouvrir les contacts
G et H lorsque le courant de grille atteint une valeur juste au-dessous du maximum constituant la valeur de sécurité.
Si, pendant que les contacts G et H du relais E 10 sont ouverts, les résistances 30 et 31 sont court-circuitées ou shuntées par les contacts J et K du relais E 9, la résis- tance 29 est seule effective pour limiter le courant de grille . Le condensateur 32 est une capacité dérivant la radio-fréquence pour écarter le courant de radio-fréquence de la bobine du relais 10. L'interrupteur 33 s'emploie pour court-circuiter le relais E 10 pendant les opérations préli- minaires de syntonisation du générateur d'oscillations. On ouvre l'interrupteur 33 aussitôt que le générateur d'oscil- lations fonctionne.
Revenant au relais E 9, ce relais a pour destination de court-circuiter une partie du circuit de fuite de grille; ou, en d'autres termes, de réduire la résistance effective de polarisation de grille en vue du fonctionnement à faible charge. Normalement, lorsque l'on désire réduire le débit de puissance, on y arrive en réduisant la tension d'anode dans le dispositif de changement de puissance au moyen d'un interrupteur (non figuré) qui peut fournir, ou bien une valeur relativement grande de potentiel de polàrisation d'ano- de ou bien une faible valeur de potentiel de polarisation d'anode, aux tubes Vl et V2.
Lorsque cet interrupteur fai- sant partie du dispositif de changement de puissance (qui peut être un interrupteur unipolaire à deux positions) est fermé dans la position qui fournit une valeur réduite de la tension.. d'anode en vue du fonctionnement à basse puissance, un circuit se ferme par les conducteurs 34 dans le but de faire fonctionner- le relais E 9 et de court-circuiter ainsi les résistances 23,-24 et 25 par la fermeture des contacts A et
B et aussi de court-circuiter les résistances 30 et 31 par la fermeture des contacts J et K . Les contacts A, B, J et K font partie du relais E 9. l'armature du relais E9 se meut en réponse à l'excitation ou.la désexcitation du relais E 9.
Le relais E 8 qui commande la résistance de blocage
26 fonctionne en réponse -au fonctionnement de la minuterie
40 à laquelle le relient les conducteurs 36. Cette minuterie peut ê'tre appelée un " régleur d'intervalles" car elle commande la durée de fonctionnement du générateur d'oscil- lations pendant des intervalles prédéterminés dépendant du travail a faire. La minuterie 40 peut être réglée à l'avance pour fonctionner à des intervalles prédéterminés. Ce genre de minuterie se trouve dans le commerce et est bien connu des gens de métier. Le relais E 8 est désexcité par la minu- terie lorsque le cycle de chauffage est accompli et il doit également répondre à une mise 'en marche ou à l'actionne- ment du bouton 42.
Le relais E 8 est aussi commandé par l'interrupteur de sûreté à enclenchement 50 qui est connecté en série avec les conducteurs 36 et est mis en action par la commande de puissance 20 par une' liaison articulée indiquée par les lignes en traits mixtes 41.
Par conséquent, lorsque l'on désire agir sur la commande de puissance 20 du circuit de débit, la simple 1---
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manoeuvre du bouton de la commande de puissance avant le réglage de cette commande amènera immédiatement l'interrupteur 50 à désexciter, le relais E 8 afin d'amener par là la résistance de blocage 26 à se brancher effectivement en série dans le circuit de grille, en élevant de ce fait l'impédance du circuit de grille à une valeur suffisamment élevée pour amener le générateur d'oscillations à cesser d'osciller. Cet interrupteur de sûreté à enclenchement 50 obéit aux mouvements de la commande de puissance 20,de la façon décrite avec plus de détails ci-après en relation avec la figure 2.
On remarquera au sujet de la'figure 1 qu'il est fait emploi d'im oscillateur de Hartley combiné avec un transformateur de courant. Un tel arrangement présente l'avantage qu'il n'est fait usage que d'une seule capacité d'emmaga- si@nement C au lieu de deux ou plus de deux dans le circuit de l'oscillateur de Colpitt, ce qui réduit le coût de fabrication. De plus, l'emploi de l'oscillateur Hartley permet de varier plus simplement l'excitation au moyen de la commande de mise à la terre S.
La figure 2 montre avec plus de détails le secondaire Ll du transformateur de courant, la bobine de travail 18, la commande de débit 20 et l'interrupteur de sûreté à enclenchement avec ses connexions électriques et liaisons mécaniques.
L'enroulement secondaire L1 comprend une simple boucle formée d'un cylindre de cuivre fendu longitudinalement et pourvu de larges brides de cuivre 43 et 44 en forme de lames. Ces brides sont séparées l'une de l'autre par une isolation convenable 45. Les brides répondent à un double but.
D'abord l'espacement entre les deux brides est réduit au minimum ce qui diminue la réactance de fuites à une valeur aussi basse que possible, et secondement , par d'amples connexions de débit on force le courant secondaire à. s'écouler presque uniformément dans la section transversale du secondaire.
La bobine d'induction 18 est connectée à la bobine secondaire par des blocs métalliques 46 et 47 et cette bobine d'induction est en série avec la commande de puissance 20.
La charge (non figurée) peut comprendre tout objet métallique ou conducteur de l'électricité que l'on place dans la bobine d'induction 18 pour être chauffé. par le courant à haute fréquence y induit par le courant de la bobine.
La commande de puissance comprend une paire de conducteurs électriques tubulaires 48 physiquement parallèles qui sont connectés en série avec la bobine d'induction 18 et le secondaire et comprennent un dispositif pour court-circuiter une partie des conducteurs 48. On remarquera que les conducteurs 48 s'étendent depuis le secondaire Ll jusqu'à un bloc de support métallique 49. Sur ce bloc de support 49 se trouve monté l'interrupteur de sûreté à enclenchement 50 qui est pourvu d'un contact 51. Ce contact 51 est connecté par les conducteurs 36 au relais E 8 et commande le fonctionnement du relais. Pour la commande de l'interrupteur de sécurité à enclenchement, il est prévu une came 53 montée sur une barre de section angulaire 54 qui à son tour est en prise avec des engrenages 55 du dispositif de raccourcissement.
Ce dispositif de raccourcissement consiste en une barrette de cuivre 58 qui forme une connexion électrique
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entre les deux conducteurs tubulaires 48 au moyen d'un collet exerçant une force radile sur les tubes 48 en raison du coinçage dû aux segments coniques 56 lorsque le collet est forcé dans la barrette 58 par une came ou d'autres moyens commandés par le bouton 57. Quand.la came est dégagée, par suite de la rotation du bouton 57, le collet est libéré et la barre 58 et le collet, de même que le bouton 57 et les engrenages 55 sont libres de glisser sur et le long des tubes 48.
Pour manoeuvrer la commande de puissance 20, on tourne le bouton 57 en sens inverse des aiguilles d'une montre pour desserrer le collet, et cette rotation oblige la barre 54 à tourner en déplaçant la came 53 dans une direction telle qu'elle s'engagera avec le contact 51 et actionnera l'interrupteur à enclenchement 50, libérant par le fait le relais E 8 qui à son tour insérera la résistance de blocage dans le circuit de grille de l'oscillateur en obligeant le générateur d'oscillations à cesser d'osciller.
Le dispositif de raccourcissement de la commande de puis- sance 20 peut alors -être déplac soit à droite, soit à gauche,'pour régler le débit¯du système de chauffage à induction. Lorsque l'ajustement voulu a été fait, on tourne le bouton 57 dans le sens des aiguilles d'une montre de façon à forcer le collet sur la barre 58, en serrant ainsi le dispositif de raccourcissement sur les barres 48 et en libérant la came 53 du contact 51, ce qui amène l'interrup- t,eur 50 à permettre l'excitation du relais E 8 et à court- circuiter la résistance de blocage 26 de façon à permettre la production d'oscillations. On peut alors disposer de la puissance nécessaire à l'équipement en fermant l'inter- rupteur de démarrage 42.
L'on se rendra compte que la com- mande de puissance 20 est un dispositif à réactance de fuite qui règle le débit du système de chauffage par induc- tion par l'action d'une réactance ajustable mise en série avec le secondaire du transformateur de courant. L'inter- rupteur de sécurité à enclenchement a pour particularité d'assurer la cessation des oscillations de haute fréquence pendant l'ajustement de la commande du débit; ou, en d'autres termes, d'empêcher le réglage de la commande du débit pendant que le générateur donne des oscillations. Il est clair que les courants du secondaire du transformateur de courant sont très élevés et qu'un crachement excessid'étincelles ' - aurait lieu si le réglage se faisait dans des conditions telles qu'il passe du courant par les conducteurs tubu- laires 48.
La puissance engendrée dans la charge est pro- portionnelle au carré du courant induit dans la charge, lequel est à sôn tour proportionnel au courant secondaire. La réactance accrue du circuit secondaire réduit le courant secondaire et réduit le courant dans la charge.
Les conducteurs tabulaires 48 se joignent à l'ex- trémité la plus éloignée 49 pour ménager un parcours con- tinu à un courant d'eau de refroidissement dans ces tubes et dans la bobine d'induction 48 en série avec ceux-ci, aussi bien que dans le secondaire..
Il doit être entendu que l'on n'a figuré que les éléments du système de chauffage par induction qui sont nécessaires pour la compréhension du fonctionnement de l'invention, et que les dispositifs habituels de tels systèmes' .( tels que circuits 'de commande de puissance, com- mandes auxiliaires de démarrage, d'arrêt et autres, réglant
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le fonctionnement du système, les lampes pilotes, et les enclenchements nécessaires pour empêcher de lancer la puissance d'anode;lorsqu'il n'y a pas d'écoulement d'eau de refroidissementsdans les circuits à refroidir par l'eau, et les détails de la minuterie ne sont pas figurés vu qu'ils ne font pas en soi partie de la présente invention.
Dans une des réalisations de l'invention essayées avec succès en pratique, les tubes Vl et V2 étaient des tubes
RC A 892 R, le condensateur C du circuit tank était un condensateur RCA Cas 358 modifié pour permettre le refroi- dissement par eau de l'étage à haute tension afin d'accroître la capacité en kilovoltamperes du condensateur. La fréquence de fonctionnement était approximativement de 400 kilocycles.
Le débit de puissance était de 15 Kilowatts avec une ten- sion d'anode d'approximativement 8500 volts, tandis que le débit de puissance était de 5 kilowatts avec un'=' tension d'anode de 3800 volts. Avec cet agencement, le courant nor- malement absorbé à pleine charge par la grilledoit être d'environ 400 mils. Le relais E 10 peut être réglé pour enclencher entre 490 et 510 mils, branchant ainsi les résis- tances 29, 30 et 31 de polarisation de grille et rédui- sant le courant degrille à une valeur de sécurité. Ce relais peut être réglé pour déclencher entre 220 et 24.0 mils et court-circuiter ainsi les résistances 29, 30 et 31.
En fonc- tionnement à faible charge, le relais E 9 étant en srrvice, la même suite d'opérations se produira pour les mêmes voleurs du courant de grille quoique la résistance 29 soit le seule résistance de polarisation de grille effectivement mise en et hors circuit avec la grille lorsque le rlais F 10 fonctionne.
REVENDICATIONS.
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1. Système de chauffage à haute fréquence compre- nant un circuit de débit, une réactance réglable pour cc circuit de débit et des moyens commandés par cette réactance réglable pour supprimer la puissance du système de chauffage.