Principes de base du chauffage par induction
Chauffage par induction se produit dans un objet conducteur d'électricité (pas nécessairement de l'acier magnétique) lorsque l'objet est placé dans un champ magnétique variable. Le chauffage par induction est dû aux pertes par hystérésis et par courant de Foucault.
Chauffage par induction est le processus de chauffage d'un objet conducteur d'électricité (généralement un métal) par induction électromagnétique, grâce à la chaleur générée dans l'objet par les courants de Foucault. Un appareil de chauffage par induction se compose d'un électro-aimant et d'un oscillateur électronique qui fait passer un courant alternatif à haute fréquence à travers l'électro-aimant. Le champ magnétique alternatif rapide pénètre dans l'objet, générant des courants électriques à l'intérieur du conducteur, appelés courants de Foucault. Les courants de Foucault qui traversent la résistance du matériau le chauffent par effet Joule. Dans les matériaux ferromagnétiques (et ferrimagnétiques) comme le fer, la chaleur peut également être générée par des pertes d'hystérésis magnétique. La fréquence du courant utilisé dépend de la taille de l'objet, du type de matériau, du couplage (entre la bobine de travail et l'objet à chauffer) et de la profondeur de pénétration.
Les pertes par hystérésis ne se produisent que dans les matériaux magnétiques tels que l'acier, le nickel et quelques autres. Les pertes par hystérésis sont dues à la friction entre les molécules lorsque le matériau est magnétisé d'abord dans un sens, puis dans l'autre. Les molécules peuvent être considérées comme de petits aimants qui se retournent à chaque inversion du sens du champ magnétique. Il faut du travail (de l'énergie) pour les faire tourner. L'énergie se transforme en chaleur. Le taux de dépense d'énergie (puissance) augmente avec le taux d'inversion (fréquence).
Des pertes par courants de Foucault se produisent dans tout matériau conducteur soumis à un champ magnétique variable. Elles sont à l'origine du cap, même si les matériaux n'ont aucune des propriétés magnétiques habituellement associées au fer et à l'acier. Le cuivre, le laiton, l'aluminium, le zirconium, l'acier inoxydable non magnétique et l'uranium en sont des exemples. Les courants de Foucault sont des courants électriques induits par l'action d'un transformateur dans le matériau. Comme leur nom l'indique, ils semblent circuler dans des tourbillons à l'intérieur d'une masse solide de matériau. Les pertes dues aux courants de Foucault sont beaucoup plus importantes que les pertes par hystérésis dans le chauffage par induction. Il convient de noter que le chauffage par induction s'applique aux matériaux non magnétiques, où il n'y a pas de pertes par hystérésis.
Pour le chauffage de l'acier à des fins de trempe, de forgeage, de fusion ou à toute autre fin nécessitant une température supérieure à la température de Curie, nous ne pouvons pas compter sur l'hystérésis. Au-delà de cette température, l'acier perd ses propriétés magnétiques. Lorsque l'acier est chauffé en dessous du point de Curie, la contribution de l'hystérésis est généralement si faible qu'elle peut être ignorée. À toutes fins utiles, la valeur I2R des courants de Foucault est le seul moyen de transformer l'énergie électrique en chaleur à des fins de chauffage par induction.
Deux choses essentielles pour que le chauffage par induction se produise :
- Un champ magnétique changeant
- Un matériau conducteur d'électricité placé dans le champ magnétique