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Contribution à l'étude et à la commande d'un système de chauffage par induction polyphasé

Souley Madougou, Abdoul Majid. Contribution à l'étude et à la commande d'un système de chauffage par induction polyphasé. PhD, Génie Electrique, Institut National Polytechnique de Toulouse, 2011

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Abstract

Le chauffage par induction est un procédé qui consiste à plonger un matériau conducteur d’électricité dans un champ magnétique variable, ayant ainsi pour effet, la création de FEM donc de courants de Foucault dont la circulation élève la température du matériau par effet Joule. Ce mode de chauffage est déjà implanté industriellement dans de nombreux secteurs parmi lesquels des fonderies et s’intègre bien dans les processus de traitement des matériaux en raison de ses divers avantages. Il permet notamment, l’atteinte de densités de puissances très élevées dont la distribution peut être contrôlée. Il est ainsi possible d’obtenir des chauffages localisés ou de l’ensemble du matériau suivant le traitement désiré. Cette souplesse du contrôle des profils de chauffe et une forte puissance de chauffe requièrent traditionnellement l’usage de systèmes comportant plusieurs bobines. Leur caractérisation aussi précise que possible et le contrôle des courants des inducteurs sont nécessaires. L’étude présentée ici recense dans un premier temps, les quelques solutions existantes dont la puissance est réglée en déplaçant des culasses et/ou des écrans magnétiques, permettant de mieux répartir les champs magnétiques produits, afin de disposer du profil de chauffe souhaité mais pour une faible gamme de tôles. Les rares solutions qui s’intéressent au contrôle électrique sont orientés vers du chauffage monophasé. La transposition directe de ces commandes aux cas multi-bobines ne suffit pas à résoudre le problème dans son intégralité car les inducteurs se perturbent mutuellement. Nous nous sommes donc orientés vers une solution ambitieuse qui permet de s’affranchir de pièces mobiles et rend le système plus fiable, plus précis et lui confère plus de souplesse pour s’adapter à différents profils de chauffe et différentes largeurs de matériaux. Cette solution se base sur une méthode qui consiste à contrôler les profils de chauffe par la seule action sur les courants d’alimentation des inducteurs tout en maitrisant les échanges d’énergie entre les inducteurs fortement couplés. Cette solution est appliquée sur un prototype construit par EDF. Dans un premier temps, nous avons modélisé le système dans son ensemble tant du point de vue électrique et magnétique que thermique, afin de disposer d’un modèle global simplifié qui permet de mieux en étudier le comportement. Une procédure d’optimisation permet de générer les amplitudes et les phases des courants inducteurs pour différents profils de chauffe. Après une étape d’identification paramétrique, nous avons défini et implanté un modèle simplifié dans le logiciel PSim, qui nous fournit des délais de simulation relativement courts. Les résultats obtenus ont été ensuite comparés à des expérimentations en boucle ouverte tout d’abord, qui nous ont conduits à une étude de sensibilité des grandeurs du système aux variations paramétriques. Il nous a été possible de commander le système grâce à un FPGA dans lequel nous avons implanté une commande numérique pour le contrôle des courants des inducteurs en vue du chauffage en statique d’un disque de tôle pour différents profils de consigne. Nous avons ensuite amélioré nos modèles dans différentes directions, par la prise en compte du rayonnement et de la conduction thermique, en les transposant à un système plus complexe à six phases et avec une prise en compte du défilé des matériaux. L’extension du principe de l’induction multi-bobines de 3 à 6 phases a révélé de fortes perturbations harmoniques des courants des inducteurs. Notre travail a permis de maîtriser les harmoniques en choisissant judicieusement les angles de commande et de caractériser les pertes dans les onduleurs.

Item Type:PhD Thesis
Uncontrolled Keywords:
Institution:Université de Toulouse > Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE)
Laboratory name:
Research Director:
Maussion, Pascal
Statistics:download
Deposited On:17 Oct 2017 13:47

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