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D'une certaine manière, la conception des bobines pour le chauffage par induction repose sur un grand nombre de données empiriques dont le développement découle de plusieurs géométries d'inducteurs simples telles que la bobine de solénoïde. Cette série d'articles passe en revue les considérations électriques fondamentales dans la conception des inducteurs et décrit certaines des bobines les plus couramment utilisées.
Considérations de base sur la conception des bobines d'induction
Le inducteur est similaire au primaire d'un transformateur, et la pièce à usiner est équivalente au secondaire du transformateur (Fig.1). Par conséquent, plusieurs des caractéristiques des transformateurs sont utiles à l'élaboration de lignes directrices pour la conception des bobines. L'une des caractéristiques les plus importantes des transformateurs est le fait que l'efficacité du couplage entre les enroulements est inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. En outre, le courant dans le primaire du transformateur, multiplié par le nombre de spires primaires, est égal au courant dans le secondaire, multiplié par le nombre de spires secondaires. En raison de ces relations, plusieurs conditions doivent être prises en compte lors de la conception d'une bobine pour le chauffage par induction :
1) La bobine doit être couplée à la pièce aussi étroitement que possible pour un transfert d'énergie maximal. Il est souhaitable que le plus grand nombre possible de lignes de flux magnétiques croisent la pièce à l'endroit à chauffer. Plus le flux est dense à cet endroit, plus le courant généré dans la pièce sera élevé.
2) Le plus grand nombre de lignes de flux dans une bobine de solénoïde se trouve vers le centre de la bobine. Les lignes de flux sont concentrées à l'intérieur de la bobine, ce qui permet d'obtenir un taux de chauffage maximal à cet endroit.
3) Étant donné que le flux est plus concentré à proximité des spires de la bobine et qu'il diminue à mesure que l'on s'en éloigne, le centre géométrique de la bobine est un chemin de flux faible. Par conséquent, si une pièce est placée de façon excentrée dans une bobine, la zone la plus proche des spires de la bobine croisera un plus grand nombre de lignes de flux et sera donc chauffée à un taux plus élevé, tandis que la zone de la pièce avec moins de couplage sera chauffée à un taux plus faible ; le modèle résultant est illustré schématiquement à la figure 2. Cet effet est plus prononcé dans les chauffage par induction à haute fréquence.
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