Bonjour aux physiciens du forum,
J'aimerais savoir si vous connaissez le principe et le mode de fonctionnement des plaques de cuisson " dites à induction"
Frequences des courants mis en oeuvre
Effets magnetiques ou autre
Nature des precautions à prendre eventuellement.
Merci pour vos lumières, au moins je comprendrais mieux ce qui se passe sur ces objets modernes qui entrent dans la vie de tous les jours.
.Envoyé par calculair
Bonjour,
Le principe des plaques à induction est électriquement équivalent à un transformateur dont le secondaire est en court-circuit.
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L'enroulement primaire est physiquement dans la plaque l'enroulement secondaire, c'est la casserole. La charge dans le secondaire c'est l'impédance de la plaque.
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la fréquence est donc 50 Hz et la dissipation dans la charge du secondaire sont des courants de foucault.
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Il n'y a aucune précaution à prendre. Si tu enlèves la casserole le secondaire est en circuit ouvert et cela ne consomme (presque) pas de puissance puisque le courant dans le circuit primaire est presque nul.
Bonjour,
On a donc un flux magnetique à 50 Hz qui traverse la casserole, alors pouquoi certaines casseroles en metal ne chauffent pas. il y a donc un truc qui m'echappe
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Il faut que la cassserole ait des propriétés magnétique adhoc pour interagir avec le matériau et provoquer des pertes de dissipation sous forme de chaleur. Si ta casserole est en cuivre l'interaction avec le champ magnétique variable est nulle et ton transformateur est enn circuit ouvert. C'est la raison pour laquelle il faut des casseroles "spéciales" bien étudiées pour que les pertes par courant de foucault soient maximales.
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Oui mais , a t'on a faire à quelle phenomène ?
Je pensais que la plaque emettait un flux d'induction variable, et que si on couple une spire en court circuit, le courant induit chauffe la splire ou la plaque couplée. En d'autre terme il faut coupler un conducteur. Cette vision est fausse. tu dits qu'il faut des propriètés magnetiques adhoc, peux tu preciser.? Merci
Bonjour,
Cette reponse faite le message de Mariposa
Le principe des plaques à induction est électriquement équivalent à un transformateur dont le secondaire est en court-circuit.
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L'enroulement primaire est physiquement dans la plaque l'enroulement secondaire, c'est la casserole. La charge dans le secondaire c'est l'impédance de la plaque.
avec la donnée suivante qui precisait que
Si ta casserole est en cuivre l'interaction avec le champ magnétique variable est nulle.
Pour être provocateur, je dirais que les enroulements des secondaires des transformateurs ne doivent ^pas être en cuivre ...!!
Je ne vois vraiment pas quel phènomène est exploité dans ces plaques de cuisson. merci de m'aider à comprendre Mariposa peut être precisera sa vision ou quelqu'un d'autre sait comment ça marche....
Re bonjour tout le monde,
Je me permets de relancer cette discussion sur les plaques à induction.
Les explications données me semblent incomplètes ou une partie du phenomène mis en oeuvre m'echappe.
Je resume l'etat des données que j'ai recueillie
"La plaque crée un une induction magnetique à 50 Hz qui se couple à la casserole qui chauffe"
le lien suivant resume bien
http://www.linternaute.com/science/t...nduction.shtml
Alors ce qui m'echappe pourquoi des casseroles conductrices comme en aluminium ou en cuivre ne chauffe pas.
ce point est confirmé par le lien Wikipedia notamment au 3° paragraphe
http://fr.wikipedia.org/wiki/Plaque_%C3%A0_induction
Il semble que la casserole doit être en fer ???
Pourquoi ce materiau ? Pouquoi le cuivre bon coducteur n'est pas efficace?
la loi de Lenz n'est pas celle a utiliser ici ?
Quel phenomène physique est exploité ici ?
Merci de m'aider à comprendre
Bonjour.
Imaginez un transformateur idéal alimenté par une source avec sa résistance interne.
Le plus grand transfert de puissance sera fait quand la résistance du secondaire aura la bonne valeur par rapport à la résistance de la source et le rapport de transformation.
Le meilleur rendement aura lieu pour la résistance la plus élevée au secondaire.
Ici, la résistance au secondaire est la résistance du "bobinage" secondaire qui dépend de la conductivité de la casserole.
Si la conductivité est grande, toute la puissance sera perdue dans la résistance interne de la source du côté primaire. Dans ce cas le transfert de puissance et le rendement sont nuls.
À mesure que la résistance de la casserole augmente, le transfert de puissance augmente ainsi que le rendement. Le transfert passe par un maximum à "l'adaptation", et le rendement continue à augmenter à mesure que la résistance de la casserole augmente et le transfert diminue.
J'imagine que le plus intéressant est d'avoir un bon rendement. Il y a un compromis entre le meilleur rendement et la puissance transférée. J'imagine que les fabricants ont trouvé ce compromis pour un certain type que matériau.
Au revoir.
En pratique tout matériau magnétisable fonctionnera avec une plaque à induction. A la maison j'ai des marmites "non prévues" pour l'induction et qui fonctionnent. (pas toutes évidement, l'alu ne fonctionne pas)
Pour autant qu'un aimant colle sur le fond du récipient ça fonctionne.
Bonjour,
J'ai compris ce que tu ne comprends pas.
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Reprenons le principe du tranformateur.
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le plus simple est un transformateur sans noyau. Le courant variable dans le primaire crée un champ magnétique variable qui lui même va "iriguer" la bobine secondaire et induire dans le secondaire une source (loi de Lentz) qui va provoquer un courant et se dissiper dans la charge sous effet joule.
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Oui, mais...... c'est un gachis! En effet seule une petite partie du champ magnétique émis irrigue le bobinage secondaire. quelle solution?
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Il suffit de guider le champ magnétique à l'aide d'un milieu de haute perméabilité magnétique. Le fer est l'exemple classique. C'est pourquoi un transformateur est bobiné autour d'une structure magnétique.
Oui mais.... Il y a encore un défaut est que le champ magnétique induit des courants dans la structure magnétique qui est également conductrice qui produit des pertes. Ces courants sont appelés dans ce contexte courants de Foucault. Pour remedier à ce problème on réalise un feuitage du noyau, cad des feuilles de matériau magnétiques séparées de feuilles de ma tériau isolant électriques et c'est ainsi que l'on réduit considérablement l'énergie perdue dans le noyau.
Maintenant que se passe-t-il dans une plaque a induction?
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on peut le décrire de plusieurs facons.
Dans la logique précedente on prend des casseroles dont le fond est à haute perméabilité magnétique de façon à capturer le champ magnétique émis par la bobine primaire (qui se trouve sous la plaque de vitrocéramique). Par contre on ne fait pas de feuilletage car on utilise les courants de Foucault pour dissiper l'énergie dans le noyau cad le fond de la casserole.
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Pourquoi le cuivre ne marche pas?
Tout simplement que le cuivre a pour perméabilité celle du vide! Donc le cuivre ne capte pas le champ magnétique émis par le secondaire.
Merci a vous,
L'explication de LPFR constitue pour moi un debut d'explication physique,
En essayant de quantifier cela
La plaque alimente le primaire avec la tension E1 et la resistance du primaire est R1
on a
E1- R1 i1= L1 di1/dt + M di2/dt ou i1 est le courant primaire et i2 le courant dans la casserole
alors E2 - R2 i2 = M di1/dt + L2 di2/dt
on supposera L1, L2, M, R1, E1 connues
LPFR incite a calculer R2 i2 ² et trouver la conditions qui maximisent cette quantité ( l'effet joule dans le secondaire )
Ai je bien compris ?
Merci Mariposa,
Si je comprends bien ton explication, le materiau de la casserole modifie aussi le terme M et la valeur de L2 de la casserole...?
Y a t-il un autre phenomène en jeu, exemple hyteresis du materiau de la casserole ?
L'hysteresis peut il être traduit par un terme supplementaire dans R2 ?
Perso je préfère le gaz ! mais je ne crois pas que les caractéristiques magnétiques de la casserole jouent un grand role ; ce qui compte c'est le flux magnétique qui traverse la surface du fond de la casserole et comme celui-ci est très large, on ne gagnera pas beaucoup à "capter" quelques lignes de champ supplémentaires par un matériau magnétique. L'explication de LPFR me semble faire le tour du problème au niveau où on peut le traiter ici. Le point qui serait le plus intéressant à approfondir c'est quels matériaux sont utilisés dans les casseroles "spéciale induction", elles ont certainement une conductibilité optimisée pour ce mode de chauffage.
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Ce que LPFR dit est correcte mais constitue une réponse de type électronique et donc non physique, qui répond à un problème classique: Comment transferer le maximun d'énergie d'une source presentant une impédance interne à une charge caractérisée par une impédance.
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LPFR commence a supposer que le transformateur est idéal et là c'est mal barré car le principe de la plaque à induction c'est justement un transformateur très éloigné du transformateur idéal
En effet:
Il faut chasser les pertes par courant de Foucault dans un transformateur idéal alors que dans une plaque à induction il faut au contraire les maximiser
Le matériau de la casserole est choisi de telle sorte que le flux magnétique émi soit au maximun capté par le fond de la casserole, ce qui en langage d'électronicien est le coefficient d'inductance mutuelle M.
De ce point de vue les problématiques de la casserole et du transformateur idéal se rejoignent dans le sens où les lignes de champ magnétique doivent être guidées vers le secondaire pour le transformateur ou vers le fond de la casserole d'ou la nécessité d'employer des matériaux de haute perméabilité magnétique dans les 2 cas.
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Au sens stricte il n'y a pas d'enroulement secondaire et donc de L2.
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Je regrette d'avoir donner comme explication première une presentation électronicien en termes de schémas équivalents.
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Pour comprendre la plaque à induction il faut bien comprendre le fonctionnement du transformateur en termes de phénomène physiques et non dans leur modélisation électronique. Le fonctionnement de la plaque à induction s'en déduit par contraste.
Je crois que tout a été dit dans les derniers posts. J'ai omis dans le mien le fait que le matériau soit magnétique ne peut qu'augmenter le couplage et améliorer les choses. Bien que ce ne soit pas indispensable. Si de plus c'est du matériel "pourri" avec un cycle d'hystérésis bien grassouillet, c'est tant mieux.
Pour Calculair: il ne s'agit pas de la résistance du primaire, mais de la résistance de la source qui ne doit pas être négligeable. Je pense que les plaques ne sont pas alimentées par le secteur mais par un oscillateur de puissance qui doit pédaler vers les 20 kHz.
Je crois que vous ne m'avez pas très bien compris.
Je prends un transformateur idéal dans lequel je mets la résistance du secondaire réel comme charge du secondaire idéal.
Très curieux, comme point de vue.
A+
Salut,
Je trouve personnellement incroyable que l'explication physique la plus simple que vous trouviez c'est dire que c'est un transformateur "particulier".
Du coup si on ne sait pas comment fonctionne un transfo on est mort.
L'idée essentielle c'est de soumettre un matériau de conductivitéà un champ d'induction magnétique uniforme et variable
En vertu d'une des equations de Maxwell on a :
La variation dans le temps du champ magnétique va donc induire un champ éléctrique tournant autour des lignes de champ magnétique "de départ".
Ensuite, il en résulte un courant induit (courant de Foucault) dont la densité de courant est simplement donnée par :
Les pertes par effet Joules font ensuite chauffer le matériau.
En ce qui concerne le matériau c'est censé marcher avec n'importe quel matériau conducteur de conductivité non nulle.
Le truc c'est qu'en fait l'amplitude du champ d'induction magnétique dépend du matériau dans lequel on "met" le champ magnétique
Il se trouve que
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Non cette affirmation est fausse elle passe a coté de l'essentiel.
a savoir qu'une plaque a induction ne peut pas fonctionner avec une casserole en cuivre ou en aluminium pour la simple raison que les lignes de champ magnétique ne sont pas "conduites" dans le fond de la casserole. Pour remédier à çà il faut utiliser un matériau de haute perméabilité magnétique. De ce point de vue la réalisation d'un transformateur performant ou d'une plaque à induction ont la même problématique.
.Pour Calculair: il ne s'agit pas de la résistance du primaire, mais de la résistance de la source qui ne doit pas être négligeable. Je pense que les plaques ne sont pas alimentées par le secteur mais par un oscillateur de puissance qui doit pédaler vers les 20 kHz.
Il y a effectivement un convertisseur de fréquence en amont tout simplement que la loi de Lentz e= dFI/dt augmente linéairement avec la fréquence.
.Je crois que vous ne m'avez pas très bien compris.
Je prends un transformateur idéal dans lequel je mets la résistance du secondaire réel comme charge du secondaire idéal.
Oui mais que veut-tu démontrer?
Il n'y a pas visiblement pas d'enroulement secondaire dans une plaque d'induction et donc pas de self L2 a priori. C'est pourquoi parler de la plaque d'induction en termes de schéma équivalent comme je l'ai fait dans ma première réponse ne me parait une bonne réponse pédagogique.Très curieux, comme point de vue.
A+
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Par contre representer des phénomènes physiques en termes de schémas équivalent est un exercice très dangereux si l'on fait ceci à vue.
Re.
Vous pensez donc, qu'il n'y a pas des courants induits en dehors des matériaux magnétiques, ou que le champ magnétique ne traverse pas d'autres matériaux que des matériaux magnétiques?
Je me demande comment j'ai pu utiliser des fours à induction pour chauffer des métaux non magnétiques. Il faut croire que mon four à induction n'avait pas les mêmes connaissances en physique que vous.
A+
Nous voila revenu aux preoccupations fondamentales de la ménagère utilisant sa plaque de cuisson ....!
OK revenir aux equations de Maxwell, c'est retrouver les fondements fondamentaux et c'est toujours utiles.
Reprendre les equations du transformateur, c'est déjà utiliser une partie des conséquences des equations de Maxwell
Pour LPFR tu as raison, il faut integrer dans R1 la resistance interne du generateur et de la bobine du primaire.
Pour Mariposa, je pense que nous pouvons dire qu'un disque, peut être assimillé a une somme de spires concentriques pour constituer le secondaire
Pour Gatsu, sa vision est plus fondamentale sur les phenomènes physiques dans le fond de notre casserole avec Rot E = - dB/dt
Je ne manipule pas souvant les equations de Maxwell et Gatsu m'excusera si a priori le ne sens pas trés bien comment tu introduits a ce niveau le couplage primaire secondaire de l'image des equations dans le modèle du transformateur.
J'ai l'impression que nous vons fait le tour de la question et merci à toutes vos contributions qui ont donné un eclairage particulier et complementaire à ce sujet
Ta réponse me fait mourir de rire. Invoquer formellement les lois de l'électromagnétisme il fallait le faire. Imagine un moment que l'on te demandes de réaliser concrètement une plaque à induction. Crois-tu que tu as expliqué quoi que ce soit.
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Il se fait que j'ai calculé, fabriqué et mesuré un nombre important de transformateurs et pire j'ai fabriqué dans des contextes industriels des plaques à induction qui ne s'appelaient pas plaques à induction mais dont le principe est de chauffer électromagnétiquement un matériau à très haute température (1000 à 1300°C) pour faire de la croissance épitaxiale de matériaux; A aucun moment je n'ai invoqué les équations de Mawxell qui ne sont pas le langage adapté à la situation. Et pourquoi pas invoquer la MQ puisque l'effet joule c'est bien connu s'exprime en termes d'élements de matrices d'un certain hamiltonien?
.L'idée essentielle c'est de soumettre un matériau de conductivité
Bien entendu cela est juste et à la fois complétement faux. En effet le cuivre est un tres bon conducteur d'électricité et pourtant c'est le pire que l'on puisse imaginer. trouvez l'erreur.
.Il se trouve que
Cà c'est totalement incompréhensible.
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Pour te faire gagner du temps sache que j'ai construit de bout en bout un bati d'épitaxie en phase vapeur (Alsthom) dont le suscepteur etait chauffé électromagnétiquement à 1050 C (de mémoire) Il s'agissait de fabriquer des thyristors dont la tenue en di/dt (le point faible des thyristors) était élevé. avant j'étais électronicien et construits pas mal de transformateurs et bobinés des moteurs.
Comme ma formation ingénieur est physicien du solide je connais bien de le magnétisme des matériaux qui est en fait contrairement a ce que l'on croit un phénomène purement électrostatique!!!!
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Pour être concret et éviter le hors sujet la question était pourquoi une casserole en cuivre ne marche pas. La réponse à cette question renvoie à pourquoi un noyau de fer doux pour les transformateurs? quand on répond à cette question on a la réponse.
Re bonjour,
Oui c'est toujours interessant de rechercher la rigueur dans les differentes approches. Cela m'a fait regargé la valeur de µr pour les materiaux magnetiques comme le fer . Il atteint la valeur de 10 000 ce qui change à priori les ordres de grandeurs des phenomènes d'induction
Peut on me dire ce que c'est les materiaux dits " POUM "
Re.
Êtes-vous au courant que des transformateurs avec noyau d'air existent et qui fonctionnent?
(Évidement pas en 50 Hz).
A+
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Quelle est l'intention de cette remarque? Est-ce que cela contribue a expliquer que les casseroles en cuivre, çà ne marche pas avec les plaques à induction? a mon avis non.
Bonjour,
Un test pour savoir si j'ai bien compris....
Pour une casserole avec un fond en fer
Pour un secteur circulaire du fond de rayon compris entre r et r+dr
La force electromotrice induite est proportionnelle à µ°µr
et le courant proportionnel à µ°µr/Resistance
et l'effet joule à (µ°µr/R)²
et pour une csserole en cuivre et en supposant R inchangée
l'effet joule à ( µ°/R)²
soit un ecart d'environ 10 exposant 8 !!!!!!!!
Autant dire si mon estimation est juste et si j'ai bien compris tous les echanges que la casserole en cuivre ne chauffe pas.
Par integration sur toute la surface du fond ça ne change pas les ecarts
Si j'ai mal interpreté merci de me corriger.......
Ba oui "l'origine" des courants de Foucault.
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Je suis très content pour toiIl se fait que j'ai calculé, fabriqué et mesuré un nombre important de transformateurs et pire j'ai fabriqué dans des contextes industriels des plaques à induction qui ne s'appelaient pas plaques à induction mais dont le principe est de chauffer électromagnétiquement un matériau à très haute température (1000 à 1300°C) pour faire de la croissance épitaxiale de matériaux;et j'aimerais bien que tu me files un coup de main pour venir brancher ma cuisinière
Ca c'est un autre problème tu fais ce que tu veux pour tes propres applications et explications aux autres mais je ne vois pas en quoi le fait d'expliquer à partir des equations de Maxwell pose un problème (il y a d'ailleurs pas mal d'exos de concours sur ce sujet qui partent des eq. de %Maxwell).A aucun moment je n'ai invoqué les équations de Mawxell qui ne sont pas le langage adapté à la situation.
Je suis désolé mais je ne trouve pas que je rajoute ou que je rentre trop dans le détail j'ai donné une explication physique à une question physique. Après on peut donner toutes les analogies electrocinétique qu'on veut veut mais l'explication est à un niveau different.Et pourquoi pas invoquer la MQ puisque l'effet joule c'est bien connu s'exprime en termes d'élements de matrices d'un certain hamiltonien?
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Ba justement ils n'ont pas le mêmeBien entendu cela est juste et à la fois complétement faux. En effet le cuivre est un tres bon conducteur d'électricité et pourtant c'est le pire que l'on puisse imaginer. trouvez l'erreur.
Ba c'est que j'ai dit juste au dessus en fait.Cà c'est totalement incompréhensible.
Pas la peine de s'enerver personne n'a dit le contraire mais il me semble que l'origine est aussi quantique...une histoire d'intégrales d'échange qui n'a pas son équivalent classique.magnétisme des matériaux qui est en fait contrairement a ce que l'on croit un phénomène purement électrostatique!!!!
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Je crois que c'est là que le bas blesse. On pose la question sur le fonctionnement d'une plaque à induction. Il me semble qu'il faille une réponse d'ingénieur et non scientifique très formalisée comme tu l'as fait. D'ailleurs ma réponse première était elle-même mal ciblée dans la mesure ou c'était une vision ingénieur électronicien, ce qui ne pouvait convenir. J'ai rectifié le tir par la suite.
En bref il faut trouver le bon niveau de langage et ce n'est pas généralement une solution que de tout renvoyer à un corpus théorique. En général quelquechose ressemble un peu à quelquechose. En l'occurence la comparaison avec le transformateur m'a semblé la bonne solution Evidemment si on ne sait pas comment fonctionne un transformateur cela n'apporte aucun éclairage.
Bonjour,
Ne vous fachez pas, les visions de Mariposa, de LPFR et de gatsu m'ont apporté des visions differentes en fonction de leur experience et sensibilité.
Même les phenomènes simples peuvent cacher des fondements complexes et c'est toujours utile de revenir aux phenomènes physiques fondamentaux comme l'a fait gatsu.
Evidemment la menagère se souci peu de nos discours, mais aussi j'aimerai arriver à une explication assez simple du fonctionnement de ces nouvelles plaques, et en connaitre aussi les phenomènes physiques qui s'y cachent.
Encore une fois j'ai apprecie les 3 visions de nos 3 experts physiciens et ingenieurs, elles m'ont toutes apportées une information utile au fonctionnement de la plaque à induction.
J'ai posé une question sur l'ecart des effets de la casserole en Cu ou en Fe, c'est une espèce de synthèse entre les differentes visions qui se confrontent ici
merci pour vos contributions et je les ai toutes appreciées
