Je suis en 1°ssi et fais mon tpe sur la plaque à induction, sujet qui à première vue, semble assez simple d'accès et qui en fait, se trouve être riche et intéressant! J'ai déjà mené plusieurs recherches sur internet et ai donc déjà pas mal approfondi le sujet, mais certaines questions précises, qui pourraient éventuellement ressortir de la bouche des examinateurs, subsistent.
Par exemple, la fréquence à utiliser est de 20Khz. Et sur le site "archi7", ce dernier sous entend que si l'on augmente cette fréquence, des phénomènes physiques détériorant l'effet de chauffage apparaîtraient [...] Sauriez vous quels sont ces phénomènes physiques ? (pas moyen de trouver jusqu'alors ^^')
dans le même domaine, wikipedia parle d'un convertisseur qui permettrait donc de convertir les 50hz sortant d'une prise en 20khz permettant l'induction. Et là non plus, j'ai pas trouvé grand chose sur internet... Pourriez vous m'expliquer de quoi est composé ce convertisseur ?
un élément de réponse concernant ta première question : aucun système réel n'est capable de supporter des fréquences trop importantes ( ils sont ce qu'on appelle passe-bas ), au-delà, ils n'arrivent plus à suivre l'excitation électrique ou physique et dans le cas d'un système électrique se comportent comme un interrupteur ouvert.
Bonne journée
Marc
Avez-vous entendu parler de Julia ? Laissez-vous tenter ...
Alors la fréquence serait au moins de 20kHz sinon l'oreille humaine entendrait ladite fréquence.
Et pour faire la cuisine, c'est pas génial...
Bon, ça tu ne mets pas dans ton rapport !!
Bande passante de l'oreille humaine: 20Hz-20kHz en théorie
Et, ça c'est bon à savoir mais ne te sera pas utile
Pour passer de 50Hz à 20kHz, effectivement tu peux utiliser des oscillateurs.
Au sujet des phénomènes physiques qui arriveraient, là je vois pas trop.
Il est vrai que l'électronique classique change de comportement à une certaine fréquence, mais 20kHz c'est pas de la haute fréquence
Ensuite, tu peux également parler de ce qui fait chauffer la casserole: Les courants de Foucault
Alors la fréquence serait au moins de 20kHz sinon l'oreille humaine entendrait ladite fréquence.
Et pour faire la cuisine, c'est pas génial...
Bande passante de l'oreille humaine: 20Hz-20kHz en théorie
20kHz n est effetivement pas de la haute frequence, par contre il se peu que au dela, si on a affaire a un filtre passe bande par exemple, les performances se degradent rapidement. Il doit sans doute y avoir d autres raisons mais rien ne me vient a l esprit maintenant.
Bonne journee
Marc
Avez-vous entendu parler de Julia ? Laissez-vous tenter ...
A des hautes fréquences, l'effet de peau commence à apparaître et les inductances (comme ta bobine) se comportent plus comme des interrupteurs ouvert avec l'augmentation de la fréquence !
Il peut y avoir l'effet de peau qui peut intervenir, car comme on travaille sur du magnétisme, ce n'est pas la tension mais l'intensité qui rentre en jeu principalement.
En général, en électronique 'classique' (signaux de max 12V, faible intensité), l'effet de peau est surtout pris en compte en HF à partir de 1 MHz.
Néanmoins le courant qui circule dans la bobine doit être important et du fait de la compacité des plaques on ne peut pas mettre des cables énormes, il faut donc limiter le courant qui passe dans les cables. pour éviter un effet de peau trop important.
Ensuite parlons de la fréquence. Il faut savoir qu'en alternatif on parle de valeur efficace (our RMS en anglais), qui si en signaux continu correspont à la même valeur que la valeur mesurée, ne correspond pas exactement en alternatif.
Donc il se peut que le courant RMS soit plus important que celui que tu mesures avec un ampèremètre (valeur moyenne).
Je pense que cette fréquence de 20 KHz doit être un juste milieu entre différents paramètres pour optimiser le rendement.
Je te conseille d'aller voir un fabriquant de plaque à induction pour en apprendre plus (Ne va pas au magasin de plaques de cuisson, je doute qu'ils pourront te répondre )
Je suis sur Orléans, et y'a une usine de fabrication de plaques à induction
que l'on a de toute façon l'intention de visiter, donc on pourra leur poser
pleins de questions, mais je préfère bien me renseigner sur le vocabulaire
avant d'aller les voir (c'est toujours mieux pour comprendre le jargon).
Au niveau du courant de Foucault, je me suis déjà bien renseigné dessus, bien
qu'on soit un peu limité avec notre petit niveau de 1°S pour comprendre ça...
(même si j'ai globalement saisi le fonctionnement).
Merci pour vos réponses en tout cas, 'vais me renseigner sur l'effet de peau,
je n'avais encore jamais vu ce terme-là.
On a de la chance d'avoir une usine de fabrication de plaques à induction à Orléans, apparemment c'est la seule en France.
En tout cas, on ira apparemment visiter l'usine et les bombarder de questions début janvier 2011.
Petite question au passage : savez vous si un oscillateur suffit-il en lui-même pour passer une fréquence de 50Hz à 25kHz ?
ou faut-il qu'il soit complété par d'autres "instruments" ?
Edit' : bon ba j'ai une nouvelle colle pour vous... Une demie heure que je cherche mais ne trouve pas de réponse.
Pourquoi faut-il que le support de la plaque à induction soit-il en vitrocéramique ? Cela changera-t-il quelque chose d'utiliser un autre matériel ?
C'est quoi le but? tu as déjà un signal de fréquence 50Hz et tu veux en sortie un signal à 25k? ton entrée est-elle purement sinusoïdale? (secteur?) ou plus complexe?
la fréquence sortant d'une prise, son signal est de 50Hz, or, pour un fonctionnement optimal de la plaque à induction, on souhaite avoir une fréquence de 25kHz.
L'entrée étant de secteur, elle est sinusoïdale.
Edit' : bon ba j'ai une nouvelle colle pour vous... Une demie heure que je cherche mais ne trouve pas de réponse.
Pourquoi faut-il que le support de la plaque à induction soit-il en vitrocéramique ? Cela changera-t-il quelque chose d'utiliser un autre matériel ?
Les cristaux déposés dans les phases vitreuses du vitrocéramique lui confèrent des propriétés de résistance aux chocs thermiques que n'ont pas les céramiques cristallines.
"Les céramiques gardent leur solidité même à des températures très élevées, résistent aux chocs thermiques (par exemple les "Tuiles" de la navette spatiale américaine) et ont une forte résistance au vieillissement et aux agressions climatiques ou chimiques. Elles ont généralement une conductivité thermique faible. Elles sont opaques (céramiques cristallines) ou translucides (verres amorphes)."
après, wikipedia ne dit pas forcément toujours vrai...
Je ne suis pas spécialiste des plaques à induction et de la vitrocéramique, mais je dirais que le fait que ce soit constitué de phase vitreuse permet de laisser passer la chaleur, et que les cristaux assurent la résistance à cette chaleur tandis que pour les céramiques classiques, il y a certes une résistance aux chocs thermiques mais la chaleur de passe pas.
Alors, pour avoir ta fréquence à 25k, il existe tout un tas de solutions possibles, mais deux sont "abordable" relativement simplement (à noter, qu'aucune de ces solution n'utilise de 50Hz du secteur, juste un tension continue (que tu peux avoir grace au secteur néanmoins si tu n'as pas d'alim convenable sous la main) ):
La plus simple, qui peux fonctionner pour d'assez faibles puissances, qui permet de démontrer le principe et qui surtout est très simple à faire:
Un simple oscillateur (une simple recherche sous google et tu trouvera 30000 schémas, à deux transistor, ou avec un AOP, ...). Une fois que t'as ton sinus à la bonne fréquence, un simple push-pull derrière pour pouvoir sortir un peu de courant et c'est partit.
Après en plus compliqué, mais qui se rapproche beaucoup plus de la réalite: un onduleur. Le principe est simple, tu hache ta tension continue en un signal carré à la bonne fréquence, après avec ta charge (ici la bobine d'induction), et un condo, tu crée un filtre qui va éliminer les harmoniques pour que tu n'aie plus qu'un courant sinusoïdale à la bonne fréquence qui traverse ta bobine d'induction.
Bon, après quelques recherches, la céramique dans la plaque vitro résiste bien à pas mal de phénomènes physico chimique pouvant déteriorer la plaque, et surtout, est un isolant thermique.
Utile, surtout que l'un des avantages de la plaque à induction est qu'on ne se crâme pas les mains en posant la main sur la plaque pendant son utilisation, or, même si la plaque ne chauffe pas directement, la casserole perd de sa chaleur sur la plaque. Donc un isolant thermique, c'est tout benef'.
Merci pour les renseignements epso!
Tu me donnes pleins de mots inconnus à éplucher
Edit' : donc en fait, si j'ai bien compris, on a un courant sinusoïdal de fréquence 50Hz qu'on transforme en tension continue (donc là, la fréquence est nulle) et puis on hache la tension de telle manière à ce qu'on obtienne une fréquence de 25kHz et enfin, à l'aide d'un condensateur et de la bobine d'induction, on transforme cette tension hachée en un courant sinusoïdale... Pourquoi est-ce qu'il faut faire toutes ces étapes ?
En fait, la vraie question est, pourquoi le simple oscillateur ne suffit-il pas à augmenter la fréquence pour de plus grosses puissances ?
Bah le problème majeure de la solution oscillateur + push-pull, c'est que les transistors de puissance(ceux du push-pull) fonctionne en régime continu, et c'est la qu'ils dissipent le plus de puissance.
Donc deux problèmes, plus tu veux une grosse puissance, plus tu aura besoin de transistors costauds avec des radia énorme, et plus ton rendement va tomber.
Donc dés qu'on veut de la puissance, on s'oriente toujours vers des systèmes "hacheurs" qui n'utilisent les transistors de puissance qu'en mode ouvert/fermé, ce qui réduit grandement la dissipation de puissance dans ceux-ci, donc des transistors moins gros, des radiateurs nettement moins gros aussi, et un très bon rendement.
Et toutes ces étapes n'en font pas beaucoup plus de toute façon, c'est juste plus difficile à mettre au point:
secteur -> redresseur -> oscillateur -> push-pull -> bobine
contre:
secteur -> redresseur -> hacheur -> condo -> bobine
Vous avez quand même oublier un avantage à la plaque vitrocéramique, c'est qu'elle ne conduit pas le courant et que donc simplement elle laisse passer le champ magnétique (en réalité comme tous diélectrique elle en renvoie un partie mais à de telle fréquence sa doit être assez négligeable) car le but de l'induction est de garder des plaques de chauffage froide et de ne pas chauffer sauf par conduction avec la casserole. de plus comme la vitrocéramique ne transmet pas trop la chaleur sa permet d'éviter de chauffer toute la plaque par conduction thermique.
Par ailleurs l'effet de peau est particulièrement important pour de tel application car à 20kHz, on doit avoir une épaisseur de peau inférieur au millimétrée (à 50 Hz c'est de l'ordre du centimètre) c'est d'ailleurs pourquoi les casserole pour l'induction sont dans un alliage ayant des particularité magnétique intéressante.
> Je suis en 1°ssi et fais mon tpe sur la plaque à induction,
Couillu.
Citation
Par exemple, la fréquence à utiliser est de 20Khz. Et sur le site "archi7", ce dernier sous entend que si l'on augmente cette fréquence, des phénomènes physiques détériorant l'effet de chauffage apparaîtraient [...] Sauriez vous quels sont ces phénomènes physiques ? (pas moyen de trouver jusqu'alors ^^')
1) Effet de peau dans la bobine => pertes joule (ce n'est pas pour rien qu'ils se font chier à mettre du fil de Litz en très gros diamètre)
2) Pertes de commutation dans le hacheur (qui augmentent naturellement avec la fréquence)
3) Inductance de la bobine, l'idée n'étant pas de faire circuler dedans un courant constant, au contraire
4) Rayonnement électromagnétique émis (normes à respecter)...
Citation
dans le même domaine, wikipedia parle d'un convertisseur qui permettrait donc de convertir les 50hz sortant d'une prise en 20khz permettant l'induction. Et là non plus, j'ai pas trouvé grand chose sur internet... Pourriez vous m'expliquer de quoi est composé ce convertisseur ?
En gros
- la tension secteur est redressée (mais surtout pas lissée car ça pourrirait le facteur de puissance, coûterait plus cher, et n'aurait aucun avantage) donc tu obtiens un pseudo continu à 100 Hz de 330V crète,
- ensuite convertisseur résonant : hacheur à IGBT + LC résonant avec l'inductance sous la casserole et un condensateur calculé pour
Regarde la biblio en bas de l'article, il y a les appnotes avec tous les schémas etc
On n'avait pas l'intention de réaliser une plaque à induction de toute façon.
Enfin, on est quand même censé illustrer notre étude par une production mais on ne s'est pas encore attaqué à cette partie là du TPE.
merci beaucoup pour toutes vos explications, ça m'a bien éclairé.
Bah niveau production, j'ai déjà fait un mini four a induction capable de chauffer un clou par induction avec un hacheur fait vite fait.
Pour une démonstration, tu peux zapper la plupart des critères qui sont pris en compte dans la vrai vie, ton but ici est juste de démontrer le principe, pas de faire un truc efficace.
euuuh... est-il possible que tu m'expliques comment fait-on un hacheur "vite fait" ?
Parce que ça n'a pas l'air si simple que ça d'après les différents sites que j'ai consultés.
Tout d'abord, il faudrait savoir quel matos tu as à disposition et qu'est-ce que tu veux réaliser éxactement.
Si tu as déjà un GBF et un bonne alim continue, tout ce qu'il te faut est un transistor de puissance, un condo et ta bobine de chauffage.
Pour la bobine, tu peux par exemple faire ça en enroulant tout simplement une bonne longueur de fil autour d'un tube en bois assez large pour passer au milieu ce que tu veux chauffer.
Après si tu veux tout faire de A à Z et partant seulement d'une prise secteur (pas conseillé si tu n'as pas l'habitude ni quelqu'un de compétent pour t'aider), ça va prendre un peu plus de temps
On a quelqu'un de compétent pour nous aider.
Enfin il nous laisse un peu nous dépatouiller pour qu'on apprenne à se débrouiller pour trouver des informations, mais je pense qu'on va faire un peu comme tu as fait ton four à induction, ce sera moins prise de tête.
Et aussi parce que ce sera moins coûteux vu qu'on n'a ni transformateur et ni pont de diode à disposition.
Alors à partir de la si tu peux avoir une alim régulée assez costaud, théoriquement tu as des options.
Un hacheur série simple:
Ici, on a un simple transistor qui commute la charge, soit à 0, soit à la tension d'alimentation. L'avantage est que ce montage est très simple à réaliser et à commander (un seul transistor).
Le problème est que la moyenne de ton signal envoyé sur la charge (un signal carré avec un rapport cyclique de ton choix), ce qui ferait chauffer ton inductance, mais surtout ça la ferait saturer.
Donc ce que tu peut faire est mettre un condo en série entre ton transistor et ta bobine pour ne pas transmettre la composante continue à ta bobine. (si tu choisit cette solution, tu peux assis calculer le condo en fonction de ta fréquence et de ta bobine pour créer une légère résonance à ta fréquence pour maximiser la puissance émise à cette fréquence)
Enfin, la vraie solution (par vraie j'entends ce qui est probablement utilisé en réalité dans les fours à induction), est un onduleur (par exemple avec un pont en H), qui va nécessiter plus de transistors (et donc sera plus compliqué à commander), mais qui va pouvoir générer aux bornes de ta bobine un signal carré de +V à -V (ou V est la tension d'alimentation), ce qui va supprimer la valeur continue (le hacheur série applique un signal carré de 0 à +V).
Un peu de recherches sur tout ça et tu devrais déjà avoir une bonne idée de quoi faire ensuite (ou au moins de quoi creuser plus profondément).
(et c'est très bien que la personne vous laisse vous débrouiller pour les recherches, mais je parlais surtout du moment ou il faudra monter et faire marcher tout ça, ou la c'est bien d'avoir quelqu'un, une bêtise est vite arrivée^^)
bon ba c'est parti, maintenant qu'on est calé sur le sujet, on rédige tout.
On a eu le droit à une petite visite de l'usine de FagorBrandt mais notre guide n'était evidemment pas ingénieur et n'a pas pu vraiment répondre à nos questions un peu techniques.
Nous savons maintenant comment faire notre production, mais une question se pose quand même au niveau des composantes de la plaque à induction...
En effet, on souhaiterait présenter à l'oral de quoi est composée une véritable plaque à induction, spécifiquement au niveau de son alimentation (car le reste n'est pas trop dur à savoir...).
Si vous êtes au courant, où si vous êtes prêts à démonter votre plaque à induction pour mes beaux yeux, n'hésitez pas !
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