Bases du chauffage par induction
Chauffage par induction a lieu dans un objet électriquement conducteur (pas nécessairement en acier magnétique) lorsque l'objet est placé dans un champ magnétique variable. Le chauffage par induction est dû à l'hystérésis et aux pertes par courants de Foucault.
Chauffage par induction est le processus de chauffage d'un objet électriquement conducteur (généralement un métal) par induction électromagnétique, par la chaleur générée dans l'objet par les courants de Foucault. Un radiateur à induction se compose d'un électro-aimant et d'un oscillateur électronique qui fait passer un courant alternatif haute fréquence (AC) à travers l'électro-aimant. Le champ magnétique alternant rapidement pénètre l'objet, générant des courants électriques à l'intérieur du conducteur, appelés courants de Foucault. Les courants de Foucault traversant la résistance du matériau le chauffent par chauffage Joule. Dans les matériaux ferromagnétiques (et ferrimagnétiques) comme le fer, la chaleur peut également être générée par des pertes d'hystérésis magnétiques. 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 des matériaux magnétiques tels que l'acier, le nickel et très peu d'autres. La perte d'hystérésis indique que cela est dû au frottement entre les molécules lorsque le matériau est magnétisé dans un sens puis dans l'autre. Les molécules peuvent être considérées comme de petits aimants qui tournent à chaque inversion du sens du champ magnétique. Un travail (énergie) est nécessaire pour les retourner. L'énergie se transforme en chaleur. Le taux de dépense d'énergie (puissance) augmente avec l'augmentation du taux d'inversion (fréquence).
Des pertes par courants de Foucault se produisent dans n’importe quel matériau conducteur dans un champ magnétique variable. Cela provoque un en-tête, même si les matériaux n’ont aucune des propriétés magnétiques habituellement associées au fer et à l’acier. Des exemples sont le cuivre, le laiton, l'aluminium, le zirconium, l'acier inoxydable non magnétique et l'uranium. Les courants de Foucault sont des courants électriques induits par l'action du transformateur dans le matériau. Comme leur nom l'indique, ils semblent circuler en tourbillons sur des tourbillons dans une masse solide de matériau. Les pertes par courants de Foucault sont beaucoup plus importantes que les pertes par hystérésis lors du chauffage par induction. Notez que le chauffage par induction est appliqué aux matériaux non magnétiques, où aucune perte par hystérésis ne se produit.
Pour le chauffage de l'acier pour le durcissement, le forgeage, la fusion ou toute autre utilisation nécessitant une température supérieure à la température de Curie, nous ne pouvons pas compter sur l'hystérésis. L'acier perd ses propriétés magnétiques au-dessus de cette température. 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, le I2R des courants de Foucault est le seul moyen de transformer l’énergie électrique en chaleur pour le chauffage par induction.
Deux choses fondamentales pour que le chauffage par induction se produise:
- Un champ magnétique changeant
- Un matériau électriquement conducteur placé dans le champ magnétique