Индукционная плавильная своими руками: Самодельная индукционная печь для плавки металла своими руками: схема и видеоинструкция

Индукционная плавильная печь своими руками: схема изготовления

Индукционная плавильная печь применяется для плавления металлов и сплавов уже на протяжении последних нескольких десятилетий. Устройство получило широкое распространение в металлургической и машиностроительной областях, а также в ювелирном деле. При желании простую версию этого оборудования можно изготовить своими руками. Рассмотрим принцип работы и особенности применения индукционной печи подробнее.

Индукционная плавильная печь

Принцип индукционного нагрева

Для того чтобы металл перешел из одного агрегатного состояния в другое требуется нагреть его до достаточно высокой температуры. При этом у каждого металла и сплава своя температура плавления, которая зависит от химического состава и других моментов. Индукционная плавильная печь проводит нагрев материала изнутри при создании вихревых токов, которые проходят через кристаллическую решетку. Рассматриваемый процесс связан с явлением резонанса, который становится причиной увеличения силы вихревых токов.

Принцип действия устройства имеет следующие особенности:

1. Пространство, которое образуется внутри катушки, служит для размещения заготовки. Использовать этот метод нагрева в промышленных условиях можно только при условии создания большого устройства, в которое можно будет поместить шихту различных размеров.
2. Устанавливаемая катушка может иметь различную форму, к примеру, восьмерки, но наибольшее распространение получила спираль. Стоит учитывать, что форма катушки выбирается в зависимости от особенностей заготовки, подвергаемой нагреву.

Индукционный нагрев

Для того чтобы создать переменное магнитное поле устройство подключается к бытовой сети электроснабжения. Для повышения качества получаемого сплава с высокой текучестью применяются высокочастотные генераторы.

Устройство и применение индукционной печи

При желании можно создать индукционную печь для плавки металла из подручных материалов. Классическая конструкция имеет три блока:

1. Генератор, который создает ток высокой частоты переменного типа. Именно он создает электрический ток, преобразующийся в магнитное поле, проходящее через материал и ускоряя движение частиц. За счет этого происходит переход металла или сплавов из твердого состояния в жидкое.
2. Индуктор отвечает за создание магнитного поля, которое и нагревает металл.
3. Тигель предназначен для плавки материала. Он помещается в индуктор, а обмотка подключается к источникам тока.

Процесс преобразования электрического тока в магнитное поле сегодня применяется в самых различных отраслях промышленности.

Устройство индукционной плавильной печи

К основным достоинствам индуктора можно отнести нижеприведенные моменты:

1. Современное устройство способно направлять магнитное поле, за счет чего повышается КПД. Другими словами, проходит нагрев шихты, а не устройства.
2. За счет равномерного распространения магнитного поля заготовка нагревается равномерно. При этом с момента включения устройства до плавки шихты уходит небольшое количество времени.
3. Однородность получаемого сплава, а также его высокое качество.
4. При нагреве и плавлении металла не образуются испарения.
5. Сама установка безопасна в применении, не становится причиной образования токсичных веществ.

Существует просто огромное количество различных вариантов исполнения самодельных индукционных печей, каждая имеет свои определенные особенности.

Виды индукционных печей

Рассматривая классификацию устройств, отметим, что нагрев заготовок может проходить как внутри, так и снаружи катушки. Именно поэтому выделяют два типа индукционных печей:

1. Канальная. Подобного рода устройство имеет небольшие каналы, которые расположены вокруг индуктора. Для генерации переменного магнитного поля внутри расположен сердечник.
2. Тигельная. Эта конструкция характеризуется наличием специальной емкости, которую называют тигель. Изготавливается она из тугоплавкого металла с высоким показателем температуры плавления.

Важно, что канальные индукционные печи обладают большими габаритными размерами и предназначаются для промышленного плавления металла. За счет непрерывного процесса плавки можно получать большой объем расплавленного металла. Канальные индукционные печи применяются для плавки алюминия и чугуна, а также других цветных сплавов.

Тигельные индукционные печи характеризуются относительно небольшими размерами. В большинстве случаев подобного рода устройство применяется в ювелирном деле, а также при плавке металла в домашних условиях.

Устройство индукционной тигельной печи

Индукционная тигельная печь в разрезе

Установки на транзисторах получили довольно большое распространение, так как их можно изготовить своими руками при минимальных временных и денежных затратах.

Изготовление своими руками

При желании рассматриваемое устройство можно собрать в домашних условиях. Простая схема состоит из нижеприведенных элементов:

1. полевые транзисторы;
2. резисторы на 470 Ом;
3. два диода;
4. конденсаторы пленочного типа;
5. обмоточный провод из меди;
6. два кольца от дросселя, которые снимаются с компьютерного блока питания.

Приведенный выше список элементов определяет то, что создать индукционную печь можно при минимальных затратах. Процесс сборки устройства можно охарактеризовать следующим образом:

1. Для начала проводится установка полевых транзисторов на радиаторы. Стоит учитывать, что подобная печь при работе сильно греется. Поэтому следует использовать радиаторы большого размера. Есть возможность провести установку транзисторов и на один радиатор, но придется выполнить их изоляцию.
2. Далее потребуются два дросселя, которые также изготавливаются своими руками. Для этого проводится наматывание медной проволоки на кольца блока питания персонального компьютера. Почему именно эти кольца? Причина довольно проста – при их изготовлении применяется ферромагнитное железо. Следует намотать около 10 витков, а также выдерживать одинаковое расстояние между ними.
3. Важным элементом конструкции можно назвать конденсаторную батарею. При соединении отдельных конденсаторов можно получить батарею емкостью 4,7 мкФ. Соединение отдельных элементов проводится параллельно.
4. Для образования магнитного поля нужно создать обмотку, которая изготавливается из медной проволоки толщиной 2 миллиметра. Достаточно создать около 7-8 витков. Образующееся пространство внутри должно быть таким, чтобы поместилась заготовка, которая будет плавиться. Обмотка должна иметь два длинных конца, которые будут подключаться к источнику тока.
5. В рассматриваемом случае источником питания может стать обычный аккумулятор на 12 В. Ток, который подается на катушку, имеет силу около 10А. Емкости подобного источника тока хватает примерно на 40 минут, после чего приходится проводить зарядку устройства.

Самодельная индукционная печь

Создавая печь своими руками можно провести регулировку мощности, для чего изменяется количество витков. Стоит учитывать, что при повышении мощности устройства требуется более емкая батарея, так как повышается показатель энергопотребления. Для того чтобы снизить температуру основных элементов конструкции устанавливается вентилятор. При длительной эксплуатации печи ее основные элементы могут существенно нагреваться, что стоит учитывать.

Еще большое распространение получили индукционные печи на лампах. Подобную конструкцию можно изготовить самостоятельно. Процесс сборки имеет следующие особенности:

1. Медная трубка применяется для создания индуктора, для чего ее сгибают по спирали. Концы также должны быть большими, что требуется для подключения устройства к источнику тока.
2. Индуктор следует поместить в корпусе. Изготавливается он из термостойкого материала, который может отражать тепло.
3. Проводится соединение каскадов ламп по схеме с конденсаторами и дросселями.
4. Выполняется подключение неоновой лампы-индикатора. Она включается в схему для обозначения того, что устройство готово к работе.
5. В систему подключают подстроечный конденсатор переменной емкости.

Важным моментом является то, как можно провести охлаждение системы. При работе практически всех индукционных печей основные элементы конструкции могут нагреваться до высокой температуры. Промышленное оборудование имеет систему принудительного охлаждения, которое работает на воде или антифризе. Для того чтобы создать конструкцию водяного охлаждения своими руками требуется довольно много средств.

В домашних условиях устанавливается система воздушного охлаждения. Для этого устанавливаются вентиляторы. Следует располагать их так, чтобы обеспечивать беспрерывный поток холодного воздуха к основным элементам конструкции печи.

Простая индукционная печь своими руками по схеме

Индукционная печь — это словосочетание хорошо знакомо тем, чья профессия косвенно или напрямую связана с металлургией. Ведь именно в таких печах осуществляется процесс плавки металла.

Принцип работы индукционной печи — это процесс получения тепла от электричества, вырабатываемого переменным магнитным полем. В печах индукционного типа происходит преобразование энергии по схеме электромагнитная-электрическая-тепловая.

Индукционные печи подразделяются по видам:

— канальные;

— тигельные.

Для канального типа печей характерно расположение индуктора с сердечником внутри металла.
В тигельной — индуктор располагается вокруг металла.

У индукционных печей имеется целый ряд преимуществ по сравнению с другими печками или котлами:

— моментальный разогрев;
— фокусировка энергии;
— безопасность и экологическая чистота устройства;
— отсутствие угара;
— большие возможности в выборе емкости, рабочей частоты.

В промышленности такие печи используют для плавки чугуна и стали, меди и алюминия, а также драгоценных металлов. Эти печи имеют различную емкость и частоту.
Именно принцип работы индукционной печи привел к созданию известной всем нам в быту микроволновой печи.

Индукционная печь

Собираем индукционную печь самостоятельно по схеме

При наличии специальной электрической схемы для этого устройства, вполне реально сделать ее своими руками. Вам необходим высокочастотный генератор с частотой колебаний 27,12 МГц.

Схема собирается на 4-х электронных лампах(тетрадах), нужна также нелегкая лампа для сигнализации о готовности к началу работы.

Особенностью такой индукционной печи, собранной своими руками по такой схеме, будет то, что ручка конденсатора находится снаружи. А, самое главное, что часть металла, расположенная в катушке, расплавится очень быстро даже в устройстве с малой мощностью.

Индукционная печь своими руками — схема

Прежде, чем собрать индукционную печь своими руками, надо прояснить, от каких факторов зависит скорость плавки металла:

— от скорости теплопередачи;

— от мощности генератора;

— от вихревых потерь и потерь на гистерезисе;

— от частоты.

Используйте лампы высокой мощности, но не более 4 штук. Питание печи будет происходить от сети 220В с выпрямителем. Если вы будете использовать печь для плавки металла, используйте графитовые щётки, если для обогрева — нихромовую спираль.

Собрать индукционную печь своими руками несложно и экономически выгодно. Ее можно применять для обогрева гаража, дачи или как дополнительный источник обогрева своего жилища.

Посмотрите видео

Читайте также:

Муфельная печь: особенности конструкции, собираем сами

Делаем индукционные котлы отопления своими руками

Индукционные нагреватели и печи своими руками: от теории к реализации

Индукционная печь изобретена давно, еще в 1887 г, С. Фарранти. Первая промышленная установка заработала в 1890 г. на фирме Benedicks Bultfabrik. Долгое время индукционные печи и в индустрии были экзотикой, но не вследствие дороговизны электричества, тогда оно было не дороже теперешнего. В процессах, происходящих в индукционных печах, было еще много непонятного, а элементная база электроники не позволяла создавать эффективные схемы управления ими.

В индукционно-печной сфере переворот произошел буквально на глазах в наши дни, благодаря появлению, во-первых, микроконтроллеров, вычислительная мощность которых превышает таковую персональных компьютеров десятилетней давности. Во-вторых, благодаря… мобильной связи. Ее развитие потребовало появления в продаже недорогих транзисторов, способных отдавать мощность в несколько кВт на высоких частотах. Они, в свою очередь, были созданы на основе полупроводниковых гетероструктур, за исследования которых российский физик Жорес Алферов получил Нобелевскую премию.

В конечном итоге, индукционные печки не только совершенно преобразились в промышленности, но и широко вошли в быт. Интерес к предмету породил массу самоделок, которые, в принципе, могли бы быть полезными. Но большинство авторов конструкций и идей (описаний которых в источниках много больше, чем работоспособных изделий) плоховато представляют себе как основы физики индукционного нагрева, так и потенциальную опасность неграмотно выполненных конструкций. Настоящая статья призвана прояснить некоторые наиболее смутные моменты. Материал построен на рассмотрении конкретных конструкций:

1. Промышленной канальной печи для плавки металла, и возможности ее создания самостоятельно.
2. Тигельных печей индукционного типа, самых простых в исполнении и наиболее популярных среди самодельщиков.
3. Индукционных водогрейных котлов, стремительно вытесняющих бойлеры с ТЭНами.
4. Бытовых варочных индукционных приборов, конкурирующих с газовыми плитами и по ряду параметров превосходящих микроволновки.

Примечание: все рассматриваемые устройства основаны на магнитной индукции, создаваемой катушкой индуктивности (индуктором), поэтому и называются индукционными. В них можно плавить/нагревать только электропроводящие материалы, металлы и т.п. Есть еще электроиндукционные емкостные печи, основанные на электрической индукции в диэлектрике между обкладками конденсатора, они применяются для «нежного» плавления и электротермообработки пластиков. Но распространены они гораздо меньше индукторных, рассмотрение их требует отдельного разговора, поэтому пока оставим.

Принцип действия

Принцип работы индукционной печи иллюстрирует рис. справа. В сущности она – электрический трансформатор с короткозамкнутой вторичной обмоткой:

Принцип действия индукционной печи

• Генератор переменного напряжения G создает в индукторе L (heating coil) переменный ток I1.
• Конденсатор С совместно с L образуют колебательный контур, настроенный на рабочую частоту, это в большинстве случаев повышает техпараметры установки.
• Если генератор G автоколебательный, то С часто исключают из схемы, используя вместо него собственную емкость индуктора. Она у описанных ниже высокочастотных индукторов составляет несколько десятков пикофарад, что как раз соответствует рабочему диапазону частот.
• Индуктор в соответствии с уравнениями Максвелла создает в окружающем пространстве переменное магнитное поле с напряженностью H. Магнитное поле индуктора может как замыкаться через отдельный ферромагнитный сердечник, так и существовать в свободном пространстве.
• Магнитное поле, пронизывая помещенную в индуктор заготовку (или плавильную шихту) W, создает в ней магнитный поток Ф.
• Ф, если W электропроводящая, индуцирует в ней вторичный ток I2, то тем же уравнениям Максвелла.
• Если Ф достаточно массивна и цельная, то I2 замыкается внутри W, образуя вихревой ток, или ток Фуко.
• Вихревые токи по закону Джоуля-Ленца отдает полученную им через индуктор и магнитное поле от генератора энергию, нагревая заготовку (шихту).

Электромагнитное взаимодействие с точки зрения физики достаточно сильно и обладает довольно высоким дальнодействием. Поэтому, несмотря на многоступенчатое преобразование энергии, индукционная печь способна показать в воздухе или вакууме КПД до 100%.

Примечание: в среде из неидеального диэлектрика с диэлектрической проницаемостью >1 потенциально достижимый КПД индукционных печей падает, а в среде с магнитной проницаемостью >1 добиться высокого КПД проще.

Канальная печь

Канальная индукционная плавильная печь – первая из примененных в промышленности. Она и конструктивно похожа на трансформатор, см. рис. справа:

Канальная индукционная печь

1. Первичная обмотка, питаемая током промышленной (50/60 Гц) или повышенной (400 Гц) частоты, выполнена из медной, охлаждаемой изнутри жидким теплоносителем, трубки;
2. Вторичная короткозамкнутая обмотка – расплав;
3. Кольцеобразный тигель из жаростойкого диэлектрика, в котором помещается расплав;
4. Наборный из пластин трансформаторной стали магнитопровод.

Канальные печи используются для переплавки дюраля, цветных спецсплавов, получения высококачественного чугуна. Промышленные канальные печи требуют затравки расплавом, иначе «вторичка» не замкнется накоротко и нагрева не будет. Или между крошками шихты возникнут дуговые разряды, и вся плавка просто взорвется. Поэтому перед пуском печи в тигель наливают немного расплава, а переплавленную порцию выливают не до конца. Металлурги говорят, что канальная печь имеет остаточную емкость.

Канальную печь на мощность до 2-3 кВт можно сделать и самому из сварочного трансформатора промышленной частоты. В такой печи можно расплавить до 300-400 г цинка, бронзы, латуни или меди. Можно переплавлять дюраль, только отливке нужно по остывании дать состариться, от нескольких часов до 2-х недель, в зависимости от состава сплава, чтобы набрала прочность, вязкость и упругость.

Примечание: дюраль вообще был изобретен случайно. Разработчики, обозлившись, что легировать алюминий никак не удается, бросили в лаборатории очередной «никакой» образец и ушли в загул с горя. Протрезвились, вернулись – а никакой изменил цвет. Проверили – а он набрал прочность едва ли не стали, оставшись легким, как алюминий.

«Первичку» трансформатора оставляют штатной, она уже рассчитана на работу в режиме КЗ вторички сварочной дугой. «Вторичку» снимают (ее потом можно поставить обратно и использовать трансформатор по прямому назначению), а вместо нее надевают кольцевой тигель. Но пытаться переделать в канальную печь сварочный ВЧ-инвертор опасно! Его ферритовый сердечник перегреется и разлетится в куски из-за того, что диэлектрическая проницаемость феррита >>1, см. выше.

Проблема остаточной емкости в маломощной печке отпадает: в шихту для затравки кладут проволочку из того же металла, согнутую в кольцо и со скрученными концами. Диаметр проволоки – от 1 мм/кВт мощности печи.

Но появляется проблема кольцевого тигля: единственный подходящий для малого тигля материал – электрофарфор. В домашних условиях обработать его самому невозможно, а где взять покупной подходящий? Прочие огнеупоры не годятся вследствие высоких диэлектрических потерь в них или пористости и малой механической прочности. Поэтому, хотя канальная печь дает плавку высочайшего качества, не требует электроники, а ее КПД уже при мощности 1 кВт превышает 90%, у самодельщиков они не в ходу.

Под обычный тигель

Устройство тигельной индукционной печи

Остаточная емкость раздражала металлургов – сплавы-то плавились дорогие. Поэтому, как только в 20-х годах прошлого века появились достаточно мощные радиолампы, тут же родилась идея: выкинуть на (не будем повторять профессиональные идиомы суровых мужиков) магнитопровод, а обычный тигель засунуть прямо в индуктор, см. рис.

На промышленной частоте так не сделаешь, магнитное поле низкой частоты без концентрирующего его магнитопровода расползется (это т. наз. поле рассеяния) и отдаст свою энергию куда угодно, только не в расплав. Компенсировать поле рассеяния можно повышением частоты до высокой: если диаметр индуктора соизмерим с длиной волны рабочей частоты, а вся система – в электромагнитном резонансе, то до 75% и более энергии ее электромагнитного поля будет сосредоточено внутри «бессердечной» катушки. КПД выйдет соответственный.

Однако уже в лабораториях выяснилось, что авторы идеи проглядели очевидное обстоятельство: расплав в индукторе, хотя бы и диамагнитный, но электропроводящий, за счет собственного магнитного поля от вихревых токов изменяет индуктивность нагревательной катушки. Начальную частоту понадобилось устанавливать под холодную шихту и менять по мере ее плавления. Причем в пределах тем больших, чем больше заготовка: если для 200 г стали можно обойтись диапазоном в 2-30 МГц, то для болванки с железнодорожную цистерну начальная частота будет около 30-40 Гц, а рабочая – до нескольких кГц.

Подходящую автоматику на лампах сделать сложно, «тянуть» частоту за болванкой – нужен высококвалифицированный оператор. Кроме того, на низких частотах сильнейшим образом проявляет себя поле рассеяния. Расплав, который в такой печи еще и сердечник катушки, до некоторой степени собирает магнитное поле возле нее, но все равно, для получения приемлемого КПД понадобилось окружать всю печь мощным ферромагнитным экраном.

Тем не менее, благодаря своим выдающимся достоинствам и уникальным качествам (см. далее) тигельные индукционные печи широко применяются и в промышленности, и самодельщиками. Поэтому остановимся подробнее на том, как правильно сделать такую своими руками.

Немного теории

При конструировании самодельной «индукционки» нужно твердо помнить: минимум потребляемой мощности не соответствует максимуму КПД, и наоборот. Минимальную мощность от сети печка возьмет при работе на основной резонансной частоте, Поз. 1 на рис. Болванка/шихта при этом (и на более низких, дорезонансных частотах) работает как один короткозамкнутый виток, а в расплаве наблюдается всего одна конвективная ячейка.

Режимы работы тигельной индукционной печи

В режиме основного резонанса в печке на 2-3 кВт можно расплавить до 0,5 кг стали, но разогрев шихты/заготовки займет до часа и более. Соответственно, общее потребление электричества от сети будет большим, а общий КПД – низким. На дорезонансных частотах – еще ниже.

Вследствие этого индукционные печи для плавки металла работают чаще всего на 2-й, 3-й и др. высших гармониках (Поз. 2 на рис.) Требуемая для разогрева/расплавления мощность при этом возрастает; для того же полкило стали на 2-й понадобится 7-8 кВт, на 3-ей 10-12 кВт. Но прогрев происходит очень быстро, за минуты или доли минут. Поэтому и КПД выходит высокий: печка не успевает «съесть» много, как расплав уже можно лить.

У печей на гармониках есть важнейшее, даже уникальное достоинство: в расплаве возникает несколько конвективных ячеек, мгновенно и тщательно его перемешивающих. Поэтому можно вести плавку в режиме т. наз. быстрой шихты, получая сплавы, которые в любых других плавильных печах выплавить принципиально невозможно.

Если же «задрать» частоту в 5-6 и более раз выше основной, то КПД несколько (ненамного) падает, но проявляется еще одно замечательное свойство индукционки на гармониках: поверхностный нагрев вследствие скин-эффекта, вытесняющего ЭМП к поверхности заготовки, Поз. 3 на рис. Для плавки этот режим используется редко, но для разогрева заготовок под поверхностную цементацию и закалку – милое дело. Современная техника без такого способа термообработки была бы просто невозможна.

О левитации в индукторе

А теперь проделаем фокус: накрутим первые 1-3 витка индуктора, затем перегнем трубку/шину на 180 градусов, и остальную обмотку навьем в обратном направлении (Поз 4 на рис.) Подключим к генератору, введем в индуктор тигель в шихтой, дадим ток. Дождемся расплавления, уберем тигель. Расплав в индукторе соберется в сферу, которая там останется висеть, пока не выключим генератор. Тогда – упадет вниз.

Эффект электромагнитной левитации расплава используют для очистки металлов путем зонной плавки, для получение высокоточных металлических шариков и микросфер, и т.п. Но для надлежащего результата плавку нужно вести в высоком вакууме, поэтому здесь о левитации в индукторе упомянуто только для сведения.

Зачем индуктор дома?

Как видим, даже маломощная индукционная печка для квартирной проводки и лимитов потребления мощновата. Для чего же стоит ее делать?

Индукционный нагрев для закалки

Во-первых, для очистки и разделения драгоценных, цветных и редких металлов. Берем, к примеру, старый советский радиоразъем с позолоченными контактами; золота/серебра на плакировку тогда не жалели. Кладем контакты в узкий высокий тигелек, суем в индуктор, плавим на основном резонансе (выражаясь профессионально, на нулевой моде). По расплавлении постепенно снижаем частоту и мощность, давая застыть болванке в течение 15 мин – получаса.

По остывании разбиваем тигелек, и что видим? Латунный столбик с ясно различимым золотым кончиком, который остается только отрезать. Без ртути, цианидов и прочих убийственных реагентов. Нагревом расплава извне любым способом этого не добиться, конвекция в нем не даст.

Индуктор для отпусковой индукционной печи

Ну, золото-золотом, а сейчас и черный металлолом на дороге не валяется. Но вот необходимость равномерного, или точно дозированного по поверхности/объему/температуре нагрева металлических деталей для качественной закалки у самодельщика или ИП-индивидуала всегда найдется. И тут опять выручит печка-индуктор, причем расход электричества будет посильным для семейного бюджета: ведь основная доля энергии нагрева приходится на скрытую теплоту плавления металла. А меняя мощность, частоту и расположение детали в индукторе, можно нагреть именно нужное место именно как надо, см. рис. выше.

Наконец, сделав индуктор специальной формы (см. рис. слева), можно отпустить закаленную деталь в нужном месте, на нарушая цементации с закалкой на конце/концах. Затем, где надо – гнем, плющим, а остальное остается твердым, вязким, упругим. В конце можно снова разогреть, где отпускали, и опять закалить.

Приступаем к печке: что нужно знать обязательно

Электромагнитное поле (ЭМП) воздействует на человеческий организм, хотя бы прогревая его во всем объеме, как мясо в микроволновке. Поэтому, работая с индукционной печью в качестве конструктора, мастера или эксплуатанта, нужно четко уяснить себе суть следующих понятий:

ППЭ – плотность потока энергии электромагнитного поля. Определяет общее физиологическое воздействие ЭМП на организм независимо от частоты излучения, т.к. ППЭ ЭМП одной и той же напряженности растет с ростом частоты излучения. По санитарным нормам разных стран допустимое значение ППЭ от 1 до 30 мВт на 1 кв. м. поверхности тела при постоянном (свыше 1 часа в сутки) воздействии и втрое-впятеро больше при однократном кратковременном, до 20 мин.

Примечание: особняком стоят США, у них допустимая ППЭ – 1000 мВт (!) на кв. м. тела. Фактически, американцы считают началом физиологического воздействия внешние его проявления, когда человеку уже становится плохо, а долговременные последствия облучения ЭМП полностью игнорируют.

ППЭ при удалении от точечного источника излучения падает по квадрату расстояния. Однослойная экранировка оцинковкой или мелкоячеистой оцинкованной сеткой снижает ППЭ в 30-50 раз. Вблизи катушки по ее оси ППЭ будет в 2-3 раза выше, чем сбоку.

Поясним на примере. Есть индуктор на 2 кВт и 30 МГц с КПД в 75%. Следовательно, наружу из него уйдет 0,5 кВт или 500 Вт. На расстоянии в 1 м от него (площадь сферы радиусом 1 м – 12,57 кв. м.) на 1 кв. м. придется 500/12,57=39,77 Вт, а на человека – около 15 Вт, это очень много. Индуктор нужно располагать вертикально, перед включением печи надевать на него заземленный экранирующий колпак, следить за процессом издали, а по его окончании немедленно выключать печь. На частоте в 1 МГц ППЭ упадет в 900 раз, и с экранированным индуктором можно работать без особых предосторожностей.

СВЧ – сверхвысокие частоты. В радиэлектронике СВЧ считают с т.наз. Q-диапазона, но по физиологии СВЧ начинается примерно со 120 МГц. Причина – электроиндукционный нагрев плазмы клеток и резонансные явления в органических молекулах. СВЧ обладает специфически направленным биологическим действием с долговременными последствиями. Достаточно получить 10-30 мВт в течение получаса, чтобы подорвать здоровье и/или репродуктивную способность. Индивидуальная восприимчивость к СВЧ крайне изменчива; работая с ним, нужно регулярно проходить специальную медкомиссию.

Пресечь СВЧ-излучение очень трудно, оно, как говорят профи, «сифонит» сквозь малейшую щелочку в экране или при малейшем нарушении качества заземления. Эффективная борьба с СВЧ-излучением аппаратуры возможна только на уровне его конструирования высококлассными специалистами.

К счастью, диапазон частот, в котором работают индукционные печи, до СВЧ не простирается. Но при неумелом конструировании или пользовании печь может войти в режим, при котором появляется паразитное СВЧ. Разумеется, этого следует всячески избегать.

Компоненты печи

Индуктор

Важнейшая часть индукционной печи – ее нагревательная катушка, индуктор. Для самодельных печей на мощность до 3 кВт пойдет индуктор из голой медной трубки диаметром 10 мм или медной же голой шины сечением не менее 10 кв. мм. Внутренний диаметр индуктора – 80-150 мм, количество витков – 8-10. Витки не должны соприкасаться, расстояние между ними – 5-7 мм. Также никакая часть индуктора не должна касаться его экрана; минимальный зазор – 50 мм. Поэтому для прохождения выводов катушки к генератору нужно предусмотреть окно в экране, не мешающее его снимать/ставить.

Индукторы промышленных печей охлаждают водой или антифризом, но на мощности до 3 кВт описанный выше индуктор при работе его в продолжении до 20-30 мин принудительного охлаждения не требует. Однако он сам при этом сильно нагревается, а окалина на меди резко снижает КПД печи вплоть до потери ею работоспособности. Сделать самому индуктор с жидкостным охлаждением невозможно, поэтому его придется время от времени менять. Применять принудительное воздушное охлаждение нельзя: пластиковый или металлический корпус вентилятора вблизи катушки «притянут» к себе ЭМП, перегреются, а КПД печи упадет.

Примечание: для сравнения – индуктор для плавильной печи на 150 кг стали согнут из медной трубы 40 мм наружным диаметром и 30 внутренним. Число витков – 7, диаметр катушки по внутри 400 мм, высота тоже 400 мм. Для его раскачки на нулевой моде нужно 15-20 кВт при наличии замкнутого контура охлаждения дистиллированной водой.

Генератор

Вторая главная часть печи – генератор переменного тока. Сделать индукционную печь, не владея основами радиоэлектроники хотя бы на уровне радиолюбителя средней квалификации, не стоит и пытаться. Эксплуатировать – тоже, ведь, если печка не под компьютерным управлением, настроить ее в режим можно, только чувствуя схему.

Схема генератора для индукционной печи, дающая паразитное СВЧ

При выборе схемы генератора следует всячески избегать решений, дающих жесткий спектр тока. В качестве антипримера приводим довольно распространенную схему на тиристорном ключе, см. рис. выше. Доступный специалисту расчет по прилагаемой к ней автором осциллограмме показывает, что ППЭ на частотах свыше 120 МГц от индуктора, запитанного таким образом, превышает 1 Вт/кв. м. на расстоянии 2,5 м от установки. Убийственная простота, ничего не скажешь.

Схема лампового генератора для индукционной печи

В качестве ностальгического курьеза приводим еще схему древнего лампового генератора, см. рис. справа. Такие делали советские радиолюбители еще в 50-х годах, рис. справа. Настройка в режим – воздушным конденсатором переменной емкости С, с зазором между пластинами не менее 3 мм. Работает только на нулевой моде. Индикатор настройки – неоновая лампочка Л. Особенность схемы – очень мягкий, «ламповый» спектр излучения, так что пользоваться этим генератором можно без особых мер предосторожности. Но – увы! – ламп для него сейчас не найдешь, а при мощности в индукторе около 500 Вт энергопотребление от сети – более 2 кВт.

Примечание: указанная на схеме частота 27,12 МГц не оптимальна, она выбрана из соображений электромагнитной совместимости. В СССР она была свободной («мусорной») частотой, для работы на которой разрешения не требовалось, лишь бы устройство помех никому не давало. А вообще-то С можно перестраивать генератор в довольно широком диапазоне.

Самодельная тигельная индукционная печь 50-х годов.

На следующем рис. слева – простейший генератор с самовозбуждением. L2 – индуктор; L1 – катушка обратной связи, 2 витка эмалированного провода диаметром 1,2-1,5 мм; L3 – болванка или шихта. В качестве контурной емкости используется собственная емкость индуктора, поэтому эта схема не требует настройки, она автоматически входит в режим нулевой моды. Спектр мягкий, но при неправильной фазировке L1 мгновенно сгорает транзистор, т.к. он оказывается в активном режиме с КЗ по постоянному току в цепи коллектора.

Схема простейшего генератора для индукционной печи

Также транзистор может сгореть просто от изменения наружной температуры или саморазогрева кристалла – каких-либо мер по стабилизации его режима не предусмотрено. В общем, если у вас завалялись где-то старые КТ825 или им подобные, то начинать эксперименты по индукционному нагреву можно с этой схемки. Транзистор должен быть установлен на радиатор площадью не менее 400 кв. см. с обдувом от компьютерного или ему подобного вентилятора. Регулировка можности в индукторе, до 0,3 кВт – изменением напряжения питания в пределах 6-24 В. Его источник должен обеспечивать ток не менее 25 А. Мощность рассеивания резисторов базового делителя напряжения не менее 5 Вт.

Генератор-мультивибратор для индукционной печи

Схема на след. рис. справа – мультивибратор с индуктивной нагрузкой на мощных полевых тразисторах (450 B Uk, не менее 25 A Ik). Благодаря применению емкости в цепи колебательного контура дает довольно мягкий спектр, но внемодовый, поэтому пригоден для разогрева деталей до 1 кг для закалки/отпуска. Главный недостаток схемы – дороговизна компонент, мощных полевиков и быстродействующих (граничная частота не менее 200 кГц) высоковольтных диодов в их базовых цепях. Биполярные мощные транзисторы в этой схеме не работают, перегреваются и сгорают. Радиатор здесь такой же, как и в предыдущем случае, но обдува уже не нужно.

Следующая схема уже претендует на звание универсальной, мощностью до 1 кВт. Это – двухтактный генератор с независимым возбуждением и мостовым включением индуктора. Позволяет работать на 2-3 моде или в режиме поверхностного нагрева; частота регулируется переменным резистором R2, а диапазоны частот переключаются конденсаторами С1 и С2, от 10 кГц до 10 МГц. Для первого диапазона (10-30 кГц) емкость конденсаторов С4-С7 должна быть увеличена до 6,8 мкФ.

Схема универсального генератора для индукционной печи

Трансформатор между каскадами – на ферритовом кольце с площадью сечения магнитопровода от 2 кв. см. Обмотки – из эмалированного провода 0,8-1,2 мм. Радиатор транзисторов – 400 кв. см. на четверых с обдувом. Ток в индукторе практически синусоидальный, поэтому спектр излучения мягкий и на всех рабочих частотах дополнительных мер защиты не требуется, при условии работы до 30 мин в день через 2 дня на 3-й.

Видео: самодельный индукционный нагреватель в работе

Индукционные котлы

Индукционные водогрейные котлы, без сомнения, вытеснят бойлеры с ТЭНами везде, где электричество обходится дешевле других видов топлива. Но их неоспоримые достоинства породили и массу самоделок, от которых у специалиста иной раз буквально волосы дыбом встают.

Скажем, такая конструкция: пропиленовую трубу с проточной водой окружает индуктор, а он запитан от сварочного ВЧ-инвертора на 15-25 А. Вариант – из термостойкого пластика делают пустотелый бублик (тор), по патрубкам пропускают через него воду, а для нагрева обматывают шиной, образующий свернутый в кольцо индуктор.

ЭМП передаст свою энергию воде хорошо; та обладает неплохой электропроводностью и аномально высокой (80) диэлектрической проницаемостью. Вспомните, как стреляют в микроволновке оставшиеся на посуде капельки влаги.

Но, во-первых, для полноценного обогрева квартиры или частного дома зимой нужно не менее 20 кВт тепла, при тщательном утеплении снаружи. 25 А при 220 В дают всего 5,5 кВт (а сколько это электричество стоит по нашим тарифам?) при 100% КПД. Ладно, пусть мы в Финляндии, где электричество дешевле газа. Но лимит потребления на жилье – все равно 10 кВт, а за перебор нужно платить по увеличенному тарифу. И квартирная проводка 20 кВт не выдержит, нужно тянуть отдельный фидер от подстанции. Во что такая работа обойдется? Если еще электрикам далеко до перебора мощности по району и они ее разрешат.

Затем, сам теплообменник. Он должен быть или металлическим массивным, тогда будет действовать только индукционный нагрев металла, или из пластика с низкими диэлектрическими потерями (пропилен, между прочим, к таким не относится, годится только дорогой фторопласт), тогда вода непосредственно поглотит энергию ЭМП. Но в любом случае выходит, что индуктор греет весь объем теплообменника, а воде тепло отдает только внутренняя его поверхность.

В итоге, ценой больших трудов с риском для здоровья, получаем бойлер с КПД пещерного костра.

Индукционный котел отопления промышленного изготовления устроен совсем по-иному: просто, но в домашних условиях невыполнимо, см. рис. справа:

Схема индукционного водогрейного котла

• Массивный медный индуктор подключается непосредственно к сети.
• Его ЭМП греет также массивный металлический лабиринт-теплообменник из ферромагнитного металла.
• Лабиринт одновременно изолирует индуктор от воды.

Стоит такой бойлер в несколько раз дороже обычного с ТЭНом, и пригоден для установки только на пластиковые трубы, но взамен дает массу выгод:

1. Никогда не сгорает – в нем нет раскаленной электроспирали.
2. Массивный лабиринт надежно экранирует индуктор: ППЭ в непосредственной близости от 30 кВт индукционного бойлера – ноль.
3. КПД – более чем 99,5%
4. Абсолютно безопасен: собственная постоянная времени обладающей большой индуктивностью катушки – более 0,5 с, что в 10-30 раз больше времени срабатывания УЗО или автомата. Его еще ускоряет «отдача» от переходного процесса при пробое индуктивности на корпус.
5. Сам же пробой вследствие «дубовости» конструкции исключительно маловероятен.
6. Не требует отдельного заземления.
7. Безразличен к удару молнии; сжечь массивную катушку ей не под силу.
8. Большая поверхность лабиринта обеспечивает эффективный теплообмен при минимальном температурном градиенте, что почти исключает образование накипи.
9. Огромная долговечность и простота пользования: индукционный бойлер совместно с гидромагнитной системой (ГМС) и фильтром-отстойником работает без обслуживания не менее 30 лет.

О самодельных котлах для ГВС

Схема индукционного водонагревателя для ГВС

Здесь на рис. приведена схема маломощного индукционного нагревателя для систем ГВС с накопительным баком. В ее основе – любой силовой трансформатор на 0,5-1,5 кВт с первичной обмоткой на 220 В. Очень хорошо подходят сдвоенные трансформаторы от старых ламповых цветных телевизоров – «гробов» на двухстержневом магнитопроводе типа ПЛ.

Вторичную обмотку с таких снимают, первичку перематывают на один стержень, увеличив количество ее витков для работы в режиме, близком к КЗ (короткому замыканию) по вторичке. Сама же вторичная обмотка – вода в U-образном колене из трубы, охватывающем другой стержень. Пластиковая труба или металлическая – на промчастоте все равно, но металлическая должна быть изолирована от остальной системы диэлектрическими вставками, как показано на рис, чтобы вторичный ток замыкался только через воду.

В любом случае такая водогрейка опасна: возможная протечка соседствует с обмоткой под сетевым напряжением. Если уж идти на такой риск, то в магнитопроводе нужно насверлить отверстие под болт-заземлитель, и прежде всего наглухо, в грунт, заземлить трансформатор и бак стальной шиной не менее 1,5 кв. см. (не кв. мм!).

Далее трансформатор (он должен располагаться непосредственно под баком), с подключенным к нему сетевым проводом в двойной изоляции, заземлителем и водогрейным витком заливают в одну «куклу» силиконовым герметиком, как моторчик помпы аквариумного фильтра. Наконец, крайне желательно весь агрегат подключить к сети через быстродействующее электронное УЗО.

Видео: “индукционный” котел на основе бытовой плитки

Индуктор на кухне

Варочная индукционная плита

Индукционные варочные поверхности для кухни стали уже привычными, см. рис. По принципу действия это та же индукционная печка, только в роли короткозамкнутой вторичной обмотки выступает днище любой металлической варочной посудины, см. рис. справа, а не только из ферромагнитного материала, как часто не знаючи пишут. Просто алюминиевая посуда выходит из употребления; медики доказали, что свободный алюминий – канцероген, а медная и оловянная давно уже не в ходу по причине токсичности.

Бытовая индукционная плитка – порождение века высоких технологий, хотя идея ее зародилась одновременно с индукционными плавильными печами. Во-первых, для изоляции индуктора от стряпни понадобился прочный, стойкий, гигиеничный и свободно пропускающий ЭМП диэлектрик. Подходящие стеклокерамические композиты появились в производстве сравнительно недавно, и на долю верхней пластины плиты приходится немалая доля ее стоимости.

Схема кухонной индукционной плиты

Затем, все варочные посудины разные, а их содержимое изменяет их электрические параметры, и режимы приготовления блюд тоже разные. Осторожным подкручиванием ручек до нужной моды тут и специалист не обойдется, нужен высокопроизводительный микроконтроллер. Наконец, ток в индукторе должен быть по санитарным требованиям чистой синусоидой, а его величина и частота должны сложным образом меняться сообразно степени готовности блюда. То есть, генератор должен быть с цифровым формированием выходного тока, управляемым тем самым микроконтроллером.

Делать кухонную индукционную плиту самому нет смысла: на одни только электронные компоненты по розничным ценам денег уйдет больше, чем на готовую хорошую плитку. И управлять этими приборами пока еще сложновато: у кого есть, тот знает, сколько там кнопочек или сенсоров с надписями: «Рагу», «Жаркое» и т.п. Автор этой статьи видал плитку, где значилось отдельно «Борщ флотский» и «Суп претаньер».

Тем не менее, индукционные плиты имеют массу преимуществ перед прочими:

• Почти нулевая, в отличие от микроволновок, ППЭ, хоть сам на эту плитку садись.
• Возможность программирования для приготовления самых сложных блюд.
• Растопка шоколада, вытапливание рыбьего и птичьего жира, приготовление карамели без малейших признаков пригорания.
• Высокая экономичность как следствие быстрого нагрева и почти полного сосредоточения тепла в варочной посуде.

Разогрев варочной посуды на индукционной плите и газовой конфорке

К последнему пункту: взгляните на рис. справа, там графики разогрева стряпни на индукционной плите и газовой конфорке. Кто знаком с интегрированием, тот сразу поймет, что индуктор на 15-20% экономичнее, а с чугунным «блином» его можно и не сравнивать. Затраты денег на энергоноситель при приготовлении большинства блюд для индукционной плиты сравнимы с газовой, а на тушение и варку густых супов даже меньше. Индуктор пока уступает газу только при выпечке, когда необходим равномерный прогрев со всех сторон.

Видео: неудавшийся индукционный нагреватель из кухонной плиты

В заключение

Итак, индукционные электроприборы для подогрева воды и приготовления пищи лучше покупать готовые, дешевле и проще выйдет. А вот завести самодельную индукционную тигельную печку в домашней мастерской не помешает: станут доступными тонкие способы плавки и термообработки металлов. Нужно только помнить о ППЭ с СВЧ и строго соблюдать правила конструирования, изготовления и эксплуатации.

Загрузка…

Обсуждение темы «Индукционная печь»

Ниже Вы можете поделиться своими мыслями и результатами с нашими читателями и постоянными посетителями.

Также можно задать вопросы автору*, он постарается на них ответить.

Индукционная печь своими руками: схема, как собрать?

Домашняя индукционная печь справляется с плавкой относительно небольших порций металла. Однако такой горн не нуждается ни в дымоходе, ни в мехах, подкачивающих воздух в зону плавки. А всю конструкцию подобной печи можно разместить на письменном столе. Поэтому разогрев с помощью электрической индукции является оптимальным способом плавки металлов в домашних условиях. И в этой статье мы рассмотрим конструкции и схемы сборки подобных печей.

1 Как устроена индукционная печь – генератор, индуктор и тигель

В заводских цехах можно встретить канальные индукционные печи для плавки цветных и черных металлов. У этих установок очень высокая мощность, задаваемая внутренним магнитопроводом, который повышает плотность электромагнитного поля и температуру в тигле печи.

В промышленных масштабах производятся канальные индукционные печи для плавки цветных и черных металлов

Однако канальные конструкции расходуют большие порции энергии и занимают много места, поэтому в домашних условиях и небольших мастерских применяется установка без магнитопровода – тигельная печь для плавки цветного/черного металла. Такую конструкцию можно собрать даже своими руками, ведь тигельная установка состоит из трех основных узлов:

• Генератора, выдающего переменный ток с высокими частотами, которые необходимы для повышения плотности электромагнитного поля в тигле. Причем, если диаметр тигля можно будет сопоставить с длинной волны частоты переменного тока, то такая конструкция позволит трансформировать в тепловую энергию до 75 процентов электричества, потребляемого установкой.
• Индуктора – медной спирали, созданной на основе точного просчета не только диаметра и количества витков, но и геометрии проволоки, используемой в этом процессе. Контур индуктора должен быть настроен на усиление мощности в результате возникновения резонанса с генератором, а точнее с частотой питающего тока.
• Тигля – тугоплавкого контейнера, в котором и происходит вся плавильная работа, инициируемая за счет возникновения в структуре металла вихревых токов. При этом диаметр тигля и прочие габариты этого контейнера определяются строго по характеристикам генератора и индуктора.

Такую печь может собрать любой радиолюбитель. Для этого ему нужно найти правильную схему и запастить материалами и деталями. Перечень всего этого вы сможете найти ниже по тексту.

2 Из чего собирают печи – подбираем материалы и детали

В основе конструкции самодельной тигельной печи лежит простейший лабораторный инвертор Кухтецкого. Схема этой установки на транзисторах имеет следующий вид:

Схема установки на транзисторах

На основе этого рисунка-схемы вы сможете собрать индукционную печь, используя следующие компоненты:

• два транзистора – желательно полевого типа и марки IRFZ44V;
• медный провод диаметром 2 миллиметра;
• два диода марки UF4001, еще лучше — UF4007;
• два дроссельных кольца – их можно извлечь из старого блока питания от десктопа;
• три конденсатора емкостью по 1 мкФ каждый;
• четыре конденсатора емкостью по 220нФ каждый;
• один конденсатор с емкостью 470 нФ;
• один конденсатор с емкостью 330 нФ;
• один резистор на 1 ватт (или 2 резистора по 0,5 ватта каждый), рассчитанный на сопротивление 470 Ом;
• медный провод диаметром 1,2 миллиметра.

Кроме того, вам понадобится пара радиаторов – их можно снять со старых материнских плат или кулеров для процессоров, и аккумуляторная батарея емкостью не менее 7200 мАч от старого источника бесперебойного питания на 12 В. Ну а емкость-тигель в данном случае фактически не нужна – в печи будет плавиться прутковый металл, который можно удерживать за холодный торец.

3 Пошаговая инструкция для сборки – несложные операции

Распечатайте и повесьте над рабочим столом чертеж лабораторного инвертора Кухтецкого. После этого разложите все радиодетали по сортам и маркам и разогрейте паяльник. Закрепите два транзистора на радиаторах. А если вы будете работать с печью дольше 10-15 минут подряд, закрепите на радиаторах кулеры от компьютера, подключив их к рабочему блоку питания. Схема распиновки транзисторов из серии IRFZ44V выглядит следующим образом:

Схема распиновки транзисторов

Возьмите медную проволоку на 1,2 миллиметра и намотайте на ее на ферритовые кольца, сделав по 9-10 витков. В итоге у вас получатся дроссели. Расстояние между витками определяется диаметром кольца, исходя из равномерности шага. В принципе все можно сделать «на глаз», варьируя число витков в пределах от 7 до 15 оборотов. Соберите батарею из конденсаторов, соединяя все детали параллельно. В итоге у вас должна получиться батарея на 4,7 мкФ.

Теперь сделайте индуктор из медной 2-миллиметровой проволоки. Диаметр витков в этом случае может равняться диаметру фарфорового тигля или 8-10 сантиметрам. Число витков не должно превышать 7-8 штук. Если в процессе испытаний мощность печи покажется вам недостаточной – переделайте конструкцию индуктора, меняя диаметр и число витков. Поэтому на первых парах контакты индуктора лучше сделать не паянными, а разъемными. Далее соберите все элементы на плате из текстолита, опираясь на чертеж лабораторного инвертора Кухтецкого. И подключите к контактам питания аккумулятор на 7200 мАч. Вот и все.

Теперь вы можете проводить испытания печи, подбирая правильные параметры индуктора для каждой разновидности металла или тигля. Однако во время испытаний или плавки нужно помнить о мерах безопасности при работе с электропечами.

4 Меры безопасности при плавке металла

Индукционная установка генерирует очень высокую температуру, достаточную для расплавления металла массой до 10-20 грамм. Поэтому при работе  с тиглем нужно использовать фартук из плотного материала и такие же рукавицы. Они уберегут вас от ожогов при случайном пролитии металла из емкости.

Собранную конструкцию печи лучше упрятать в изолированный корпус, оставив за его стенами только индуктор. Это убережет и пользователя, и хрупкие радиодетали. А для вентиляции в корпусе необходимо нарезать или насверлить несколько отверстий, обеспечив приток и отток воздуха.

Остаточное магнитное поле может нагреть металлические детали на одежде пользователя, которые обожгут кожу. Поэтому к тиглю лучше подходить в простой одежде, без молний или металлических пуговиц. Кроме того, все электроприборы лучше удалить от индуктора, как минимум, на метровое расстояние.

принцип работы, устройство, изготовление своими руками

Вначале на него будет действовать электромагнитное поле, потом электрический ток, а затем уже он пройдет тепловую стадию. Простую конструкцию такого печного устройства можно собрать самостоятельно из различных подручных средств.

Принцип работы

Такое печное устройство является электрическим трансформатором со вторичной короткозамкнутой обмоткой. Принцип действия индукционной печи состоит в следующем:

• при помощи генератора в индукторе создается переменный ток;
• индуктор с конденсатором создает колебательный контур, он настроен на рабочую частоту;
• в случае использования автоколебательного генератора, конденсатор исключается из схемы устройства и в этом случае используется собственный запас емкости индуктора;
• создаваемое индуктором магнитное поле может существовать в свободном пространстве или же замыкаться с использованием индивидуального ферромагнитного сердечника;
• магнитное поле воздействует на находящуюся в индукторе металлическую заготовку или шихту и образует магнитный поток;
• по уравнениям Максвелла он индуцирует в заготовке вторичный ток;
• при цельном и массивном магнитном потоке создаваемый ток замыкается в заготовке и происходит создание тока Фуко или вихревого тока;
• после образования такого тока вступает в действие закон Джоуля-Ленца, и полученная с помощью индуктора и магнитного поля энергия нагревает заготовку металла или шихту.

Несмотря на многоступенчатую работу, устройство индукционной печи может давать в вакууме или воздухе до 100% КПД. Если среда с магнитной проницаемостью, то этот показатель будет расти, в случае со средой из неидеального диэлектрика, он будет падать.

к содержанию ↑

Устройство

Рассматриваемая печь – своеобразный трансформатор, но только в нем нет вторичной обмотки, ее заменяет помещенный в индуктор металлический образец. Он будет проводить ток, а вот диэлектрики в этом процессе не нагреваются, они остаются холодными.

Конструкция индукционных тигельных печей включает в себя индуктор, который состоит из нескольких витков медной трубки, свернутой в виде катушки, внутри нее постоянно передвигается охлаждающая жидкость. Также индуктор вмещает в себе тигель, который может быть из графита, стали и других материалов.

Кроме индуктора в печи установлен магнитный сердечник и подовый камень, все это заключено в корпус печи. В него входят:

• кожух индукционной единицы;
• кожух ванной;
• каркас.

В моделях печей большой мощности кожух ванны обычно выполняется достаточно жестким, поэтому каркас в таком устройстве отсутствует. Крепление корпуса должно выдерживать сильные нагрузки при наклоне всей печи. Каркас чаще всего изготавливается из фасонных балок, выполненных из стали.

Тигельная индукционная печь для плавки металла устанавливается на фундамент, в который вмонтированы опоры, на их подшипники опираются цапфы механизма наклона устройства.

Кожух ванны выполняется из металлических листов, на которые для прочности наваривают ребра жесткости.

Кожух для индукционной единицы используется в качестве соединительного звена между печным трансформатором и подовым камнем. Его для уменьшения потерь тока делают из двух половинок, между которыми предусмотрена изолирующая прокладка.

Стяжка половинок происходит за счет болтов, шайб и втулок. Такой кожух делается литым или сварным, при выборе материала для него отдают предпочтение немагнитным сплавам. Двухкамерная индукционная сталеплавильная печь идет с общим кожухом для ванны и для индукционной единицы.

В небольших печах, в которых не предусмотрено водяного охлаждения имеется вентиляционная установка, она помогает отводить из агрегата излишки тепла. Даже вы случае установки водоохлаждаемого индуктора необходимо вентилировать проем, возле подового камня, чтобы он не перегревался.

В современных печных установках имеется не только водоохлаждаемый индуктор, но и предусмотрено водяное охлаждение кожухов. На каркасе печи могут быть установлены вентиляторы, работающие от приводного двигателя. При значительной массе такого устройства, вентиляционный прибор устанавливают возле печи. Если индукционная печь для производства стали идет со съемным вариантом индукционных единиц, то для каждой из них предусматривается свой вентилятор.

Отдельно стоит отметить механизм наклона, который для малых печей идет с ручным приводом, а для крупных он оснащен гидравлическим приводом, расположенным у сливного носика. Какой бы ни был установлен механизм наклона, он обязан обеспечивать слив полностью всего содержимого ванной.

к содержанию ↑

Расчет мощности

Так как индукционный способ плавки стали менее затратный, чем аналогичных методик, основанных на использовании мазута, угля и других энергоносителей, то расчет индукционной печи начинается с вычисления мощности агрегата.

Мощность индукционной печи подразделяется на активную и полезную, для каждой из них есть своя формула.

В качестве исходных данных нужно знать:

• емкость печи, в рассматриваемом для примера случае она равна 8 тоннам;
• мощность агрегата (берется максимальное ее значение) – 1300 кВт;
• частота тока – 50 Гц;
• производительность печной установки – 6 тонн в час.

Требуется также учитывать расплавляемый металл или сплав: по условию он цинковый. Это важный момент, тепловой баланс плавки чугуна в индукционной печи, также как и других сплавов свой.

Полезная мощность, которая передается жидкому металлу:

• Рпол = Wтеор×t×П,
• Wтеор – удельный расход энергии, он теоретический, и показывает перегрев металла на 1⁰С;
• П – производительность печной установки, т/ч;
• t — температура перегрева сплава или металлической заготовки в ванной печи, ⁰С
• Рпол = 0,298×800×5,5 = 1430,4 кВт.

Активная мощность:

• Р = Рпол/Ютерм,
• Рпол – берется с предыдущей формулы, кВт;
• Ютерм – КПД литейной печи, его пределы от 0,7 до 0,85, в среднем принимают 0,76.
• Р =1311,2/0,76=1892,1кВт, проводится округление значения до 1900 кВт.

На заключительном этапе рассчитывается мощность индуктора:

• Ринд = Р/N,
• Р – активная мощность печной установки, кВт;
• N – количество индукторов, предусмотренных на печи.
• Ринд =1900/2= 950 кВт.

Потребление мощности индукционной печью при плавке стали зависит от ее производительности и вида индуктора.

к содержанию ↑

Виды и подвиды

Индукционные печи делятся на два основных вида:

1. Канальный. В нем вторичным витком служит кольцевой короткозамкнутый канал, в который помещается металл. В качестве источника энергии для процесса плавки используется генератор либо переменный ток промышленной частоты. Высокое КПД таких печей обусловлено передачей высокочастотного поля через ферритовый или стальной сердечник. Плавка стали в индукционных печах такого типа отличается непрерывной подачей металлических заготовок и получением расплавленного металла. Единственным недостатком канального агрегата является сложность запуска его работы, так как предварительно необходимо заполнить канал расплавом.
2. Тигельный. В таких печах источником энергии является генератор, который может работать в диапазоне от нескольких десятков до сотен кГц. Металлические заготовки в этом виде печи помещаются в ее термостойкий тигель, который располагается в обмотке индуктора. Как только расплав достигнет нужной температуры, тигель освобождают и заправляют следующей партией сырья. Такое печное устройство отличается высокой скоростью нагрева металла, так как в тигле очень малы потери тепла.

Кроме такого разделения, индукционные печи бывают компрессорными, вакуумными, открытыми и газонаполненными.

к содержанию ↑

Индукционные печи своими руками

Среди имеющихся распространенных методик создания таких агрегатов можно найти пошаговое руководство, как сделать индукционную печь из сварочного инвертора, с нихромовой спиралью или графитовыми щетками, приведем их особенности.

к содержанию ↑

Агрегат из высокочастотного генератора

Она выполняется с учетом расчетной мощности агрегата, вихревых потерь и утечек на гистерезисе. Питание конструкции будет идти от обычной сети в 220 В, но с использованием выпрямителя. Такой вид печи может идти с графитовыми щетками или нихромовой спиралью.

Для создания печи потребуется:

• два диода UF4007;
• пленочные конденсаторы;
• полевые транзисторы в количестве двух штук;
• резистор в 470 Ом;
• два дроссельных кольца, их можно снять со старого компьютерного системщика;
• медный провод Ø сечения 2 мм.

В качестве инструмента используется паяльник и плоскогубцы.

Приведем схему для индукционной печи:

Индукционные портативные плавильные печи такого плана создаются в следующей последовательности:

1. Транзисторы располагаются на радиаторах. Из-за того, что в процессе плавки металла схема устройства быстро греется, радиатор для нее нужно подбирать с большими параметрами. Допустимо устанавливать несколько транзисторов на один генератор, но в этом случае их нужно изолировать от металла при помощи прокладок, сделанных из пластика и резины.
2. Изготавливаются два дросселя. Для них берутся два заранее снятые с компьютера кольца, вокруг них обматывают медную проволоку, количество витков ограничено от 7 до 15.
3. Конденсаторы объединяются между собой в батарею, чтобы на выходе получилась емкость в 4,7 мкФ, их соединение проводится параллельно.
4. Вокруг индуктора обвивается медная проволока, ее диаметр должен быть 2 мм. Внутренний диаметр обмотки должен совпадать с размером используемого для печи тигля. Всего делают 7-8 витков и оставляют длинные концы, чтобы их можно было подключить к схеме.
5. В качестве источника к собранной схеме подсоединяется аккумулятор мощностью 12 В, его хватает примерно на 40 минут работы печи.

Если необходимо, то делается корпус из материала с высокой термоустойчивостью . Если же выполняется индукционная плавильная печь из сварочного инвертора, то защитный корпус должен быть обязательно, но его нужно заземлить.

к содержанию ↑

Конструкция с графитовыми щетками

Такая печь используется для выплавки любого металла и сплавов.

Для создания устройства необходимо заготовить:

• графитовые щетки;
• порошковый гранит;
• трансформатор;
• шамотный кирпич;
• стальная проволока;
• тонкий алюминий.

Технология сборки конструкции заключается в следующем:

1. Выполняется основа – в виде бокса, который изготавливается из шамотного кирпича, его кладут на огнеупорную плитку.
2. Сверху бокса укладывается лист асбестокартона, если ему нужно придать определенную форму, его поверхность нужно смочить водой. Чтобы конструкцию сделать жесткой, нужно обмотать ее проволокой. Размеры бокса зависят от мощности трансформатора. Лучше всего использовать его из сварочного аппарата. Если он большой мощности, то его следует перемотать.
3. Во избежание перегрева трансформатора его обматывают тонким алюминием.
4. На дне кирпичного бокса располагается глиняная подложка, чтобы расплавленный металл не растекался.
5. Устанавливаются графитовые щетки.

к содержанию ↑

Прибор с нихромовой спиралью

Такой прибор используется для выплавки больших объемов металла.

В качестве расходных материалов для обустройства самодельной печи используется:

• нихром;
• асбестовая нить;
• кусок керамической трубы.

После подключения всех составляющих печи по схеме, ее работа состоит в следующем: после подачи электрического тока на нихромовую спираль, она передает тепло металлу и плавит его.

Создание такой печи проводится в следующей последовательности:

1. Навивание спирали, для нее используется проволока диаметром 0,3 мм, длина заготовки должна быть около 11 метров.
2. Проволока наматывается вокруг длинной трубки, ее диаметр – 5 мм.
3. Кусок трубы из керамики выступает в качестве тигля, его подрезают до нужного размера, примерно на 15 см. В один его конец вставляется асбестовая нить, чтобы расплавленный металл не растекался.
4. Укладка спирали вокруг трубы. Между ее витками укладывается асбестовая нить, она ограничит доступ кислорода и тем самым не допустит замыкания в печи.
5. В таком виде катушка помещается в лампу высокой мощности, в ней имеется патрон нужного диаметра, который чаще всего изготовлен из керамики.

Такая конструкция отличается высокой производительностью, она долго остывает и быстро нагревается. Но необходимо учесть, что если спираль будет плохо изолирована, то она быстро перегорит.

к содержанию ↑

Цены на готовые индукционные печи

Самодельные конструкции печей будут стоить гораздо дешевле покупных, но их нельзя создать большими объемами, поэтому без готовых вариантов для массового производства расплава не обойтись.

Цены на индукционные печи для плавки металла зависят от их вместимости и комплектации.

к содержанию ↑

Вывод

Самостоятельно сделать индукционную печь увлекательно, но это сопряжено с некоторыми ограничениями и неизвестными последствиями, так как нужно опираться на законы физики и химии, а кто в этом не силен, тот не сможет провести процесс безопасно. Для частого использования такой установки лучше подобрать подходящий вариант из представленных выше.

требуемая схема и принцип работы,

В настоящее время в быту стали использоваться печи, работающие по индукционному принципу, которые обычно применяются в промышленности. Чтобы индукционные печи можно было использовать в бытовых условиях, их конструкцию существенно преобразили, без изменения остался только принцип преобразования энергии. Такой прибор можно сделать своими руками из доступных материалов. Главное – это разобраться в конструкции и понять, как работает эта печь.

Принцип работы индукционной печи

Работа такой печи основана на принципе индукционного нагрева. Другими словами, тепловая энергия получается от электрического тока, вырабатываемого электромагнитным полем. Благодаря такой особенности этот прибор отличается от обыкновенных электрообогревателей.

Конструкция индуктора довольно проста. Его центром является графитовая или металлическая электропроводящая заготовка, вокруг которой следует намотать провод. При помощи мощности генератора в индуктор начинают запускать токи разной частоты, создавая вокруг индуктора мощное электромагнитное поле. Благодаря воздействию такого поля на заготовку и создания в ней вихревых токов, графит или металл начинает очень сильно разогреваться и отдавать тепло окружающему воздуху.

В быту индукторы стали использоваться сравнительно недавно.

Виды индукционных устройств

По своему предназначению такие приборы бывают бытовыми и промышленными. Однако такая классификация считается неполной. Существует еще несколько разновидностей печей:

• Тигельные. Самый распространенный вид агрегатов, используемых в металлургии. Такая конструкция не содержит сердечник. Эти устройства в основном используются для обработки и плавки любых металлов. Замечательно зарекомендовали себя они и в других областях.
• Канальные. Их конструкция имеет сходство с трансформатором.
• Вакуумные. Применяются тогда, когда необходимо удалить примеси из металла.

Бытовые печи делятся на две группы:

• Агрегаты, которые используют для отопления. Представляют собой индукционные котельные установки небольшого размера, которые монтируются в системах автономного отопления.
• Индукционные плиты, на которых готовят пищу. Основное отличие от обыкновенной электроплиты – экономное расходование электроэнергии.

Можно ли изготовить индукционную печь, предназначенную для плавки металлов, своими руками? Хотя она и является, с одной стороны, сложным оборудованием, а с другой – благодаря относительной простоте и понятности принципа работы появляется возможность сделать индукционный нагревательный прибор своими руками. Кроме того, многие специалисты, обладающие необходимыми знаниями и навыками, способны создать качественные агрегаты из обычных материалов. Чтобы сделать индукционную печь своими руками, будет нужна схема и хорошее знание физики.

Индукционные печи своими руками в основном используются для обогрева помещений. Тигельные конструкции небольшого размера лучше всего подойдут для плавки металлов в небольших объемах, например, при изготовлении бижутерии или ювелирных украшений. Индукционные плиты считаются замечательным решением для дачных домиков. А в городской квартире их используют как дополнительный обогреватель, если произошел какой-либо сбой в центральной системе отопления.

Схема индукционной печи

Схема такого простого индукционного нагревателя необходима будет для выполнения работ. Можно работать и без нее, но нежелательно, так как такой нагреватель является сложным электрооборудованием. Его конструкция и внутреннее содержимое разрабатывается заранее. Схема объединяет все задумки мастера в единое целое. Если потребуется спроектировать плиту, а не простой нагреватель, без схемы вообще не получится обойтись.

Конструкция индукционной печи своими руками достаточно проста: нагревательный элемент, общий корпус, индуктор. Если агрегат потребуется для обработки материалов, следует дополнительно спроектировать плавильную камеру. Сердцем индукционной печи является заготовка, проводящая ток, способная разогреваться до высоких температур. С такой задачей замечательно справляются нихромовая спираль или графитовые щетки. Выбирая между ними, следует ориентироваться на те задачи, которые стоят перед нагревателем. Для плавильной печи лучшим вариантом будет использование графитовых щеток, для нагревательного прибора – нихромовой спирали. Использование нихрома дает возможность подключить агрегат к обычной электросети.

Как сделать индукционную печь своими руками

Для создания эффективного агрегата необходимо учитывать следующие параметры:

• частота и мощность генератора;
• скорость, с которой теряется тепло;
• количество потерь в вихревых токах.

Сначала необходимо правильно подобрать все необходимые детали схемы для получения достаточных условий для плавки в мастерской. Если агрегат собирают своими руками, частота генератора должна составлять 27,12 МГц. Катушку следует делать из провода или тонкой медной трубки, при этом не должно быть больше 10 витков.

Мощность электронных ламп должна быть большая. Схема предусматривает установку неоновой лампы, которая будет использоваться в качестве индикатора готовности устройства. В схеме также предусмотрено применение дросселей и керамических конденсаторов. К домашней розетке подключение осуществляется через выпрямитель.

Индукционная печь, изготовленная своими руками, выглядит следующим образом: небольшая подставка на ножках, к которой крепится генератор со всеми необходимыми деталями схемы. А уже к генератору подключается индуктор.

Преимущества и недостатки индукционных печей

Индукционные агрегаты могут иметь различную мощность и зависит это от особенностей конструкции. Своими руками собрать устройство промышленной частоты очень непросто, да и в этом нет необходимости. Лучше стоит их купить.

Индукционные печи могут иметь как плюсы, так и минусы:

• они очень надежные;
• гораздо экономичнее обыкновенных электронагревателей;
• их используют не только для обогрева, но и подключают к водяному контуру;
• устанавливать их можно в квартире или доме, не оборудуя для этого специальное помещение;
• такую печь используют не только в качестве основного котла в автономной сети отопления, но и в сочетании с другими тепловыми источниками;
• такие устройства очень просто эксплуатировать, при этом не требуется периодическое сервисное обслуживание;
• основным недостатком индукционной печи является ее высокая пожароопасность, поэтому это качество следует учитывать при установке ее в жилом помещении.

Безопасность

Работая с печью, следует опасаться получения термических ожогов. Кроме того, такое устройство имеет высокую пожарную опасность. Во время работы эти агрегаты ни в коем случае нельзя перемещать. Нужно быть очень внимательным, когда такие печи устанавливают в квартире.

Переменное электромагнитное поле начинает разогревать окружающее его помещение, и такая особенность находится в прямой зависимости от мощности и частоты излучения устройства. Мощные промышленные печи могут оказывать воздействие на предметы, находящиеся в карманах одежды, на близлежащие детали из металла, на ткани людей.

Заключение

Индукционную печь можно изготовить самостоятельно, но это не всегда целесообразно. Лучше не браться за такую работу, если нет совершенно никаких знаний в области электрооборудования и физики. Перед тем как приступить к конструированию даже самого простого устройства, его следует разработать, спроектировать и составить схему. Если нет никакого опыта в изготовлении электроприборов, лучше всего приобрести такой агрегат заводского изготовления.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Индукционная печь — устройство и принципы работы индукционных плавильных печей, изготовление своими руками индукционный печи из сварочного инвертора, фото и видео.

При необходимости расплавить небольшую массу металла в домашних условиях можно использовать индукционную печь.  Это несложное устройство, работающее от бытовой сети, доступно для изготовления своими руками. Используется оно для нагрева почти всех металлов, но, чаще всего, для железа и его сплавов.

Принцип работы и устройство индукционных печей

Работу индукционной печи обеспечивают токи, вырабатываемые переменным магнитным полем. Создать плавильную печь своими руками можно, пользуясь проверенной на опыте, рабочей электрической схемой.

Основные элементы конструкции этого теплогенератора:

• Тигель – ёмкость, в которой происходит расплавление металла. В самодельных индукционных установках применяют тигли, которые можно извлекать из печи.
• Тигель помещают в индуктор, который представляет собой спираль, состоящую из небольшого числа витков проводника. Если устройство планируется для частой работы, то в качестве проводника рекомендуется использовать медную трубку. Для печей, предназначенных для эпизодического кратковременного использования, вполне достаточно медной проволоки.
• С помощью генератора в индукторе создаются мощные токи, благодаря чему вокруг индукционной катушки возникает электромагнитное поле. Это поле, в свою очередь, создаёт вихревые токи, которые разогревают тигель и помещённый в него металл. Генератор состоит из четырёх, параллельно соединённых, электронных ламп.

Внимание! Для ускорения процесса тигель рекомендуется изготавливать из неметаллических материалов – шамота, кварцита, графита.

• Скорость нагрева регулируют конденсатором переменной ёмкости. Ёмкостью конденсатора управляют с помощью выведенной наружу ручки. При максимальном значении ёмкости металл нагревается до красного цвета за несколько секунд.

Помимо тигельных, существуют канальные индукционные печитеплогенераторы. В таких установках металл помещают в кольцевой жёлоб, расположенный вокруг индуктора. Внутри индуктора находится сердечник.

В промышленности применяют и тигельные, и канальные индукционные печи:

• Тигельные печи предназначены для расплавления сплавов на основе железа, меди, магния, алюминия, драгметаллов. Ёмкость тигля промышленных установок может достигать сотен тонн.
• Канальные индукционные установки используются, в основном, для расплавления чугуна и цветных металлов.

Эффективность работы данного теплогенератора определяется мощностью и частотой генератора, количеством потерь в вихревых токах, скоростью и количеством потерь тепла в окружающее пространство.

Преимущества и недостатки индукционных теплогенераторов

Установки данного типа обладают определёнными преимуществами:

• Благодаря активному перемещению металла расплав обладает однородностью.
• При нагреве сплавов в индукционной печи легирующие элементы не выгорают.
• В таком теплогенераторе возможно фокусирование энергии.
• При изготовлении такой печи можно самостоятельно выбрать способ футеровки, рабочую частоту, ёмкость установки, при работе – точно выбрать температуру расплава.
• Печь очень быстро готовится к работе, а расплавление металла происходит с достаточно высокой скоростью.

Внимание! Важным плюсом индукционных печей является экологичность происходящего в них процесса расплавления металла.

К минусам этого оборудования можно отнести следующие факторы:

• Нагрев шлака в индукционных теплогенераторах происходит за счёт тепла металла. Поэтому шлакам присуща более низкая температура, по сравнению с расплавляемым металлом.
• Из-за вязкости холодных шлаков из металлов затруднено удаление фосфора и серы.
• В пространстве между индуктором и металлом происходит рассеивание магнитного потока, что делает необходимым снижение толщины футеровки тигля. Это приводит к уменьшению эксплуатационного периода футеровочного слоя.

Как изготовить индукционную печь из сварочного инвертора

Однако индукционное оборудование применимо не только для расплавления металлов, но и для работы в системах отопления домостроений.

Преимуществами индукционных котлов являются следующие факторы:

• Система с таким теплогенератором не перегревается, благодаря постоянному движению теплоносителя. Испытывать такую установку без теплоносителя запрещено.
• Благодаря вибрациям в индукционной системе на стенках оборудования накипь не оседает.
• Разъёмных соединений в данном оборудовании нет, поэтому опасность протечек отсутствует.
• Малое количество шума при работе.
• Благодаря отсутствию традиционных нагревательных элементов система с индукционным теплогенератором имеет длительный рабочий ресурс.
• При работе индукционного отопительного оборудования не происходит выброса вредных компонентов.

Многие домовладельцы заинтересованы в использовании перспективного оборудования для обогрева своих помещений. Самостоятельно изготовить индукционный котёл для обеспечения работы отопительной системы можно с применением комплектующих сварочного инвертора.

Краткая схема изготовления индукционного теплогенератора своими руками на базе сварочного инвертора:

• В качестве корпуса нагревателя используют кусок толстостенной пластиковой трубы, для которого изготавливают две сетчатых крышки.
• Стальную проволоку диаметром до 7 мм нарезают кусками длиной примерно по 50 мм. Корпус должен быть заполнен проволокой полностью.

Совет! Оптимальный материал для проволоки – коррозионностойкая легированная сталь.

• Индукционная катушка изготавливается из пластикового корпуса, заполненного отрезками проволоки и закрытого с двух сторон сетчатыми крышками. На подготовленный корпус наматывают 90 витков проволоки из меди.
• С помощью переходников индукционную катушку присоединяют к отопительному контуру.
• К сети катушку подсоединяют через сварочный инвертор.

Внимание! Индукционные котлы разрешены к использованию только в закрытых отопительных системах, в которых движение теплоносителя осуществляется в принудительном порядке с помощью циркуляционного насоса.

Индукционный нагреватель DIY: 10 шагов (с изображениями)

Многие из вас, читающие это, могут спросить: «Что такое драйвер ZVS»? Что ж, это чрезвычайно эффективная схема генератора, способная создавать чрезвычайно мощное электромагнитное поле, которое нагревает металл. Это руководство показывает вам, как делать это основа индукционного нагревателя.

Чтобы понять, как работает этот блок питания, я объясню его различные разделы. Первая секция — это блок питания на 24 вольта.Блок питания должен выдавать 24 вольта при токе 10 ампер. В качестве источника питания я буду использовать две герметичные свинцово-кислотные батареи, соединенные последовательно. Затем питание подается на плату драйвера ZVS. Генератор ZVS проталкивает и пропускает ток через катушку вокруг нагреваемого объекта. Это постоянное изменение направления тока создает флуктуирующее магнитное поле. Это вызывает множество небольших вихревых токов в металле (см. Диаграмму выше). Все эти токи относительно велики, и из-за низкого сопротивления целевого металла выделяется тепло.2 * Р.

Теперь очень важен тип металла нагреваемого объекта. Черные металлы обладают более высокой магнитной проницаемостью, поэтому они могут использовать больше энергии магнитного поля. Это позволяет нагревать их быстрее, чем другие материалы. Металлы, такие как алюминий, имеют более низкую магнитную проницаемость, поэтому им требуется больше времени для нагрева. Вещи с высоким сопротивлением и низкой магнитной проницаемостью, такие как человеческий палец, вообще не будут нагреваться индукционным нагревателем.Также очень важна стойкость материала. Если у вас есть более высокое сопротивление в целевом металле, то будет течь меньше тока, поэтому мощность, преобразованная в тепло, станет экспоненциально меньше. Если у вас металл с меньшим сопротивлением, то ток будет выше, но потери мощности будут ниже из-за закона Ома. Это немного сложно, но из-за взаимосвязи между сопротивлением и выходной мощностью максимальная выходная мощность достигается, когда сопротивление объекта приближается к 0.

Генератор ZVS — самая сложная часть этой схемы, поэтому я собираюсь объяснить, как он работает. Прежде всего, когда ток включен, он проходит через 2 индуктивных дросселя с каждой стороны катушки. Дроссель предназначен для того, чтобы цепь не потребляла слишком много силы тока при запуске. Ток также течет через два резистора 470 Ом на затворы двух МОП-транзисторов. Теперь, поскольку ни один компонент не идеален, первым будет включаться один Mosfet. Когда это происходит, он забирает весь ток затвора от другого МОП-транзистора.Он также потянет сток того Mosfet, который находится на земле. Это не только позволит току течь через катушку на землю, но также позволит току течь через один из быстрых диодов, формирующих другой затвор другого МОП-транзистора, блокируя его. Поскольку параллельно катушке установлен конденсатор, он создает резонансный контур резервуара, который начинает колебаться. Из-за этого резонансного действия сток другого МОП-транзистора будет колебаться взад и вперед по своему напряжению, в конечном итоге достигая 0 вольт. Как только это напряжение будет достигнуто, заряд затвора от включенного МОП-транзистора разрядится через быстрый диод в сток противоположного МОП-транзистора, эффективно отключив его.Когда этот Mosfet выключен, у другого Mosfet есть возможность включиться. После этого цикл повторяется тысячи раз в секунду. Резистор 10 кОм предназначен для истощения любого избыточного заряда затвора на МОП-транзисторе, потому что он похож на конденсатор, а стабилитрон предназначен для поддержания на затворе МОП-транзисторов напряжения 12 В или ниже, чтобы они не взорвались. Этот высокочастотный генератор большой мощности позволяет нагревать металлические предметы.

Пришло время построить эту штуку!

Простая схема самодельного индукционного нагревателя

Этот замечательный небольшой проект демонстрирует принципы высокочастотной магнитной индукции и способы изготовления индукционного нагревателя.Схема очень проста в сборке и использует только несколько общих компонентов. С показанной здесь индукционной катушкой схема потребляет около 5 А от источника питания 15 В, когда наконечник отвертки нагревается. Кончик отвертки нагревается докрасна примерно за 30 секунд!

Схема управления использует метод, известный как ZVS (переключение при нулевом напряжении), для активации транзисторов, что позволяет эффективно передавать мощность. В схеме, которую вы видите здесь, транзисторы почти не нагреваются из-за метода ZVS.Еще одна замечательная особенность этого устройства заключается в том, что это саморезонансная система, которая автоматически работает на резонансной частоте подключенной катушки и конденсатора. Если вы хотите сэкономить время, в нашем магазине есть индукционный нагреватель. Возможно, вы все равно захотите прочитать эту статью, чтобы получить несколько полезных советов по правильной работе вашей системы.

Как работает индукционный нагрев?

Когда магнитное поле изменяется около металла или другого проводящего объекта, в материале индуцируется ток (известный как вихревой ток), который генерирует тепло.Вырабатываемое тепло пропорционально квадрату тока, умноженному на сопротивление материала. Эффекты индукции используются в трансформаторах для преобразования напряжений во всех видах приборов. Большинство трансформаторов имеют металлический сердечник, поэтому при использовании в них наведены вихревые токи. Разработчики трансформаторов используют разные методы, чтобы предотвратить это, поскольку нагрев — это просто пустая трата энергии. В этом проекте мы будем напрямую использовать этот эффект нагрева и постараемся максимизировать эффект нагрева, создаваемый вихревыми токами.

Если мы приложим непрерывно изменяющийся ток к катушке с проволокой, у нас будет постоянно изменяющееся магнитное поле внутри нее. На более высоких частотах индукционный эффект довольно силен и имеет тенденцию концентрироваться на поверхности нагреваемого материала из-за скин-эффекта. Типичные индукционные нагреватели используют частоты от 10 кГц до 1 МГц.

ОПАСНО: Данное устройство может создавать очень высокие температуры!

Схема

Используемая схема представляет собой тип коллекторного резонансного генератора Ройера, который имеет преимущества простоты и саморезонансной работы.Очень похожая схема используется в обычных схемах инвертора, используемых для питания люминесцентного освещения, такого как подсветка ЖК-дисплея. Они приводят в действие трансформатор с центральным ответвлением, который повышает напряжение примерно до 800 В для питания фонарей. В этой схеме самодельного индукционного нагревателя трансформатор состоит из рабочей катушки и нагреваемого объекта.

Основным недостатком этой схемы является то, что требуется катушка с отводом по центру, которую может быть немного сложнее намотать, чем обычный соленоид. Катушка с отводом по центру необходима, чтобы мы могли создать поле переменного тока из одного источника постоянного тока и всего двух транзисторов N-типа.Центр катушки подключается к положительному источнику питания, а затем каждый конец катушки попеременно подключается к земле транзисторами, так что ток будет течь вперед и назад в обоих направлениях.

Сила тока, потребляемого от источника питания, зависит от температуры и размера нагреваемого объекта.

Из этой схемы индукционного нагревателя видно, насколько он прост на самом деле. Всего несколько основных компонентов — это все, что нужно для создания рабочего индукционного нагревателя.

R1 и R2 — стандартные резисторы 240 Ом, 0,6 Вт. Значение этих резисторов будет определять, насколько быстро МОП-транзисторы могут включиться, и должно быть достаточно низким. Однако они не должны быть слишком маленькими, так как резистор будет заземлен через диод при включении противоположного транзистора.

Диоды D1 и D2 используются для разряда затворов MOSFET. Это должны быть диоды с низким прямым падением напряжения, чтобы затвор был хорошо разряжен, а полевой МОП-транзистор полностью выключился, когда другой включен.Рекомендуются диоды Шоттки, такие как 1N5819, поскольку они имеют низкое падение напряжения и высокую скорость. Номинальное напряжение диодов должно быть достаточным, чтобы выдерживать повышение напряжения в резонансном контуре. В этом проекте напряжение выросло до 70 В.

Транзисторы T1 и T2 представляют собой полевые МОП-транзисторы на 100 В, 35 А (STP30NF10). Для этого проекта они были установлены на радиаторах, но при работе с указанными здесь уровнями мощности они почти не нагревались. Эти полевые МОП-транзисторы были выбраны из-за их низкого сопротивления сток-исток и малого времени отклика.

Катушка индуктивности L2 используется как дроссель для предотвращения попадания высокочастотных колебаний в источник питания и для ограничения тока до приемлемого уровня. Значение индуктивности должно быть довольно большим (у нас было около 2 мГн), но оно также должно быть выполнено из достаточно толстого провода, чтобы пропускать весь ток питания. Если дроссель не используется или у него слишком малая индуктивность, цепь может перестать колебаться. Необходимое точное значение индуктивности будет зависеть от используемого блока питания и конфигурации вашей катушки. Возможно, вам придется поэкспериментировать, прежде чем вы получите хороший результат.Показанный здесь был сделан путем намотки около 8 витков магнитной проволоки толщиной 2 мм на тороидальный ферритовый сердечник. В качестве альтернативы вы можете просто намотать провод на большой болт, но вам понадобится гораздо больше витков провода, чтобы получить такую ​​же индуктивность, как у тороидального ферритового сердечника. Вы можете увидеть пример этого на фото слева. В нижнем левом углу вы можете увидеть болт, намотанный на множество витков провода оборудования. Эта установка на макетной плате использовалась при малой мощности для тестирования. Для большей мощности пришлось использовать более толстую проводку и все спаять вместе.

Поскольку компонентов было так мало, мы спаяли все соединения напрямую и не использовали печатную плату. Это также было полезно для выполнения соединений для сильноточных частей, поскольку толстый провод можно было напрямую припаять к клеммам транзистора. Оглядываясь назад, возможно, было бы лучше подключить индукционную катушку, прикрутив ее непосредственно к радиаторам на полевых МОП-транзисторах. Это связано с тем, что металлический корпус транзисторов также является выводом коллектора, а радиаторы могут помочь охладить катушку.

Конденсатор C1 и индуктор L1 образуют резонансный контур индукционного нагревателя. Они должны выдерживать большие токи и температуры. Мы использовали полипропиленовые конденсаторы емкостью 330 нФ. Более подробная информация об этих компонентах представлена ​​ниже.

Индукционная катушка и конденсатор

Катушка должна быть сделана из толстой проволоки или трубы, так как в ней будут протекать большие токи. Медная труба работает хорошо, так как токи высокой частоты в любом случае будут протекать в основном по внешним частям.Вы также можете прокачать по трубе холодную воду, чтобы она оставалась прохладной.

Конденсатор должен быть подключен параллельно рабочей катушке, чтобы создать резонансный контур резервуара. Комбинация индуктивности и емкости будет иметь определенную резонансную частоту, на которой цепь управления будет работать автоматически. Используемая здесь комбинация катушка-конденсатор резонирует на частоте около 200 кГц.

Важно использовать конденсаторы хорошего качества, которые могут выдерживать большие токи и тепло, рассеиваемое в них, иначе они скоро выйдут из строя и разрушат вашу схему привода.Они также должны быть размещены достаточно близко к рабочей катушке с использованием толстой проволоки или трубы. Большая часть тока будет протекать между катушкой и конденсатором, поэтому этот провод должен быть самым толстым. При желании провода, соединяющие цепь и источник питания, можно сделать немного тоньше.

Этот змеевик здесь был сделан из латунной трубы диаметром 2 мм. Его было просто наматывать и легко паять, но вскоре он начал деформироваться из-за чрезмерного нагрева. Затем повороты касаются друг друга, замыкаясь и делая его менее эффективным.Поскольку во время использования контур управления оставался относительно холодным, казалось, что его можно заставить работать на более высоких уровнях мощности, но необходимо будет использовать более толстую трубу или охлаждать ее водой. Затем установка была улучшена, чтобы выдерживать более высокий уровень мощности…

Продвигая дальше

Основным ограничением описанной выше установки было то, что рабочая катушка через короткое время сильно нагрелась из-за больших токов. Чтобы в течение длительного времени иметь большие токи, мы сделали еще одну катушку, используя более толстую латунную трубку, чтобы вода могла прокачиваться через нее во время работы.Более толстую трубу было труднее согнуть, особенно в центральной точке отвода. Перед сгибанием трубы необходимо было засыпать ее мелким песком, так как это предохраняет ее от защемления на крутых изгибах. Затем он был очищен сжатым воздухом.

Индукционная катушка была сделана из двух половин, как показано здесь. Затем они были спаяны вместе, и небольшой кусок трубы из ПВХ использовался для соединения центральных труб, чтобы вода могла течь через всю катушку.

В этой катушке было использовано меньше витков, чтобы она имела более низкий импеданс и, следовательно, выдерживала более высокие токи.Емкость также была увеличена, чтобы резонансная частота была ниже. Всего было использовано шесть конденсаторов по 330 нФ, что дало общую емкость 1,98 мкФ.

Кабели, соединяющиеся с катушкой, были просто припаяны к трубе возле концов, оставляя место для установки какой-нибудь трубы из ПВХ.

Этот змеевик можно охладить, просто пропустив воду прямо из крана, но для отвода тепла лучше использовать насос и радиатор. Для этого в емкость с водой поместили старый насос для аквариума, а к выпускному патрубку вставили трубу.Эта труба поступала на модифицированный кулер компьютерного процессора, в котором для отвода тепла использовались три тепловые трубы.

Кулер был преобразован в радиатор путем отрезания концов тепловых трубок и последующего соединения их с трубами PCV, чтобы вода протекала через все 3 тепловые трубки, прежде чем выйти и вернуться к насосу.

Если вы сами разрезаете тепловые трубки, делайте это в хорошо проветриваемом помещении, а не в помещении, поскольку они содержат летучие растворители, которые могут быть токсичными для дыхания. Вы также должны носить защитные перчатки, чтобы предотвратить контакт с кожей.

Этот модифицированный кулер для процессора был очень эффективным в качестве радиатора и позволял воде оставаться довольно прохладной.

Другие необходимые модификации заключались в замене диодов D1 и D2 на диоды, рассчитанные на более высокое напряжение. Мы использовали обычные диоды 1N4007. Это было связано с тем, что с увеличением тока в резонансном контуре наблюдалось большее повышение напряжения. Вы можете видеть на изображении здесь, что пиковое напряжение составляло 90 В (желтый график осциллографа), что также очень близко к номинальному значению транзисторов 100 В.

Используемый блок питания был настроен на 30 В, поэтому также необходимо было подавать напряжение на затворы транзистора через стабилизатор напряжения 12 В. Когда внутри рабочей катушки не было металла, она потребляла около 7 А. Когда был добавлен болт на фотографии, он поднялся до 10 А, а затем постепенно снова упал, когда он нагрелся до температуры выше Кюри. Для более крупных объектов он, безусловно, превышает 10А, но используемый блок питания имеет ограничение в 10А. Вы можете найти подходящий блок питания на 24 В, 15 А в нашем интернет-магазине.

Болт, который вы видите на фотографии раскаленным докрасна, разогрелся примерно за 30 секунд.Отвертка на первом изображении теперь может нагреться докрасна примерно за 5 секунд.

Чтобы перейти на более высокую мощность, чем эта, необходимо использовать другие конденсаторы или их больший массив, чтобы ток распределялся между ними в большей степени. Это связано с тем, что протекающие большие токи и используемые высокие частоты могут значительно нагревать конденсаторы. Примерно через 5 минут использования на этом уровне мощности индукционный нагреватель DIY необходимо выключить, чтобы они могли остыть.Также необходимо использовать другую пару транзисторов, чтобы они могли выдерживать большие скачки напряжения.

Во всем этот проект оказался вполне удовлетворительным, так как дал хороший результат от простой и недорогой схемы. Как бы то ни было, он может быть полезен для закалки стали или для пайки мелких деталей. Если вы решили создать собственный проект индукционного нагревателя, разместите свои фотографии ниже. Пожалуйста, ознакомьтесь с другими комментариями, прежде чем делать свои собственные, поскольку это может сэкономить ваше время в дальнейшем.

Если вы хотите смоделировать этот проект для тестирования различных значений индуктивности или выбора транзисторов, загрузите LTSpice и запустите это моделирование самодельного индукционного нагревателя (щелкните правой кнопкой мыши, Сохранить как)

Насколько жарко станет?

Трудно сказать, насколько горячо вы сможете что-то получить, так как есть много параметров, которые необходимо учитывать. Различные материалы по-разному реагируют на индукционный нагрев, а их форма и размер будут влиять на то, как нагревание или отвод тепла в атмосферу.

Вы можете получить приблизительное представление, используя некоторые базовые вычисления по приведенной ниже формуле, или, если хотите, мы сделали удобный калькулятор мощности нагревателя, который может рассчитать это за вас. Эта форма включает в себя материалы (например, воду), которые нельзя нагревать напрямую с помощью индукционных нагревателей, но она по-прежнему полезна, если вы пытаетесь определить, например, мощность, необходимую для нагрева поддона с водой с помощью индукционного нагревателя.

ПРИМЕР: Насколько сильно нагреются 20 г стали за 30 секунд при нагревании с помощью нагревателя мощностью 300 Вт? (при условии, что 100 Вт потеряно для окружающей среды)

Формулы:
Q = m x Cp x ΔT
ΔT = Q ÷ m ÷ Cp

Рабочий:
(300Вт — 100Вт) x 30с = 6000Дж
6000Дж ÷ 20г ÷ 0.466Дж / г ° C = 643,78 ° C

Результат:
20 г стали температура увеличится на 643,78 ° C при нагревании нагревателем мощностью 300 Вт в течение 30 секунд.

Поиск и устранение неисправностей

Если у вас возникли проблемы с тем, чтобы это заработало, вот несколько советов, которые помогут устранить неполадки в вашем домашнем проекте индукционного нагревателя….

PSU (источник питания)
Если ваш PSU не может подавать большой скачок тока при включении индукционного нагревателя, он не будет колебаться. В этот момент напряжение источника питания упадет (хотя блок питания может этого не отображать), и это помешает правильному переключению транзисторов.Чтобы решить эту проблему, вы можете разместить несколько больших электролитических конденсаторов параллельно источнику питания. Когда они заряжены, они могут подавать в вашу цепь большой импульсный ток. Хорошим мощным источником питания будет наш БП на 24 В 15 А постоянного тока.

Дроссель (индуктор L2)
Ограничивает мощность индукционного нагревателя. Если ваш не колеблется, вам может потребоваться дополнительная индуктивность, чтобы предотвратить падение напряжения в вашем блоке питания. Вам нужно будет поэкспериментировать с необходимой вам индуктивностью. Лучше иметь слишком много, чем слишком мало, так как это только ограничит мощность нагревателя.Слишком мало может означать, что это вообще не сработает. Если у вас слишком маленький сердечник индуктора, сильный ток приведет к его насыщению и вызовет слишком большой ток, что может привести к повреждению вашей цепи.

Электропроводка
Соединительные провода должны быть короткими, чтобы уменьшить паразитную индуктивность и помехи. Длинные провода добавляют в цепь нежелательное сопротивление и индуктивность, что может привести к нежелательным колебаниям или снижению производительности. Наш кабель питания на 30 А отлично подходит для этого.

Компоненты
Выбранные транзисторы должны иметь низкое падение напряжения / сопротивление в открытом состоянии, в противном случае они перегреются или даже не позволят системе колебаться.БТИЗ, вероятно, не будут работать, но большинство полевых МОП-транзисторов с аналогичными характеристиками должны подойти. Конденсаторы должны иметь низкое ESR (сопротивление) и ESL (индуктивность), чтобы они могли выдерживать высокие токи и температуры. Диоды также должны иметь низкое прямое падение напряжения, чтобы транзисторы правильно отключались. Они также должны быть достаточно быстрыми, чтобы работать на резонансной частоте вашего индукционного нагревателя.

Включение питания
При включении не допускайте попадания металла в нагревательную спираль.Это может привести к более сильным скачкам тока, что может помешать возникновению колебаний, как упомянуто выше. Также не пытайтесь нагревать большое количество металла. Этот проект подходит только для небольших индукционных нагревателей. Если вы хотите контролировать или постепенно увеличивать мощность, вы можете использовать одну из наших схем импульсного модулятора мощности. Подробности смотрите в публикации 5108 ниже.

Мозг
Для безопасного выполнения этого проекта вам понадобится разумно работающий мозг. Создание индукционного нагревателя может быть очень опасным, поэтому, если вы новичок в электронике, вам следует попросить кого-нибудь помочь вам сделать это.Подходите к вещам логически; Если он не работает, проверьте, что используемые компоненты не неисправны, проверьте правильность подключения, прочтите всю эту статью и все комментарии, выполните поиск в Google, если вы не понимаете какие-либо термины, или прочтите наш раздел «Обучение электронике». Помните: горячее обожжет вас и может поджечь; Электричество может убить вас электрическим током, а также вызвать пожар. Безопасность превыше всего.

Индукционный нагреватель

Индукционный нагреватель — интересное устройство, позволяющее быстро нагревать металлический предмет.При достаточной мощности можно даже расплавить металл. Индукционный нагреватель работает без ископаемого топлива и может отжигать и нагревать предметы различной формы. Я решил сделать индукционный нагреватель, способный плавить сталь и алюминий, поэтому я собрал устройство, которое выдает около 3 киловатт! Затем я построил блок мощностью 10 кВт, который мог самостоятельно фиксировать резонансную частоту. Оба агрегата были способны левитировать металлы. В этом руководстве много страниц, заполненных практической и теоретической информацией, которая поможет вам в моих усилиях.Просто продолжайте нажимать «Далее», и в конце концов вы попадете на схемы. У меня их несколько для инверторов меньшего и большего размера.

*****

Я собрал несколько плейлистов на Youtube, в которых объясняются более тонкие детали создания надежного индукционного нагревателя. На моем канале есть видеоролики, показывающие, как это работает, и видеоролики, объясняющие, как проектировать и делать различные части. Мой хороший плейлист —-> здесь, но на YouTube-канале Imsmoother есть еще больше видео.

*****

В первой части этого руководства я расскажу о моей разработке инвертора на 3 кВт. Моей первоначальной целью было быстрое нагревание металлов. Моей следующей целью было левитировать металлы. Мне это удалось, но я понял, что не могу левитировать из твердой меди и стали. Их плотность была слишком велика для магнитного поля. Это была моя конечная цель: левитировать и удерживать расплавленную медь и сталь. В конце этого урока я перейду к разработке блока мощностью 10 кВт, который реализовал эту цель.Я также остановлюсь на проблемах, которые необходимо было преодолеть, чтобы этого добиться.

Начнем.

Мой индукционный нагреватель — инвертор. Инвертор использует источник постоянного тока и преобразует его в переменный ток. Электропитание переменного тока приводит в действие трансформатор, который соединен с последовательным баком LC. Частота инвертора устанавливается равной резонансной частоте резервуара, что позволяет генерировать очень высокие токи внутри катушки резервуара. Катушка соединена с заготовкой и создает вихревые токи.2. Заготовка похожа на однооборотную катушку; рабочая катушка имеет несколько витков. Таким образом, у нас есть понижающий трансформатор, поэтому в заготовке генерируются еще более высокие токи.

Я хотел бы поблагодарить Джона Дирмонда, Тима Уильямса, Ричи Бернетта и других участников форума 4hv за неоценимую помощь за то, что они помогли мне разобраться в этой теме. Теперь, прежде чем мы поговорим подробнее, давайте посмотрим на несколько изображений того, что он может делать:

Позже дам ссылку на видео, на котором он работает.Вот инвертор:

Теперь я перейду к каждой части. Затем я дам схемы, расскажу о том, как вы можете построить это устройство.

Индукционные печи

— Основы литейных плавильных печей

На главную> Советы и факты> Литейные плавильные печи> Индукционные печи

Принцип индукционного плавления заключается в том, что источник высокого напряжения из первичной катушки индуцирует низкое напряжение, высокий ток в металле или вторичной катушке.Индукционный нагрев — это просто метод передачи тепловой энергии.

Индукционные печи идеально подходят для плавки и легирования самых разных металлов с минимальными потерями при расплаве, однако возможно небольшое рафинирование металла. Существует два основных типа индукционных печей: без сердечника и канальные.

Индукционные печи без сердечника

Сердцем индукционной печи без сердечника является катушка, которая состоит из полой секции сверхпрочной медной трубки с высокой проводимостью, намотанной в спиральную катушку.Форма катушки заключена в стальную оболочку, а магнитное экранирование используется для предотвращения нагрева поддерживающей оболочки. Для защиты от перегрева змеевик охлаждается водой, вода рециркулирует и охлаждается в градирне. Корпус поддерживается на цапфах, на которых печь наклоняется для облегчения разливки.

Тигель формируется путем забивания гранулированного огнеупора между змеевиком и полым внутренним формирователем, который расплавляется при первом нагреве, оставляя спеченную футеровку.

Блок питания преобразует напряжение и частоту основного источника питания, необходимые для электрического плавления. Частоты, используемые при индукционной плавке, варьируются от 50 циклов в секунду (частота сети) до 10 000 циклов в секунду (высокая частота). Чем выше рабочая частота, тем больше максимальное количество энергии, которое может быть приложено к печи заданной мощности, и тем меньше количество индуцированной турбулентности.

Когда загружаемый материал расплавлен, взаимодействие магнитного поля и электрических токов, протекающих в индукционной катушке, вызывает перемешивающее действие в расплавленном металле.Это перемешивающее действие заставляет расплавленный металл подниматься вверх в центре, вызывая характерный мениск на поверхности металла. На степень перемешивания влияют мощность и частота, а также размер и форма змеевика, а также плотность и вязкость расплавленного металла. Перемешивание в ванне важно, поскольку оно помогает смешивать сплавы и плавить стружку, а также гомогенизировать температуру по всей печи. Чрезмерное перемешивание может увеличить захват газа, износ футеровки и окисление сплавов.

Индукционная печь без сердечника в значительной степени заменила тигельную печь, особенно для плавления сплавов с высокой температурой плавления. Индукционная печь без сердечника обычно используется для плавления всех марок сталей и чугунов, а также многих цветных сплавов. Печь идеально подходит для переплавки и легирования из-за высокой степени контроля температуры и химического состава, а индукционный ток обеспечивает хорошую циркуляцию расплава.

Печи индукционные канальные

Индукции канала печи состоит из огнеупорной футеровки стальной оболочки, который содержит расплавленный металл.К стальному кожуху прикреплен и соединен горловиной индукционный блок, который образует плавильный компонент печи. Индукционный блок состоит из железного сердечника в форме кольца, вокруг которого намотана первичная индукционная катушка. Этот узел образует простой трансформатор, в котором петли расплавленного металла составляют вторичный компонент. Тепло, генерируемое внутри контура, заставляет металл циркулировать в основной колодец печи. Циркуляция расплавленного металла оказывает полезное перемешивающее действие в расплаве.

Канальные индукционные печи

обычно используются для плавления сплавов с низкой температурой плавления и / или в качестве устройства выдержки и перегрева для сплавов с более высокой температурой плавления, таких как чугун. Канальные индукционные печи могут использоваться в качестве держателей для расплавленного металла в непиковые нагрузки в индукционных индукционных установках без сердечника, тем самым снижая общие затраты на плавку за счет исключения расходов на пиковое потребление.

Следующая: Электродуговые печи >>
Предыдущая: << Купольная печь

Если вы хотите получить дополнительную информацию о Atlas Foundry Company, отливках из серого чугуна и других услугах, которые мы предоставляем, позвоните нам по телефону (765) 662-2525 , заполните нашу контактную форму или напишите в отдел продаж.

Услуги |
Продукты |
Оборудование |
Преимущества |
FAQs

Советы и факты |
Ссылки |
О литейной фабрике Атлас |
Глоссарий литейного производства

Связаться с Atlas Foundry |
Карта сайта |
Вернуться домой

Atlas Foundry Company, Inc.
601 N. Henderson Avenue
Marion, IN 46952-3348
Телефон: (765) 662-2525 • Факс: (765) 662-2902
Электронная почта: Atlas Foundry • Продажи: Продажа по электронной почте

Авторские права © 2001-2018 Atlas Foundry Company Inc.Все права защищены.

Руководство по индукционным нагревателям

Easy DIY. Jadroppingscience | Джеймс Эндрюс | Фев, 2021 | Заслуживает внимания

Рис. 1. Использование индукционного нагревателя для нагрева вилки за секунды.

Индукционный нагрев — это так увлекательно. Катушка не горячая, но все же может нагреть любой магнитный и проводящий объект до сотен градусов за секунды! Самое безумное то, что вы можете заполучить подобное устройство менее чем за 15 долларов. У меня их несколько, и я люблю показывать, насколько они круты на моем YouTube, как показано ниже:

Хотите прочитать эту историю позже? Сохранить в журнале.

Индукционный нагрев широко применяется в промышленности. В промышленном мире индукционный нагрев может использоваться для отжига, сварки, ковки и т. Д. Кроме того, многие любители мотоциклов и автомобилей используют индукционный нагрев для удаления старых ржавых гаек и болтов с помощью Bolt Buster, хотя они довольно дороги.

Я лично считаю, что индукционные нагреватели — это слишком крутая идея, чтобы не развлекаться, поэтому я использую свои в основном для нагрева случайных предметов или прорезания продуктов горячим ножом.

Индукционный нагрев довольно сложен, но может быть упрощен для тех, у кого нет серьезной технической подготовки. Вам необходимо понять четыре основных понятия. Если вы в большей степени наглядно обучаетесь, вы можете посмотреть мое видео на YouTube, где я обсуждаю следующее.

Магнитные и проводящие предметы

Индукционный нагрев работает только с объектами, способными проводить электричество, и намного лучше работает с объектами, которые являются магнитными. Чтобы объект был проводящим, он должен иметь свободные электроны, способные перемещаться вокруг объекта.Большинство металлов являются проводящими. Магнитные объекты окружены магнитным полем. Хотя вы не можете увидеть магнитное поле визуально, магнитные поля будут взаимодействовать с другими магнитными полями. Например, если вы поместите два магнита рядом друг с другом, они будут притягиваться друг к другу.

Закон Ампера

Когда вы пропускаете ток через провод, вокруг него создается магнитное поле. Изначально провод не был магнитным, но теперь он имеет магнитное поле. Когда вы наматываете катушку из проволоки, а затем пропускаете через нее ток, магнитное поле внутри катушки становится намного сильнее.

Рисунок 2. Закон Ампера

Закон Фарадея / Ленца

Когда вы помещаете два противоположных магнитных поля рядом друг с другом, они влияют друг на друга. Электроны внутри объектов движутся, чтобы ориентироваться в новом магнитном поле. Это движение (поток) электронов называется током.

Итак, изменение магнитного поля проводящего объекта приведет к возникновению крошечных токов внутри объекта, известных как вихревые токи. Как только электроны закончат выравнивание с новым магнитным полем, электроны снова станут неподвижными.Тока больше нет. Чтобы непрерывно создавать вихревые токи внутри объекта, вы должны постоянно изменять магнитное поле.

Лучший способ сделать это — использовать переменный ток (AC). Направление, в котором ток течет через катушку, имеет значение. Вы можете увидеть это, посмотрев на северный и южный полюса индуцированного магнитного поля на предыдущем рисунке (Рисунок 1). Если вы измените направление тока, полярность магнитного поля также изменит направление.

Если этот переменный ток имеет высокую частоту, направление тока меняется много раз в секунду, то есть вы меняете магнитное поле много раз в секунду.Следовательно, электроны никогда не прекращают движение, а объект постоянно производит вихревые токи.

Сопротивление производит тепло

Последний кусок головоломки — понимание того, как ток производит тепло. Когда электроны постоянно движутся (ток), возникает сопротивление (например, трение), которое выделяет тепло. Это похоже на то, как трение создает тепло, когда вы растираете руки вперед и назад. Постоянно создавая вихревые токи, вы можете очень быстро нагреть объект.

Доступен на Amazon

На Amazon доступен модуль индукционного нагрева, который обычно стоит менее 15 долларов. Хотя можно сделать это самостоятельно, это выходит далеко за рамки данной статьи. Этот модуль индукционного нагрева рассчитан на напряжение от 5 до 12 В. Я включил письменные инструкции по безопасности, которые производитель предоставляет в конце этой статьи. Модуль поставляется с катушкой, которую необходимо припаять к устройству.

Доступно на Amazon

Вам нужен блок питания, который может обеспечить ток не менее нескольких ампер и напряжение от 5 до 12 вольт.Источник питания, который у меня есть по ссылке выше, дает вам максимальную мощность для этого устройства, которая составляет 12 В и 10 А. По словам производителя, устройство не рассчитано на что-либо более высокое.

Я использовал блок питания с переменным напряжением до того, как получил этот хороший блок питания. Если у вас есть источник питания с переменным напряжением, вы можете его использовать, но УБЕДИТЕСЬ, ЧТО ВЫ НЕ УСТАНАВЛИВАЕТЕ ВЫШЕ 12 В ДЛЯ ДАННОГО МОДУЛЯ.

Доступно на Amazon

Этот адаптер гнезда подключается непосредственно к источнику питания, поэтому вам не нужно беспокоиться о потерях в соединениях.

В качестве альтернативы вы можете использовать зажимы типа «крокодил» и провод 18 калибра. Зажимы типа «крокодил» требуют меньше усилий, но они менее надежны. Я использовал оба, но мне очень нравится, когда гнездовой разъем надежно закреплен.

Паяльник / припой

Вам понадобится паяльник, чтобы припаять катушку к модулю. Теоретически вместо них можно использовать винтовые клеммы, но производитель предупреждает, что пластиковые клеммы могут плавиться. В результате я решил припаять выводы катушки напрямую.

Сверла / сверла

Вам нужно сделать отверстие, в которое можно вставить гнездовой разъем. Хорошо подойдет сверло на 3/8 дюйма.

Клей для дерева / дерева

Это необязательно, но я рекомендую сделать небольшое основание, как я сделал в моем видео, чтобы вы могли перемещать устройство индукционного нагрева, не касаясь его напрямую.

Супер клей (или лента)

Вам нужно что-нибудь, чтобы прикрепить индукционный нагреватель к деревянной основе.

Отказ от ответственности: Неправильное использование оборудования или несоблюдение надлежащих протоколов безопасности может нанести вред пользователю.Будьте осторожны при работе с электричеством. Не пытайтесь, если у вас нет понимания основных электрических схем и этих компонентов. Попробуйте на свой страх и риск.

1. Извлеките катушку индукционного нагрева из упаковки. (Необязательно: согните катушку до новой желаемой формы и ориентации, если вы хотите ее изменить. К вашему сведению: форма катушки влияет на ее производительность, поэтому будьте осторожны.)
2. Припаяйте концы катушки к модулю индукционного нагрева.

Рисунок 3.Пример одного конца катушки, припаянного к модулю.

3. Создайте основу (деревянную конструкцию) и прикрепите катушку индукционного нагрева.

4. Возьмите красный (+) и черный (-) провода из гнездового разъема и вкрутите их в задние винтовые клеммы. Поскольку провод состоит из многих жил, подумайте о добавлении припоя на концы, прежде чем закручивать его.

Рисунок 4. Правильно закрепленные провода.

5. Просверлите отверстие 3/8 дюйма в середине верхней деревянной детали. Если вы запутались, посмотрите изображение ниже.

6. Запрессуйте гнездовой разъем. Убедитесь, что он не выходит легко.

7. Подключите блок питания постоянного тока и подключите разъем питания к розетке. Синий светодиод на индукционном нагревателе загорится, показывая, что цепь работает. (К вашему сведению: блок питания включается примерно через секунду после подключения)

Рисунок 5. Окончательная конфигурация

• Если ваш блок питания способен потреблять только несколько ампер, устройству может не хватить мощности для обработки большой металлический предмет.Кроме того, если вы вставите металлический предмет слишком быстро, это также может стать слишком большой нагрузкой для источника питания. Когда это случилось со мной (когда я использовал другой источник питания, отличный от указанного выше), вы заметите, что светодиод на модуле индукционного нагрева гаснет.
• Хотя сам змеевик не обязательно должен быть горячим, чтобы нагреть предметы, помещенные внутри, змеевик может начать нагреваться после продолжительного использования. При использовании устройства всегда обращайтесь с катушкой так, как будто она горячая.Руководство предупреждает, что нельзя использовать более 5 минут, не давая ему остыть.

“Технические характеристики ：
Входное напряжение ： 5 В ~ 12 В постоянного тока
Максимальная мощность ： 120 Вт
Размер печатной платы ： 55 x 37 x 1,6 мм

Примечание:
1. При индукционном нагреве обычно работает в течение 5 минут до выключить охлаждение. Поскольку во время индукционного нагрева ток относительно велик, тепло катушки также относительно велико. При нагревании часть тепла, выделяемого нагретым объектом, передается нагревательной спирали.В течение длительного времени температура нагревательного змеевика высокая. Если к клемме подсоединить нагревательную спираль, пластиковая часть клеммы оплавится. Следовательно, при индукционном нагреве лучше всего припаять нагревательную катушку непосредственно к печатной плате
2. Только некоторые типы материалов могут эффективно нагреваться индукционным нагревом — в основном магнитные материалы, такие как сталь. Такие материалы, как латунь, медь и алюминий, очень трудно нагреть.
3. Большой конденсатор, помещенный параллельно источнику питания, может помочь уменьшить падение напряжения / тока, препятствующее запуску устройства.
4. Этот модуль не должен работать без нагрузки, иначе это может привести к сгоранию цепи.
5. Вы можете проверить, загорелся ли синий светодиодный индикатор, чтобы узнать, подано ли питание или модуль может работать нормально. Когда индикатор тусклый, возможно, питания недостаточно, следует использовать более мощный источник питания. Просто убедитесь, что напряжение питания находится в пределах 5–12 В постоянного тока.
Примечание: Вы можете припаять нагревательную спираль к плате ».

Отказ от ответственности: Я делаю небольшую часть всех продаж через партнерские ссылки без дополнительной оплаты для покупателя.

Moose Forge

Индукционная кузница

Эта информация
взята verbatem
из Википедии
(написано на оригинальном английском
)

Индукционная печь — это электрическая печь, в которой тепло подается за счет индукционного нагрева металла. Преимущество индукционной печи — это чистый, энергоэффективный и хорошо контролируемый процесс плавления по сравнению с большинством других способов плавления металлов.Большинство современных литейных заводов используют этот тип печи, и теперь все больше чугунолитейных заводов заменяют вагранки индукционными печами для плавления чугуна, поскольку первые выделяют много пыли и других загрязняющих веществ. Производительность индукционных печей составляет от менее одного килограмма до ста тонн, и они используются для плавки чугуна и стали, меди, алюминия и драгоценных металлов. Поскольку не используется дуга или горение, температура материала не выше, чем требуется для его плавления; это может предотвратить потерю ценных легирующих элементов.[1] Одним из основных недостатков использования индукционных печей в литейном производстве является недостаточная мощность рафинирования; шихтовые материалы должны быть очищены от продуктов окисления и иметь известный состав, а некоторые легирующие элементы могут быть потеряны из-за окисления (и должны быть повторно добавлены в расплав).

Рабочие частоты варьируются от рабочей частоты (50 или 60 Гц) до 400 кГц или выше, обычно в зависимости от плавящегося материала, мощности (объема) печи и требуемой скорости плавления. Как правило, чем меньше объем расплавов, тем выше частота использования печи; это происходит из-за глубины скин-слоя, которая является мерой расстояния, на которое переменный ток может проникнуть под поверхность проводника.При той же проводимости более высокие частоты имеют небольшую толщину скин-слоя, т.е. меньшее проникновение в расплав. Более низкие частоты могут вызвать перемешивание или турбулентность металла.

Предварительно нагретый чугун массой 1 тонна может расплавить холодную шихту до готовности к выпуску в течение часа. Электропитание варьируется от 10 кВт до 15 МВт с размером расплава от 20 кг до 30 тонн металла соответственно.

Работающая индукционная печь обычно издает гудение или вой (из-за колебаний магнитных сил и магнитострикции), шаг которого может использоваться операторами, чтобы определить, правильно ли работает печь или на каком уровне мощности.

Индукционная ковка

Индукционная ковка — это использование индукционного нагревателя для предварительного нагрева металлов перед деформацией с помощью пресса или молотка. Обычно металлы нагревают до температуры от 1100 ° C (2010 ° F) до 1200 ° C (2190 ° F), чтобы повысить их пластичность и улучшить текучесть в штампе для ковки. [1]

Процесс

Индукционный нагрев — это бесконтактный процесс, в котором используется принцип электромагнитной индукции для нагрева детали. Помещая проводящий материал в сильное переменное магнитное поле, в материале протекает электрический ток, тем самым вызывая джоулев нагрев.В магнитных материалах дополнительно выделяется тепло ниже точки Кюри из-за гистерезисных потерь. Генерируемый ток протекает преимущественно в поверхностном слое, глубина которого определяется частотой переменного поля и проницаемостью материала [2].

Потребляемая мощность

Источники питания для индукционной ковки различаются по мощности от нескольких киловатт до многих мегаватт и, в зависимости от геометрии компонента, могут изменяться по частоте от 50 Гц до 200 кГц.В большинстве приложений используется диапазон от 1 кГц до 100 кГц. [3]

Для выбора правильной мощности необходимо сначала рассчитать тепловую энергию, необходимую для нагрева материала до требуемой температуры за отведенное время. Это может быть сделано с использованием теплосодержания материала, которое обычно выражается в киловатт-часах на тонну, веса обрабатываемого металла и временного цикла. Как только это будет установлено, необходимо учесть другие факторы, такие как излучаемые потери в компоненте, потери в катушке и другие системные потери.Традиционно этот процесс включал длительные и сложные вычисления в сочетании с сочетанием практического опыта и эмпирических формул. Современные методы используют анализ методом конечных элементов [4] и другие методы компьютерного моделирования, однако, как и в случае со всеми такими методами, по-прежнему требуется доскональное знание процесса индукционного нагрева.

Выходная частота

Второй важный параметр, который необходимо учитывать, — это выходная частота источника питания. Поскольку тепло в основном генерируется на поверхности компонента, важно выбрать частоту, которая обеспечивает наибольшую практическую глубину проникновения в материал без риска потери тока.[5] Следует понимать, что, поскольку нагревается только оболочка, потребуется время, чтобы тепло проникло в центр компонента, и что, если слишком большая мощность приложена слишком быстро, можно расплавить поверхность компонента. оставляя сердцевину прохладной. Используя данные теплопроводности материала [6] и требования к однородности (физике), указанные заказчиком в отношении поперечного сечения ∆T, можно рассчитать или создать модель для определения необходимого времени нагрева.Во многих случаях время достижения приемлемого ∆T будет превышать время, которое может быть достигнуто при нагревании компонентов по одному. Для облегчения нагрева нескольких компонентов при одновременной доставке отдельных компонентов оператору в требуемом временном цикле используется ряд решений по перемещению, включая конвейеры, линейные питатели, системы толкания и питатели с шагающими балками.

Преимущества

Управляемость процесса — в отличие от традиционной газовой печи, индукционная система не требует цикла предварительного нагрева или контролируемого отключения.Тепло доступно по запросу. В дополнение к преимуществам быстрой доступности в случае прерывания производства на выходе, питание может быть отключено, что позволяет экономить энергию и уменьшать масштабирование компонентов.

• Энергоэффективность — Благодаря теплу, выделяемому внутри компонентов, передача энергии чрезвычайно эффективна. Индукционный нагреватель нагревает только часть, но не атмосферу вокруг него.
• Быстрое повышение температуры — Высокая удельная мощность гарантирует, что компонент очень быстро достигает температуры.Снижается окалина, дефекты поверхности и нежелательные воздействия на металлургию поверхности.
• Стабильность процесса — процесс индукционного нагрева обеспечивает чрезвычайно равномерное равномерное нагревание, что повышает точность поковки и может в крайних случаях уменьшить припуски на обработку после ковки и положительно сказаться на сроке службы штампа.

Типы

Подогрев конца стержня

Подогрев конца прутка обычно используется там, где должна быть кована только часть прутка.Типичные области применения нагрева концов прутков:

• Горячая высадка болтов
• Стабилизаторы поперечной устойчивости
• Горный инструмент

В зависимости от требуемой пропускной способности системы манипулирования могут варьироваться от простых 2- или 3-постовых пневматических толкающих систем до шагающих балок и конвейеров.

Нагрев заготовки

В индукционном нагревателе заготовок нагревается вся заготовка или заготовка. Обычно для коротких заготовок или заготовок используется бункер или чаша, чтобы автоматически подавать заготовки в линию для прижимных роликов, тягачей с цепным приводом или, в некоторых случаях, пневматических толкателей.Затем заготовки проходят через змеевик одна за другой по рельсам с водяным охлаждением или через отверстие змеевика используются керамические вкладыши, которые уменьшают трение и предотвращают износ. Длина бухты зависит от требуемого времени выдержки, времени цикла на компонент и длины заготовки. При больших объемах работ с большим поперечным сечением нет ничего необычного в том, чтобы иметь 4 или 5 катушек, последовательно соединенных, чтобы получить 5 м (16 футов) катушки или более. [8]

Типовые детали, обрабатываемые при поточном нагреве заготовок: [9]

• Малые коленчатые валы
• Распредвалы
• Фитинги пневматические и гидравлические
• Головки молотковые
• Клапаны двигателя
• Одноступенчатый

Для длинных заготовок можно использовать однократный нагрев.В этом процессе используются аналогичные системы для нагрева концов прутков, за исключением того, что вся заготовка превращается в отдельные катушки. Как и в случае нагрева концов стержня, количество витков зависит от требуемого ∆T и тепловых свойств нагреваемого материала.

Типовые детали, обработанные однократным нагревом заготовок: [10]

• Оси легковые
• Распредвалы для судостроения

Индукционная закалка — это форма термической обработки, при которой металлическая деталь нагревается индукционным нагревом, а затем закаляется.Закаленный металл подвергается мартенситному превращению, повышая твердость и хрупкость детали. Индукционная закалка используется для выборочного упрочнения участков детали или сборки, не влияя на свойства детали в целом. [1]

Процесс

Индукционный нагрев — это процесс бесконтактного нагрева, в котором используется принцип электромагнитной индукции для выработки тепла внутри поверхностного слоя детали. Помещая проводящий материал в сильное переменное магнитное поле, можно заставить электрический ток течь в стали, тем самым создавая тепло из-за потерь I2R в материале.В магнитных материалах из-за гистерезисных потерь выделяется дополнительное тепло ниже точки Кюри. Генерируемый ток протекает преимущественно в поверхностном слое, глубина которого определяется частотой переменного поля, поверхностной плотностью мощности, проницаемостью материала, временем нагрева и диаметром стержня или толщиной материала. При закалке этого нагретого слоя в воде, масле или закалке на основе полимера поверхностный слой изменяется с образованием мартенситной структуры, которая тверже основного металла.[2]

Определение

Широко используемый процесс поверхностного упрочнения стали. Компоненты нагреваются с помощью переменного магнитного поля до температуры в пределах или выше диапазона превращения с последующей немедленной закалкой. Сердцевина детали не подвергается воздействию обработки, и ее физические свойства аналогичны свойствам прутка, из которого он был изготовлен, в то время как твердость корпуса может находиться в диапазоне 37/58 HRC. Углеродистые и легированные стали с эквивалентным содержанием углерода в диапазоне 0.40 / 0,45% наиболее подходят для этого процесса. [1]

Источник высокочастотного электричества используется для пропускания большого переменного тока через катушку. Прохождение тока через эту катушку создает очень интенсивное и быстро меняющееся магнитное поле в пространстве внутри рабочей катушки. Обогреваемая деталь помещается в это интенсивное переменное магнитное поле, в котором внутри детали генерируются вихревые токи, а сопротивление приводит к джоулева нагреву металла.

Эта операция чаще всего используется для стальных сплавов.Многие механические детали, такие как валы, шестерни и пружины, перед поставкой подвергаются поверхностной обработке, чтобы улучшить их износостойкость. Эффективность этих обработок зависит как от изменения свойств материалов поверхности, так и от введения остаточных напряжений. Среди этих обработок индукционная закалка — одна из наиболее широко используемых для повышения долговечности компонентов. Он определяет в заготовке прочный сердечник с остаточными напряжениями при растяжении и твердый поверхностный слой с напряжением сжатия, которые доказали свою эффективность в увеличении усталостной долговечности и износостойкости компонентов.[3]

Низколегированные среднеуглеродистые стали с индукционной поверхностной закалкой широко используются в автомобилях и машиностроении, требующих высокой износостойкости. Износостойкость деталей с индукционной закалкой зависит от глубины закалки, а также от величины и распределения остаточного напряжения сжатия в поверхностном слое [2].

История

Основа всех систем индукционного нагрева была открыта в 1831 году Майклом Фарадеем. Фарадей доказал, что, наматывая две катушки провода вокруг общего магнитного сердечника, можно создать мгновенную ЭДС во второй обмотке, включая и выключая электрический ток в первой обмотке.Он также заметил, что если ток поддерживался постоянным, во второй обмотке не возникала эдс, и что этот ток протекал в противоположных направлениях в зависимости от того, увеличивался или уменьшался ток в цепи [4].

Фарадей пришел к выводу, что электрический ток может создаваться изменяющимся магнитным полем. Поскольку не было физической связи между первичной и вторичной обмотками, считалось, что ЭДС во вторичной катушке индуцирована, и таким образом родился закон индукции Фарадея.После открытия эти принципы использовались в течение следующего столетия или около того в конструкции динамо (электрических генераторов и электродвигателей, которые являются вариантами одного и того же) и в форме электрических трансформаторов. В этих приложениях любое тепло, выделяемое в электрических или магнитных цепях, считалось нежелательным. Инженеры пошли на многое и использовали многослойные сердечники и другие методы, чтобы минимизировать эффекты. [4]

В начале прошлого века эти принципы были исследованы как средство плавления стали, и был разработан двигатель-генератор, обеспечивающий мощность, необходимую для индукционной печи.После всеобщего принятия методологии плавки стали инженеры начали изучать другие возможности использования процесса. Уже было понятно, что глубина проникновения тока в сталь зависит от ее магнитной проницаемости, удельного сопротивления и частоты приложенного поля. Инженеры Midvale Steel и Ohio Crankshaft Company использовали эти знания для разработки первых систем индукционного нагрева с упрочнением поверхности с использованием двигателей-генераторов. [5]

Потребность в быстрых, легко автоматизированных системах привела к значительному прогрессу в понимании и использовании процесса индукционной закалки, и к концу 1950-х годов многие системы, в которых использовались двигатели-генераторы и триодные генераторы с термоэлектронной эмиссией, стали регулярно использоваться во многих отраслях промышленности.В современных индукционных нагревательных установках используются новейшие полупроводниковые технологии и цифровые системы управления для развития диапазона мощностей от 1 кВт до многих мегаватт.

Основные методы

Закалка однократным выстрелом

В однокомпонентных системах компонент удерживается статически или вращается в змеевике, и вся обрабатываемая область одновременно нагревается в течение заданного времени с последующей закалкой потоком или системой закалки каплей. Одиночный выстрел часто используется в тех случаях, когда никакой другой метод не позволяет достичь желаемого результата, например, при упрочнении плоской поверхности молотков, упрочнении кромок инструментов сложной формы или производстве малых зубчатых колес.[6]

В случае упрочнения вала дополнительным преимуществом метода однократной закалки является время производства по сравнению с методами упрочнения с прогрессивным поперечным перемещением. Кроме того, возможность использования катушек, которые могут создавать продольный ток в компоненте, а не диаметральный поток, может быть преимуществом при определенной сложной геометрии.

У метода одиночного выстрела есть недостатки. Конструкция змеевика может быть чрезвычайно сложным и трудоемким процессом. Часто требуется использование феррита или слоистых загрузочных материалов, чтобы влиять на концентрацию магнитного поля в определенных областях, тем самым улучшая получаемую тепловую картину.Другой недостаток состоит в том, что требуется гораздо больше мощности из-за увеличенной площади нагреваемой поверхности по сравнению с подходом с поперечным расположением. [7]

Закалка траверса

В системах поперечной закалки заготовка постепенно пропускается через индукционную катушку и используется последующий закалочный распылитель или кольцо. Упрочнение траверсы широко используется в производстве таких компонентов вала, как полуоси, пальцы ковша экскаватора, компоненты рулевого управления, валы электроинструментов и приводные валы.Компонент подается через индуктор кольцевого типа, который обычно имеет один виток. Ширина поворота определяется скоростью траверсы, доступной мощностью и частотой генератора. Это создает движущуюся полосу тепла, которая при закалке создает твердый поверхностный слой. Закалочное кольцо может быть либо составной частью следующей конструкции, либо их комбинацией в зависимости от требований приложения. Изменяя скорость и мощность, можно создать вал, закаленный по всей длине или только на определенных участках, а также закалку валов со ступенями по диаметру или шлицами.При закалке круглых валов нормально вращать деталь во время процесса, чтобы гарантировать удаление любых отклонений из-за соосности катушки и детали.

Методы поперечного перемещения

также используются при производстве кромочных элементов, таких как ножи для бумаги, ножи для кожи, нижние ножи газонокосилок и ножовочные полотна. В этих типах применений обычно используется шпилька или катушка с поперечным потоком, которая находится над краем компонента. Компонент проходит через змеевик и последующую закалку распылением, состоящую из сопел или просверленных блоков.

Многие методы используются для обеспечения поступательного движения через катушку, и используются как вертикальные, так и горизонтальные системы. Обычно в них используются цифровой энкодер и программируемый логический контроллер для позиционного управления, переключения, контроля и настройки. Во всех случаях необходимо тщательно контролировать и согласовывать скорость перемещения, поскольку изменение скорости будет влиять на глубину твердости и достигаемое значение твердости.

Оборудование

Требуемая мощность

Источники питания для индукционной закалки различаются по мощности от нескольких киловатт до сотен киловатт в зависимости от размера нагреваемого компонента и используемого метода производства i.е. однократная закалка, поперечная закалка или закалка под флюсом.

Чтобы выбрать правильный источник питания, сначала необходимо рассчитать площадь поверхности нагреваемого компонента. Как только это будет установлено, можно использовать различные методы для расчета необходимой плотности мощности, времени нагрева и рабочей частоты генератора. Традиционно это делалось с использованием серии графиков, сложных эмпирических расчетов и опыта. Современные методы, как правило, используют анализ методом конечных элементов и автоматизированные производственные технологии, однако, как и в случае со всеми такими методами, по-прежнему требуется доскональное знание процесса индукционного нагрева.

Для однократных применений необходимо рассчитать общую обогреваемую площадь. В случае поперечной закалки длина окружности детали умножается на ширину лицевой поверхности бухты. При выборе ширины лицевой стороны катушки необходимо проявлять осторожность, чтобы было практично построить катушку выбранной ширины и чтобы она работала при мощности, необходимой для применения.

Частота

Системы индукционного нагрева для закалки доступны во множестве различных рабочих частот, обычно от 1 кГц до 400 кГц.Доступны более высокие и более низкие частоты, но обычно они используются для специализированных приложений. Зависимость между рабочей частотой и глубиной проникновения тока и, следовательно, глубиной твердости обратно пропорциональна. т.е. чем ниже частота, тем глубже корпус.

Примеры частот для различной глубины корпуса и диаметра материала

Приведенная выше таблица является чисто иллюстративной, хорошие результаты могут быть получены за пределами этих диапазонов путем балансировки плотности мощности, частоты и других практических соображений, включая стоимость, которая может повлиять на окончательный выбор, время нагрева и ширину катушки.Так же, как плотность мощности и частота, время, в течение которого нагревается материал, будет влиять на глубину, на которую тепло будет течь за счет теплопроводности. Время в катушке может зависеть от скорости перемещения и ширины катушки, однако это также будет влиять на общую потребляемую мощность или пропускную способность оборудования.

Из приведенной выше таблицы видно, что выбор подходящего оборудования для любого применения может быть чрезвычайно сложным, поскольку для получения определенного результата можно использовать более одной комбинации мощности, частоты и скорости.Однако на практике многие варианты сразу становятся очевидными, исходя из предыдущего опыта и практичности.

Мама, посмотри, что еще я нашла!

часто задаваемых вопросов: Общие | Inductotherm Corp.

В чем разница между Inductotherm Corp. и Inductotherm Group?

Inductotherm Corp. входит в группу компаний Inductotherm. Группа Inductotherm объединяет около 40 компаний, стратегически расположенных по всему миру, и все они сосредоточены на обслуживании металлургической промышленности. Все они лидеры в своих дисциплинах. Inductotherm Corp. разрабатывает и производит самые современные системы индукционной плавки, нагрева, выдержки и разливки практически для всех видов обработки металлов и материалов.

Я видел другие логотипы, похожие на ваш (например, Thermatool, Radyne, Inductoheat и т. Д.). Вы связаны?

Да. Inductotherm Corp. входит в группу компаний Inductotherm. Группа Inductotherm объединяет около 40 компаний, стратегически расположенных по всему миру, которые сосредоточены на обслуживании металлургической промышленности и являются лидерами в своих областях. Полный список всех компаний группы Inductotherm можно найти на сайте www.inductothermgroup.com.

В каких отраслях можно использовать индукционные технологии?

Если ваша промышленность нуждается в тепле… Давайте встретимся! Индукционные технологии могут помочь в самых разных отраслях промышленности, и компании группы Inductotherm могут помочь практически в каждом случае.

Можете ли вы помочь мне перейти к другим этапам производственного процесса — например, к термообработке детали после литья и закалки?

Одним из основных преимуществ, которые Inductotherm может предложить своим клиентам, является группа компаний Inductotherm.Компании группы Inductotherm предоставляют широкий спектр оборудования и услуг, которые позволяют в любой отрасли обрабатывать металлы от плавления до литья, нагрева, прокатки, волочения, формовки и формовки в конечные продукты. Обратитесь к своему районному менеджеру, который поможет связать вас с дочерней компанией, которая лучше всего удовлетворит ваши потребности.

Какой максимальной температуры может достичь индукционная печь?

Индукционные печи не имеют ограничений по температуре плавления и / или нагрева.Однако огнеупоры и материалы, содержащие нагретый или расплавленный материал, имеют ограничения. Наивысшая температура, обычно достигаемая на открытом воздухе, составляет около 3300 ° F для расплава платины. В контролируемой атмосфере нагрев графита может достигать температуры выше 5000 ° F.

Какие типы металлов / материалов можно плавить / нагревать в индукционной печи?

Индукционное оборудование может плавить / нагревать практически все металлы и материалы, включая серый и высокопрочный чугун, сталь, медь и сплавы на ее основе, алюминий, цинк, химически активные металлы, драгоценные металлы, кремний и графит.Если нагреваемый материал является электропроводным и резистивным, он будет взаимодействовать с магнитным полем и может нагреваться индуктивно. В случаях, когда материал является непроводящим, может использоваться токоприемник для подачи энергии на нагрев непроводящих материалов.

Могу ли я плавить черные и цветные металлы с помощью одной и той же плавильной системы?

Всегда уточняйте у своего районного менеджера, требуются ли какие-либо изменения в системе плавления. Система плавления могла быть разработана специально для наиболее эффективного плавления как черных, так и цветных металлов и, следовательно, может потребовать модификации для обработки материалов, для которых она изначально не была разработана, с такой же эффективностью и производительностью.Обратите внимание, что необходимо связаться с поставщиком огнеупоров, чтобы убедиться, что они подходят для плавления металла.

Вы производите свое оборудование за пределами США?

Штаб-квартира нашей компании находится в Ранкокасе, штат Нью-Джерси, и здесь мы производим и монтируем оборудование как для внутренних поставок, так и для экспорта. Помимо нашего предприятия в США, у нас есть дополнительные производственные мощности в 17 других странах по всему миру для установки в своих регионах.Дополнительные пункты обслуживания, запчастей и ремонта имеются по всему миру, поэтому мы действительно можем предоставить вам лучший сервис и поддержку в отрасли, где и когда вам это может понадобиться.

Я ищу установку для термообработки отливок. Вы можете помочь?

Inductotherm является частью более крупной группы компаний Inductotherm Group. У нас есть дочерние компании, которые производят высококачественное оборудование для различных областей применения, включая термообработку, сварку, массовый нагрев и т. Д.Мы будем рады связать вас с компанией, которая может наилучшим образом удовлетворить ваши потребности.

Поставляет ли Inductotherm комплектные системы вакуумного нагрева и плавления?

Inductotherm Corp. поставляет вакуумное индукционное оборудование, включая индукционные источники питания, печи, катушки, шунтирующие блоки и компоненты для передачи энергии. Однако полная вакуумная система, включая такие компоненты, как камера и вакуумные насосы, будет поставляться поставщиком вакуумной системы или системным интегратором.

Каковы типичные требования к индукционной системе?

Мы можем подключить наше оборудование к любой типовой трехфазной системе распределения электроэнергии. Трансформатор может потребоваться для повышения или понижения напряжения в зависимости от напряжения источника.

Какая самая большая система из установленных Inductotherm?

На сегодняшний день мы построили: 85-тонную наклонную бескамерную печь; Стационарная бессточная печь на 320 тонн; и 250-тонная канальная печь.Но мы не видим предела тому, что может быть поставлено.

Как долго прослужит индукционная плавильная установка Inductotherm?

При нормальном техническом обслуживании практически навсегда. Однако, как и в случае с любой другой технологией, вы достигаете точки, когда новая технология приобретает более высокую эффективность, надежность и поддержку, и поэтому необходимо исследовать новое оборудование, чтобы поддерживать конкурентоспособность вашей деятельности.

Сколько мест у Inductotherm по всему миру?

Мы устанавливаем мировой стандарт обслуживания и поддержки клиентов, предоставляя поистине «глобальную, но локальную» поддержку всем нашим клиентам.У нас 18 производственных предприятий, 65 точек продаж / обслуживания и 44 представителя в 50 странах мира. Таким образом мы предлагаем непревзойденные технологии, сервис и поддержку.

Сколько систем вы установили сегодня?

Inductotherm установила около 37 000 систем плавления и разливки в 133 странах. Это число продолжает расти, чтобы удовлетворить растущие рынки наших клиентов, и мы продолжаем расти вместе с ними. Каждый день мы продолжаем разрабатывать новые и лучшие приложения от А до Я (от алюминия до цинка) для поддержки металлургической промышленности по всему миру.

Сколько стоит годовое обслуживание плавильной установки?

Наши системы рассчитаны на минимальное время простоя, поэтому большая часть затрат будет связана с расходными материалами, а не с запасными частями.

Зачем мне покупать у вас, если ваше оборудование стоит намного дороже, чем у других?

Одним словом — Ценность. Мы производим оборудование высочайшего качества, построенное по самым строгим стандартам. Когда вы инвестируете в оборудование Inductotherm, вы получаете систему, которая обеспечит вам наилучшую доступную скорость плавления, что, в свою очередь, обеспечит вам максимальную отдачу от ваших капитальных вложений.Сравнивая «стоимость за тонну», оборудование Inductotherm каждый раз опережает конкурентов. Наше оборудование действительно дает вам конкурентное преимущество и увеличит вашу прибыль.

Какой у вас адрес?

Наш адрес доставки и физическое местонахождение: 10 Indel Avenue, Rancocas NJ 08073 USA. Наш почтовый адрес: 10 Indel Avenue, P.O. Box 157, Rancocas NJ 08073-0157 USA. Штаб-квартира Inductotherm находится в Ранкокасе, штат Нью-Джерси, а наши производственные и сервисные предприятия по всему миру помогают нам устанавливать мировые стандарты обслуживания клиентов.В зависимости от вашего местоположения вы можете обратиться в любой из наших центров.

Какие у вас часы?

Наши отделы обслуживания клиентов по всему миру предоставляют услуги 24 часа в сутки, 365 дней в году. Вы можете в любое время позвонить на нашу бесплатную горячую линию технической поддержки 1.888.INDUCTO или 1.800.257.9527 здесь, в США, и поговорить с квалифицированным и знающим членом нашей сервисной группы для быстрой и профессиональной помощи. Стандартное рабочее время — с понедельника по пятницу с 7:30 до 17:30 EST.

Что такое индукция?

Когда однофазный переменный электрический ток (AC) от индукционного блока питания протекает через катушку, сделанную из медных трубок, создается электромагнитное поле, которое заставляет переменный ток течь в металлической шихте внутри печи. Сопротивление этому потоку тока производит тепло, которое быстро заставляет металл нагреваться или плавиться.

Чем индукция отличается от газовой / топливной?

Печи для сжигания и индукционные печи вырабатывают тепло двумя совершенно разными способами.В топке для сжигания тепло создается за счет сжигания топлива, такого как кокс, нефть или природный газ. Горящее топливо поднимает внутреннюю температуру печи выше точки плавления загружаемого материала. Это нагревает поверхность шихты и огнеупоров, в результате чего металл плавится. Индукционные печи производят тепло чисто, без сжигания топлива. Ток, протекающий в металле, заставляет его нагреваться и плавиться изнутри. С помощью индукции вы нагреваете заряд напрямую, а не окружающее пространство.

Что такое индукционное перемешивание?

В индукционной печи металлическая шихта плавится или нагревается током, генерируемым электромагнитным полем. Когда металл расплавляется, это поле также заставляет ванну двигаться. Это называется индуктивным перемешиванием. Это постоянное движение естественным образом перемешивает ванну, образуя более однородную смесь, и способствует легированию. Величина перемешивания определяется размером печи, мощностью, подаваемой на металл, частотой электромагнитного поля и типом / количеством металла в печи.При необходимости количество индукционного перемешивания в любой печи можно регулировать для специальных применений.

Каковы преимущества новейшей технологии индукционной плавки?

Самый высокий электрический КПД из когда-либо существовавших в сочетании с огромной надежностью.

У меня есть система Inductotherm 1970-х годов, и она до сих пор работает; как мне узнать, когда мне следует перейти на новую версию?

Поскольку технологии продолжают развиваться, мы настоятельно рекомендуем вам связаться с вашим окружным менеджером, чтобы узнать об улучшениях эффективности / поддержки.Хотя ваша система может работать, она может быть не такой эффективной, как современное оборудование, и обновление может значительно повысить вашу безопасность и производительность, а также эффективность.

Какие новые технологии предлагает Inductotherm?

Существует множество новых продуктов и обновлений, которые можно добавить в вашу систему, чтобы повысить ее производительность, безопасность и возможности отчетности с минимальными вложениями, поэтому рекомендуется поддерживать связь с вашим региональным менеджером по поводу наших новейших технологий.Еще один хороший ресурс — наш сайт. Он часто обновляется нашими последними продуктами, обновлениями, новостями и статьями, и мы рекомендуем вам часто перемещаться по сайту.

Могу я узнать цену на систему плавления?

Мы будем рады выслать вам дополнительную информацию о нашем оборудовании и коммерческое предложение. Заполните онлайн-форму или свяжитесь с нами любым другим способом, чтобы мы могли лучше понять цели вашего проекта.

Каковы сроки поставки вашего оборудования / запчастей?

По разному.У нас есть несколько блоков питания меньшего размера VIP ^® и VIP-I ^® , а также большой запас запчастей (в том числе труднодоступные компоненты с длительным сроком поставки), чтобы обеспечить кратчайшие сроки доставки и максимальное время безотказной работы вашей установки если вам понадобится запчасть. Ваш районный менеджер может сообщить вам примерную дату отгрузки нового оборудования. Срок поставки запчастей может быть предоставлен вам нашим отделом внутренних продаж

.

Можете ли вы сократить время выполнения заказа

?

Как только мы получим ваш заказ, мы сделаем все возможное, чтобы изготовить ваше оборудование как можно быстрее, без ущерба для качества.