chauffage par induction: cas de divers matériaux

membreComplexe12 · 12/10/2010 - 10h04

Bonjour tous,

J'aimerai comprendre comment on chauffe par induction des éprouvettes et les résultats pour divers matériaux.

Voici une representation de ce que j'aimerai comprendre:

Code HTML:

http://fr.academic.ru/pictures/frwiki/73/Induction_heating_of_bar_crop.jpg

1°) Pour un ferromagnetique:
on applique un champ magnetique variable, cela générere une force electromotrice et des courants induits dans mon eprouvette. Ensuite par l'intermédiaire de la résistance de l'eprouvette un effet joule ce produit ainsi qu'une augmentation de la temperature ?

2°) Pour un paramagnetique:

3°) Pour un diamagnetique:

4°) Pour un antiferromagnetique:

5°) Pour un ferrimagnetique:

Pour les materiaux 2,3,4,5 je ne comprends pas du tout comme ca pourrait fonctionner, en fait mon gros probleme est que je n'ai jamais compris la différence entre ces divers materiaux.

J'ai lu pas mal de choses où l'on parle d'orientation de spin... mais cela ne m'indique pas concrètement se que l'on peut observer à notre echelle (on tout cas je n'ai pas trouvé d'explication claire)

j'espere que vous pourrez m'aider car ca m'interesse vraiment.

Merci beaucoup

membreComplexe12 · 13/10/2010 - 13h50

plus globalement, comment reagissent les divers materiaux que j'ai cité si on les soumets à un champs magnetique exterieur?

(j'ai du mal à comprendre les explications de wiki)

**LPFR** · 13/10/2010 - 14h05

Bonjour.
Le chauffage par induction fonctionne par les courants induits dans un conducteur. La nature magnétique du matériau ne joue pas, sauf pour le matériaux ferromagnétiques, dans lesquels le champ peut (suivant la géométrie) être plus grand. Pour tous les autres types la perméabilité relative reste proche de 1.

Si le paragraphe que vous ne comprenez pas dans wikipedia est celui-ci:
Le corps à chauffer baigne dans un champ électromagnétique. Ce champ électromagnétique se crée lorsqu´il y a rencontre entre un matériau conducteur (un métal par exemple) et un aimant capable de créer un champ magnétique. Cet aimant va exercer une force sur les électrons libres présents dans le matériau générant ainsi un courant électrique. L'énergie se dissipe alors à l´intérieur du corps sous forme de chaleur. L´exemple le plus concret repose sur le fonctionnement d´une plaque à induction.

Alors, soyez rassuré, c'est une des ces grosses âneries que l'on trouve de temps en temps dans wikipedia. Dans ces cas, allez voir ce que dit la version en anglais. Comme elle est lue par plus de monde, il y a un peu moins de conneries.
Au revoir.

membreComplexe12 · 13/10/2010 - 18h45

merci LPFR d'avoir repondu,

en fait, en lisant un document qu'une personne avait redigé sur le chauffage par induction il y a avait inscrit:

" le chauffage par induction permet de fortes montée en temperature sauf pour les materiaux faiblement magnetiques"

en fait c'est cela que j'aimerai réellement comprendre....

**LPFR** · 14/10/2010 - 06h53

Bonjour.
Il est difficile de pouvoir deviner les raisons des affirmations "curieuses" hors contexte.
J'ai utilisé le chauffage par induction deux ou trois fois, sur des conducteurs non ferromagnétiques. Je pense que la résistivité à plus d'influence que le comportement magnétique.
Au revoir.

membreComplexe12 · 14/10/2010 - 21h35

Envoyé par LPFR

Bonjour.
Il est difficile de pouvoir deviner les raisons des affirmations "curieuses" hors contexte.
J'ai utilisé le chauffage par induction deux ou trois fois, sur des conducteurs non ferromagnétiques. Je pense que la résistivité à plus d'influence que le comportement magnétique.
Au revoir.

le contexte:

on veut chauffer un materiau rapidement:
peut on avoir des vitesses de chauffage autant élevé avec de l'alu ou du fer ?

**LPFR** · 15/10/2010 - 06h48

Bonjour.
Ça dépend de la géométrie, qui régit le transfert de puissance.
Pour une même masse, le fer est plus facile à chauffer car il a une chaleur spécifique plus faible (la moitié que celui du Al). Pour un même volume, c'est l'alu qui est plus facile à chauffer.
Au revoir.

membreComplexe12 · 15/10/2010 - 16h03

Envoyé par LPFR

Pour un même volume, c'est l'alu qui est plus facile à chauffer.

bonjour LPFR,

merci pour ton explication, c'est interessant cette remarque car le mode de chauffage dont je parle s'applique sur des eprouvettes qui ont le meme volume.
A priori donc se serait l'alu le plus facile à chauffer, mais ce qui est bizarre c'est que dans le document que j'ai lu la personne n'a pas choisi le chauffage par induction car pour de l'alu ca ne permetter pas selon de chauffer rapidement contrairement au fer....

ce qui semble donc faux en voyant ce que tu me dis, on peux autant bien chauffer de l'alu que du fer par induction....

**LPFR** · 15/10/2010 - 16h17

Re.
Ce n'est pas nécessairement faux.
Tout dépend de la géométrie et du couplage. Et même de l'effet de peau.
Je suppose que la personne qui a fait l'affirmation a fait la manip dans certaines conditions qui étaient mieux adaptées pour le fer que pour l'aluminium.
À partir d'un cas particulier, on ne peut pas tirer des conclusions générales. Pour un même appareil d'induction, ce qui reste constant est la puissance qu'il peut fournir. Et pour qu'il puisse fournir la puissance maximale, il faut que le couplage soit optimal. On joue sur les dimensions et la forme de la bobine pour avoir le meilleur couplage pour un type d'échantillon donné (matériau et forme).
A+

membreComplexe12 · 15/10/2010 - 16h22

Envoyé par LPFR

Re.
Ce n'est pas nécessairement faux.
Tout dépend de la géométrie et du couplage. Et même de l'effet de peau.
Je suppose que la personne qui a fait l'affirmation a fait la manip dans certaines conditions qui étaient mieux adaptées pour le fer que pour l'aluminium.
À partir d'un cas particulier, on ne peut pas tirer des conclusions générales. Pour un même appareil d'induction, ce qui reste constant est la puissance qu'il peut fournir. Et pour qu'il puisse fournir la puissance maximale, il faut que le couplage soit optimal. On joue sur les dimensions et la forme de la bobine pour avoir le meilleur couplage pour un type d'échantillon donné (matériau et forme).
A+

Ok merci LPFR pour ton aide
A+

**Tropique** · 15/10/2010 - 18h20

En pratique, les matériaux ferromagnétiques sont toujours beaucoup plus faciles à chauffer que les autres, spécialement ceux qui sont de bons conducteurs électriques, comme l'alu ou le cuivre.

La perméabilité du matériau lui permet de jouer à la fois le rôle d'une spire résistive en court-circuit, et de noyau magnétique pour cette même spire.
Ce noyau concentre les lignes du champ magnétique et augmente le flux utile.

Il y a aussi le fait que ces matériaux ont d'autres mécanismes de pertes que les courants de Foucault: ils sont également affectés de pertes par hystérésis et viscosité magnétique (les "pertes fer").

Enfin, ces matériaux ont une résistivité relativement élevée comparée aux "bons" conducteurs, ce qui améliore le rendement de transfert: on peut voir l'ensemble bobinage + pièce à chauffer comme un transformateur ayant un coéfficient de couplage médiocre, et si la résistance chargeant le secondaire est faible (la pièce) devant l'impédance d'attaque (réactance de l'inductance de fuite + résistance ohmique du primaire), elle ne prendra qu'une faible tension et chauffera peu.
Et si on veut schématiser (ce n'est pas strictement exact), on peut dire que si le matériau à chauffer à une résistivité aussi faible que le matériau des spires du primaire, autant de puissance y sera dissipée que dans la pièce.

Pour toutes ces raisons, les plaques de cuisson à induction ne fonctionnent pratiquement qu'avec des ustensiles comportant au moins une part de matériau magnétique.

membreComplexe12 · 15/10/2010 - 23h38

merci beaucoup tropique pour cette explication tres complete, cependant il y a des choses que je ne comprends pas:

Envoyé par Tropique

En pratique, les matériaux ferromagnétiques sont toujours beaucoup plus faciles à chauffer que les autres, spécialement ceux qui sont de bons conducteurs électriques, comme l'alu ou le cuivre.

==> Peux tu me citer s'il te plait quelques exemples de ferromagnetiques classiques et me dire comment sont l'alu le fer et le cuivre car en regardant sur le net je trouve des info contradictoires....

Envoyé par Tropique

La perméabilité du matériau lui permet de jouer à la fois le rôle d'une spire résistive en court-circuit, et de noyau magnétique pour cette même spire.
Ce noyau concentre les lignes du champ magnétique et augmente le flux utile. Il y a aussi le fait que ces matériaux ont d'autres mécanismes de pertes que les courants de Foucault: ils sont également affectés de pertes par hystérésis et viscosité magnétique (les "pertes fer").

==> Jusqu'ici je te suis bien mais j'ai un peu de mal à comprendre pourquoi on peu voir la piece comme une spire en CC, et par contre comment cela se passe pour des paramagnetiques ou des diamagnetiques? on aurait la meme spire mais avec un flux utile plus faible?

Envoyé par Tropique

Enfin, ces matériaux ont une résistivité relativement élevée comparée aux "bons" conducteurs, ce qui améliore le rendement de transfert

==> en generale mes ferromagnetiques ne sont pas des bons conducteurs? (cette question à un lien avec la premiere)

Envoyé par Tropique

on peut voir l'ensemble bobinage + pièce à chauffer comme un transformateur ayant un coéfficient de couplage médiocre, et si la résistance chargeant le secondaire est faible (la pièce) devant l'impédance d'attaque (réactance de l'inductance de fuite + résistance ohmique du primaire), elle ne prendra qu'une faible tension et chauffera peu.

==> j'aime beaucoup ton explication! par contre j'ai un peu de mal à voir qu'es ce qui ferait que le coéfficient de couplage soit plus ou moins médiocre selon le materiaux (j'ai besoin de petit rappel d'elec appliqué ce cas)

Envoyé par Tropique

Et si on veut schématiser (ce n'est pas strictement exact), on peut dire que si le matériau à chauffer à une résistivité aussi faible que le matériau des spires du primaire, autant de puissance y sera dissipée que dans la pièce.

==> j'ai un peu de mal à voir le lien materiaux primaire-materiaux secondaire mais cela est du au questions precedantes que je n'ai pas tout a fait saisi

merci beaucoup pour cette super explication, j'aurais juste besoin si cela ne te derange pas que tu m'apportes les precisions dont j'ai besoin pour tout saisir

**Tropique** · 16/10/2010 - 11h20

Envoyé par 21did21

merci beaucoup tropique pour cette explication tres complete, cependant il y a des choses que je ne comprends pas:

==> Peux tu me citer s'il te plait quelques exemples de ferromagnetiques classiques et me dire comment sont l'alu le fer et le cuivre car en regardant sur le net je trouve des info contradictoires....

La plupart des aciers et alliages de fer, nickel et cobalt. Plus quelques autres alliages confidentiels style Heusler.

==> Jusqu'ici je te suis bien mais j'ai un peu de mal à comprendre pourquoi on peu voir la piece comme une spire en CC, et par contre comment cela se passe pour des paramagnetiques ou des diamagnetiques? on aurait la meme spire mais avec un flux utile plus faible?

Je ne vois pas comment on peut ne pas le voir ainsi.... ça me parait absolument trivial.
Si le matériau n'est pas magnétique, il ne va pas concentrer les lignes de champ.

==> en generale mes ferromagnetiques ne sont pas des bons conducteurs? (cette question à un lien avec la premiere)

Comparés à l'argent, au cuivre, à l'or ou à l'aluminium, non. Il suffit de consulter une table de propriétés des matériaux, il n'y a rien à expliquer.

==> j'aime beaucoup ton explication! par contre j'ai un peu de mal à voir qu'es ce qui ferait que le coéfficient de couplage soit plus ou moins médiocre selon le materiaux (j'ai besoin de petit rappel d'elec appliqué ce cas)

Le coéfficient de couplage est indépendant des matériaux. Seule la géométrie importe.

==> j'ai un peu de mal à voir le lien materiaux primaire-materiaux secondaire mais cela est du au questions precedantes que je n'ai pas tout a fait saisi

Il suffit de faire le schéma équivalent du transformateur, avec tous ses paramètres parasites.

gatsu · 16/10/2010 - 11h31

Envoyé par LPFR

Bonjour.
Il est difficile de pouvoir deviner les raisons des affirmations "curieuses" hors contexte.
J'ai utilisé le chauffage par induction deux ou trois fois, sur des conducteurs non ferromagnétiques. Je pense que la résistivité à plus d'influence que le comportement magnétique.
Au revoir.

Salut,

Tu aurais un exemple que je pourrai appliquer dans un contexte ménager svp ? Je me suis fait foutre de moi quand j'ai dit à quelqu'un qu'en principe il n'était pas nécessaire que le matériau soit ferromagnétique, alors si je pouvais lui faire une petite démo, ça serait pas mal.

**Tropique** · 16/10/2010 - 13h03

J'ai créé un bain d'étamage à chauffage par induction, et je n'ai pas eu besoin de faire appel à des prouesses technologiques pour cela. Ce qui montre que le chauffage par induction peut sans problème être appliqué à des métaux non magnétiques, mais le fait est que si le métal est magnétique, c'est nettement plus simple.

Dans les images de ce post, on voit que ce qui n'est à la base qu'un petit ampli audio (~20W) peut aisément chauffer au rouge un clou en acier:
[Tuto-Projet] Amplificateurs N-VDMOS: de l'efficace, du rationnel et du sérieux

Dans la même configuration, une vis en laiton ou un rivet en aluminium chauffent, mais sans plus: il est encore presque possible de les manipuler à mains nues.