Chauffage inductif
Principes, formules, avantages du chauffage inductif
Lors du chauffage par induction, si l’on approche des pièces en matériaux conducteurs d’un champ magnétique, un courant électrique est induit dans la pièce, lequel circule dans celle-ci et génère ainsi de la chaleur (du latin inducere = introduire). Ce champ magnétique est généré par un inducteur.
La chaleur inductive est générée dans la pièce elle-même et n’est pas apportée de l’extérieur. Ce processus repose sur certaines règles.
Loi sur l’induction
Une bobine d’induction parcourue par un courant alternatif l 1génère un champ magnétique, dont la direction varie, et qui est caractérisé par un flux magnétique Φ.
Si une pièce est placée dans ce champ magnétique, une tension est induite dans celle-ci. La tension induite génère un flux de courant opposé à l’effet l ws (règle de Lenz).
Effet de peau (profondeur de pénétration du courant)
La densité de courant diminue radialement du bord de la pièce vers l’intérieur. Cette diminution résulte de courants de Foucault qui se superposent et des résistances élevées qui en découlent à l’intérieur de la pièce.
Profondeur de pénétration δ = la profondeur à laquelle la densité de courant est descendue à 1 /e (= 0,368).
Plus la fréquence est élevée, plus la couche superficielle traversée est fine.
Fréquence
C = capacité = condensateur dans le circuit extérieur
L = inductance = inducteur sur le circuit extérieur
Haute fréquence = faible profondeur de pénétration
Basse fréquence = grande profondeur de pénétration
Les plages de fréquences sont :
- Basse fréquence 50 Hz à 500 Hz
- Fréquence moyenne 500 Hz à 50 kHz
- Haute fréquence 50 kHz à 27 MHz
Le processus, la profondeur de pénétration et le diamètre de la pièce déterminent le choix de la fréquence. La profondeur de pénétration ne doit pas dépasser 1/8 du diamètre de la pièce, en fonction du processus.
Pénétration thermique et rendement de l’inducteur
La pénétration thermique dans la pièce se fait à fréquence constante et avec des paramètres de matériau constants.
Celle-ci peut varier malgré des paramètres constants, c’est que l’on appelle le rendement de l’inducteur.
Les avantages du chauffage par l’intérieur
La possibilité de ne pas apporter la chaleur de l’extérieur présente des avantages évidents, notamment an matière d’économies d’énergie.
- Temps de chauffage courts : moins de coûts énergétiques, moins de CO₂
- Reproductibilité aisée des processus d’induction
- Chauffage précis : peu de rebuts, presque aucune retouche
- Chauffage facile : pas de longs temps d’attente, pas de perte de temps après les interruptions de production
- Possibilité d’automatiser les processus inductifs
- Conditions de travail agréables : pas de températures élevées sur le lieu de travail
Le chauffage par induction se prête donc à des procédés industriels nombreux et variés. Il s’agit notamment de la trempe, du brasage, de l’assemblage, de la fusion ou du recuit et de nombreuses autres applications. Dès lors qu’une pièce est composée de matériaux conducteurs d’électricité (aluminium, cuivre, acier/acier inoxydable, laiton, titane, graphite), elle peut être chauffée de façon ciblée par une bobine d’induction.
