Procédé et dispositifs de réglage de la puissance moyenne de chauffage induite dans un produit plat conducteur maintenu électromagnétiquement en position sans contact

Description

[0001] La présente invention se rapporte à un procédé et à des dispositifs de mise en oeuvre de ce procédé permettant le réglage de la puissance moyenne de chauffage induite par un champ élec- tromagnétiqué dans un produit plat conducteur à l'arrêt ou en défilement, maintenu sans contact, par les forces électromagnétiques également induites par ce champ, notamment en lévitation ou guidage, dans une installation de chauffage par induction électromagnétique comprenant une paire d'inducteurs sensiblement identiques dont les pôles se font face deux à deux de part et d'autre du produit.

[0002] Dans diverses opérations de parachèvement et spécialement dans certains traitements thermiques, il peut être nécessaire de régler la puissance induite dans un produit maintenu sans contact, par exemple en lévitation, afin de suivre une courbe imposée de température en fonction du temps.

[0003] Dans le document EP-A-0 070 232 appartenant à l'état de la technique selon l'art. 54(3) de la CBE, on décrit une installation de chauffage d'un produit métallique en lévitation. Le chauffage et la lévitation sont obtenus par un flux électromagnétique transversal provenant de deux jeux de pôles d'inducteur. Les inducteurs sont disposés de part et d'autre du produit et sont alimentés en courant alternatif de telle sorte que deux pôles en face l'un de l'autre sont à tout instant polarisés inversé- ment.

[0004] Il est évident que pour réduire la puissance induite dans un produit soumis à un flux transversal, on peut se contenter de diminuer l'intensité du courant parcourant les inducteurs, mais, lorsque le produit est en lévitation, cette réduction entraîne généralement une diminution de la hauteur de lévitation. De plus, lorsque l'on veut maintenir le produit sans contact, la réduction de puissance est limitée par la nécessité de maintenir la hauteur de lévitation à une valeur minimale.

[0005] On connaît aussi, par le document EP-A-0087345 appartenant également à l'état de la technique selon l'art 54(3) de la CBE, un dispositif similaire qui ne se distingue du précédent que par une alimentation «en phase» des paires de pôles. Ainsi, on obtient une lévitation sans chauffage notable.

[0006] Le but de l'invention est de régler dans la plus large plage possible la puissance de chauffage induite dans un produit plat conducteur maintenu sans contact, par les forces électromagnétiques corrélativement induites, notamment en lévitation ou guidage, en assurant au produit une position sensiblement constante et en utilisant un appareillage simple et économique.

[0007] Le procédé selon l'invention consiste, pour régler la puissance de chauffage induite par un champ électromagnétique dans un produit plat conducteur maintenu sans contact par les forces électromagnétiques corrélativement induites par ce champ, dans une installation de chauffage par induction électromagnétique comprenant une paire d'inducteurs sensiblement identiques, disposés de part et d'autre du produit, les pôles de l'un des inducteurs de la paire faisant face aux pôles de l'autre inducteur, à opérer une suite d'inversions de la polarité instantanée des pôles de l'un des inducteurs par rapport à la polarité instantanée des pôles correspondants de l'autre inducteur, le rapport des durées pendant lesquelles les polarités sont d'une part opposées et d'autre part identiques déterminant la valeur moyenne de la puissance de chauffage induite, la position du produit restant quasiment inchangée.

[0008] En effet, les forces électromagnétiques exercées sur le produit et qui le maintiennent sans contact restent sensiblement les mêmes, que les polarités instantanées des pôles deux à deux face à face des inducteurs soient toutes identiques ou toutes opposées, toutes choses restant égales par ailleurs, si bien que lors d'une inversion de la polarité relative des pôles de l'un des inducteurs par rapport à la polarité des pôles correspondants de l'autre inducteur, la position du produit reste quasiment inchangée.

[0009] Ainsi on obtient par la commutation cyclique de l'inverseur tantôt une lévitation seule et tantôt la même lévitation en combinaison avec un chauffage du produit. Le rapport de commutation définit donc le taux de chauffage alors que l'intensité de courant reste constante.

[0010] Un des avantages du procédé selon l'invention ressort du fait que les distances séparant les surfaces polaires de chaque paire de pôles se faisant face de part et d'autre du produit, peuvent être réduites au minimum correspondant à l'espace nécessaire à l'encombrement total en épaisseur du produit compte tenu de ses déformations et d'une éventuelle isolation thermique, le jeu assurant l'absence de contact étant presque nul. Le rendement et le facteur de puissance des dispositifs mettant en oeuvre ce procédé en sont donc améliorés.

[0011] Ce procédé simple et économique, s'applique en particulier à la réduction de la puissance induite en fin de chauffage. Les écarts de température dynamiques étant proportionnels à la puissance volumique induite et résultant, à la fois, des phénomènes de conduction et d'une répartition non parfaitement uniforme des densités de courant induites, cette réduction de puissance permet d'obtenir des écarts de température dynamiques plus faibles et donc, par exemple, d'atteindre une température moyenne dans le produit sans dépassement local de la température limite à respecter.

[0012] L'invention s'applique notamment à des installations de chauffage en lévitation ou, par exemple, de chauffage avec guidage pour lesquels il est nécessaire de maintenir des forces de rappel, d'intensité sensiblement constante, vers une position d'équilibre.

[0013] L'invention vise également des dispositifs de réglage de la puissance moyenne induite dans un produit plat conducteur maintenu sans contact dans une position sensiblement constante par les forces électromagnétiques corrélativement induites, lesquels dispositifs mettent en oeuvre le procédé selon l'invention et se caractérisent en ce qu'ils comprennent nécessairement un moyen inverseur de polarité et, en outre, et suivant les cas:

- un système de réglage;

- des moyens permettant de connaître la température du produit;

- des moyens permettant de connaître la puissance induite;

- des moyens permettant de définir le cycle de puissance à injecter;

- des moyens permettant de définir le cycle de température à effectuer;

les informations, résultats et données obtenus de ces moyens ainsi que les caractéristiques du produit étant pris en compte par ledit système de réglage.

[0014] Les inversions de polarité instantanée des pôles de l'un des inducteurs par rapport à la polarité instantanée des pôles correspondants de l'autre inducteur sont effectuées par l'inverseur de polarité qui opère par exemple une inversion du branchement de l'un des inducteurs à la source alternative de courant ou de tension (le rapport ten- sion/courant est différent selon que les polarités sont identiques ou opposées).

[0015] Un dispositif selon l'invention comprend dans une forme de réalisation, un générateur de rapport cyclique dont la fréquence est fonction de la précision de réglage recherchée, ceci afin de permettre de suivre de façon rigoureuse une courbe imposée de température en fonction du temps.

[0016] Dans une forme préférée de réalisation, l'inverseur de polarité est de type statique, constitué de deux ponts de redresseurs en montage anti-parallèle.

[0017] Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui va suivre faite en regard du dessin annexé dont la figure unique est un organigramme de fonctionnement de dispositifs selon l'invention.

[0018] Un dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention comprend:

- nécessairement, un moyen inverseur (A) permettant d'opérer une suite d'inversions de la polarité instantanée des pôles de l'un des inducteurs de la paire par rapport à la polarité instantanée des pôles correspondants de l'autre inducteur et, suivant les cas:

- un système de réglage (C) électronique de préférence;

- des moyens (D) permettant de connaître la température du produit;

- des moyens (E) permettant de connaître la puissance induite;

- des moyens (F) permettant de définir le cycle de puissance à injecter;

-des moyens (G) permettant de définir le cycle de température à effectuer;

les informations, résultats et données obtenus de ces moyens ainsi que les caractéristiques du produit (H) étant pris en compte par ledit système de réglage (C).

[0019] Selon une forme de réalisation dont une partie est représentée en pointillés sur la figure unique du dessin annexé, le dispositif de réglage selon l'invention comprend, de plus, intercalé entre le système de réglage (C) et l'inverseur (A), un générateur de rapport cyclique (B) dont la fréquence est fonction de la précision de réglage recherchée. Cette disposition permet, en particulier, de suivre de façon rigoureuse une courbe imposée de température en fonction du temps.

[0020] Suivant une forme de réalisation l'inverseur de polarité (A) est constitué de deux ponts de redresseurs en montage anti-parallèle, mais ce choix n'est nullement limitatif.

[0021] Le procédé et les précédents dispositifs ont été décrits pour une utilisation de courant monophasé, mais le procédé et les dispositifs relatifs à l'utilisation de courants polyphasés entrent dans le cadre de l'invention.

[0022] Il est bien entendu, enfin, que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et que l'on pourra apporter des équivalences dans ses éléments constitutifs sans, pour autant, sortir du cadre de l'invention.

Revendications

1. Procédé de réglage de la puissance moyenne de chauffage induite par un champ électromagnétique dans un produit plat conducteur à l'arrêt ou en défilement, maintenu sans contact par les forces électromagnétiques corrélativement induites par ce champ, dans une installation de chauffage par induction électromagnétique comprenant une paire d'inducteurs sensiblement identiques, disposés de part et d'autre du produit, les pôles de l'un des inducteurs de la paire faisant face aux pôles de l'autre inducteur, caractérisé en ce qu'il consiste à opérer une suite d'inversions de la polarité instantanée des pôles de l'un des inducteurs par rapport à la polarité instantanée des pôles correspondants de l'autre inducteur, le rapport des durées pendant lesquelles les polarités sont d'une part opposées et d'autre part identiques déterminant la valeur moyenne recherchée de la puissance de chauffage induite, la position du produit restant quasiment inchangée.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réglage de la puissance moyenne de chauffage induite est appliqué à une réduction de cette puissance en fin de chauffage permettant de réduire les écarts de température dynamique dus à une répartition non parfaitement uniforme des densités de courant induites.

3. Dispositif de réglage mettant en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend nécessairement un moyen inverseur (A) de la polarité instantanée des pôles de l'un des inducteurs, par rapport à celle des pôles correspondants de l'autre inducteur et en outre et suivant les cas:

- un système de réglage (C);

- des moyens (D) permettant de connaître la température du produit;

- des moyens (E) permettant de connaître la puissance induite;

- des moyens (F) permettant de définir le cycle de puissance à injecter;

-des moyens (G) permettant de définir le cycle de température à effectuer;

les informations obtenues de ces moyens ainsi que les caractéristiques du produit (H) étant prises en compte par ledit système de réglage.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'if comprend un générateur de rapport cyclique (B) dont la fréquence est fonction de la précision recherchée du réglage ceci notamment afin de suivre de façon rigoureuse une courbe imposée de température en fonction du temps.

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le moyen inverseur (A) est de type statique, constitué de deux ponts de redresseurs en montage anti-parallèle.

Claims

1. A method for controlling the average heating power induced by an electromagnetic field in a stationary or moving flat conducting product positioned without contact by electromagnetic forces correlatively induced by said field, in an electromagnetic induction heating installation comprising a pair of substantially identical inductors placed on either side of the product, the poles of one of the inductors of the pair facing the poles of the other inductor, characterized in that it consists in effecting a sequence of inversions of the instantaneous polarity of the poles of one of the inductors with respect to the instantaneous polarity of the corresponding poles of the other inductor, the ratio of the durations during which the polarities are on the one hand opposite and on the other identical determining the desired average value of the induced heating power, the position of the product remaining practically unchanged.

2. A method according to claim 1, characterized in that the control of the average induced heating power is applied to a reduction of this power at the end of the heating phase, thereby effecting a reduction of the dynamic temperature deviations due to the non perfectly uniform distribution of the induced current densities.

3. A control device for implementing the method according to any one of claims 1 and 2, characterized in that it necessarily includes a means (A) for inverting the instantaneous polarity of the poles of one of the inductors with respect to the polarity of the corresponding poles of the other inductor, and includes moreover and according to the case:

- a control system (C);

- means (D) for sensing the temperature of the product;

- means (E) for sensing the induced power;

- means (F) for defining the cycle of power to be injected;

- means (G) for defining the temperature cycle to be effected;

the informations derived from these means as well as the characteristics of the product (H) being taken into account by said control system.

4. A device according to claim 3, characterized in that it includes a cyclic ratio generator (B), the frequency of which depends on the desired control precision, in particular for following in a rigourous fashion a predetermined temperature curve as a function of time.

5. A device according to any one of claims 3 and 4, characterized in that the inverter means (A) is of the static type and consists of two rectifier bridges mounted in an antiparallel manner.

Ansprüche

1. Verfahren zur Regelung der mittleren Heizleistung, die durch ein elektromagnetisches Feld in ein flaches, leitfähiges, stillstehendes oder durchlaufendes Produkt induziert wird, wobei das Produkt berührungsfrei durch die von dem Feld entsprechend induzierten elektromagnetischen Kräften in der Schwebe gehalten wird, in einer elektromagnetischen Induktionsheizvorrichtung, die ein Paar von im wesentlichen identischen Induktoren zu beiden Seiten des Produkts besitzt, wobei die Pole des einen Induktors des Paares den Polen des anderen Induktors gegenüberliegen, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, eine Folge von Umkehrungen der Augenblickspolarität der Pole des einen Induktors bezüglich der augenblicklichen Polarität der entsprechenden Pole des anderen Induktors durchzuführen, wobei das Verhältnis der Zeitdauern, während der die Polaritäten einerseits entgegengesetzt und andererseits identisch sind, den gesuchten mittleren Wert der induzierten Heizleistung bestimmen und die Lage des Produkts praktisch unverändert erhalten bleibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der mittleren induzierten Heizleistung auf eine Reduzierung dieser Leistung am Ende des Heizvorgangs angewandt wird, durch die die dynamischen Temperaturabweichungen aufgrund einer nicht vollkommen gleichmässigen Verteilung der induzierten Stromdichten verringert werden können.

3. Regelvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem beliebigen der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass es notwendigerweise ein Mittel (A) zur Umkehr der augenblicklichen Polarität der Pole des einen Induktors bezüglich der Polarität der entsprechenden Pole des anderen Induktors aufweist und ausserdem je nachdem:

- ein Regelsystem (C);

- Mittel (D), die es ermöglichen, die Temperatur des Produkts zu erfassen;

- Mittel (E), die es ermöglichen, die induzierte Leistung zu erfassen;

- Mittel (F), die es ermöglichen, den Zyklus der einzuspeisenden Leistung zu definieren;

- Mittel (G), die es ermöglichen, den durchzuführenden Temperaturzyklus zu definieren;

wobei die von diesen Mitteln erhaltenen Informationen sowie die Kennwerte des Produkts (H) vom Regelsystem ausgewertet werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen zyklischen Taktgenerator (B) aufweist, dessen Frequenz von der gewünschten Regelgenauigkeit abhängt, um insbesondere ganz genau eine vorgegebene Kurve der zeitlichen Temperaturabhängigkeit einhalten zu können.

5. Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Umkehrmittel (A) ein statisches Mittel ist und aus zwei Gleichrichterbrücken in Antiparallelschaltung besteht.

Dessins