Laurent BOURDEL 5 Mai 2015 ETK-D : CHAUFFAGE PAR INDUCTION ÉTUDE D’UNE PLAQUE DE CUISSON DOMESTIQUE.

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1 Laurent BOURDEL 5 Mai 2015 ETK-D : CHAUFFAGE PAR INDUCTION ÉTUDE D’UNE PLAQUE DE CUISSON DOMESTIQUE

2 PLAN Compte rendu Travaux Pratiques Séquence pédagogique
Chauffage par induction Présentation système Appareil de mesure Résultats Séquence pédagogique Référentiel IUT GEII Séquence proposée Synthèse / Conclusion

3 Chauffage par induction
Induction magnétique 𝐵 =μ.𝐻= μ.𝑁.𝐼 𝑙 Flux magnétique :Φ= (𝑆) 𝐵 .𝑑𝑆 Loi de Faraday force électromotrice d’induction : 𝑒=− 𝑑Φ 𝑑𝑡 =−𝐿. 𝑑𝐼 𝑑𝑡 Circulation de courants de Foucault Effet Joule 𝑃=𝑅 𝐼 2 = 𝐸 2 𝑅

4 Chauffage par induction
Rapidité exceptionnelle Rendements comparés Meilleur rendement car contact direct et sans dispersion sans contact avec l’air

5 Etude thermique C represente l’energie necessaire pour elever de 1°C
R la charge du liquide Etude thermique 𝑃 𝑇𝐻 = 𝐶 𝑇𝐻 . 𝑑 (𝑇 𝐿𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑒 ) 𝑑𝑡 + (𝑇 𝐿𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑒 − 𝑇 𝐴𝑚𝑏 ) 𝑅 𝑇𝐻 Saturation à 100°C car chgt d’etat de l’eau en vapeur 𝑑𝑡 𝑅 𝑇𝐻 . 𝐶 𝑇𝐻 = 𝑑 (𝑇 𝐿𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑒 ) 𝑃 𝑇𝐻 . 𝑅 𝑇𝐻 − (𝑇 𝐿𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑒 − 𝑇 𝐴𝑚𝑏 ) 𝐶 𝑇𝐻 : Capacité Thermique 𝑅 𝑇𝐻 : Résistance Thermique 1 𝑒𝑟 𝑜𝑟𝑑𝑟𝑒 → La solution est de la forme : 𝑇 𝐿𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑒 𝑡 =𝐴+𝐵. 𝑒 (− 𝑡 τ ) avec τ= 𝑅 𝑇𝐻 . 𝑃 𝑇𝐻 Avec les conditions à t=0 et t=∞ : 𝑇 𝐿𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑒 𝑡 = 𝑇 𝐴𝑚𝑏 + 𝑃 𝑇𝐻 . 𝑅 𝑇𝐻 .(1− 𝑒 − 𝑡 τ ) 𝑃 𝑇𝐻 = 2 kW, 𝐶 𝑇𝐻 = 8860 J/°C, 𝑅 𝑇𝐻 = 0,25 °C/W et 𝑇 𝐴𝑚𝑏 = 20 °C

6 Étude de l’inducteur = Détermination de L0 et R0 par mesure des puissances actives et réactive

7 Effet de peau 𝐽 𝑥 = 𝐽 0 . 𝑒 (− 𝑥 δ 𝑝 )
𝐽 𝑥 = 𝐽 0 . 𝑒 (− 𝑥 δ 𝑝 ) δ 𝑝 = ρ π. μ 0 . μ 𝑟 .𝑓 ≈ ρ μ 𝑟 .𝑓 μ 𝑟 : perméabilité magnétique relative La profondeur de pénétration δ 𝑝 est définie par le point où la densité de courant J a atteint 37 % (soit 𝑒 −1 ) de sa valeur maximale Selon l'axe z, la pénétration des courants dépend d'une caractéristique physique du matériau qui est l'épaisseur de peau : A fréquence donnée, plus cette épaisseur caractéristique est faible, plus les courants induits vont se trouver confinés dans une épaisseur faible du matériau, donc se trouver "confrontés" à une résistance élevée. Resistance fonction de f A f=20kHz : Aluminium δ 𝑝 =590μm => résistance quasi nulle => Puissance dissipée ~ 0W Acier δ 𝑝 =35μm => résistance importante => Echauffements conséquents

8 Détermination de L0 et R0 DC-DC R0= 20ohm L0 = 50mH

9 Étude de l’inducteur 𝑍= 𝑅 0 2 +4. π 2 . 𝑓 2 . 𝐿 0 2 ≈2.π. f. 𝐿 0
𝐼= 𝑈 𝑍 ≈0 𝑞𝑢𝑎𝑛𝑑 𝑓 𝑔𝑟𝑎𝑛𝑑 𝑃𝑢𝑖𝑠𝑠𝑎𝑛𝑐𝑒 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒 𝑡𝑟è𝑠 𝑓𝑎𝑖𝑏𝑙𝑒

10 Circuits résonnants serie : contrainte sur le courant qui traverse C
//: contrainte sur tension max aux bornes de C Circuits résonnants Montage série (faible puissance) Montage parallèle (forte puissance)

11 Détermination de L0 et R0 DC-DC Commenter les courbes:
Eg: courant sinus car a f resonnance Rose : ondulation tension DC-DC

12 Exploitation pédagogique DUT GEII
Ajouter détail seance TP en lien avec chauffage induction

13 Descriptif de la formation

14 Tableau synthétique des Thèmes par semestre

15 Détails Thème 1

16 Répartition horaire des modules S2

17 Module retenu pour la séquence pédagogique

18 Module retenu pour la séquence pédagogique

19 Situation et structure de la séquence
Période: 2nd semestre (2nde année IUT) Volume horaire : 6xCM+6xTD+8xTP+4xEval Classe entière : 24 étudiants Groupe : 12 étudiants semaine 1 2 3 Cours (CE 2h) Travaux Dirigés (CE 2h) Cours (CE 2h) Travaux Dirigés (CE 2h) Activité pratique (Gr 4h) Cours (CE 2h) Travaux Dirigés (CE 2h) Activité pratique (Gr 4h) Evaluation sommative (1h30) Evaluation formative (1h) Evaluation sommative (1h30) Remédiation

20 Situation et structure de la séquence
Période: 2nd semestre (2nde année IUT) Volume horaire : 6xCM+6xTD+8xTP+4xEval Classe entière : 24 étudiants Groupe : 12 étudiants semaine 1 2 3 Cours (CE 2h) Cours (CE 2h) Cours (CE 2h) Electromagnétisme théorème d'Ampère, forces de Laplace, loi de Lenz Transformateur schéma équivalent, essais, bilan des puissances, couplages Conversion alternatif continu Objectif de la conversion alternatif – continu Montages redresseur de tension non commandé, monophasé, triphasé Filtrage et lissage

21 Situation et structure de la séquence
Période: 2nd semestre (2nde année IUT) Volume horaire : 6xCM+6xTD+8xTP+4xEval Classe entière : 24 étudiants Groupe : 12 étudiants semaine 1 2 3 Travaux Dirigés (CE 2h) Travaux Dirigés (CE 2h) Travaux Dirigés (CE 2h) Electromagnétisme théorème d'Ampère, forces de Laplace, loi de Lenz Transformateur schéma équivalent, essais, bilan des puissances, couplages Conversion alternatif continu Objectif de la conversion alternatif – continu Montages redresseur de tension non commandé, monophasé, triphasé Filtrage et lissage

22 Situation et structure de la séquence
Période: 2nd semestre (2nde année IUT) Volume horaire : 6xCM+6xTD+8xTP+4xEval Classe entière : 24 étudiants Groupe : 12 étudiants semaine 1 2 3 Activité pratique (Gr 4h) Activité pratique (Gr 4h) Transformateur Mesure parametre du schéma équivalent Plaque induction Thermique Bilan puissance

23 Situation et structure de la séquence
Période: 2nd semestre (2nde année IUT) Volume horaire : 6xCM+6xTD+8xTP+4xEval Classe entière : 24 étudiants Groupe : 12 étudiants semaine 1 2 3 1ère évaluation sommative Electromag+Transfo 2nde évaluation sommative Validation module Evaluation formative+rémédiation Estimation des élèves en difficultés Evaluation sommative (1h30) Evaluation formative (1h) Evaluation sommative (1h30) Remédiation

24 Synthèse Objectif : Au terme de la séquence, les élèves ou les étudiants devront être capables de : Acquisition des connaissances physiques Validation du module M 2101 Parler des autres niveaux possibles