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RÉSUMÉ
Cet article présente les technologies associées au chauffage diélectrique. Procédé efficace, souvent économiquement intéressant, peu polluant, il peut se décliner suivant la longueur d'onde en chauffage micro-ondes ou haute fréquence. Pour chacun de ces types de chauffage, les différents équipements mis en œuvre sont détaillés : générateur, guide d'onde, applicateur, circuit d'adaptation d'impédance et éventuels dispositifs auxiliaires.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Georges ROUSSY : Directeur de Recherche, Université Henri-Poincaré, Nancy
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Jean-François ROCHAS : Directeur général de la société Sairem
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Claude OBERLIN : Ancien Ingénieur Senior de la Division de la Recherche d’EDF
INTRODUCTION
Les procédés électrothermiques peuvent être divisés en deux grandes catégories :
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le chauffage indirect, où la transmission d’énergie de la source vers le récepteur (corps à chauffer) obéit aux lois usuelles de la thermique ;
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le chauffage direct, où le récepteur, parcouru par un courant électrique, est donc lui-même le siège du dégagement de chaleur, les échanges ultérieurs de chaleur s’effectuant selon les lois de la thermique classique.
Le tableau 1 donne la liste des différentes technologies électrothermiques se répartissant entre ces deux familles.
L’énergie électromagnétique est dissipée dans la masse du produit, en fonction de la distribution du champ électrique qui règne dans l’applicateur en présence du produit à traiter. Ce type de transfert d’énergie est très efficace, car on sait produire des distributions de champ électrique très intenses, générant des densités de puissance élevées (jusqu’à 10 kW par litre de produit). En plus des avantages découlant directement des principes physiques, le chauffage diélectrique s’avère non polluant, apporte une grande souplesse d’emploi et la possibilité de réguler finement les procédés thermiques, grâce à des automatismes rapides et précis.
Par ailleurs, les chauffages haute fréquence (HF) ou micro-onde (MO) présentent souvent un grand intérêt économique quand ils sont associés à des techniques traditionnelles telles que l’air chaud, les rayonnements infrarouges…
L’article Chauffage diélectrique se compose de quatre parties :
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Principes et spécificités
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Technologies ;
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Applications industrielles ;
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un fascicule de documentation .
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1. Techniques de mise en œuvre du chauffage haute fréquence
Les installations haute fréquence industrielles (6,78 MHz, 13,56 MHz et 27,12 MHz) comprennent en général un générateur d’ondes HF, une ligne de transmission d’énergie, un applicateur, une boîte d’adaptation dont la fonction est d’accorder l’impédance du circuit.
Le schéma de principe d’une installation haute fréquence est présenté sur la figure 1.
1.1 Générateur haute fréquence
Dans l’état actuel de la technique, les générateurs HF de puissance sont souvent conçus à partir d’un principe, le montage auto-oscillateur, qui comprend un circuit oscillant, un interrupteur rapide et une source haute tension continue. La figure 2 représente le schéma de principe d’un générateur auto-oscillateur.
Le circuit oscillant est excité par des impulsions provenant d’un tube à vide. En régime établi, la fréquence de fonctionnement est stabilisée donc autour de la fréquence de résonance du circuit oscillant. Un couplage de sortie, analogue à un transformateur, permet de prélever la puissance du circuit oscillant pour la transmettre à l’applicateur.
Pour limiter les dérives en fréquence, le circuit oscillant doit posséder un coefficient de surtension Q élevé pour des raisons de prix, mais aussi de rendement. On ne dépasse guère des valeurs de Q de 100 en HF, car le courant réactif augmente avec Q, ce qui majore rapidement les pertes. C’est pourquoi, à la conception classique en circuit LC à éléments localisés, on substitue le plus souvent une conception en cavité résonnante : ligne coaxiale court-circuitée aux extrémités, par exemple.
Le tube à vide, généralement une ou plusieurs triodes, fonctionne en régime de commutation (classe C) ; en effet, la fréquence et la puissance à transiter interdisent l’utilisation de composants à semi-conducteurs.
Un générateur HF est caractérisé par quatre grandeurs fondamentales : la puissance utile, le rendement, la fréquence...
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