Индукционный нагрев (Induction Heating) - метод бесконтактного нагрева токами высокой частоты (англ. RFH - radio-frequency heating, нагрев волнами радиочастотного диапазона) электропроводящих материалов.
Описание метода.
Индукционный нагрев - это нагревание материалов электрическими токами, которые индуцируются переменным магнитным полем. Следовательно - это нагрев изделий из проводящих материалов (проводников) магнитным полем индукторов (источников переменного магнитного поля). Индукционный нагрев проводится следующим образом. Электропроводящая (металлическая, графитовая) заготовка помещается в так называемый индуктор, представляющий собой один или несколько витков провода (чаще всего медного). В индукторе с помощью специального генератора наводятся мощные токи различной частоты (от десятка Гц до нескольких МГц), в результате чего вокруг индуктора возникает электромагнитное поле. Электромагнитное поле наводит в заготовке вихревые токи. Вихревые токи разогревают заготовку под действием джоулева тепла (см. закон Джоуля-Ленца).
Система «индуктор-заготовка» представляет собой бессердечниковый трансформатор, в котором индуктор является первичной обмоткой. Заготовка является вторичной обмоткой, замкнутой накоротко. Магнитный поток между обмотками замыкается по воздуху.
На высокой частоте вихревые токи вытесняются образованным ими же магнитным полем в тонкие поверхностные слои заготовки Δ (Поверхностный-эффект), в результате чего их плотность резко возрастает, и заготовка разогревается. Нижерасположенные слои металла прогреваются за счёт теплопроводности. Важен не ток, а большая плотность тока. В скин-слое Δ плотность тока уменьшается в e раз относительно плотности тока на поверхности заготовки, при этом в скин-слое выделяется 86,4 % тепла (от общего тепловыделения. Глубина скин-слоя зависит от частоты излучения: чем выше частота, тем тоньше скин-слой. Также она зависит от относительной магнитной проницаемости μ материала заготовки.
Для железа, кобальта, никеля и магнитных сплавов при температуре ниже точки Кюри μ имеет величину от нескольких сотен до десятков тысяч. Для остальных материалов (расплавы, цветные металлы, жидкие легкоплавкие эвтектики, графит, электролиты, электропроводящая керамика и т. д.) μ примерно равна единице.
Например, при частоте 2 МГц глубина скин-слоя для меди около 0,25 мм, для железа ≈ 0,001 мм.
Индуктор сильно нагревается во время работы, так как сам поглощает собственное излучение. К тому же он поглощает тепловое излучение от раскалённой заготовки. Делают индукторы из медных трубок, охлаждаемых водой. Вода подаётся отсасыванием - этим обеспечивается безопасность в случае прожога или иной разгерметизации индуктора.
Применение:
Сверхчистая бесконтактная плавка, пайка и сварка металла.
Получение опытных образцов сплавов.
Гибка и термообработка деталей машин.
Ювелирное дело.
Обработка мелких деталей, которые могут повредиться при газопламенном или дуговом нагреве.
Поверхностная закалка.
Закалка и термообработка деталей сложной формы.
Обеззараживание медицинского инструмента.
Преимущества.
Высокоскоростной разогрев или плавление любого электропроводящего материала.
Возможен нагрев в атмосфере защитного газа, в окислительной (или восстановительной) среде, в непроводящей жидкости, в вакууме.
Нагрев через стенки защитной камеры, изготовленной из стекла, цемента, пластмасс, дерева - эти материалы очень слабо поглощают электромагнитное излучение и остаются холодными при работе установки. Нагревается только электропроводящий материал - металл (в том числе расплавленный), углерод, проводящая керамика, электролиты, жидкие металлы и т. п.
За счёт возникающих МГД усилий происходит интенсивное перемешивание жидкого металла, вплоть до удержания его в подвешенном состоянии в воздухе или защитном газе - так получают сверхчистые сплавы в небольших количествах (левитационная плавка, плавка в электромагнитном тигле).
Поскольку разогрев ведётся посредством электромагнитного излучения, отсутствует загрязнение заготовки продуктами горения факела в случае газопламенного нагрева, или материалом электрода в случае дугового нагрева. Помещение образцов в атмосферу инертного газа и высокая скорость нагрева позволят ликвидировать окалинообразование.
Удобство эксплуатации за счёт небольшого размера индуктора.
Индуктор можно изготовить особой формы - это позволит равномерно прогревать по всей поверхности детали сложной конфигурации, не приводя к их короблению или локальному непрогреву.
Легко провести местный и избирательный нагрев.
Так как наиболее интенсивно разогрев идет в тонких верхних слоях заготовки, а нижележащие слои прогреваются более мягко за счёт теплопроводности, метод является идеальным для проведения поверхностной закалки деталей (сердцевина при этом остаётся вязкой).
Лёгкая автоматизация оборудования - циклов нагрева и охлаждения, регулировка и удерживание температуры, подача и съём заготовок.
Установки индукционного нагрева:
На установках с рабочей частотой до 300 кГц используют инверторы на IGBT-сборках или MOSFET-транзисторах. Такие установки предназначены для разогрева крупных деталей. Для разогрева мелких деталей используются высокие частоты (до 5 МГц, диапазон средних и коротких волн), установки высокой частоты строятся на электронных лампах.
Также для разогрева мелких деталей строятся установки повышенной частоты на MOSFET-транзисторах на рабочие частоты до 1,7 МГц. Управление транзисторами и их защита на повышенных частотах представляет определённые трудности, поэтому установки повышенной частоты пока ещё достаточно дороги.
Индуктор для нагрева мелких деталей имеет небольшие размеры и небольшую индуктивность, что приводит к уменьшению добротности рабочего колебательного контура на низких частотах и снижению КПД, а также представляет опасность для задающего генератора (добротность колебательного контура пропорциональна L/C, колебательный контур с низкой добротностью слишком хорошо «накачивается» энергией, образует короткое замыкание по индуктору и выводит из строя задающий генератор). Для повышения добротности колебательного контура используют два пути:
- повышение рабочей частоты, что приводит к усложнению и удорожанию установки;
- применение ферромагнитных вставок в индукторе; обклеивание индуктора панельками из ферромагнитного материала.
Так как наиболее эффективно индуктор работает на высоких частотах, промышленное применение индукционный нагрев получил после разработки и начала производства мощных генераторных ламп. До первой мировой войны индукционный нагрев имел ограниченное применение. В качестве генераторов тогда использовали машинные генераторы повышенной частоты (работы В. П. Вологдина) или искровые разрядные установки.
Схема генератора может быть в принципе любой (мультивибратор, RC-генератор, генератор с независимым возбуждением, различные релаксационные генераторы), работающей на нагрузку в виде катушки-индуктора и обладающей достаточной мощностью. Необходимо также, чтобы частота колебаний была достаточно высока.
Например, чтобы «перерезать» за несколько секунд стальную проволоку диаметром 4 мм, необходима колебательная мощность не менее 2 кВт при частоте не менее 300 кГц.
Выбирают схему по следующим критериям: надёжность; стабильность колебаний; стабильность выделяемой в заготовке мощности; простота изготовления; удобство настройки; минимальное количество деталей для уменьшения стоимости; применение деталей, в сумме дающих уменьшение массы и габаритов, и др.
На протяжении многих десятилетий в качестве генератора высокочастотных колебаний применялась индуктивная трёхточка (генератор Хартли, генератор с автотрансформаторной обратной связью, схема на индуктивном делителе контурного напряжения). Это самовозбуждающаяся схема параллельного питания анода и частотно-избирательной цепью, выполненной на колебательном контуре. Она успешно использовалась и продолжает использоваться в лабораториях, ювелирных мастерских, на промышленных предприятиях, а также в любительской практике. К примеру, во время второй мировой войны на таких установках проводили поверхностную закалку катков танка Т-34.
Недостатки трёх точки:
Низкий кпд (менее 40 % при применении лампы).
Сильное отклонение частоты в момент нагрева заготовок из магнитных материалов выше точки Кюри (≈700С) (изменяется μ), что изменяет глубину скин-слоя и непредсказуемо изменяет режим термообработки. При термообработке ответственных деталей это может быть недопустимо. Также мощные твч-установки должны работать в узком диапазоне разрешённых Россвязьохранкультурой частот, поскольку при плохом экранировании являются фактически радиопередатчиками и могут оказывать помехи телерадиовещанию, береговым и спасательным службам.
При смене заготовок (например, более мелкой на более крупную) изменяется индуктивность системы индуктор-заготовка, что также приводит к изменению частоты и глубины скин-слоя.
При смене одновитковых индукторов на многовитковые, на более крупные или более малогабаритные частота также изменяется.
Под руководством Бабата, Лозинского и других учёных были разработаны двух- и трёхконтурные схемы генераторов, имеющих более высокий кпд (до 70 %), а также лучше удерживающие рабочую частоту. Принцип их действия состоит в следующем. За счёт применения связанных контуров и ослабления связи между ними, изменение индуктивности рабочего контура не влечёт сильного изменения частоты частотозадающего контура. По такому же принципу конструируются радиопередатчики.
Современные твч-генераторы - это инверторы на IGBT-сборках или мощных MOSFET-транзисторах, обычно выполненные по схеме мост или полумост. Работают на частотах до 500 кГц. Затворы транзисторов открываются с помощью микроконтроллерной системы управления. Система управления в зависимости от поставленной задачи позволяет автоматически удерживать
А) постоянную частоту
б) постоянную мощность, выделяемую в заготовке
в) максимально высокий КПД.
Например, при нагреве магнитного материала выше точки Кюри толщина скин-слоя резко увеличивается, плотность тока падает, и заготовка начинает греться хуже. Также пропадают магнитные свойства материала и прекращается процесс перемагничивания - заготовка начинает греться хуже, сопротивление нагрузки скачкообразно уменьшается - это может привести к "разносу" генератора и выходу его из строя. Система управления отслеживает переход через точку Кюри и автоматически повышает частоту при скачкообразном уменьшении нагрузки (либо уменьшает мощность).
Замечания.
Индуктор по возможности необходимо располагать как можно ближе к заготовке. Это не только увеличивает плотность электромагнитного поля вблизи заготовки (пропорционально квадрату расстояния), но и увеличивает коэффициент мощности Cos(φ).
Увеличение частоты резко уменьшает коэффициент мощности (пропорционально кубу частоты).
При нагреве магнитных материалов дополнительное тепло также выделяется за счет перемагничивания, их нагрев до точки Кюри идет намного эффективнее.
При расчёте индуктора необходимо учитывать индуктивность подводящих к индуктору шин, которая может быть намного больше индуктивности самого индуктора (если индуктор выполнен в виде одного витка небольшого диаметра или даже части витка - дуги).
Имеются два случая резонанса в колебательных контурах: резонанс напряжений и резонанс токов.
Параллельный колебательный контур – резонанс токов.
В этом случае на катушке и на конденсаторе напряжение такое же, как у генератора. При резонансе, сопротивление контура между точками разветвления становится максимальным, а ток (I общ) через сопротивление нагрузки Rн будет минимальным (ток внутри контура I-1л и I-2с больше чем ток генератора).
В идеальном случае полное сопротивление контура равно бесконечности - схема не потребляет тока от источника. При изменение частоты генератора в любую сторону от резонансной частоты полное сопротивление контура уменьшается и линейный ток (I общ) возрастает.
Последовательный колебательный контур – резонанс напряжений.
Главной чертой последовательного резонансного контура является то, что его полное сопротивление минимально при резонансе. (ZL + ZC – минимум). При настройке частоты на величину, превышающую или лежащую ниже резонансной частоты, полное сопротивление возрастает.
Вывод:
В параллельном контуре при резонансе ток через выводы контура равен 0, а напряжение максимально.
В последовательном контуре наоборот - напряжение стремится к нулю, а ток максимален.
Статья взята с сайта http://dic.academic.ru/ и переработана в более понятный для читателя текст, компанией ООО «Проминдуктор».
Индукционный нагреватель - устройство для нагрева металлов, путем воздействия токами Фуко. Сам принцип такого нагревателя известен с давних времен, а сейчас индукционные нагреватели активно применяются во многих областях промышленности. Наш самодельный индуктор прост в использовании, имеет относительно простую конструкцию и не требует никакой настройки. При этом, нагреватель довольно мощный.
Работает схема индуктора по принципу последовательного резонанса. Повысить мощность устройства можно несколькими способами - подбором более мощных полевых ключей, использованием конденсатора большей емкости в контуре, повышением питающего напряжения.
Собирал я такой индуктор своими руками, чисто из любопытства, чтобы проверить работоспособность схемы.
Дроссель - взял готовый от компьютерного блока питания. Намотан на кольце от порошкового железа и содержит 10-25 витков провода 1,5мм.
Полевые транзисторы - тут выбор большой, в моем случае были использованы N-канальные высоковольтные полевые транзисторы серии IRF740, но желательно использовать полевые транзисторы ориентируясь по минимальному сопротивлению открытого перехода, а также максимально допустимого тока. В стандартном варианте советуется использовать силовые ключи серии IRFP250.
Параметры этого транзистора:
Очень мощный и довольно дорогой транзистор, но с ним можно получить высокую мощность, при этом потребление может быть в районе 20-40 Ампер!!!
Контур был намотан на оправе с диаметром 4,5 см и состоит из 2х3 витков. Советую мотать сразу 6 витков, затем с 3 витка снять лак на небольшом участке и там же запаять провод, который будет отводом, на него подается силовой плюс. В моем случае для намотки контура был использован провод 1.5мм, но в идеале нужен провод 3-5мм, мотается по тому же принципу.
Стабилитроны 12-15 Вольт, желательно с мощностью 1-2 ватт, все использованные резисторы 0,5 ватт.
Диоды - обязательно нужны быстрые с обратным напряжением не менее 400 Вольт, можно ставить дешевые ультрафасты UF4007, в моем случае были использованы диоды серии HER305 - с обратным напряжением 400 Вольт, при допустимом токе 3 Ампер.
Увеличить мощность схемы, означает увеличить ток в контуре. Чем больше емкость конденсатора С1, тем больше ток. В моем случае были использованы пленки на 250 Вольт 6 шт 0,33мкФ, но число кол-во конденсаторов в стандартном варианте советуется 15-20 штук с той же емкостью, напряжение конденсаторов 250-400Вольт.
Основной недостаток схемы - немыслимое количество тепловыделения на транзисторах, с моими, довольно хорошими ключами пришлось охлаждать схему двумя кулерами, но даже они не успевали должным образом отводить тепло, поэтому буду думать о водяном охлаждении…
Самодельный индуктор довольно быстро способен разогреть болты стандарта М6, до желтого оттенка.
all-he.ru
sdelaysam-svoimirukami.ru
Индукционная печь может использоваться для плавления небольшого количества металла, разделения и очистки драгоценных металлов, для нагрева металлических изделий с целью их закалки или отпуска.
Кроме того, такие печи предлагается использовать для обогрева жилища. Индукционные печи имеются в продаже, но интересней и дешевле изготовить такую печь своими руками.
Для получения таких токов используется так называемый индуктор, который представляет собой катушку индуктивности, содержащую всего несколько витков толстого провода.
Индуктор питается сети переменного тока 50 Гц (иногда через понижающий трансформатор) или от генератора высокой частоты.
Протекающий по индуктору переменный ток генерирует переменное магнитное поле, которое пронизывает пространство. Если в этом пространстве окажется какой-либо материал, то в нем будут наводиться токи, которые начнут нагревать этот материал. Если этот материал – вода, то у нее будет повышаться температура, а если это металл, то через некоторое время он начнет плавиться.
Индукционные печи бывают двух типов:
Принципиальная разница между двумя этими типами печей состоит в том, что в первом случае индуктор расположен внутри плавящегося металла, а во втором – снаружи. Наличие магнитопровода увеличивает плотность магнитного поля, пронизывающего помещенный в тигель металл, что облегчает его нагревание.
Примером индукционной печи с магнитопроводом является канальная индукционная печь. Схема такой печи включает замкнутый магнитопровод из трансформаторной стали, на котором располагаются первичная обмотка – индуктор и кольцеобразный тигель, в котором располагается материал для плавления. Тигель изготавливается из жаропрочного диэлектрика. Питание такой установки осуществляется от сети переменного тока с частотой 50 Гц или генератора с повышенной частотой 400 Гц.
Такие печи используются для плавления дюраля, цветных металлов или получения высококачественного чугуна.
Большее распространение имеют тигельные печи, не имеющие магнитопровода. Отсутствие в печи магнитопровода приводит к тому, что магнитное поле, создаваемое токами промышленной частоты, сильно рассеивается в окружающем пространстве. И для того, чтобы увеличить плотность магнитного поля в диэлектрическом тигеле с материалом для плавления, необходимо использовать более высокие частоты. При этом считается, что если контур индуктора настроен в резонанс с частотой питающего напряжения, а диаметр тигеля соизмерим с длиной волны резонанса, то в районе тигеля может сконцентрироваться до 75% энергии электромагнитного поля.
Схема изготовления индукционной печи
Как показали исследования, для обеспечения эффективного плавления металлов в тигельной печи желательно, чтобы частота питающего индуктор напряжения превышала резонансную частоту в 2-3 раза. То есть, такая печь работает на второй или третьей частотной гармонике. Кроме того, при работе на таких повышенных частотах происходит лучшее перемешивание сплава, что улучшает его качество. Режим с применением еще больших частот (пятой или шестой гармоники) может использоваться для поверхностной цементации или закалки металла, что связано с появлением скин-эффекта, то есть, вытеснением электромагнитного поля высокой частоты к поверхности заготовки.
Выводы по разделу:
Одним из вариантов изготовления индукционной печи своими руками является канальная.
Для ее изготовления можно использовать обычный сварочный трансформатор, работающий на частоте 50 Гц.
В этом случае вторичную обмотку трансформатора надо заменить кольцевым тигелем.
В такой печи можно плавить до 300-400 г цветных металлов, а потреблять она будет 2-3 кВт мощности. Такая печь будет иметь большой кпд и позволит выплавлять металл высокого качества.
Основной трудностью изготовления канальной индукционной печи своими руками является приобретение подходящего тигеля.
Для изготовления тигеля должен использоваться материал с высокими диэлектрическими свойствами и высокой прочности. Такой как электрофарфор. Но такой материал не просто найти, а еще трудней обработать в домашних условиях.
Важнейшими элементами тигельной печи индукционного типа являются:
В качестве индуктора для тигельных печей мощностью до 3 кВт можно использовать медную трубку или провод диаметром 10 мм или медную шину сечением 10 мм². Диаметр индуктора может составлять около 100 мм. Число витков от 8 до 10.
При этом существует много модификаций индуктора. Например, его можно выполнить в виде восьмерки, трилистника или иной формы.
В процессе работы индуктор обычно сильно нагревается. В промышленных образцах для индуктора используется водяное охлаждение витков.
В домашних условиях использование такого метода затруднительно, однако индуктор может нормально работать в течение 20-30 минут, что вполне достаточно для домашних работ.
Однако такой режим работы индуктора вызывает появление на его поверхности окалины, что резко уменьшает кпд печи. Поэтому время от времени индуктор приходится заменять на новый. Некоторые специалисты для защиты от перегрева предлагают покрывать индуктор жаропрочным материалом.
Генератор переменного тока высокой частоты – другой важнейший элемент тигельной печи индукционного типа. Можно рассмотреть несколько типов таких генераторов:
Простейшим генератором переменного тока для питания индуктора является генератор с самовозбуждением, схема которого имеет один транзистор типа КТ825, два резистора и катушку обратной связи. Такой генератор может вырабатывать мощность до 300 Вт, а регулировка мощности генератора осуществляется путем изменения постоянного напряжения источника питания. Источник питания должен обеспечивать ток до 25 А.
Предлагаемый для тигельной печи генератор на тиристоре включает в схему тиристор типа Т122-10-12, динистор КН102Е, ряд диодов и импульсный трансформатор. Тиристор работает в импульсном режиме.
Индукционная печь самостоятельного изготовления
Такие сверхвысокочастотные излучения могут негативно повлиять на здоровье человека. В соответствии с российскими нормами безопасности с высокочастотными колебаниями разрешается работать при плотности потока электромагнитной энергии не более 1-30 мВт/м². Для данного генератора, как показали расчеты, это излучение на расстоянии в 2,5 м от источника достигает 1,5 Вт/м². Такая величина является неприемлемой.
Схема генератора на МОП-транзисторах включает четыре МОП-транзистора типа IRF520 и IRFP450 и представляет собой двухтактный генератор с независимым возбуждением и индуктором, включенным в мостовую схему. В качестве задающего генератора используется микросхема типа IR2153. Для охлаждения транзисторов требуется радиатор не менее 400 см² и воздушный обдув.Этот генератор может обеспечивать мощность питания до 1 кВт и менять частоту колебаний в пределах от 10 кГц до 10 МГц. Благодаря этому печь, использующая генератор такого типа, может работать как в режиме плавления, так и поверхностного нагрева.
Печь длительного горения может работать на одной закладке от 10 до 20 часов. При изготовлении печи длительного горения своими руками нужно учитывать особенности конструкции, чтобы она выдавала максимум тепла при минимальных затратах энергии. О том, как правильно собрать печь, читайте на нашем сайте.
Возможно, вам будет интересно узнать о газовых обогревателях для гаража. Каким он должен быть, чтобы обеспечивалось тепло и безопасность, читайте в этом материале.
Для обогрева жилища печи такого типа, как правило, используются вместе с водогрейным котлом.
Одним из вариантов самодельного водогрейного котла индукционного типа является конструкция, нагревающая трубу с протечной водой с помощью индуктора, получающего питание от сети с помощью ВЧ сварочного инвертора.
Однако, как показывает анализ таких систем, из-за больших потерь энергии электромагнитного поля в диэлектрической трубе кпд подобных систем крайне низок. Кроме того, для обогрева жилища требуется очень большое количество электроэнергии, что делает такой обогрев экономически невыгодным.
Из данного раздела можно сделать выводы:
Как уже говорилось выше, в печах тигельного типа используются источники питания высокой частоты.
Поэтому при эксплуатации индукционной печи индуктор необходимо располагать вертикально, перед включением печи на индуктор надо надевать заземленный экран. При включенной печи необходимо наблюдать за происходящими в тигле процессами на расстоянии, а после выполнения работ немедленно выключать ее.
При эксплуатации изготовленной своими руками индукционной печи необходимо:
При работе с печью необходимо учитывать и термическую опасность. Касание горячим индуктором кожи может вызвать сильный ожог.
microklimat.pro
Задающий генератор индукционного нагревателя может быть сделан из всего, что угодно, напрмер: TL-494, NE555, генератор на логике или какой-нибудь экзотический вариант. В своём варианте использовал микросхему К174ХА11 настроив на предел частоты от 40 до 80 кГц. И скважность ровно 50% - это самый оптимальный вариант для драйверов. Полная схема генератора для нагрева металлов приведена ниже:
Трансформатор ТР1 намонан на маленьком ферритовом колечке внешнем диаметром 2см все обмотки намотаны одинаковым проводом 0,4 и содержат по 30витков. Трансформатор тока (ТР2) намотан на ферритовом кольце диаметром 50мм. Первичная обмотка содержит в себе 22витка проводом 1мм, вторичная 2-3 витка сложенными в четверо проводом 1мм. Индуктор изготовлен из 3мм проволоки внутренним диаметром 11мм, число витков 6.
Для настройки резонанса я ставил последовательно индуктору обычный светодиод включенный через 1к резистор если генератор после включения не заработал нужно поменять местами выводы одной из обмоток идущих на базы транзисторов. При первом пуске на силовую сразу не подавать все напряжение нужно подять прилизительно 10-12в и пощупать транзисторы на нагрев при правильной работе схемы транзисторы практически не нагреваются.
Фото мало - всего одно, но есть видео работы устройства.
Форум по технологиям
Обсудить статью ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВ МЕТАЛЛОВ
radioskot.ru
Сейчас печи с индукционной системой повсеместно используются в процессе плавки металлов. Ток, производимый в поле индуктора, способствует нагреву вещества, и эта особенность таких устройств является не только основной, но и важнейшей. Обработка приводит к тому, что вещество претерпевает несколько превращений. Первым этапом преобразования является электромагнитная стадия, после нее электрическая, а потом и тепловая. Температура, которую выделяет печка, применяется практически без остатка, поэтому такое решение является самым лучшим среди всех прочих. Многих может заинтересовать печь индукционная, своими руками руками изготовленная. Далее будет рассказано о возможностях реализации подобного решения.
Этот вид оборудования можно условно разделить на основные категории. У первой в качестве основания выступает сердечный канал, а металл размещается в таких печах кольцевым способом вокруг индуктора. У второй категории нет такого элемента. Этот вид имеет название тигля, и металл тут размещается внутри самого индуктора. Замкнутый сердечник в этом случае использовать технически невозможно.
Плавильная печь в данном случае работает на базе явления магнитной индукции. И тут имеется несколько компонентов. Индуктор – это важнейшая составляющая этого приспособления. Он представляет собой катушку, проводниками в которой служат не обычные провода, а медные трубки. Это требование выставляет сама конструкция плавильных печей. Ток, который проходит в индукторе, порождает магнитное поле, оказывающее воздействие на тигель, внутри которого расположен металл. В этом случае на материал возложена роль вторичной трансформаторной обмотки, то есть сквозь него проходит ток, нагревающий его. Так и осуществляется плавление, даже если сделана индукционная печь своими руками. Как построить такой тип печи и увеличить ее эффективность? Это важный вопрос, на который есть ответ. Использование токов повышенной частоты позволяет заметно увеличить степень эффективности оборудования. Для этого уместно использовать специальные блоки питания.
Этот тип оборудования обладает определенными характерными чертами, которые являются как преимуществами, так и недостатками.
Так как распределение металла должно быть равномерным, полученный материал характеризуется хорошей однородной массой. Этот тип печи работает за счет транспортировки энергии по зонам, при этом представлена и функция фокусировки энергии. Для использования доступны такие параметры, как емкость, рабочая частота и способ футеровки, а также регуляция температуры, при которой происходит плавление металла, что заметно облегчает рабочий процесс. Имеющийся технологический потенциал печи создает высокий темп плавки, устройства являются экологически чистыми, совершенно безопасными для человека и готовыми к работе в любой момент.
Самым заметным недостатком такого оборудования является сложность его чистки. Так как нагревание шлака происходит исключительно за счет тепла, выделяемого металлом, этой температуры не хватает для обеспечения его полноценного использования. Высокая разница в температуре металла и шлака не позволяет делать процесс удаления отходов максимально простым. В качестве еще одного недостатка принято выделять зазор, из-за которого требуется всегда уменьшать толщину футеровки. Из-за таких действий спустя некоторое время она может оказаться неисправной.
В промышленности чаще всего встречаются тигельные и канальные индукционные печи. В первых осуществляется плавка любых металлов в произвольных количествах. Емкости для металла в таких вариантах способны умещать до нескольких тонн металла. Конечно, индукционные плавильные печи своими руками в данном случае сделать невозможно. Канальные печи предназначены для выплавки цветных металлов разных видов, а также чугуна.
Этой темой часто интересуются любители радио-проектирования и радио-технологий. Сейчас становится понятно, что создавать индукционные печи своими руками – это вполне реально, а сделать это удавалось очень многим. Однако для создания подобного оборудования требуется воплотить в жизнь действие электрической схемы, которая содержала бы прописанные действия самой печи. Подобные решения требуют привлечения высокочастотных генераторов, способных производить волновые колебания. Простая индукционная печь своими руками по схеме может быть построена с использованием четырех электронных ламп в комбинации с одной неоновой, подающей сигнал о том, что система готова к работе.
В данном случае ручка конденсатора переменного тока размещается не внутри прибора. Благодаря этому может быть создана индукционная печь своими руками. Схема прибора подробно описывает расположение каждого отдельного элемента. Убедиться в том, что устройство получилось достаточно мощным, можно, если воспользоваться отверткой, которая должна доходить до раскаленного состояния буквально за несколько секунд.
Если вами создается индукционная печь своими руками, принцип работы и сборка которой изучается и производится по соответствующей схеме, вам стоит знать, что на скорость плавления в данном случае может повлиять один или несколько факторов, перечисленных далее:
Импульсная частота;
Гистерезисные потери;
Генераторная мощность;
Период выхода тепла наружу;
Потери, связанные с возникновением вихревых токов.
Если вами собирается печь индукционная своими руками, то при использовании ламп требуется помнить, что их мощность должна распределяться так, чтобы четырех штук было достаточно. При использовании выпрямителя получится сеть примерно в 220 В.
В быту такие устройства используются достаточно редко, хотя подобные технологии можно встретить в отопительных системах. Их можно увидеть в форме микроволновых печей, электрических духовок и индукционных плит. В среде новых технологий данная разработка нашла широкое применение. К примеру, использование вихревых индукционных токов в индукционных плитах позволяет готовить огромное разнообразие блюд. Так как для разогрева им требуется очень мало времени, конфорку нельзя включить, если на ней ничего не стоит. Однако для использования таких особых и полезных плит требуется специальная посуда.
Тигельная печь индукционная своими руками состоит из индуктора, который представляет собой соленоид, произведенный из водоохлаждаемой медной трубки и тигля, который может быть изготовлен из керамических материалов, а иногда из стали, графита и прочих. В таком устройстве можно выплавлять чугун, сталь, драгоценные металлы, алюминий, медь, магний. Индукционные печи своими руками изготавливаются с емкостью тигля от пары килограмм до нескольких тонн. Они могут быть вакуумными, газонаполненными, открытыми и компрессорными. Питаются печи токами высокой, средней и низкой частоты.
Итак, если вас интересует индукционная печь своими руками, схема предполагает использование таких основных узлов: плавильной ванны и индукционной единицы, в которую включаются подовый камень, индуктор и магнитный сердечник. Канальная печь отличается от тигельной тем, что электромагнитная энергия преобразуется в тепловую в канале тепловыделения, в котором постоянно должно быть электропроводящее тело. Чтобы произвести первичный пуск канальной печи, в нее заливают расплавленный металл либо вставляют шаблон из материала, способного расправиться в печи. Когда плавка завершается, металл сливается не полностью, а остается «болото», предназначенное для заполнения канала тепловыделения для пуска в будущем. Если собирается печь индукционная своими руками, то для облегчения замены подового камня для оборудования он делается отъемным.
Итак, если вас интересует индукционная мини-печь своими руками, то важно знать, что ее главным элементом является нагревательная катушка. В случае самодельного варианта достаточно использовать индуктор, выполненный из голой медной трубки, диаметр которой составляет 10 мм. Для индуктора используется внутренний диаметр 80-150 мм, а количество витков – 8-10. Важно, чтобы витки не соприкасались, а расстояние между ними было 5-7 мм. Части индуктора не должны соприкасаться с его экраном, минимальный зазор должен быть 50 мм.
Если вами собирается печь индукционная своими руками, то вы должны знать, что в промышленных масштабах охлаждением индукторов занимается вода или антифриз. В случае малой мощности и непродолжительной работы создаваемого прибора можно обойтись и без охлаждения. Но при работе индуктор сильно нагревается, а окалина на меди может не просто резко снизить КПД устройства, но и привести к полной утрате его работоспособности. Самостоятельно невозможно сделать индуктор с охлаждением, поэтому потребуется его регулярная замена. Нельзя использовать принудительное воздушное охлаждение, так как корпус вентилятора, размещенного поблизости с катушкой, «притянет» к себе ЭМП, что приведет к перегреву и падению КПД печи.
Когда собирается индукционная печь своими руками, схема предполагает использование такого важного элемента, как генератор переменного тока. Не стоит пытаться делать печь, если вы не владеете основами радиоэлектроники хотя бы на уровне среднеквалифицированного радиолюбителя. Выбор схемы генератора должен быть таким, чтобы он не давал жесткий спектр тока.
Данный тип оборудования получил широкое распространение в таких областях, как литейное производство, где металл уже прошел очистку и требуется придать ему какую-то конкретную форму. Так же можно получить некоторые сплавы. В ювелирном производстве они тоже получили распространение. Несложный принцип работы и возможность того, чтобы была собрана печь индукционная своими руками, позволяют повысить рентабельность ее использования. Для этой области можно использовать приборы с емкостью тигля до 5 килограмм. Для небольших производств такой вариант будет оптимальным.
fb.ru
www.tool-electric.ru
Недавно возникла необходимость создать небольшой индукционный нагреватель своими руками. Бродя по просторам интернета, нашел несколько схем индукционных нагревателей. Многие схемы не устраивали из-за довольно сложной обвязки, некоторые не работали, но попадались и рабочие варианты.
Несколько дней назад пришел к выводу, что индукционный нагреватель можно сделать из электронного трансформатора с минимальными затратами.
Принцип индукционного нагрева заключается в воздействии на металл токами Фуко. Такой нагреватель активно применяется в самых разных сферах науки и техники. По идее токам Фуко безразличны виды и свойства металлов, поэтому индуктор может подогреть или расплавить абсолютно любой металл.
Электронный трансформатор - импульсный блок питания, на базе которого построен наш нагреватель. Это простой полумостовой инвертор, построенный на двух мощный биполярных транзисторах серии MJE13007, которые жутко перегреваются в ходе работы, поэтому им нужен очень хороший теплоотвод.
Для начала с электронного трансформатора нужно выпаять основной трансформатор. Своего рода индуктор мы изготовим на базе ферритовой чашки. Для этого берем чашку 2000НМ (размер чашки особо не важен, но желательно побольше). На каркасе мотаем 100 витков проводом 0,5 мм, с кончиков проводов снимаем лаковое покрытие и залужаем. Затем концы проводов запаиваем на место штатного импульсного трансформатора - все готово!
Получился довольно мощный самодельный индукционный нагреватель (КПД не более 65%), на основе которого, можно собрать даже небольшую индукционную печку. Если взять кусок металла и приблизить этот металл к центру катушки, то через несколько секунд металл нагреется. Таким нагревателем можно плавить провода с диаметром 1,5 мм - мне это удалось всего за 20 секунд, но при этом высоковольтные транзисторы ЭТ так нагрелись, что на них можно было яичницу жарить!
В ходе работы, возможно, будет нужда дополнительного охлаждения для теплоотводов, поскольку опыт показал, что теплоотвод попросту не успевает отводить тепло с транзисторов.
Основа работы такого инвертора довольно проста. Сама схема индукционного нагревателя удобна тем, что не требует никакой настройки (в более сложных схемах часто возникает необходимость подгонки схемы в частоту резонанса, точный расчет количества витков и диаметра провода контура, а также подсчет контурного конденсатора, а тут всего этого нет и схема работает сразу).
Напряжение сети (220 Вольт) сначала выпрямляется диодным выпрямителем, затем поступает на схему. Частоту задает динистор (диак) марки DB3. Сама схема не имеет никаких защит, только ограничивающий резистор на входе питания, который якобы должен работать в качестве сетевого предохранителя, но при малейшей проблеме в первую очередь вылетают транзисторы. Надежность схемы индукционного нагревателя можно поднять, заменив диоды в выпрямителе более мощными, добавив сетевой фильтр на вход схемы и заменив силовые транзисторы на более мощные, скажем на MJE13009.
Вообще не советую включать такой нагреватель на долгое время, если не имеется активного охлаждения, иначе каждые 5 минут будете вынуждены менять транзисторы.
Индукционные нагреватели работают по принципу “получение тока из магнетизма”. В специальной катушке генерируется переменное магнитное поле высокой мощности, которое порождает вихревые электрические токи в замкнутом проводнике.
Замкнутым проводником в индукционных плитах является металлическая посуда, которая разогревается вихревыми электрическими токами. В общем, принцип работы таких приборов не сложен, и при наличии небольших познаний в физике и электрике, собрать индукционный нагреватель своими руками не составит большого труда.
Самостоятельно могут быть изготовлены следующие приборы:
Индукционная плита своими руками, должна быть изготовлена с соблюдением всех норм и правил для эксплуатации данных приборов. Если за пределы корпуса в боковых направлениях будет выделяться опасное для человека электромагнитное излучение, то использовать такой прибор категорически запрещается.
Кроме этого большая сложность при конструировании плиты заключается в подборе материала для основания варочной поверхности, которое должно удовлетворять следующим требованиям:
В бытовых варочных индукционных поверхностях используется дорогая керамика, при изготовлении в домашних условиях индукционной плиты, найти достойную альтернативу такому материалу – довольно сложно. Поэтому, для начала следует сконструировать что-нибудь попроще, например, индукционную печь для закалки металлов.
Рисунок 1. Электрическая схема индукционного нагревателя
Рисунок 2. Устройство.
Рисунок 3. Схема простого индукционного нагревателя
Для изготовления печи понадобятся следующие материалы и инструменты:
Дополнительные материалы и их особенности:
Сам процесс изготовления электронного генератора и катушки занимает немного времени и осуществляется в такой последовательности:
Некоторое время назад купили в Китае пару индуктивных преобразователей с надеждой, что, несмотря на простоту конструкции и небольшое количество радиодеталей можно будет потом использовать это устройство в мастерской, например, как помощь при ослабление прикипевших болтов или для закалки небольших по размерам металлов. Как оказалось, 100 Вт мощности очень мало для данных целей, тем не менее устройство работает очень прилично и эффектно, не хуже чем .
1 вариант схемы
2 вариант схемы
С первого взгляда на плату видно, что количество элементов ограничено необходимым минимумом. Схема состоит из двух моп-транзисторов, двух высокоскоростных диодов, двух индуктивностей, резисторов и резонансных элементов — то есть внешней катушки и большой емкости.
При первых же испытаниях генератора, во время определения предела мощности, сгорели транзисторы. Пробовали сюда IRFR120, но из-за низкого максимального тока простояли они всего пару секунд. Затем пришёл черед IRFR2905 — это транзисторы низковольтные 50 А, с которыми нагреватель работал даже лучше, чем с оригинальными mosfet, где маркировка не видна совсем.
При подключении постоянного напряжения 12 В устройство потребляет около 1,8 А. При приближении металлического предмета к катушке ток начинает расти. В пике удалось достичь тока около 12 А что дает почти 150 Вт, то есть даже больше, чем заявляет производитель. Во время холостого хода идёт около 20 Вт потребляемой мощности и ничего не греется, что может свидетельствовать о правильности работы всей конструкции.
Для теста использовался простой трансформаторный блок питания. В ходе экспериментов проверили на нагрев три элемента: отвертка 6 мм, болт 8 мм, и тот же болт с двумя гайками.
Как стало видно, среднего размера отвертка может этим устройством нагреться до точки кипения в течение 2 минут. Это вполне достойный результат. Если мы сможем домашним способом закалить наконечник отвертки, то такой нагреватель будет полезен.
На разогрев болта до точки кипения необходимо около 3 минут — также хороший результат, учитывая простоту устройства.
Разогрев болта с двумя гайками потребовал 4 минуты — довольно долго. Вы можете использовать таким образом устройства для подогрева застрявшей гайки с целью ее откручивания, однако процесс будет долгий и неудобный. Кроме того, полностью её вставить внутрь катушки может не получиться, что значительно ухудшит эффективность этой операции.
Нагреватель индукционный стоил около 9 долларов, то есть меньше, чем 600 рублей. Это небольшая сумма как за устройство, которое в состоянии эффективно подогреть небольшие металлические предметы. Конечно, нельзя сравнивать этот нагреватель с более дорогими аналогичными девайсами за несколько тысяч рублей (что тоже есть в продаже на Али), но для домашних, любительских или даже небольших мастерских применений — вполне пригодится.
Большой популярностью пользуются электрические нагреватели, которые одновременно полностью безопасны в эксплуатации, функциональны и эффективны. Изготовленный своими руками индукционный нагреватель может использоваться для подогрева воды или стать основой всей системы отопления в частном доме. Нужно лишь подобрать качественную схему изготовления, что и позволит сделать надежное и универсальное в использовании оборудование.
Подобный нагреватель – эффективное средство для подогрева
Принцип работы индукционных нагревателей основывается на выделении тепла металлами при пропускании через них тока. При подаче напряжения на токопроводящий контур образуется магнитное поле и индукционный ток, который выделяет большое количество тепла. Сегодня на основе этой технологии изготавливаются различные электрические нагреватели, которые одновременно сочетают компактные размеры и отличаются великолепной мощностью. Благодаря простоте конструкции таких установок изготовить их самостоятельно не составит труда.
Одним из плюсов данного нагревателя является почти 100% КПД К преимуществам индукционного нагрева можно отнести следующее:
В быту технологии индукционного нагрева реализованы в кухонных плитах и полностью автоматизированных котлах отопления. Такие установки пользуются популярностью на отечественном рынке, что объясняется их простотой обслуживания, надежностью конструкции, эффективностью и универсальностью использования.
Схема устройства индукционного нагревателя настолько проста, что собрать ее своими руками не составит труда. Потребуется лишь минимальный опыт чтения схем и возможность работы с паяльником или аналогичным оборудованием. Можно изготовить как простейшим варианты отопителей для нагрева воздуха в помещении, так и сделать полноценный котел для загородного дома.
В этом видео вы узнаете, как сделать простой индукционный нагреватель
Технология индукционного нагрева отличается эффективностью и простотой схемы своего исполнения. На сегодняшний день распространение получили два типа индукции:
При изготовлении самодельных обогревателей используются вихревые разновидности индукции, что объясняется простотой их реализации и великолепной эффективностью. Принцип работы такого оборудования основывается на передаче энергии теплоносителю от магнитного поля. Мощное излучение формируется в металлическом токопроводящем индукторе. Когда электроток проходит через металлическую катушку, он создает мощные вихревые потоки, с их последующим трансформацией в тепловую энергию.
Теплообменник такого котла может выполняться в виде обычной колонны , в которую снизу под давлением поступает вода, а по всей высоте осуществляется ее индукционный нагрев. Нагретый теплоноситель выходит из котла через верхний патрубок и направляется в замкнутый контур системы отопления. Постоянная циркуляция воды в котле предупреждает перегрев элементов, что обеспечивает максимально возможную безопасность использования такого оборудования.
Образование накипи предупреждается за счёт легкой вибрации теплоносителя при его прохождении через теплообменник, что исключает появление кальциевых отложений, а домовладельца избавляет от необходимости какой-либо очистки и другого сервиса индукционного оборудования.
Индукционное отопление еще не столь популярно, как газовые и твердотопливные котлы. Подобное можно объяснить высокой стоимостью таких систем обогрева частных домов. Для бытового использования котёл, построенный на технологии индукции, обойдется в 30 000 рублей и выше. Поэтому неудивительно, что многие домовладельцы отказываются от покупки заводской техники и изготавливают ее самостоятельно. При наличии соответствующей схемы, недорогих комплектующих и умения читать техническую документацию можно буквально за несколько часов выполнить эффективный и полностью безопасный нагреватель на индукции для отопительного котла.
Выполнить качественные нагревательные индукционные элементы можно на базе трансформатора с первичной и вторичной обмоткой. Необходимые для работы такого оборудования вихревые токи формируются в первичной обмотке и создают индукционное поле. Мощное электромагнитное поле воздействует на вторичную обмотку, которая является, по сути, индукционным нагревателем и испускает большое количество тепла, используемого для обогрева теплоносителя.
Конструкция самодельного индукционного нагревателя на базе трансформатора будет включать следующие элементы:
Сердечник выполняется в виде двух ферромагнитных трубок с различным диаметром. Они ввариваются друг в друга, после чего выполняется тороидальная обмотка из прочного медного провода. Делается не менее 85 витков с обязательным выдерживаем равного расстояния между ними. При пропускании электричества через сердечник и обмотку в замкнутом контуре создаются вихревые потоки, которые нагревают сердечник и вторичную обмотку. В последующем полученное тепло используется для нагрева теплоносителя.
В схеме индуктора своими руками с использованием высокочастотного инвертора основными элементами является генератор переменного тока, нагревательные элементы и индукторы. Генератор будет необходим для преобразования стандартного напряжения с частотой в 50 Герц в высокочастотный электроток. После модулирования ток подается в катушку индуктора, имеющую цилиндрическую форму. Обмотка катушки выполняется из медной проволоки, что позволяет генерировать магнитное переменное поле, создающее нужные вихревые токи, за счёт появления которых происходит нагрев металлического корпуса водяной рубахи. Полученное тепло передаётся теплоносителю.
Выполнить качественный нагреватель на базе высокочастотного сварочного инвертора не составит труда. Необходимо лишь позаботиться о качественной и надежной теплоизоляции, что позволит обеспечить максимально высокие показатели КПД. В противном случае при отсутствии надежной теплоизоляции эффективность системы отопления существенно снижается, что приводит к значительному расходу электроэнергии на работу оборудования.
Есть как минимум 3 основных элемента, которые должны быть в рабочем состоянии в нагревателе Изготовить простейший индукционный нагреватель металла своими руками не составит особого труда. Для такой работы потребуются следующие инструменты:
Для изготовления катушки, которая используется для излучения переменного магнитного поля, потребуется подготовить отрезок медной трубки с длиной 800 миллиметров и диаметром 8 миллиметров.
Из используемых компонентов самыми дорогими являются мощные силовые транзисторы, которых необходимо установить по меньшей мере два. Для такой работы подойдут IRFP 150, IRFP260 или IRFP460.
Изготовить колебательный контур водонагревателя можно при помощи керамических конденсаторов напряжением в 1600 Вольт и ёмкостью 0,1 mF. Для образования в катушке переменного тока с высокой мощностью потребуется использовать не менее 7 таких конденсаторов на 12 В.
В процессе работы полевые транзисторы могут сильно нагреваться. Без использования качественных алюминиевых радиаторов они расплавятся буквально через несколько секунд после подачи напряжения на трансформатор. Теплоотводы и радиаторы ставят на транзисторы через термопасту, в противном случае эффективность охлаждения будет не слишком высока.
Диоды для индукционных вин нагревателей используют ультрабыстрого действия. Лучше всего для такой схемы подходят модели HER 307, UF 4700, MUR 460.
Также потребуется приобрести два резистора емкостью 10 кОм и мощностью приблизительно 0,25 Вт, один резистор мощностью 2 Ватт ёмкостью 440 Ом. Понадобится использовать два стабилитрона с напряжением в 15 Вольт. Оптимальная их мощность - не меньше 2 Ватт. К силовым проводам, которые подводят напряжение к катушке, устанавливают стандартный дроссель.
Электроснабжение нагревателя выполняется за счет блока питания с напряжением 12-40 Вольт и мощностью не более 500 Вт. Можно использовать автомобильные аккумуляторы или блок питания от старого компьютера.
Из медной трубы по имеющемуся шаблону выполняется спираль с диаметром около 4 сантиметров. Она должна иметь не менее 7 витков, которые не соприкасаются друг с другом. На конце второй трубки приваривают ферромагнитные крепежные кольца, которые потребуются для подключения транзисторов к радиатору.
Печатную плату изготавливают по схеме, которая позволяет реализовать преобразование стандартного тока в мощный и высокочастотный. При больших амплитудах напряжения изготовленный самостоятельно нагреватель будет стабильно работать, потребляя минимум электроэнергии и обеспечивая качественный нагрев. Конденсаторы устанавливаются на печатной плате параллельно, образуя с катушкой колебательный контур.
Выполняется пробный запуск, во время которого следят за отсутствием коротких замыканий у обмоток пружины. При наличии замыканий и соприкосновения витков катушки друг с другом транзисторы моментально выйдут из строя, а изготовленный своими руками индукторный нагреватель потребует дорогостоящего ремонта.
Внутри индукционной катушки можно установить через изоляцию корпус теплообменника, внутри которого будет циркулировать нагреваемая жидкость. Благодаря высокой эффективности технология индукционного нагрева даже при минимальном расходе электричества обеспечивает выделение большого количества тепловой энергии, что позволяет качественно обогревать помещение.
Теплообменник изготавливают из трубы с диаметром в 20 миллиметров, которая сделана из нержавеющей стали. На такую трубу нанизывают одну или несколько индукционных спиралей, при этом металлические элементы не должны соприкасаться с витками улитки, которая находится под напряжением. При показателях мощности в 2 кВт эффективности такого прибора будет достаточно для обеспечения проточного нагрева жидкости с ее последующим использованием в технических целях или для обогрева помещения.
Индукционные нагреватели - это перспективная технология, которая сегодня активно используется при изготовлении котлов автономного обогрева. Простота схемы реализации таких электроприборов позволяет выполнять их самостоятельно. Сделав такой индуктивный нагреватель своими руками, можно сэкономить на покупке дорогостоящей техники, при этом по своему функционалу самодельные приборы не будут уступать дорогостоящим заводским моделям отопителей.
