Cours n°2/ 16 02 2016
Calcul de puissance « Température de Curie des métaux »
1/ Cas où la température est inférieure à 770°C
Voir le précédent cours :
http://www.himmel-france.com/2016/02/chauffage-par-induction-point-curie/
Prenons un exemple concret soit une tige de fer chauffée par induction avec une température inférieure à 770°C. Voir figure N° 1 ci-dessous
Dans cette configuration, on peut simplifier de la manière suivante :
– La tige de fer dans l’inducteur présente une résistance R au courant induit qui traverse R.
– Ce courant induit qui traverse le fer chauffe la tige de fer.
– Puisque le courant induit ne peut passer que sur une faible épaisseur dans la tige de fer, et aussi que la température est inférieure à 770°C, alors il y a une résistance importante au passage de ce courant induit.
Dans tous les cas le générateurs ne peut délivrer plus de 10 Ampères
Schéma électrique équivalent
Tige de fer ayant une résistance R.
Prenons des valeurs arbitraires pour notre compréhension et calculs
R = 5 Ohms, I = 10 Ampères
La puissance dissipée dans la résistance est donnée par la formule :
P(Watts) = R(Ohms) x I²(Ampères) soit P = R.I²
P = 5 x 10² = 500 Watts
Le générateur ne peut pas délivrer plus de 10 Ampères de courant.
Cela signifie tout simplement qu’une puissance de 500 watts injectée dans la tige métallique de résistance R chauffera cette tige métallique.
La tension présente aux bornes de cette résistance sera selon la loi d’Ohm :
U = R x I = 5 x 10 = 50 volts
2/ Cas où la température est supérieure à 770°C
Suivons le même raisonnement que pour une chauffe inférieure à 770°C.
On peut simplifier de la même manière :
– La tige de fer dans l’inducteur présente une résistance R au courant induit qui traverse R.
– Ce courant induit qui traverse le fer chauffe la tige de fer.
– Puisque le courant induit peut passer sur une épaisseur dans la tige de fer beaucoup plus facilement, car la température est supérieure à 770°C, alors la résistance diminue au passage de ce courant induit.
Schéma électrique équivalent
Prenons des valeurs arbitraires pour notre compréhension et calculs.
La résistance diminue de 20% par exemple
R = 5 Ohms – 20% = 4 Ohms et I = 10 Ampères
La puissance dissipée dans la résistance est donnée par la formule :
P(Watts) = R(Ohms) x I²(Ampères) soit P = R.I²
P = 4 x 10² = 400 Watts
Le générateur ne peut pas délivrer plus de 10 Ampères de courant.
Cela signifie tout simplement qu’une puissance de 400 watts injectée dans la tige métallique de résistance R chauffera cette tige métallique.
La tension présente aux bornes de cette résistance sera selon la loi d’Ohm :
U = R x I = 4 x 10 = 40 volts.
3/ Remarques importantes
On s’aperçoit de suite que lorsque l’on dépasse le point Curie, la puissance va diminuer fortement dans la pièce à chauffer. Dans notre cas soit de 20 %.
4/ Que faire pour combler ce manque de puissance ?
Plusieurs solutions peuvent être envisagées :
Soit on augmente le courant dans la pièce à chauffer pour éviter une baisse de puissance selon la formule : P(Watts) = R(Ohms) x I²(Ampères) soit P = R.I²
Soit on augmente la tension aux bornes de la pièce à chauffer puisque la puissance dépend aussi de la formule : P(Watts) = U(Volts) x I(Ampères)
Mais dans tous les cas il faudra prévoir un générateur capable de délivrer une puissance à la pièce à chauffer plus importante pour aller au-delà de la température du point de Curie.
D’autres solutions plus complexes existent également, mais le but de ce cours est une approche qui doit rester simple.
5/ Conclusion
Lors de l’étude d’un projet il est impératif de tenir compte de la température à atteindre pour définir la puissance d’un générateur de chauffe par induction.
On n’utilisera pas le même appareil au niveau de la puissance pour chauffer par induction une pièce de fer à 600°C par exemple et la même pièce à 1000°C.
Chaque métal a une température de point de Curie différente. Donc il est nécessaire de consulter cette température lors d’un projet.
Ensuite en fonction des alliages cette température changera également.
Si l’on souhaite étudier plus précisément ce sujet, alors il est nécessaire de faire appel à des notions de physiques plus complexes.
Ce sujet est surtout pris en compte dans l’industrie du traitement thermique car les températures de la chauffe des métaux par induction sont généralement voisines de 1000°C, donc bien au-dessus de la température du point de Curie.
