Chauffage par induction électromagnétique : principes

Le chauffage par induction électromagnétique fait partie des techniques électrothermiques qui permettent de chauffer un matériau sans contact direct avec une source d’énergie électrique. Il consiste à plonger le corps à chauffer dans un champ électromagnétique variable dans le temps, et à dissiper sous forme de chaleur l’énergie entrant dans le corps. Il se distingue cependant nettement des autres techniques (infrarouge et micro-ondes) par la nature des matériaux chauffés et par la bande de fréquence électrique utilisée, c’est-à-dire par la profondeur de pénétration et par les densités de puissance de chauffage obtenues. En effet, de par son principe, il ne s’applique qu’aux matériaux conducteurs de l’électricité, c’est-à-dire aux matériaux de résistivité électrique comprise entre 10  ^–8  Ω.m (cuivre) et 10  ^–1  Ω.m (verres fondus). La bande de fréquence employée est comprise entre la fréquence industrielle de 50 Hz et quelques mégahertz, si bien que les profondeurs de pénétration s’étagent entre quelques micromètres et quelques centimètres. Les densités de puissance surfacique peuvent atteindre 10  ⁵  kW/m  ² .

• On peut caractériser les performances de cette technique de chauffage par le produit fréquence-puissance et en suivre ainsi l’évolution. Depuis l’époque où le chauffage par induction faisait appel aux groupes tournants, ce produit a notablement augmenté. En effet, ces premiers générateurs ont été peu à peu remplacés par des convertisseurs statiques et, jusqu’à ces dernières années, le produit fréquence-puissance était classiquement de 100 à 1 000 kHz.kW. Actuellement, la tendance forte est d’augmenter la fréquence et la puissance des installations. On peut arriver ainsi à des valeurs fréquence-puissance de l’ordre de 250 000 kHz.kW !! (comme c’est le cas, pour le soudage au défilé des tubes d’acier ou des torches à plasma inductif de forte puissance).

  Tout cela suppose un développement parallèle des matériels électrotechniques nécessaires tels que les condensateurs, les transformateurs, les inducteurs refroidis par l’eau, le câblage anti-inductif dit couramment « aselfique », etc, qui constituent la technologie moderne du chauffage par induction.

• Comme dans tout problème de chauffage, la puissance nécessaire au type de traitement thermique recherché est imposée par la masse à chauffer, la température à atteindre et le temps de chauffe. Pour l’ingénieur chargé de concevoir ou de conduire une installation de chauffage par induction,...