Four à, induction à noyau ma.-nétigne. Les fours à induction employés aux fré quences ordinaires et aux basses fréquences, quelquefois aussi utilisées aux hautes fré quences, comportent généralement un noyau de fer autour duquel sont un circuit pri maire 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 tic 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 qu'on veut trai ter de matière à la fois ; cette spire doit être écartée des parties délicates parce qu'elle est chaude, parce qu'on doit procéder à cer tains travaux sur cette matière traitée.
Sous cette forme, un four à indication a forcément un facteur de puissance bas, à cause c_ 'randes fuites magnétiques entre les deux circuits. La présente invention re médie en grande partie à cet inconvénient. Elle consiste en ce que le circuit induc teur du four est constitué par un très petit nombre de spires alimentées à très basse tension et appliquées aussi près que pos sible du circuit de travail à chauffer par in duction.
La basse tension d'alimentation exige une première transformation de la tension du réseau mais cette nécessité est large ment compensée par l'amélioration du fac teur de puissance et les avantages réalisés. Sur le dessin annexé La fig. 1 représente en coupe axiale le schéma de la disposition habituellement em ployée ; La fig. 2 est une vue schématique ana logue d'une disposition conforme à l'inven tion ; Les fig. 3 et 4 sont des coupes axiales de variantes ; La fig. 5 montre en coupe, une forme d'exécution d'un four suivant l'invention dans lequel une partie seulement de la ma tière à traiter est soumise au chauffage;
La fig. 6 est une coupe axiale d'un four muni 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 forme d'exécution ; La fig. 9 est une eoupe horizontale sui vant 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'alternateur alimentant le circuit.
La fig. 1 du dessin annexé représente le schéma de la disposition habituelle avec cir cuit inducteur P disposé sur le noyau de fer .A; .S étant le secondaire.
La fig. 2 représente un schéma d'une disposition conforme à l'invention où le cir cuit inducteur P est appliqué sur la spire secondaire S. L'enroulement P 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 substan ces de résistance mécanique élevée au lieu de coton, de vernis, de cartons, de papier nécessités par la forme de la fig. 1. Les ouvriers pourront travailler sans risquer de dangereuses secousses.
Le circuit P de la fig. 2 pourra chauf fer à plusieurs centairres de degrés sans in convénient autre que son accroissement de résistance électrique. Sa section massive lui donne la faculté de supporter les travaux de conduite du four faits en sa proximité. Le calcul montre qu'on peut ainsi nettement augmenter le facteur de puissance en pas sant de la fig. 1, comme, à la nouvelle forme de la fig. 2.
Mais on peut gagner encore davantage, divisant par plus de deux la puissance ré active absorbée, en dédoublant le circuit P selon la disposition représentée sur la fig. 3. Ce circuit P sera ainsi réparti en deux par ties, l'une à l'intérieur de S, l'autre à l'ex- térieur, 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 brevetés ont établi qu'un tel four malgré la nécessité d'une première transfor mation depuis le courant du réseau, tout en augmentant les facilités de travail du chi miste ou du métallurgiste chauffant la ma tière de la spire b', conduit à titi facteur de puissance bien plus élevé globalement, que la disposition de la fig. 1.
Les deux transformateurs successifs peu vent avoir certaines parties de leurs circuits magnétiques communes dans le but d'écono miser la matière.
On petit faire encore mieux en opérant cette première transformation sur l'autre par tie du noyau inutilisée, selon la fig. 4. L'en roulement R aussi éloigné qu'on le désire de la partie de travail du four, car les branches du noyau magnétique figurées ho rizontalement peuvent être longues, est relié au réseau d'alimentation qui peut être de tension élevée. Une tension très basse est induite en Pi, circuit massif de très peu de spires, pouvant d'ailleurs être réparti en deux à l'intérieur et à l'extérieur de B afin d'augmenter encore le facteur de puissance.
Le circuit Pl alimente par de grosses barres K, disposées en circuit d'aller et de retour embrassant une faible surface, un circuit P2 simple ou double, comme on l'a indiqué dans les fig. 2 et 3. Les connexions entre ces circuits Pi et P2, chacun d'eux simple ou multiple, peuvent s'effectuer de toutes manières connues.
On fera remarquer que la nouvelle dis position que l'on vient de décrire se dis tingue essentiellemerrt de la vieille idée qui n'a d'ailleurs pas eu grand succès, car elle est insuffisante, dite quelquefois type Grün- wall ou à noyau magnétique muni d'écran (shielded cote) où l'on indiquait nettement que des circuits auxiliaires ayant à première vue quelque ressemblance avec Pi et Pz s'appliquaient au noyau le plus possible afin de réduire les fuites magnétiques du noyau, en s'écartant pour cela tout à fait du con- tour de la spire ,S circulaire ou non.
Ici, au contraire, on suit d'une manière formelle cette spire au plus prés et qu'elle qu'en soit la forme, de préférence sur ses deux faces, en s'éloignant pour cela autant du noyau que c'est nécessaire. L'idée, comme les résultats, sont donc tout à faits diffé rents.
On peut encore, pour gagner quelque peu, disposer des circuits P2 également sur le fond de la spire .S comme on l'a repré senté en Q sur la fig. 4, et même sur le dessus de la spire S en l'encadrant de tou tes parts. Mais il faut compter avec les facilités du travail à effectuer qui demande souvent un examen de toute la surface su périeure de la spire .S. Dans le cas de trois parties P P2 Q celles-ci peuvent être réu nies en une spire en forme de<B>U</B> autour de ,$, ou en deux parties en forme de L J.
Les mêmes perfectionnements s'appli quent à tout autre modèle de four à induc tion, par exemple à un four dans lequel la spire chauffée ne constitue qu'une partie du volume total de matière en traitement, comme représenté schématiquement par la fig. 5. La spire ,S est de volume réduit; la matière conductrice en traitement s'y échauffe et est animée en même temps d'un mouve ment d'aller et de retour vers et depuis un creuset C de volume plus grand sur lequel on opère, au moyen d'un certain nombre de canaux D d'aller et de retour, ce mou vement étant déterminé de toutes manières connues par des efforts dus par exemple à des différences de densité ou à des forces électromagnétiques.
La simplicité des cir cuits 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 N' d'un circuit magnétique. Ordinairement le circuit primaire relié au réseau, bobinage délicat, fragile, à tension moyenne ou élevée, est placé sur la partie <B>Ni</B> dans le trou T. On voit immédiatement tout l'intérêt de ne placer dans cet endroit chaud et mal protégé que des circuits mas sifs du genre de P2 en réservant le noyau N2 au bobinage relié au réseau et à un cir cuit Pl relié à P2, comme dans les dispo sitions des fig. 4 et fi.
La fig. 8 représente un autre exemple de four à creuset C autour duquel est pla cée sans isolement électrique spécial une spire P2 alimentée à très basse tension au moyen de la spire Pl située à proximité du primaire R ; Pl et<B>1L</B> étant disposés autour du noyau magnétique N. L'ensemble peut être fixe ou basculant d'une pièce si on le désire.
On peut aussi, ce qui estextrêmement im portant pour la suppression des explosions en cas de percée du creuset, supprimer la circulation d'eau à la partie inférieure de la spire inductrice P2 et ne garder cette eau que dans une sorte de rigole p disposée à la partie supérieure de cette spire (voir fig. 10), la chaleur arrivant à l'eau par la conductibilité calorifique de la lame de cui vre. Une rigole analogue peut être disposée à la partie supérieure de Pl. Quelquefois aussi on peut supprimer complètement l'eau.
On peut encore recourir au refroidisse ment de la spire P2 au moyen d'air amené par un ventilateur. Alors que cette disposi tion est difficile à adopter dans le cas de l'hélice à nombreuses spires à cause de la perte de charge amenée par la longueur et la faible section du conduit, il est facile d'employer ici la disposition appropriée dont la fig. 11 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'accroisse ment -de la surface de P2 au moyen de saillies comme dans tout radiateur. L'effet refroidissant de l'air peut être augmenté beaucoup par une pulvérisation d'eau. La paroi p2 peut ou non participer à la circu lation 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, alimen tées à assez basse tension pour se contenter de l'isolement constitué par les matières ré fractaires entourant le creuset, sans danger de commotions pour les ouvriers. Dans le cas de deux ou trois spires ainsi disposées, le refroidissement peut être assuré comme précédemment par de l'air ou de l'eau cir culant à la partie supérieure.
Dans le cas de conducteurs en parallèle jointifs, comme par exemple sur la fig. 12, on peut quelquefois avoir intérêt à les sé parer sur une grande partie de la hauteur par un isolant mince p', de l'amiante par exemple; de cette manière on arrive à di minuer la résistance provenant de l'effet Kelvin.
Enfin le noyau magnétique N peut être prolongé au-dessus du creuset, et passer autour ou bien un ou plusieurs noyaux spé ciaux peuvent être ajoutés en ces endroits, afin de conduire partiellement le flux pas sant dans le creuset, selon les spécifications du- brevet suisse n 132728 des mêmes bre vetés et intitulé "four à induction".
La fig. 13 représente une variante de la fig. 8. Le circuit Pl est dédoublé, une partie est à l'intérieur B, l'autre à l'exté rieur; les deux parties Pl P3 sont reliées en série ou en parallèle et jointes toujours di rectement à la spire PE. De cette manière on utilise mieux les conducteurs des circuits Pl et R en y réduisant sensiblement, dès que la fréquence s'élève, la résistance effec tive due à l'effet Kelvin ou de peau et les effets analogues dues à la proximité des cir cuits.
L'enroulement primaire R peut compor ter diverses prises de courant, soit pour des réglages, soit pour permettre de construire l'alternateur, le condensateur et le four à la meilleure tension possible pour chacun d'eux, l'alimentation étant faite par exemple selon la fig. 14.
Bien entendu les dispositions qui pré cèdent peuvent s'appliquer à des fours à in duction de toute fréquence pour lesquels l'emploi de fer constitue un avantage. Au lieu de fours monophasés on peut aussi bien employer des fours polyphasés et leur appliquer le même principe, ces fours polyphasés comportant plusieurs noyaux magnétiques, plusieurs circuits tels que R P1 P2 et plusieurs spires de chauf fage S de toutes manières connues, ces dif férentes spires S étant séparées ou réunies, ou aboutissant à un même creuset général analogue à C de la fig. 5.