Fonderie electrique - PROJET

[CmC]

Bonjour a tous !

Je vous présente mon projet : je souhaite construire ma propre mini-fonderie pour gouter aux joies de la métallurgie.

Connaissances :

• Soudure à l'arc, au MIG, au fer a souder
• Solides en électronique
• Menuiserie
• Un peu de logique et de bon sens

Comme il est assez facile de construire toute la structure de l'engin, je ne vais pas m'attarder sur ce point (promis des photos viendrons) mais j'aimerais toute de suite me focaliser sur la partie électronique de la bête

Que faut-il prendre en compte ?
Tout d'abord, il s'agit de fixer les capacités de la fonderie. Nous sommes d'accord, on ne se lancera pas dans la fusion de titane ou autre métaux dont le point de fusion est élevé. Je souhaite rester dans un domaine de températures acceptables à savoir la fonte d'aluminium (700°C-900°C) et/ou la fonte de bronze (1000°C-1150°C). On fixera donc la température de fonctionnement du fourneau à maximum 1200°C.
Ensuite, comme mentionné auparavant, je souhaite le faire fonctionner à l'électricité. Certains d'entre vous dirons qu'il ne s'agit pas de la méthode la plus efficace mais je trouve qu'il s'agit de la plus simple à mettre en oeuvre. Je m'oriente donc vers une résistance chauffante du type kanthal a1 qui sont conçues pour résister à un maximum de 1400°C (j'ai entendu dire).
En fouillant dans le projet de Phil, j'ai trouvé comme valeur de puissance 3200W. Comme son travail semble fonctionner à merveille, je suppose que cette puissance doit suffire pour la fusion de petits volumes.

Mon problème est le suivant : Comme je souhaite utiliser un microcontroleur pour jouer le rôle de thermostat, je ne sais ni quel relais utiliser pour parvenir à commander une pareille puissance ni quel thermocouple prendre et où le placer (à l'intérieur proche des résistances ou dans le creuset ou en contact de creuset ? ). J'ai pensé m'orienter vers les Triac qui sont faciles à utiliser mais je redoute ne pas en trouver d'adapté.
Ma question est la suivante : Quelle résistance utiliser ? (diamètre, longueur, bobinage) Comment gérer une telle puissance.

Je serais ravi de recevoir vos idées, vos questions, vos exclamations, etc ... Ici c'est open bar !

Merci à tous !

 

[Kesuny]

Vaut mieux utiliser des contacteur, C'est beaucoup plus simple a mettre en œuvre, et c'est plus sur aussi, (c'est ce qui est asse rependu dans l'industrie !) Que possède tu comme installation électrique abonnement mono ou tri 400V?

 

[CmC]

Je suis en mono !
Mais avec un contacteur, je ne pourrais pas vraiment régler la température si ? C'est du type numérique : 1/0 non ?

 

[patduf33]

Bonjour
La variation de température quant ton four est à température, et si il est bien isolé, permet la régulation par contacteur
Les régulateurs de courants, basique ne tienne pas longtemps, à moins de mettre du haut de gamme avec de bon radiateurs de refroidissement, voir de les ventilés

 

[59JAG]

bonjour

pour la commutation tu peux utiliser un relais statique
http://www.sonelec-musique.com/electronique_theorie_relais.html

 

[Kesuny]

Mettre un contacte statictic revien a plus cher et c'est mois sure ( pour moi) qu'un contacteur. Si tu veux je pourais te fair un petit schemat pour réaliser ton four

 

[DEN]

Il existe plein de schémas à thyristor pour ce genre d'application,
je vois vraiment pas l'intéret a mettre en oeuvre un microcontroleur,
si besoin je peux vous en scaner (livre de la General Electric sur les thyristors et leur applications).
Penser à un thermocouple et a tuner correctement la boucle de retroaction, radiateurs pour les thyristors.
Cordialement,
Den

P.S. : pour une solution de regulation ON/OFF, le triac est aussi une très bonne solution, on en trouve fassilement dans les gammes de
30 - 40 A.
Pour une solution en boucle ouverte (un four a des temps de reponse assez long), chercher une solution de gradateur a Triac (sorte de double thyristor)
hyper facile à faire (5-6 composants), et il est facile d'en trouver des 30-40 A pour une bouchée de pain...

 

[michelfrance]

Il existe des composants actifs de puissance de coût raisonnable et très performants. Il faut regarder sur les sites de distribution de composants électroniques comme selectronic, radiospares, etc ... (rubrique relais statiques). Par exemple le relais à MOS de puissance réf. HFS15 (220V/380v - 25A) ne convient-il pas pour ton montage ? Sauf exigence d'une régulation de température au 1/10°C, une régulation en tout ou rien à hystérésis est suffisante. Il existe aussi des régulateurs de température intégrés.

 

[nopxor]

Bonjour,

En fouillant dans le projet de Phil, j'ai trouvé comme valeur de puissance 3200W. Comme son travail semble fonctionner à merveille, je suppose que cette puissance doit suffire pour la fusion de petits volumes.

C'est exact.
J'utilise personnellement un four ETR de 3250W (modèle 803S) pour la fusion de bronze pour des coulées d'environ 3Kg avec de bons résultats. Ce four était destiné à l'origine au traitement thermiques des aciers, mais il convient parfaitement à cet usage.
Je trouve beaucoup d'avantages à la fusion électrique. Meilleur contrôle, plus de sécurité, plus propre et finalement assez économique.
J'utilise aussi un four KERR de 2500W pour la cuisson des revêtements (fonte à cire perdue). Les cycles de cuisson de plus de 15 heures doivent se faire avec des paliers précis à différentes températures.
J'ai dédié un vieux PC au contrôle du four.
J'ai réalisé une carte toute simple d'entrée sortie à base de 8255 qui capte la température du four par conversion analogique numérique. Elle a un simple relais en sortie (commandé par un optocoupleur + un transistor).
Je ne sais plus combien d'ampères fait le relais, mais un relais de 30A coûte 10€....
J' ai écrit un programme qui me permet de choisir mes cycles et qui fixe les consignes de t° en fonction du timing .
Il effectue tout le contrôle et m'affiche ou m'imprime un beau graphique au final
Bon vous me direz, qu'un pc pour ça c'est beaucoup, et un simple pic ferait la même chose. C'est vrai, mais c'était il y a une dizaine d'année, et un 486 à 40 Mhz ça tourne comme une horloge pour ce genre d'appli...
J'ai insallé un capteur de sécurité incendie couplé à un système d'alarme.
Avec ce dispositif, je programme la chauffe en soirée, je dors tranquille sur mes 2 oreilles, et le boulot se fait tout seul pendant la nuit. Le cylindre est prêt pour la coulée le lendemain.

Pour le capteur, il faut utiliser un thermocouple. J'ai récupéré son signal au niveau du galvanomètre. son positionnement n'est pas critique au mm près... Il faut pas trop l'exposer quand même à du métal en fusion.
Pour les résistances il faut bien sûr du fil résistif industriel dédié.


Je crois dailleurs que j'en ai (mais ou ?... ) Si je cherche un peu, je devrais sûrement retrouver des thermocouples aussi

J'ai aussi un petit four (fusion) de plus faible capacité dont je devrais bientôt me séparer.

 

[CmC]

Wahou ! Merci pour toutes ces réponses rapides !

Merci d'avoir confirmé la puissance! Si on fait le calcul on a donc une intensité de 3200W/220V = 15A. On est donc assez loin des 30A mais je pense qu'il faut arrondir à 20A la conso et donc que finalement, les 30A s'imposent quand même pour s'assurer de la stabilité de toute la machine !
N'hésitez pas à poster vos plans, j'en serais ravi et je pense que ça aiderai plus d'un

Par contre, je n'ai pas très bien compris comment fonctionne la régulation de l'ampérage. Dites moi si c'est faux : Si j'ai bien compris, on utilise un commutateur qui nous permet uniquement de faire du tout ou rien. A vrai dire, le triac fonctionne de la même manière sauf beaucoup plus rapidement ce qui au final revient à une véritable régulation de la température. Mais vu que le temps chauffe du creuset est de toute façon long, un commutateur suffit.

Je ne suis pas très doué en dessin mais voici un petit schéma de ce que je semble avoir compris :

(le temps, on est d'accord, il est supérieur à 30min)

Je vais tenter de répondre à chacun de vous :

@patduf33,@59JAG : Ok ! Va pour le contacteur, il faut juste que je comprenne le véritable fonctionnement. C'est vrai que le problème des composants de type transistor c'est de chauffer beaucoup. Donc à gros ampérage, grosses pertes et gros risques.

@Kesuny : Totalement d'accord ! Je ne crache pas sur le schéma

@DEN : Comme dit auparavant, je pense laisser tomber cette idée, ça chauffe beaucoup trop (bien que ça soit le but du montage ). L’intérêt du microcontroleur c'est la simplicité de la gestion de la température : c'est beaucoup plus simple quand c'est automatique, c'est petit et finalement ça coute pas cher à utiliser (j'ai tout le matos déjà à la maison). Et puis ça permet de rajouter des petits + inutiles (LEDs, ércans, etc...) !

@michelfrance : Je n'ai jamais utilisé ce type de composants. Les pertes sont-elles importantes ?

@nopxor : (j'ai déjà donné pas mal d'infos dans les réponses précédentes ) C'est un système dans le même genre que je pensais concevoir. Un truc tout automatisé, par contre je ne lui ferais surement jamais autant confiance il faut vraiment être sûr du four pour dormir tranquille ! Je n'ai pas très bien compris où tu as posté le thermocouple, quel rapport avec le galvanomètre ? D'ailleurs, à quoi te sert celui-ci ? Uniquement à vérifier l'intensité consommée ? Sinon pour les thermocouples, je suis preneur si tu veux t'en débarrasser !

 

[Kesuny]

Donc pour le fonctionnement tu alimente la bobine sur le coter gauche (tu entre en A1 tu sort en A2) et quand tu aliment la bobine, les contact a droite se referme et laisse passer le courent sans chauffer, et quand il s'ouvre, les contact sont fait pour encaisser l'arc qui va se produire ( contacte en platine) un bon contacteur est fait pour faire plusieurs million de cycle

Con contacteur que l'on peut trouver dans le commerce

 

[CmC]

Merci pour l'explication ! C'est une sorte de relais électromécanique quoi
Quelqu'un peut-il confirmer mon horrible schéma ?

 

[nopxor]

Bonsoir,

Le thermocouple était déjà installé dans le four.
Il est relié à un galvanomètre étalonné directement en °C.

Donc dans un premier temps j'ai fait une série de relevés de températures avec les tensions associées mesurées.
par exemple:
3,5mV pour 100°C / 4,8mV pour 125°C /~~~~/ 19,8mV pour 500°C
etc...
Connaissant l'intervalle d'excursion de la tension, j'ai intercalé un ampli-op avec un gain voisin de 100 pour avoir une tension utile en sortie comprise entre 0 et 5V pour mon ADC804 (le standard de l'époque...)
moyennant quoi, après conversion numérique, et filtrage numérique indispensable compte tenu de l'environnement bruité, j'ai ma température sur 8 bits ce qui me suffit amplement (je ne suis quand même pas maniaque à 4 degrés près pour la cuisson du revêtement).

A l'époque je me suis bien pris la tête à essayer de comprendre pourquoi mes relevés de conversions étaient plutôt farfelus, et pas vraiment conformes à la tension appliquée en entrée. Je me souviens avoir tout vérifié, changé de convertisseur, bref j'étais prêt à lâcher l'affaire. J'ai alors programmé une série de plusieurs milliers d'échantillons de mesure que j'ai moyenné et là MIRACLE ! le résultat de la moyenne des conversions était conforme.
En mesurant à l'oscillo, j'ai constaté que j'avais une composante périodique due à la tension secteur. cqfd
Vive le Digital Signal Processing !

Une régulation en tout ou rien avec ce genre d'installation me satisfait pleinement.
Ton schéma illustre parfaitement l'intégration des courbes. c'est une sorte de PWM à très basse fréquence

Théoriquement si tu veux démarrer un moteur ou un gros consommateur de puissance pour un temps court, le relais concerné doit actionner un contacteur de puissance (par exemple Merlin Gerin 25A Réf. 15377)
Si tu veux l'actionner pour un temps long opte plutôt pour un télérupteur assez puissant.

Pour les thermocouples, dès que je les aurais retrouvé... (à vrai dire va falloir que je range encore )je te tiens au courant en MP.

 

[CmC]

Ok ! Merci pour les précision !
Mais ou se situe exactement le thermocouple ?
"une série de plusieurs milliers d'échantillons de mesure" Vive l'automatisation moi je dis !

Pour le circuit de commande donc, il me faut juste trouver le bon actionneur. J'ai jeté un coup d'oeil sur ton contacteur de puissance, il vaut dans les environs de 67 €
Je ne prévoyais pas un budget aussi énorme rien que pour cette pièce !Il n'existe pas une alternative plus économique ? J'ai trouvé ça Commutateur. J'ai peur que ça ne tienne pas le coup enfait !
Sinon j'ai aussi ça Optocoupleur
Vous avez utilisé quoi vous ?

Je vous sort les plans de la bête d'ici lundi. Je m'inspire très largement du fourneau de Phil, il a vraiment du talent ! En attenant, j'ai déjà fait un petit stock de pièces à faire fondre (en vérifiant toujours bien l’absence de magnésium !)

 

[Kesuny]

Sur E-bay cela se trouve, par exemple ce ci, http://shop.ebay.fr/i.html?_from=R40&_trksid=p5197.m570.l1313&_nkw=contacteur&_sacat=See-All-Categories&LH_TitleDesc=0 Je vais voir pour te faire un schéma

 

[CmC]

Ah ben oui ! Ebay ! J'oubliais presque cette alternative ! Merci

 

[nopxor]

Mais ou se situe exactement le thermocouple ?

dans mon four Kerr il est là:

position du thermocouple

Concernant l'activation du four:
L'électronique est on ne peu plus basique (c'est souvent ce qui fonctionne le mieux).
Un simple décodage d'adresse du bus du PC avec quelques portes qui activent le PPI8255.
La sortie de commande du PPI attaque un simple 4N35 qui active un 2N2222 qui commande le relais de la carte (ne pas oublier la diode classique). Tu pourrais certes attaquer directement un gros relais dimmenssionné, mais je te recommande d'utiliser un relais classique qui lui va driver le contacteur de puissance. C'est la norme industrielle.
Sur un forum il faut penser à la sécurité.

Je vais essayer demain de te scanner mon schéma.

 

[CmC]

Mes premières esquisses :

La structure du four :

L'électronique (schématiquement) :

 

[Kesuny]

Aussi, ce que je peut te conseiller, (c'est complètement diférant) mais c'est de combiner l’électronique avec de la logique câbler (électrotechnique):

tu fait un thermostat avec tes compétence en Electronique, et tu utilise des temporisation pour ton cycle de chauffage avec des contacteur? Après c'est a toi de voir ^^

 

[CmC]

Je dois avouer que je n'ai pas bien compris là

Est-ce que vous pensez que je peux utiliser une résistance comme celle-ci : Ebay - Kanthal a1 ? Ce qui me dérange en plus du manque d'informations c'est que 80 cm me paraissent un peut court pour un four comme celui que j'envisage.

 

[nopxor]

Bonsoir,

Est-ce que vous pensez que je peux utiliser une résistance comme celle-ci : Ebay - Kanthal a1 ? Ce qui me dérange en plus du manque d'informations c'est que 80 cm me paraissent un peut court pour un four comme celui que j'envisage.

Comme tu peux le voir sur la photo du four, les spires ne sont pas jointives, donc tu vas gagner en longueur lors de l'installation. Qu'en est il de la qualité ? De toute façon à ce prix là ça vaut le coup d'essayer.

Ci joint les schémas de mon installation:
C'est de l'électronique du "siècle dernier" mais ça régule convenablement.

 

[nopxor]

Oups, j'ai été un peu vite...voilà la suite:

 

[Kesuny]

Donc, la je t'est fait un schéma en logique câblée, Donc ton four s'allume a la fermeture du disjoncteur Q1,

Th1 est le thermostat que tu règle toi même et TH2 est un thermostat de sécurité.

la temporisation pour faire fonctionner le four un temps donné, un fois la tempo finit, le four s’arrète tout seul, c'est juste une proposition

 

[CmC]

Merci à vous deux !

Alors, Kesuny, je préfère utiliser un microcontroleur c'est presque plus simple pour moi
L'avantage avec le microcontroleur (je pense que ça sera un PIC2550, ce qui est bien avec lui c'est qu'il gère facilement l'USB !) c'est qu'il me suffit de le programmer de la manière adéquate pour qu'il fonctionne. Je peux par exemple lui demander de gérer une interface qui affiche la température à laquelle il doit se stabiliser !

Nopxor, il sont super tes schémas ! J'ai juste un problème dans la compréhension, l'aop auquel le thermocouple est branché sur l'entrée non inverseuse, il est en quel mode ? Parce que ça ne ressemble pas à un comparateur. En fait c'est surtout la partie derrière la résistance de 1,2KOhm qui me pose problème !

Vous savez quoi, pour un four électrique, on peut soit faire par induction, soit par chauffage. Ça serait sacrément marrant de combiner les deux . Non malheureusement je ne pense pas que le champ magnétique soit assez puissant pour lancer une induction

 

[nopxor]

Bonsoir,

L'aop est monté en amplificateur de tension "non-inverseur".
http://www.elektronique.fr/cours/AOP/aop-amplificateur-non-inverseur.php
Pour éviter des erreurs de linéarité, j'ai adjoint un réglage d'offset qui permet d'ajuster la sortie à 0V quand l'entrée est à la masse.(multimètre en calibre μV)
L'idéal serait d'utiliser un aop d'instrumentation style OP07 (Analog Devices) "ultra low offset" et très stable en température.
Mais ce montage fonctionne vraiment pas mal.
Je ne fais pas de fonte monocristalline comme la SNECMA

En bas du schéma, en (A) j'utilise un des amplis du 324 pour fabriquer une tension symétrique. C'est une astuce souvent pratique.

Concernant l'induction:
C'est ce qu'utilisent les pros. Le rendement est très bon.
Ça me tente bien, mais je suis déjà très satisfait par mon matos et je n'en ai pas vraiment l'utilité.
J'en suis à l'age du bronze (coulée par dépression) pas encore à l'age du fer...

 

[Kesuny]

Il parait aussi que le four a arc marche bien aussi,après a échelle industrielle, il faut voir si on peut faire la même avec un poste a souder