Индукционный нагреватель металла: Индукционный нагреватель МИКРОША, индукционная плавильная печь от производителя

Содержание

Индукционный нагреватель металла. Принцип работы

Технология индукционного нагрева заготовок востребована не только в цехах горячей объёмной штамповки. Компактные индукторы необходимы, в частности, для автосервиса, занимающегося изготовлением и ремонтом стальных деталей из профилированного проката. Приобретать промышленный индуктор дорого. Есть ли альтернатива?

Как работает индукционный нагреватель?

Для реализации процесса индукционного нагрева используется известный физический принцип, когда для деформирования в горячем состоянии заготовку размещают в магнитном поле кольцеобразного индуктора. Питание такой катушки производится электрическим переменным током частоты, резко выше, чем обычная (50 или 60 Гц).

Принцип работы индукционного нагревателя следующий. Создаваемые в электромагнитном поле вихревые токи (у них есть и другое название – токи Фуко) производят нагрев металла. Непосредственное соприкосновение заготовки и нагревательного элемента не обязательно, важно только, чтобы индуктор равномерно охватывал нагреваемую поверхность металла. Используя трансформатор, установка подключается к генератору, который обеспечивает требующиеся значения мощности и частоты.

Индукционным нагревом можно обеспечить сравнительно быстрое повышение температуры поверхностных слоёв. В частности, для нагревания прутковой заготовки сечением 35…40 мм и длиной 140….150 мм потребуется около 20…25 с.

Примерные диапазоны соответствия наилучшей частоты тока и поперечного сечения круглого прутка приведены в таблице.

Диаметр, мм 20…40 40…60 60…80 80…100 100…120
Частота, кГц 100…40 40…10 10…4 4…1 1…0,5

Для полосового металла применять индукционный нагрев менее выгодно, чем для круглого прутка, поскольку расстояние между внутренним диаметром катушки и металлом непостоянно.

Обычно применяется частота от 10 кГц, тогда КПД индукционного нагревателя достигает максимума. Частота регулируется в зависимости от:

  • требуемой производительности нагрева;
  • температуры нагреваемого металла;
  • размеров поперечного сечения.

Конструкции промышленных индукторов снабжаются устройствами для автоматической загрузки-выгрузки нагретых заготовок. Это необходимо потому, чтобы интервал между нагревом и пластическим деформированием металла был минимальным.

Время нагрева стальных заготовок невелико: для сечения 20 мм оно составляет всего 10 с, поэтому потери металла в окалину незначительны.

Индукционный нагреватель своими руками

Известен ряд конструкций индукторов, изготовленных из сварочного инвертора, принцип действия которых может быть использован для наведения в металле вихревых токов Фуко.

Изготовление самодельного индуктора заключается в следующем. Вначале потребуется изготовить прочный корпус, в котором будет находиться узел крепления нагреваемой заготовки. Корпус необходимо подвергнуть закалке, чтобы он не деформировался под воздействием возможных ударов. Ещё лучше, если материал подвергнуть азотированию: в этом случае реализуются два преимущества —  дополнительное увеличение твердости за счет более полного превращения остаточного аустенита в мартенсит, и улучшение скин-эффекта, когда по внешней стороне заготовки будет протекать более мощный ток. Прочность оценивается по пробе на искру.

Следующей стадией является изготовление нагревающей катушки. Её делают из индивидуально изолированных проводов: в этом случае потери мощности будут минимальными. Подойдёт и медная трубка – она имеет  большую площадь поверхности, по которой будут наводиться вихревые токи, при этом собственный нагрев индуктора из-за высокой электропроводности меди практически отсутствует.

После подключения катушки к системе водяного охлаждения и проверки системы прокачки индуктор готов к работе.

Рабочая схема

В состав нагревателя входят следующие составляющие:

  1. Инверторный блок, рассчитанный на напряжение 220…240 В, при токе не менее 10 А.
  2. Трёхпроводная кабельная линия (один провод – заземляющий) с нормально разомкнутым переключателем.
  3. Система водяного охлаждения (крайне желательно использовать очистные фильтры для воды).
  4. Набор катушек, отличающихся внутренними диаметрами и длиной (при ограниченных объёмах работ можно обойтись и одной катушкой).
  5. Нагревающий блок (можно применить модуль на силовых транзисторах, которые выпускаются китайскими фирмами Infineon или  IGBT).
  6. Демпферная цепь с несколькими конденсаторами Semikron.

Генератор высокочастотных колебаний принимается тот же, что и у базового инвертора. Важно, чтобы его эксплуатационные характеристики полностью соответствовали тем, которые указаны в предыдущих разделах.

После сборки блок заземляется, и с помощью соединительных кабелей нагревательная индукционная катушка присоединяется к блоку питания инвертора.

Примерные эксплуатационные возможности самодельного индукционного нагревателя металла:

  • Наибольшая температура нагрева, °С – 800.
  • Минимальная мощность инвертора – 2 кВА.
  • Продолжительность включения ПВ, не менее – 80.
  • Рабочая частота, кГц (регулируемая) — 1,0…5,0.
  • Внутренний диаметр катушки, мм – 50.

Следует отметить, что такой индуктор потребует специально подготовленного рабочего места – бака для отработанной воды, насоса, надёжного заземления.

Современные индукционные кузнечные нагреватели


Эта статья предназначена в первую очередь нашим потенциальным покупателям, выбирающим ту или иную модель индукционного кузнечного нагревателя (ИКН). Надеюсь, что-то новое почерпнут для себя специалисты, эксплуатирующие индукционное оборудование.

1. Особенности глубокого индукционного нагрева заготовок

С помощью Индукционных кузнечных нагревателей (ИКН) очень удобно нагревать металлические заготовки для целей горячей штамповки, ковки, гибки и высадки. По сравнению с электрическим печным нагревом, индукционный нагрев имеет ряд неоспоримых преимуществ:

· Значительно снижаются энергозатраты, что особенно важно в наше непростое для производства время.

· Во много раз снижает время нагрева заготовок, что резко повышает производительность производства.

· За счет автоматизации подачи заготовок, улучшается точность их нагрева до заданной температуры.

· Уменьшается количество окалины, что в свою очередь значительно повышает стойкость штамповой оснастки. · Улучшаются условия труда, это поймет каждый, кто хоть раз стоял у жерла открытой печи с большим количеством заготовок.

· Освобождаются дополнительные площади в цеху, за счет меньших габаритов индукционного оборудования.

Все эти преимущества достигаются за счет того, что в зависимости от рабочей частоты индукционный нагрев проникает от нескольких мм до нескольких см в глубину заготовки. В итоге максимальная температура нагрева создается на определенной глубине от поверхности детали. Вспомните слоган компании «Мосиндуктор»: «Согревая изнутри». Естественно, нагрев детали изнутри способствует лучшей теплопередаче в глубину заготовки. Различают высокотемпературный нагрев для штамповки и высадки стали 1200°С и низкотемпературный 850°С. Технология штамповки может предусматривать и промежуточную температуру между этими значениями.

Существуют научнообоснованные требования по максимальной разнице температур по всему объему заготовки для обеспечения требуемой пластичности и однородности металлов. Для углеродистой стали максимальная разница температур составляет 100°С. Для других металлов и особых случаев разница может составлять 50°С.

Ориентируясь на эту разницу температур, рассчитывается время нагрева заготовки. Дело в том, что индукционный нагрев с высокой удельной мощностью может расплавить поверхность заготовки, при этом ее сердцевина останется холодной. Передача тепла внутрь заготовки осуществляется только за счет теплопроводности. Поэтому наша задача заключается в том, что бы создать на глубине горячего проникновения индукционного поля высокую температуру. Однако она должна быть существенно ниже температуры плавления металла. И выдержать в таком состоянии время, необходимое для проникновения тепла вглубь заготовки. Понятно, что чем толще сама заготовка, тем большее время потребуется для ее равномерного нагрева. Для сокращения времени нагрева заготовок большого диаметра полезно использовать более низкие частоты, чем для нагрева тонких заготовок.

Соответственно, чем большую производительность должен выдавать ИКН при нагреве заготовок большого диаметра, тем большее количество заготовок должно одновременно находиться в футерованной индукционной катушке, являющейся нагревающим органом ИНК. Сводную информацию по удельной мощности на квадратный сантиметр, времени нагрева, рабочей частоте и диаметре заготовок вы можете увидеть в Таблице №1.

Из нее, например, следует:

Что для нагрева заготовки диаметром 50 мм на частоте 2000 Гц потребуется 58 секунд при удельной мощности 133 Вт/см².

Для нагрева той же заготовки на частоте 6000 Гц потребуется 125 секунд при удельной мощности 67 Вт/см².

Можно сделать вывод, что в данном случае увеличение частоты в 3 раза приводит к снижению примерно в 2 раза разрешенной удельной мощности и увеличению в 2 раза времени нагрева заготовок.

С помощью таблицы №1 можно весьма приблизительно оценить необходимую мощность ИКН. Однако учтите, что для расчета площади нагрева берется только боковая поверхность заготовки, за исключением торцов. И существуют потери передачи энергии от индукционной катушки к нагреваемой детали, доходящие до 30-50%, в зависимости от конструкции катушки и соотношения диаметров катушки и нагреваемой заготовки. Чем ближе диаметр нагреваемой детали к внутреннему диаметру индукционной катушки, тем меньше потери энергии на рассеивание электромагнитного поля в пространстве. Однако чем меньше толщина футеровки, находящейся между индукционной катушкой и нагреваемой деталью, тем большее количество тепла вымывается из катушки охлаждающей ее водой. Главный закон диалектики – единства и борьбы противоположностей еще никто не отменял.

Часто возникает вопрос об универсальности ИКН при нагреве заготовок различного диаметра. Конечно, никто не запрещает нагревать в индукторе большого диаметра тонкие заготовки, однако КПД такого нагрева будет чрезвычайно низким. Нормальным можно считать соотношение максимальных и минимальных диаметров заготовки на уровне 1,5-1,7 раза. Т.е. если максимальный нагреваемый диаметр 50 мм, можно греть заготовки с минимальным диаметром 30-35 мм.

Важно правильно выбирать оптимальную рабочую частоту ИКН для нагрева заготовок различного диаметра исходя из данных представленных в Таблице №2.

Для ИКН всегда действуют следующие правила:

· Для нагрева большей массы металла в единицу времени требуется большая мощность.

· Чем больше диаметр заготовки, тем ниже должна быть рабочая частота и больше время нагрева.

· Чем жестче требования по однородности температурных полей в заготовке, тем меньше должна быть удельная мощность и больше время нагрева.

2. Виды индукционных кузнечных нагревателей

Попытаемся составить примерную классификацию ИКН. В принципе ИКН называют любой индукционный нагреватель, использующийся для нагрева металлических заготовок для их дальнейшей объемной деформации.

Существует множество видов ИКН, отличающихся по конструкции и назначению:

А) ИКН с ручной подачей и выемкой заготовок из индуктора, поштучно или коллективно. Применяются в основном с транзисторными индукционными преобразователями малой мощности, и в случае невысокой производительности оборудования. В них может нагреваться заготовка целиком или только ее часть, конец или середина. В таких ИКН на один преобразователь может нагружаться одна или несколько параллельных индукционных катушек, для увеличения производительности при нагреве толстых заготовок. В простейшем случае может использоваться индукционная катушка (индуктор) с подкладкой из асбеста. В более сложном — индуктор, футерованный жаропрочным бетоном или керамическая, разрезная втулка для исключения растрескивания от контакта с разогретойзаготовкой.

Для замены кузнечного горна применяют индукционный нагреватель с индукционной катушкой по профилю нагреваемой детали. Индукционная катушка при этом может не охватывать всю нагреваемую поверхность. Кузнец сам, перемещая заготовку, регулирует степень нагрева той или иной ее части.

Для нагрева прутков 10-16 мм вполне подойдет нагреватель ВЧ-15А мощностью 15 кВт. Для чуть более массивных заготовок подойдет ВЧ-25А. Наиболее универсальные возможности для кузни предоставит высокочастотный индукционный нагреватель ВЧ-60АВ.

Смотрите видеоролики здесь>>>

Б) Для увеличения производительности и стабилизации температуры нагрева, применяют ИКН с полуавтоматической и автоматической подачей заготовок в футерованный индуктор с помощью пневматических и гидравлических цилиндров. В полуавтоматическом варианте заготовка укладывается на направляющие вручную, а в автоматическом, подается на направляющие из бункера или вибробункера.

С помощью таймера задается периодичность подачи заготовок, а с помощью регулируемых дросселей — скорость подачи и возврата цилиндра.

В случае нагрева массивных заготовок механизируется процесс накопления и транспортировки заготовок в индуктор с помощью накопителей, гидротолкателей, роликовых транспортеров и т.п. Выдача заготовок из индуктора так же осуществляется цепным или роликовым транспортером. Движение нагретой заготовки в индукторе, как правило, осуществляется по направляющим. На маломощных ИКН, направляющие могут быть выполнены из нержавеющих трубок или нихромового уголка. На более мощных моделях направляющие делают из водоохлаждаемых нержавеющих трубок. Расположение направляющих непосредственно в зоне нагрева «съедает» до 8% энергии ИКН.

В) Иногда бывает необходимо нагреть очень массивную и длинную заготовку. Ее невозможно «пропихнуть» в индуктор по неподвижным направляющим, заготовка просто их сносит. В этом случае применяют, вынесенные за пределы индуктора водоохлаждаемые ролики, а индуктор делают многосекционным. Иногда до десяти секций и более. Питание на раздельные секции индукторов может подаваться от одного мощного генератора. Российские производители любят применять схему с раздельной подачей питания на каждую секцию индуктора от собственного менее мощного генератора. По их мнению, это увеличивает надежность устройства в целом.

Г) ИКН часто применяют для линейного нагрева сплошных заготовок. Например, проволоки или прута из бухты. Схема построения такого ИКН примерно такая же, как и в предыдущем случае. Индуктор секционируют на 3-20 частей, а между секциями располагают водоохлаждаемые ролики. Как правило, для питания ИКН линейного нагрева используют достаточно мощные тиристорные преобразователи мегаватного класса. Однако при небольшом диаметре заготовки и невысокой производительности возможно построение ИКН для линейного нагрева на одном индукторе, как это изображено на рисунке. Такие нагреватели хороши для навивки пружин для автомобилей.

Д) В зависимости от длины и диаметра заготовки, применяют различные схемы подачи заготовок в индуктор. Если заготовки короткие, их, как правило, подают в круглый индуктор вдоль, располагаю как вагоны в поезде. Регулируя производительность нагрева с помощью длины индуктора.

Если же заготовка длинная ее подают в щелевой индуктор боком, т.е. поперек. Индуктор при таком способе подачи становится значительно короче, заготовки в нем перекатываются с боку на бок, что улучшает равномерность их нагрева. К параллельной подаче заготовок в индуктор прибегают в том случае, когда нужно греть длинные и массивные заготовки.

3. Транзисторные и тиристорные преобразователи частоты

В настоящее время для питания индукционных кузнечных нагревателей используют транзисторные и тиристорные преобразователи частоты (ТПЧ).

Транзисторные преобразователи обладают рядом преимуществ, таких как:

Повышенная надежность, меньшие габариты и вес. Только транзисторные преобразователи имеют автоматическую подстройку частоты генерации в очень широких пределах. От 1-го до 20-ти кГц, это практически 2000%. Что дает возможность нагружать их на индукционные катушки с громадным разбросом индуктивности. Это важно в случае использования транзисторного генератора для питания нескольких устройств индукционного нагрева. Или в том случае, когда на одном устройстве применяются индукционные катушки различного диаметра и количества витков.

Например, для питания индукционных трубогибов, применяемых при производстве отводов труб различного диаметра. Следует иметь ввиду, что для питания трубогибов, производящих крутоизогнутые стальные отводы бывает необходимо локализовать зону нагрева. Подобную локализацию можно обеспечить только при использовании мощного закалочного трансформатора. В этом случае можно выдать всю энергию генератора всего в один широкий виток индукционной катушки. В настоящее время уже доступны транзисторные преобразователи частоты мощностью несколько МВт, имеющие КПД 97,5%.

Тиристорные преобразователи частоты применяются в ИКН достаточно давно. Они очень хороши, когда необходимая мощность нагрева приближающаяся к одному МВт и более. В настоящее время доступны тиристорные преобразователи частоты мощностью 20-25 МВт, применяемые для плавки до 110 тонн стали. Для питания подобных монстров применяют специальные понижающие трансформаторы с выходным напряжением, достигающим 1000 и более Вольт, и количеством фаз до 12-ти.

При преобразовании таких больших мощностей особой проблемой становится борьба с электрическими наводками в электросетях, попросту говоря, возникают сильные помехи, мешающие работе систем управления преобразователем. Для борьбы с этим явлением применяется оптоволоконные линии между платами управления. ТПЧ такого уровня оснащаются системами самотестирования электрических компонентов, с выводом результатов через модем в интернет. В случае сбоев в работе оборудования, можно протестировать ТПЧ с помощью производителя оборудования через интернет. Преобразователи оснащаются дисплеями с сенсорным управлением, что делает работу с ними простой и приятной.

КПД тиристорных преобразователей достигает 92%, что тоже очень неплохо. Однако они, как правило, имеют большие, чем у транзисторных моделей габариты и вес. И обычно имеют фиксированную частоту генерации. Или частота подстраивается в небольших пределах. В том случае, когда необходимо согласовать рабочую частоту тиристорного преобразователя с различной по индуктивности нагрузкой применяют переключаемые банки водоохлаждаемых конденсаторных батарей. Есть и устройства автоматического переключения емкости. Тиристорные преобразователи частоты традиционно используют для питания мощных ИКН и индукционных плавильных печей, с весом плавки от 0,1 до 110т.

4. Футерованные индукционные катушки

Индуктор для мощного индукционного кузнечного нагревателя представляет собой следующую конструкцию. К навитой с необходимым диаметром и шагом прямоугольной медной трубке припаивают медные шпильки с резьбой. Затем индукционную катушку обматывают киперной лентой из стеклоткани и пропитывают изолирующим лаком. После высыхания лака, на медные шпильки крепят медными гайками стеклотекстолитовые направляющие. Они служат для исключения разрушения катушки от вибрации, создаваемой мощными индукционными полями и придания жесткости всей конструкции. Припаивают или приваривают вводы-выводы электроэнергии и воды.

Внутрь катушки для уплотнения и теплоизоляции вставляют асбест или микалит в виде рулона толщиной несколько мм, а затем задвигают кольца или трубу из жаропрочного материала. Таким материалом может служить жаропрочный бетон, керамика, глинозем и т.п. Так же используются всевозможные окислы редкоземельных элементов. Как уже описано выше, внутри футерованного индуктора размещают направляющие для движения заготовок.

Чем лучше футеровка держит высокую температуру и механические нагрузки, тем дольше она прослужит в условиях высокотемпературного нагрева. Срок службы футеровки может быть различным, от нескольких недель до нескольких месяцев.

В любом случае, покупая автоматический ИКН с футерованным индуктором, подумайте, как вы будете ремонтировать вышедшую из строя футеровку.

Часто индукционные катушки для ИКН имеют многоточечный подвод энергии и воды. Делается это для обеспечения энергетических условий эксплуатации индуктора. Попросту говоря, для того, что бы обеспечить нагрев необходимых заготовок и не расплавить во время работы индуктор.

При нагреве медных и алюминиевых билет большого диаметра иногда закрывают крышками входное и выходное отверстия индуктора. Учитывая большое время нагрева билет, это делается для сохранения тепла внутри индуктора. Таким образом, мы получаем аналог печного нагрева в индукционном исполнении, конечно при большей эффективности нагрева.

5. Меры безопасности

Как бы мы этого не желали, при работе ИКН мощностью несколько мегаватт, сотни киловатт электромагнитной энергии излучаются в окружающее пространство. Мощные магнитные поля иногда даже становятся причиной перекашивания и заклинивания деталей при их движении в индукторе. Они же рассеиваясь в пространстве, могут стать причиной электрических наводок в любом металлическом оборудовании рядом с ИКН, и частях его конструкции. Для экранирования рассеянных полей иногда используют металлический кожух вокруг индукционной катушки. А торцевые части индуктора, где наблюдается максимальная концентрация полей, делают разрезными из металла и даже оснащают системой водяного охлаждения. Для отведения выделяющегося тепла. Понятно, что сам ИКН и все подающее оборудование следует тщательно заземлить. В любом случае, присутствие людей рядом с источником мощного электромагнитного излучения следует ограничивать.

Спецификации на индукционные кузнечные нагреватели смотрите здесь >>>

6. Системы охлаждения

Для нормальной работы любого ИКН необходимо обеспечить его эффективное охлаждение проточной водой. Как правило, для охлаждения силовой электроники ТПЧ используют контур замкнутого водоснабжения с водой максимально очищенной от солей. А для охлаждения индуктора — техническую воду, желательно с минимальным содержанием солей, для исключения засоления индуктора. Требования по входящей температуре воды, как правило, не превышает 40°С. Давление на входе ИКН в пределах 1-3 атм. Его нужно уточнить в Руководстве пользователя на оборудование.

Ни в коем случае нельзя допускать закипания воды, охлаждающей индукционную катушку. Закипание сигнализирует о себе звонким шумом в индукторе. Любое образование пузырьков пара в катушке может привести к выгоранию участка медной трубки. Трубка в индукторе несет большую энергетическую нагрузку, от расплавления ее спасает только постоянное вымывание водой излишков тепла.

Градирни

Для охлаждения индукционных установок большой мощности, как правило, используют градирни. Это установки, в которых охлаждение происходит не только за счет теплообмена, но и за счет испарения воды. Для ускорения испарения воды градирни обязательно оборудуются электрическим вентилятором.

Градирни бывают одноконтурные, когда охлаждающая вода одновременно испаряется, и двухконтурные, когда дистиллированная охлаждающая вода течет по замкнутому контуру из медных трубок, а трубки поливаются испаряющейся водопроводной водой. Двухконтурные градирни дороже одноконтурных, но исключительно экономны по расходу дорогой дистиллированной воды.

При установке градирни в отапливаемом цеху, в нее можно заливать дистиллированную воду. При размещении градирни на улице следует использовать незамерзающую жидкость – антикоррозийный, размагничивающий антифриз на основе диэтанола.

По имеющимся у нас сведениям в России двухконтурные градирни не производятся. По желанию клиентов, ТД «Мосиндуктор» может укомплектовать мощные индукционные кузнечные нагреватели двухконтурными градирнями производства КНР. Градирни имеют различную охлаждающую мощность, которая подбирается соответственно мощности индукционной установки.

При выборе одноконтурной градирни мы всегда сталкиваемся с несоответствием производительности водяного насоса градирни с потребностью индукционного нагревателя. Производительность по воде градирни намного больше. Причем если уменьшить поток воды через градирню, уменьшится ее охлаждающая мощность. В этом случае бывает полезно замкнуть поток воды от насоса градирни на себя. А для подачи охлаждающей воды на индукционную установку использовать дополнительный насос с нужной производительностью. Такой способ подачи воды, в целях экономии электроэнергии, позволяет установить термодатчик и включать насос градирни после превышения заданной температуры в баке, при постоянно включенном насосе подаче охлаждающей воды на индукционную установку.

Чиллеры

Чиллером называется автоматический фреоновый холодильник для воды. Чиллер типа Вода-Воздух сбрасывает тепло в воздух цеха или на улицу. Чиллер типа Вода-Вода отдает тепло проточной воде. Фреоновый насос позволяет удалять тепло с большой эффективностью за счет высокой разницы температур в средах. А так же поддерживает температуру охлаждающей жидкости в заданных пределах при любой температуре проточной воды и воздуха на улице или в цеху.

При выборе охлаждающей производительности чиллера следует учитывать, что фреоновый охладитель должен работать не более трети рабочего времени, а вот насос, подающий охлаждающую воду, работает непрерывно. Только в этом случае можно рассчитывать на длительный ресурс работы чиллера.

Установка чиллера типа Вода-Воздух непосредственно в цеху, позволяет использовать выделяющееся тепло для отопления цеха. Использование чиллера типа Вода-Вода позволяет существенно экономить проточную воду.

Из всех известных систем охлаждения, чиллеры являются самыми высокоавтоматизированными агрегатами, но и самыми дорогими.

При выборе чиллера для системы охлаждения индукционной установки мы так же сталкиваемся с несоответствием производительности водяного насоса чиллера с потребностью индукционного нагревателя. Как правило, производительность по воде чиллера намного больше. Есть два пути решения этой проблемы. Первый это замена насоса чиллера на насос с меньшей производительностью, что в отличие от случая с градирней, не влияет на охлаждающую мощность чиллера. Второй – установка на выходе насоса байпаса, т.е. водяной перемычки с краном регулирующим давление в централи.

Полезная литература

Нужно отметить, что СССР был «Впереди планеты всей» в области индукционного нагрева, собственно наши ученые его и изобрели. А вот после 1988 года автору не попало в руки ни одной новой книги по индукционному нагреву металлов. Однако с 1940 г по 1988 г. в СССР были изданы десятки книги по интересующей нас тематике. Нам удалось собрать библиотеку обо всех областях технологии термической обработки металлов с применением индукционного нагрева токами высокой частоты.

Таких как:

· Физические основы индукционного нагрева.

· Плавка металлов в индукционных плавильных тигельных и канальных печах.

· Плавка и литье сплавов в вакууме.

· Индукционный нагрев металлов для горячей объемной штамповки.

· Автоматические индукционные кузнечные нагреватели.

· Индукционная пайка.

· Поверхностная, сканирующая закалка стали токами высокой частоты.

· Индукционная закалка токами высокой частоты валов и шестерен.

Станьте нашими клиентами, и мы всегда поможем вам серьезной методической литературой в любой области применения индукционного нагрева токами высокой частоты.


Автор статьи директор компании «Мосиндуктор»

(С) 2011 Кучеров Вячеслав Васильевич

Авторские права защищены.

Гарантируется судебное преследование

за размещение статьи на любом сайте

кроме www.mosinductor.ru

Индукционный нагреватель металла своими руками: схема

Нагреватель индукционного типа является незаменимым приспособлением для домашних мастеров, которое позволяет нагревать, закалять и плавить металл. Устройство не требует угля, газа, сооружения специальной печи: нужно лишь подключение к электрической сети. На том, как собрать индукционный нагреватель металла своими руками по схеме и пошаговой инструкции, разберемся в подробностях.

Принцип работы

Индукционный нагрев осуществляется при помощи следующих составляющих:

  • индуктора;
  • генератора;
  • нагреваемого предмета.

В качестве индуктора используется катушка, которую изготавливают из толстой медной проволоки. Посредством этой детали создается магнитное поле. При помощи генератора переменного тока вырабатывается ВЧ поток от обычной электросети 220 В и 50 Гц. Нагревательным элементом может быть любой металлический предмет, который способен поглощать тепловую энергию под воздействием магнитного поля.

Особенность магнитного поля заключается в том, что оно способно менять направление электромагнитных волн на ВЧ. При помещении внутрь поля металлического предмета, происходит нагрев металла без контакта с катушкой, благодаря вихревым токам.

Таким образом удается добиться минимальных потерь при переходе одного вида энергии в другую и при этом получить высокий КПД. Благодаря индукционному способу можно получить довольно быстрый нагрев поверхностных слоев. Например, для нагрева металлической заготовки диаметром около 40 мм и длиной 150 мм понадобится порядка 25 с.

Индукционные нагреватели чаще всего работают на частоте 10 кГц. Именно так удается получить максимальный КПД. Частоту можно регулировать, что зависит от таких показателей:

  • температура нагреваемого предмета;
  • требуемая производительность нагрева;
  • поперечное сечение предмета.

Читайте также: Катушка Тесла своими руками в домашних условиях

Плюсы и минусы

Преимуществ у индукционного нагревателя немало:

  • простота изготовления;
  • высокий КПД;
  • экологичность;
  • возможность работы в различных средах;
  • невысокие затраты на электричество;
  • длительная эксплуатация;
  • надежность.

Что касается недостатков, то таковых практически не существует.

Индукционный нагрев применяется в быттехнике (отопительные котлы, кухонные плиты). Подобное оборудование выделяется простой эксплуатацией, надежностью, высокой эффективностью.

Как сделать индукционный нагреватель

Существуют разные варианты индукционных нагревателей металла, которые можно сделать своими руками по схеме и пошаговой инструкции. Рассмотрим наиболее распространенные из них.

Двухтактная схема

Устройство выполнено из задающего генератора ВЧ на мощных полевых транзисторах. Рабочее напряжение определяется мощностью самих транзисторов. Если последние используются IRFP250, то напряжение должно быть в пределах 12-30 В.

Поскольку во время работы транзисторы будут выделять большое количество тепла, их следует разместить на радиаторе большой площади и применить вентилятор для обдува либо вовсе воду для охлаждения. В холостом режиме самодельный нагреватель потребляет около 10 А, а во время нагрева – минимум 15 А, что говорит о необходимости использования мощного БП не менее чем на 20 А.

Для представленной схемы можно изготовить печатную плату.

Монтаж производим следующим образом:

  1. Наматываем дроссели проводом, покрытым лаковой изоляцией. Кольца можно использовать от компьютерного БП.
  2. Емкости с1-с16 используем металлопленочные, номиналом 0,33 мкФ на 630 В. Их соединяем параллельно рядами. Всего должно получиться 16 шт. Конденсаторы, рассчитанные на меньшее напряжение, лучше не использовать – будут греться.
  3. Монтируем конденсаторы и дроссели на плату. Последние фиксируем при помощи силиконового герметика.
  4. Катушку изготавливаем из медной трубки диаметром 6 мм. Наматываем ее на заготовке диаметром 40 мм, например, на отрезке трубы. Количество витков катушки – 5. Расстояние между крайними витками – 40 мм. Концы катушки загибаем и фиксируем к радиаторам при помощи клемных колодок.
  5. Поскольку в процессе работы катушка будет сильно нагреваться, изготавливаем систему охлаждения. Для этого на концы медной трубки надеваем силиконовые трубки и подключаем их к автомобильному насосу омывателя ветрового стекла.
  6. Для охлаждения теплоотводов монтируем компьютерный вентилятор. Если напряжение нагревателя будет подниматься до 60 В, потребуется более мощный вентилятор и радиаторы.
  7. Для усиления дорожек на плате напаиваем медную проволоку.
  8. Подаем питание от автомобильного АКБ и проверяем работоспособность устройства.

Усиленный вариант

Нагреватель выполнен по схеме обычного ВЧ мультивибратора.

Необходимые детали подбираются согласно схеме. Сборка состоит из таких шагов:

  1. Изготавливаем катушку из 5 мм меди и подготавливаем плату из текстолита.
  2. Монтируем катушку и транзисторы на плату.
  3. Изготавливаем дроссели.
  4. Припаиваем остальные радиокомпоненты по схеме.
  5. Проверяем работоспособность устройства, подавая напряжение от блока питания.

При правильной сборке изделие должно сразу функционировать. В противном случае следует проверить правильность соединений по схеме. Если нет желания самостоятельно собирать, можно приобрести готовый генератор, который справится с нагревом мелких деталей.

Читайте также: Качер Бровина своими руками

С питанием от сети

Для запитки нагревателя от электросети можно собрать схему на IR2153. Для настройки резонанса используется переменный резистор 100 кОм. Для управления частотами требуется дополнительное питание 12-15 В. Дроссель, через который питание подается от сети 220 В, состоит из 20 витков провода 1,5 мм, намотанного на ферритовом сердечнике 8х10 мм. Катушка для нагрева металлических изделий выполняется из толстой проволоки и имеет 10-30 витков, намотанных на оправке 3-10 см. Емкости используются 6х330 нФ на 250 В.

Простая схема

Одним из наиболее простых индукционных нагревателей является устройство, представленное на схеме:

Применяемые транзисторы имеют следующую распиновку:

Сборка выполняется в такой последовательности:

  1. Транзисторы закрепляем на большой теплоотвод. При использовании одного радиатора, транзисторы следует фиксировать через резиновые прокладки и пластиковые шайбы, чтобы избежать замыкания между элементами.
  2. Дроссели наматываем на кольцах из порошкового железа. Их можно взять от компьютерного блока питания. Провод используем 1,2 мм, количество витков – 7-15.
  3. Конденсаторы собираем в виде батареи с общей емкостью 4,7 мкФ. Все элементы между собой соединяем параллельно.
  4. Катушку наматываем проводом 2 мм в количестве 8 витков.
  5. Собираем нагреватель по схеме навесным монтажом либо на плате.

Закончив сборку, устройство при подаче напряжения начинает сразу же работать. В качестве источника питания можно задействовать АКБ на 12 В и 7,2 А. Ток на холостом ходу составляет 6-8 А. Если в контур поместить металлический предмет, потребляемый ток увеличится до 12 А.

Нагреватель на 3кВт

Для того чтобы индукционный нагреватель мог плавить разный металл (алюминий, медь, сталь), потребуется мощное устройство. Его можно собрать также своими руками по аналогии с приведенными схемами.

Компоненты

Основными составляющими мощного нагревателя являются инвертор, драйвер, трансформатор и RLC-контур. Инвертор преобразовывает постоянный ток в переменный. Для мощного устройства его работа должна быть стабильной. Также используется защита МОП-транзистора от перепадов напряжения. При скачках возникают шумы, переключающие изделие на ВЧ, что приводит к перегреву транзистора и его выходу из строя.

В нижней части печатной платы расположены линии с большими токами. Для этого используется несколько слоев меди, что позволяет пропускать токи больших величин, а именно — более 50 А. В конструкции задействуются алюминиевые радиаторы с водяным охлаждением для рассеивания тепла от транзисторов.

Схема инвертора:

Драйвер имеет следующее схематическое решение, которое позволяет самостоятельно останавливаться на частоте резонанса.

Блок конденсаторов имеет номинал 4,4 мкФ и способен выдерживать 300 А. Катушка используется с индуктивностью порядка 1 мкГн. Для крепления конденсаторов следует использовать медную шину, в которой нужно проделать отверстия и паяльником припаять к ним емкости. Затем с каждой стороны конденсаторов необходимо закрепить медные трубки для водяного охлаждения.

Для изготовления трансформатора на кольцах следует выполнить намотку из провода 0,54 мм, состоящего из 64 нитей. Это позволит выдерживать нагрузку в 50 А.

Для рабочей катушки используется трубка 9 мм от холодильника. Катушка состоит из 4-6 витков, намотанных на оправке около 50 мм.

Готовая конструкция имеет вид, как на фото.

С работой устройства на 12 киловатт можно ознакомиться по видео. Основное отличие со схемой на 3 кВт заключается в использовании управляемого микропроцессорного драйвера, более мощных транзисторах и больших радиаторах. Питание нагревателя на 12 кВт осуществляется от сети 220 В.


Из сварочного инвертора

Нагреватель можно выполнить из инвертора для сварки. Однако просто подключить катушку к клеммам устройства нельзя – он попросту выйдет из строя. Чтобы задействовать инвертор в качестве индукционного нагревателя, потребуется сложная переделка, которую невозможно выполнить без знаний в области радиоэлектроники.

Вкратце переоборудование сводится к следующему: первичную обмотку катушки подсоединяют после преобразователя ВЧ инвертора вместо встроенной катушки сварочного прибора. Также нужно будет убрать диодный мост и произвести монтаж конденсаторного блока.

Читайте также: Катушка для удлинителя своими руками

Меры безопасности

При работе с нагревателем индукционного типа нужно учитывать следующие моменты:

  • эксплуатация должна быть крайне аккуратной, поскольку повышается вероятность получения ожогов как от нагреваемых предметов, так и от элементов устройства;
  • создаваемое установкой электромагнитное поле может воздействовать на предметы, расположенные поблизости. Поэтому перед работой рекомендуется убрать такие устройства, как мобильники, цифровые камеры и т.п., а также надеть одежду без металлических элементов.

Ознакомившись с разными вариантами схем и пошаговыми инструкциями по изготовлению индукционного нагревателя металла своими руками, собрать подобное устройство сможет практически каждый желающий. Единственное, что потребуется, так это минимальные умения в обращении с паяльником, а также опыт чтения схем. Правильный подбор элементов и безошибочная сборка устройства позволят получить своеобразную печь для нагрева, закалки и плавки металлических предметов при конструировании или ремонте чего-либо.


Индукционный нагреватель металла своими руками схема

Как выполнить индукционный нагреватель собственными руками?

Электромеханические нагреватели действуют по принципу “получение тока из магнетизма”. В специализированной катушке создается переменое магнитное поле большой мощности, которое порождает вихревые переменные токи в замкнутом проводнике.

Замкнутым проводником в индукционных плитах считается посуда из металла, которая разогревается вихревыми переменными токами. В общем, рабочий принцип этих устройств прост, и если есть наличие маленьких знаний в физике и электрике, собрать индукционный нагреватель собственными руками не будет составлять огромного труда.

Своими силами могут изготавливаться следующие приборы:

  1. Приборы для нагревания носителя тепла в отопительном котле.
  2. Мини-печи для плавки металлов.
  3. Плиты для готовки пищи.

Помимо прочего большая сложность на конструкторском уровне плиты состоит в подборе материала для основания электрической плиты, которое обязано удовлетворять таким требованиям:

  1. Замечательно проводить электромагнитное излучение.
  2. Не являться токопроводящим материалом.
  3. Держать большую температурную нагрузку.

В бытовых варочных индукционных поверхностях применяется элитная керамика, во время изготовления дома индукционной плиты, найти хорошую замену подобному материалу – не легко. Благодаря этому, для начала следует соорудить что-нибудь намного проще, к примеру, индукционную печь для закалки металлов.

Инструкция по изготовлению

Для производства печи потребуются следующие инструменты и материалы:

  • паяльный аппарат;
  • припой;
  • текстолитовая плата.
  • мини-дрель.
  • радиоэлементы.
  • термопаста.
  • реагенты химии для травления платы.

Добавочные материалы и их специфики:

  1. Для производства катушки, которая будет источать нужное для нагревания переменое магнитное поле, нужно приготовить отрезок медной трубки диаметром 8 мм, и длиной 800 мм.
  2. Мощные силовые транзисторы являются очень дорогой частью самодельной индукционной установки. Для установки схемы частотного генератора нужно приготовить 2 подобных элемента. Под эти цели подходят транзисторы марок: IRFP-150; IRFP-260; IRFP-460. Во время изготовления схемы применяются 2 похожих из указанных полевых транзисторов.
  3. Для производства колебательно контура потребуются керамические конденсаторы ёмкостью 0,1 mF и рабочим напряжением 1600 В. Для того, чтобы в катушке появился электрический ток большой мощности, понадобится 7 подобных конденсаторов.
  4. Во время работы подобного индукционного прибора, полевые транзисторы будут сильно прогреваться и если к ним не будут присоединены отопительные приборы из сплава алюминия, то уже через пару секунд работы на самой большой мощности, данные детали поломаются. Устанавливать транзисторы на теплоотводы следует через тоненький слой термопасты, иначе результативность подобного охлаждения будет минимальна.
  5. Диоды, которые применяют в индукционном нагревателе, непременно должны быть ультрабыстрого действия. Самыми приемлимыми для этой схемы, диоды: MUR-460; UF-4007; HER – 307.
  6. Резисторы, которые применяют в схеме 3: 10 кОм мощностью 0,25 Вт – 2 шт. и 440 Ом мощностью – 2 Вт. Стабилитроны: 2 шт. с рабочим напряжением 15 В. Мощность стабилитронов должна составлять не меньше 2 Вт. Дроссель для подключения к силовым выводам катушки применяется с индукцией.
  7. Для питания всего устройства потребуется блок питания мощностью до 500. Вт. и напряжением 12 – 40 В. Запитать это устройство можно от аккумулятора для автомобиля, однако получить самые высокие показания мощности при подобном напряжении не выйдет.

Сам производственный процесс электронного генератора и катушки занимает мало времени и выполняется в этой очередности:

  1. Из трубы из меди выполняется спираль диаметром 4 см. Для производства спирали следует медную трубку намотать на стержень с плоской поверхностью диаметром 4 см. Спираль обязана иметь 7 витков, которые не должны контактировать. На 2 конца трубки припаиваются крепёжные кольца для подсоединения к отопительным приборам транзистора.
  2. Монтажная плата делается по схеме. Если имеется возможность установить полипропиленовые конденсаторы, то в силу того, что подобные элементы обладают очень маленькими потерями и стойкой работой при больших амплитудах колебания стрессов, устройство будет работать более стабильны. Конденсаторы в схеме монтируются параллельно организуя с медной катушкой колебательный контур.
  3. Нагрев металла происходит в середине катушки, как только схема будет подсоединена к блоку питания или аккумулятору. При нагревании металла приходится следить за тем, чтобы не было короткого замыкания обмоток пружины. Если затронуть нагреваемым металлом 2 витка катушки одновременно, то транзисторы ломаются очень быстро.
  1. При выполнении опытов по нагреву и закалке металлов, в середине индукционной спирали температура может быть значительна и составляет 100 градусов по Цельсию. Этот теплонагревательный эффект можно применять для нагрева воды для домашних потребностей или для отапливания дома.
  2. Схема нагревателя рассмотренного выше (рисунок 3), при самой большой нагрузке может гарантировать излучение магнитной энергии в середине катушки равное 500 Вт. Такой мощности недостаточно для нагревания большого объёма воды, а сооружение индукционной катушки большой мощности попросит изготовление схемы, в которой потребуется задействовать довольно дорогие радиоэлементы.
  3. Недорогим решением организации индукционного нагрева жидкости, считается применение нескольких устройств вышеописанных, размещенных постепенно. При этом, спирали должны быть на одной линии и не иметь общего металлического проводника.
  4. В качестве теплообменного аппаратаприменяется труба из нержавейки диаметром 20 мм. На трубу «нанизываются» несколько индукционных спиралей, поэтому, чтобы трубный змеевик оказался внутри спирали и не соприкасался с её виточками. При включении сразу 4 подобных устройств, мощность нагрева как правило составит порядка 2 Квт, что уже довольно для проточного нагрева жидкости при маленькой циркулирования воды, до значений разрешающих задействовать данную конструкцию в снабжении тёплой водой дома небольших размеров.
  5. Если объединить такой ТЕН с отлично изолированным бачком, который станет размещен выше нагревателя, то в результате выйдет бойлерная система, в которой нагрев жидкости будет выполняться в середине нержавеющей трубы, вода которая нагрелась будет подниматься вверх, а её место будет занимать более прохладная жидкость.
  6. Если площадь дома значительна, то кол-во индукционных спиралей может быть увеличено до 10 штук.
  7. Мощность котла такого типа можно не прилагая больших усилий настраивать путём выключения или включения спиралей. Чем больше одновременно включённых секций, тем будет больше мощность работающего аналогичным образом устройства отопления.
  8. Для питания подобного модуля потребуется мощный блок питания. Если имеется в наличии сварочный инвертор непрерывного тока, то из него можно сделать инвертор требуемой мощности.
  9. В силу того, что система не прекращает работу на регулярном электрическом токе, который не будет больше 40 В, работа данного устройства относительно неопасна, основное обеспечить в схеме питания генератора блок предохранителей, которые в случае короткого замыкания обесточат систему, там самым исключив возможность появления пожара.
  10. Можно аналогичным образом организовать “бесплатное” домашнее отопление, при условиях установки для питания электронных приборов батарей аккумулятора, зарядка которых будет выполняться за счёт солнечной энергии и ветра.
  11. Аккумуляторы следует соединить в части по 2 шт., подключённые постепенно. В результате, напряжение питания при подобном подсоединении будет не меньше 24 В., что обеспечит работу котла на большой мощности. Помимо прочего, методичное подключение даст возможность уменьшить силу тока в цепи и сделать больше эксплуатационный период аккумуляторов.

Блиц-советы

  1. Работа самодельных устройств индукционного нагрева, не всегда дает возможность исключить распространение опасного для человека электромагнитного излучения, благодаря этому индукционный котёл следует ставить в помещении не для жилья и экранировать оцинковкой.
  2. В первую очередь во время работы с электротокомнужно выполнять правила техники безопасности, тем более это касается сетей электрического тока напряжением 220 В.
  3. В качестве экспериментаможно сделать электроплиту для готовки пищи по схеме указанной в публикации, но использовать этот прибор регулярно не рекомендуется из-за причины недоработки самостоятельного изготовления экранирования такого устройства, благодаря этому возможно действие на человеческий организм плохого электромагнитного излучения, способного плохо отразиться на здоровье.

Индукционный нагреватель собственными руками

Индукционный нагреватель очень нужная вещь для кузнецов, токарей, слесарей и домашних умельцев. С его помощью всегда без проблем и легко можно подогреть и даже расплавить металл, вам не требуются не дешёвые тепловые носители, такие, как уголь и газ, необходимо только подключить к прибору электричество. Происходит бесконтактный нагрев металла токами высокой частоты, по научному волнами радиочастотного диапазона. Прибор повсеместно используют для термообработки, закалки и гибки деталей, бесконтактной плавки, пайки и сварки, металлов. В ювелирном деле для обработки термическим способом небольших деталей. В медицине для дезинфекции медицинского инструмента. В автомобильном сервисе слесаря греют заржавевшие гайки. Также индуктор устанавливают в индукционных котлах, используемых для отапливания помещений для жилья.

На этом рисунке показана рабочая схема индукционного нагревателя, который вы легко можете выполнить собственными руками.

Схема индукционного нагревателя

Устройство состоит из задающего генератора высокой частоты собранного на 2-ух мощных полевых транзисторах. Напряжение работы генератора зависит от мощности установленных полевых транзисторов. С транзисторами IRFP250 устройство можно питать напряжением от 12 до 30 вольт. А если установить транзисторы IRFP260, тогда напряжение питания можно поднять от 12 до 60 вольт.

Мощность индуктора ощутимо возрастет, температура нагрева металла увеличится более 1000 градусов, что даст возможность плавить металлы. Во время работы транзисторы будут особенно сильно разогреваться, благодаря этому их нужно установить на большие отопительные приборы и установить мощный вентилятор. На холостом ходу индуктор потребляет не меньше 10А, а в исправном состоянии не меньше 15А, естественно требуется высокомощный блок питания минимум на 20А.

На этом рисунке показана монтажная плата индукционного нагревателя.

Также вам потребуются резисторы R1, R2 на 10К мощностью 0.25 Ватт. Резисторы R3, R4 с сопротивлением 470 Ом не меньше 2 Ватт. Диоды D1, D2 ультрабыстрые UF4007 или остальные такие же на самый большой ток до 1А. Стабилитроны VD1, VD2 мощностью не меньше 5 Ватт с напряжением стабилизации 12В к примеру 1N5349 и остальные. Дроссели L1, L2 размером 27х14х11 мм жёлтого цвета с белой полосой я вытащил из компьютерных трансформаторов. На каждый дроссель нужно накрутить 25 витков медного провода диаметром 1 мм лучше всего в лаковой изоляции, если не найдете, подойдёт одножильный провод в полихлорвиниловой изоляции на скорость особо не действует.

Конденсаторы С1-С16 металлоплёночные 0.33 мкФ 630В, соединяются параллельно рядами 4х4, в блоке всего шестнадцать штук. С небольшим рабочим напряжением лучше не устанавливать, будут перегреваться. Между конденсаторами оставляйте маленькое расстояние для отличного охлаждения воздушным потоком.

Дроссели решил наклеить герметиком из силикона, чтобы не болтались.

Основную деталь нагревателя, индуктор я сделал из медной трубки диаметром 6 мм длинною 1 метр. Приобрести такую можно в любом автомобильном магазине типа «Газовщик» и там где торгуют газо-балонным оборудованием для машин. Медную трубку наматываем на кусочек полимерной трубы внешним диаметром 40 мм, подобная труба применяется в пластиковом отоплении. Делаем пять витков, расстояние между верхним краем первого витка и нижним краем пятого витка должно быть 40 мм. Концы трубы изгибаем, как на рисунке и закрепляем к отопительным приборам при помощи 2-ух клемных колодок для провода сечением 16 мм?.

Во время работы индуктор будет сильно разогреваться от раскаленной детали, что может привести к повреждению медной трубки, благодаря этому нужно выполнить охлаждение. На концы медной трубки я одел силиконовые трубки и подключил насос омывателя лобового стекла автомобиля. Насос от ВАЗ 2114 и силиконовые трубки купил в автомобильном магазине. Вышла нормальная гидравлическая система охлаждения.

Чтобы охлаждать отопительные приборы и блок конденсаторов поставил мощный вентилятор от процессора. Для питания от 12 вольт подобного охлаждения в реальности достаточно. Если пожелаете поднять напряжение от 12 до 60 вольт, дабы получить самую большую мощность от индукционного нагревателя, выставьте намного мощнее отопительные приборы и очень производительный вентилятор, к примеру от отопителя салона ВАЗ 2107. Лучше всего выполнить железную шторку оберегающую нагреваемую деталь и медный индуктор от потока нагнетаемого вентилятором холодного воздуха.

Так как индукционный нагреватель потребляет большой ток около 20А, все дорожки на монтажной плате следует улучшить медной проволокой, напаянной сверху.

А сейчас самое любопытное… Проверки индукционного нагревателя я проводил от двенадцати вольтового аккумулятора для автомобиля. Иного источника питания способного выдавать большие токи у меня попросту нет. Лезвие от ножа для канцелярских работ нагрелось до красна за 10 секунд. А это эффективный результат, если взять во внимание, что индуктор запитан только от двенадцати вольт!

Друзья! По желанию собрать индукционный нагреватель собственными руками. Мой вам совет… Сразу ставьте полевые транзисторы IRFP260, большие отопительные приборы и мощный вентилятор от отопителя салона ВАЗ 2107, для питания индуктора в первую очередь применяйте мощный источник питания прекраснее всего начиная от 24В до 60В с силой тока минимум на 20А.

Радиодетали для сборки индукционного нагревателя

  • Транзисторы Т1, Т2 IRFP250 лучше IRFP260 2 шт.
  • Резисторы R1, R2 10K 0.25W 2 шт. R3, R4 470R 2W 2 шт.
  • Диоды D1, D2 ультрабыстрые UF4007 2 шт. или подобные
  • Стабилитроны VD1, VD2 на 12V 1W 1N5349 или подобные 2 шт.
  • Конденсаторы C1-C16 0.33mf 630V 16 шт.
  • Дроссели от компьютерного БП жёлтые с белой полосой, размер 27х14х11 мм 2 шт.
  • Колодка клемная для провода сечением 16 мм? 2 шт.
  • Провод медный в лаковой изоляции d=1 мм длина 2 метра
  • Трубка медная d=6 мм, длина 1 метр
  • Отопительный прибор если больше, то лучше 2 шт.
  • Насос омывателя лобового стекла от ВАЗ 2114 1 шт.
  • Трубка силиконовая 2 метра
  • Вентилятор чем мощнее, тем лучше. Советую от отопителя салона ВАЗ 2107 1 шт.

Друзья, желаю вам удачи и прекрасного настроения! До встречи в новых статьях!

Советую взглянуть видеоролик о том, как выполнить индукционный нагреватель собственными руками

Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов

Схема самодельного индукционного нагревателя

Вот проект индукционного нагревателя металлов самой простой конструкции, он собран по схеме мультивибратора и часто выступает как первый нагреватель, который выполняют радиолюбители.

Рабочий принцип ТВЧ установки

Катушка выполняет высокочастотное магнитное поле, и в железном предмете внутри катушки появляются вихревые токи, которые будут его разогревать. Даже небольшие катушки раскачивают ток около 100 A, благодаря этому параллельно с катушкой, подключена резонансная емкость, которая возмещает ее индукционный характер. Схема катушка-конденсатор должна работать на их резонансной частоте.

ТВЧ катушка рукодельная

Схема принципиальная электрическая

Вот необычная схема генератора индукционного нагревателя, а ниже неё чуть изменённый вариант, по которому и была собрана конструкция мини ТВЧ установки. Ничего дефицитного здесь нет — приобрести нужно будет только полевые транзисторы, задействовать можно BUZ11, IRFP240, IRFP250 или IRFP460. Конденсаторы специализированные высоковольтные, а питание будет от аккумулятора для автомобиля 70 А/ч — он намного лучше будет держать ток.

Проект на изумление оказался успешным — все заработало, хотя и собрано было «на коленке» за час. Особенно порадовало что не просит сеть 220 В — авто аккумуляторы дают возможность питать её хоть в полевых условиях (к слову, может из неё походную микроволновую печь выполнить?). Можно провести эксперимент по направлению чтобы уменьшить напряжение питания до 4-8 В как от литиевых АКБ (для миниатюризации) со сбережением хорошей эффективности нагрева. Тяжелые предметы из металла естественно плавить не выйдет, однако для небольших работ пойдёт.

Ток использования от источника питания 11 А, но после прогрева падает до приблизительно 7 A, так как сопротивление металла при нагревании ощутимо возрастает. И не забывайте сюда задействовать толстые провода, которые способны выдерживать более 10 А тока, иначе провода во время работы станут горячие.

Нагрев отвертки до синего цвета ТВЧ

Нагрев ножа ТВЧ

Другой вариант схемы — с питанием от сети

Чтобы удобнее настраивать отклик можно собрать более совершенную схему с драйвером IR2153. Рабочая частота настраевается регулятором 100к в отклик. Частотами можно управлять в диапазоне приблизительно 20 — 200 кГц. Схема управления нуждается в вспомогательном напряжении 12-15 В от адаптера сети, а силовая часть через диодный мост может быть подключена прямо к сети 220 В. Дроссель имеет около 20 витков 1,5 мм на ферритовом сердечнике 8?10 мм.

Схема индукционного нагревателя от сети 220В

Рабочая катушка ТВЧ должна быть из толстой проволки или лучше медной трубки, и имеет около 10-30 витков на оправке 3-10 см. Конденсаторы 6 х 330n 250V. И то, и другое через определенный промежуток времени очень разогревается. Резонансная частота около 30 кГц. Эта рукодельная установка индукционного нагрева собрана в пластиковом корпусе и не прекращает работу уже больше года.

Навигация по записям

Установка для индукционного нагрева металла, 16 кВт, 380 В, кабель 4 м

Установка для индукционного нагрева металла, 16 кВт, 380 В, кабель 4 м

Аппарат индукционного нагрева. Нагрев происходит за счёт создания магнитного поля в месте контакта металла и наконечника индукционного нагревателя. Индукционный нагреватель разогревает метал точечно, без открытого пламени, что делает работу более безопасной. Для нагрева не являются препятствием лакокрасочные покрытия, ржавчина и пластик. Индукционный нагреватель идеально подходит для нагрева гаек, болтов подвески, стремянок, болтов и гаек рулевого управления, которые заржавели, закисли и не откручиваются обычным способом на всех типах транспортных средств. Индукционный нагреватель может использоваться везде, является безопасной альтернативой газовым горелкам. Аппараты Albatros работают одинаково эффективно как в гаражах, так и в сервисных центрах.
Inductor-16 оборудован системой охлаждения с баком емкостью 20 литров. Охлаждающая система необходима для охлаждения узлов и агрегатов индукционного нагревателя. У данной модели есть два варианта исполнения корпуса — вертикальный или горизонтальный.

Характеристики

Максимальная мощность 16 кВт
Время непрерывной работы (при температуре 25 град и max мощности) 40 мин
Регулировка степени мощности 0-100%, 10 ступеней
Рабочая частота 15-20 кГц.
Длина кабеля 4 м
Длина кабеля электропитания 8 м
Бак системы охлаждения 20 л
Размеры (длина, ширина, высота) 500х600х1110 мм
Вес с охлаждающей жидкостью 145 кг
Электро питание   380В/16A 50/60Гц
Класс защиты IP31
Температура использования 0 – 40 град.

*Производитель оставляет за собой право вносить конструктивные изменения, без дополнительного уведомления.

Наши специалисты ответят на ваши вопросы по тел:
+7 (906) 784 — 33 — 33
e-mail:
skype:autostapel

ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВ МЕТАЛЛОВ

   Этот несложный самодельный прибор основан на нагревании металлов токами Фуко. Нагревает почти все металлы, но в основном используется для нагрева железа. Данный вариант собрал чисто ради изучения принципа работы и нагрева небольших металлических изделий: болты, шайбы, гайки, иглы, и небольшие железные шарики. Конечно данный генератор имеет маленькую мощность в виду того, что использовал низковольтные транзисторы типа КТ805ИМ. Схема силовой части — обычный полумост, служащий источником высокочастотного переменного напряжения, после стоит согласующий трансформатор дающий на индуктор только ток. Индуктор с параллельно соединенным конденсатором, образуют колебательный контур, который должен быть загнан в резонанс. В противном случае нагрева металлов не будет. Драйвер транзисторов реализован на обратноходовом преобразователе ( то есть однотактный. обратный ход это ЭДС первичной обмотки за счет которого происходит генерирование противоположного периода, относительно прямого такта от транзистора) у этого драйвера deadtime отсутствует. И поэтому пришлось использовать дополнительные задерживающие цепочки в базах. Благодаря им нагрев транзисторов снизился на 70%, чем просто подавать на базы транзисторов сигналы через гасящие резисторы — что к этому драйверу пременять нельзя.


   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. Автор: товарищь bvz.

   Форум по технологиям

   Форум по обсуждению материала ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВ МЕТАЛЛОВ


ДАТЧИКИ ПРИБЛИЖЕНИЯ

Изучим разные типы датчиков приближения и объекты, которые они могут обнаруживать.


РАБОТА ЛИТИЕВОГО АККУМУЛЯТОРА

Как работает литий-ионный аккумулятор и чем он отличается по физико-химическим свойствам от других типов. Занимательная теория.



Беспламенный индукционный нагреватель STRONGBEL HIF-1

портативный прибор, индукционного нагрева металла работающий от сети 220В. Используется там, где требуется разогрев металлических деталей, не используя при этом открытый огонь и другие не безопасные источники нагрева. Разогреваемая часть детали, помещается во внутрь насадки, тем самым попадает под действие индукционного поля.

Благодаря гибким индукторам (насадкам), удобен при нагреве части детали, не затрагивая расположенные рядом поверхности, которые могут оплавиться или повредиться, в отличии от работы с газовой горелкой с открытым пламенем. Так же, газовая горелка не может нагреть деталь равномерно со всех сторон, вам необходимо будет постоянно менять положение точки нагрева. 

Технические особенности StrongBEL HIF-1

• Несмотря, на сравнительно, небольшие размеры имеет большой коэффициент полезного действия.

• Сменные индукторы (насадки) не вырабатывают тепла и горячими не становятся. Спираль изолирована термостойким материалом (кремнезёмным шнуром).

• Не выделяет дыма, гари, наиболее экологичен, безопасен в работе, не причиняет вреда окружающим деталям.

• Работа с беспламенным индукционным нагревателем StrongBEL HIF-1 не требует специального обучения пользователя.

Назначение StrongBEL HIF-1

1.Разогрев прикипевших или ржавых крепежных элементов и деталей, которые необходимо разъединить.

2.Выпрямление мелких градовых и других похожих вмятин без покраски не нарушая лакокрасочный слой автомобиля, убирание «хлопунов» на кузовных деталях авто при восстановлении или рихтовке.

3.Выжигание сайленблоков, запрессованных на балках ходовой части автомобиля или другой техники и оборудовании.

4.Термообработка металлических деталей, закалка, отпуск, нормализация.

5.Запрессовка подшипников на горячую посадку, а так же выпрессовку.

6.Снятие небольших клееных герметиками на металл стёкол (форточных).

7.Снятие приклеенных на покрашенный металл спойлеров, молдингов, наклеек.

8.Разогрев поверхности капотов или других плоскостей под покрытие винилом.

9.Удаление ржавчины с металлов и кузова автомобилей путем высокотемпературного скоростного нагрева детали, и отслаивания ржавчины.

10.Удаление лакокрасочного покрытия с металлической поверхности или кузова авто.

11. Работа по замене сантехнических систем отопления и канализации. 

Комплектация:

Индукционный Нагреватель StrongBEL HIF-1                      -1шт.

Насадка Диаметром 23мм.                                                 -1шт.

Насадка диаметром 28мм.                                                 -1шт.

Насадка диаметром 36мм.                                                 -1шт

Насадка гибкая 1м.                                                             -1шт.

Металлический ящик                                                          -1шт.

Инструкция по эксплуатации                                               -1шт.

Опции:

По дополнительному запросу можем изготовить насадки нестандартных размеров.

Технические характеристики StrongBEL HIF-1
 Рабочее напряжение, В 220/50
 Потребляемая мощность, кВт 1.5
 Рабочая частота, кГц 25-60, автоматическая настройка
 КПД, % 90
 Продолжительность нагрузки, % 50
 Защита от короткого замыкания +
 Принудительное охлаждение +
 Нагрев конструкционной стали, С 800
 Время нагрева до 800С (Сек),(Зависит от размера нагреваемого объекта) 10-65
 Степень защиты IP21
 Размеры (ДxВxШ), мм 450x55x60
 Масса, кг 2.5

Внимание — Важно!

Индуктора состоят из медной проволоки — с ней ничего не будет, изнашивается кремнезёмный шнур (расходный материал).

Всё зависит от того, как пользоваться индуктором! Если оставлять зазор между индуктором и нагреваемым элементом по периметру в 1-2мм. — тогда прослужит долго, может год. Если индуктора будут прижимать вплотную к гайкам — тогда может перетереться быстро. Так же нельзя использовать его, когда индуктор соприкасается с маслом, смазкой густой и т.д., тогда происходит припекание шнура и он разрывается. В этом случае нельзя прикасаться оголённым местом к металлу иначе произойдёт короткое замыкание.

Прибор ремонтно пригодный, но сделать его можно только на месте в сервисе. Прибор для ремонта придётся передавать производителю и это не будет являться гарантийным случаем.

Упаковка, вид:





Индукционный нагрев: черные и цветные металлы

Четверг Сентябрь 29, 2016

Мы получаем много вопросов о том, полезен ли индукционный нагрев для различных применений, таких как пайка меди. Медь является цветным металлом, и индукционный нагрев работает только с черными металлами, поэтому пайка меди не подходит для продуктов индукционного нагрева серии Mini-Ductor ® или Inductor ® , но они идеально подходят для удаления наконечников и колесные гайки, потому что они сделаны из стали, черного металла.

Ниже приводится обзор свойств черных и цветных металлов.

Краткий ответ

Черные металлы и сплавы содержат железо, а цветные металлы — нет. Однако все немного сложнее. И черные, и цветные металлы имеют свои отличительные свойства, которые определяют, для каких областей применения они лучше всего подходят.

Черные металлы

Черные металлы включают легированную сталь, углеродистую сталь, чугун и кованое железо.Основные характеристики этих металлов — их прочность на разрыв и долговечность. Вы можете найти черные металлы в строительстве (включая небоскребы и мосты), автомобилях, транспортных контейнерах, рельсах для железных дорог и многих инструментах и ​​оборудовании, которые вы найдете у себя дома.

Свойства черных металлов

При создании черных металлов используется большое количество углерода, поэтому большинство из них уязвимо для ржавчины. Хотя не все черные металлы (такие как кованое железо и нержавеющая сталь) чувствительны к окислению, есть вероятность, что если они ржавеют, то это будут черные металлы.Большинство черных металлов также обладают магнитными свойствами, хотя лишь некоторые из них, называемые ферромагнитными материалами, обладают значительными магнитными свойствами. Эти материалы включают никель, железо и кобальт. Эти материалы могут намагничиваться под воздействием внешнего магнитного поля. Их магнитные свойства делают их очень полезными для производства таких вещей, как большие двигатели и электрические приборы.

Цветные металлы

Цветные металлы включают алюминий, медь, латунь, никель, олово, свинец и хром (хром), а также драгоценные металлы, такие как золото и серебро.Хотя некоторые цветные металлы довольно прочные, их обычно используют из-за других свойств, которых нет у черных металлов.

Свойства цветных металлов

Цветные металлы намного легче черных металлов, поэтому они хорошо подходят для таких отраслей, как авиация и консервная промышленность. Они также более устойчивы к ржавчине и коррозии, поэтому их часто используют для таких предметов, как кровля, водопроводные трубы и дорожные знаки. Наконец, цветные металлы не обладают магнитными свойствами, что делает их ценными для использования в электропроводке и небольшой электронике.

Применение индукционного нагрева

Индукционный нагрев наиболее эффективен для черных металлов из-за его магнитных свойств. Однако индукционный нагрев также может несколько нагреть алюминий, чего часто бывает достаточно для удаления наклеек, винила и наклеенной отделки. Если вы не уверены, подойдет ли индукционный нагрев для вашего приложения, свяжитесь с нами, чтобы узнать.

Свяжитесь с нами, чтобы узнать больше об индукционном нагреве черных металлов.

IHG20AB Высокочастотный индукционный нагреватель 50–250 кГц 20 кВт

Примечание. Эта модель имеет трехфазное напряжение 460–480 Вольт.

Серия IHG Высокочастотные индукционные нагреватели от 100 кГц до 1100 кГц являются одними из последних продуктов, разработанных Across International. Они могут быстро нагревать большинство металлов, которые другие частоты не могут эффективно нагревать, например алюминий и металлические порошки. И однозначно они могут нагревать детали на расстоянии. Эти нагреватели являются идеальными инструментами для отжига тонкой стальной проволоки (например, используемой в стоматологии), закалки малых валов, пайки твердосплавных пильных полотен и плавления металлических порошков.

Индукционный нагрев включает не внешнее приложение тепла, а внутреннее тепловыделение в самой заготовке. Этот процесс не требует длительных периодов нагрева и позволяет ограниченное количество тепла локально и точно по времени, таким образом достигая высокой степени эффективности и максимального использования энергии. По сравнению с традиционными методами нагрева, индукционный нагрев обеспечивает максимальный уровень качества и эффективности в практически неограниченном диапазоне применений.


Основные принципы индукционного нагрева применяются в производстве с 1920-х годов. Во время Второй мировой войны технология быстро развивалась, чтобы удовлетворить насущные потребности военного времени в быстром и надежном процессе упрочнения металлических деталей двигателя. В последнее время акцент на бережливых производственных технологиях и упор на улучшенный контроль качества привели к новому открытию индукционной технологии, наряду с разработкой полностью контролируемых твердотельных индукционных источников питания.Что делает этот метод нагрева таким уникальным? В наиболее распространенных методах нагрева к металлической части непосредственно прикладывают горелку или открытое пламя. Но при индукционном нагреве тепло фактически «индуцируется» внутри самой детали за счет циркулирующих электрических токов. Поскольку тепло передается продукту посредством электромагнитных волн, деталь никогда не контактирует напрямую с пламенем, сам змеевик не нагревается, и продукт не загрязняется. При правильной настройке процесс становится очень повторяемым и управляемым.

КАК ДЕЙСТВУЕТ ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВ

Как именно работает индукционный нагрев? Это помогает получить базовое представление о принципах электричества. Когда переменный электрический ток подается на первичную обмотку трансформатора, создается переменное магнитное поле. Согласно закону Фарадея, если вторичная обмотка трансформатора находится в магнитном поле, индуцируется электрический ток.

В базовой установке индукционного нагрева твердотельный высокочастотный источник питания передает переменный ток через медную катушку, а нагреваемая часть помещается внутри катушки.Катушка служит первичной обмоткой трансформатора, а нагреваемая часть становится вторичной обмоткой короткого замыкания. Когда металлическая деталь помещается в индукционную катушку и попадает в магнитное поле, внутри детали индуцируются циркулирующие вихревые токи. Эти вихревые токи текут против удельного электрического сопротивления металла, генерируя точное и локализованное тепло без какого-либо прямого контакта между деталью и катушкой.

ВАЖНЫЕ ФАКТОРЫ, КОТОРЫЕ СЛЕДУЕТ УЧИТАТЬ
Эффективность системы индукционного нагрева для конкретного применения зависит от нескольких факторов: характеристик самой детали, конструкции индукционной катушки, мощности источника питания и степени нагрева. изменение температуры, необходимое для применения.

МЕТАЛЛ ИЛИ ПЛАСТИК
Во-первых, индукционный нагрев работает напрямую только с проводящими материалами, обычно с металлами. Пластмассы и другие непроводящие материалы часто можно нагревать косвенно, сначала нагревая проводящий металлический приемник, который передает тепло непроводящему материалу.

МАГНИТНЫЙ ИЛИ НЕМАГНИТНЫЙ
Магнитные материалы легче нагревать. Помимо тепла, вызванного вихревыми токами, магнитные материалы также выделяют тепло за счет так называемого эффекта гистерезиса.Во время процесса индукционного нагрева магниты, естественно, оказывают сопротивление быстро меняющимся электрическим полям, и это вызывает достаточное трение, чтобы обеспечить вторичный источник тепла. Этот эффект перестает проявляться при температурах выше «точки Кюри» — температуры, при которой магнитный материал теряет свои магнитные свойства. Относительное сопротивление магнитных материалов оценивается по шкале «проницаемости» от 100 до 500; в то время как немагнитные материалы имеют проницаемость 1, магнитные материалы могут иметь проницаемость до 500.

ТОЛЩАЯ ИЛИ ТОЛЩАЯ
В случае проводящих материалов около 80% теплового эффекта происходит на поверхности или «коже» детали; интенсивность нагрева уменьшается по мере удаления от поверхности. Поэтому мелкие или тонкие детали обычно нагреваются быстрее, чем большие толстые, особенно если более крупные детали необходимо нагреть полностью. Исследования показали взаимосвязь между глубиной проникновения нагрева и частотой переменного тока. Частоты от 100 до 400 кГц производят относительно высокоэнергетическое тепло, идеально подходящее для быстрого нагрева небольших деталей или поверхности / кожи больших деталей.Было показано, что для глубокого проникающего тепла наиболее эффективными являются более длительные циклы нагрева с частотой от 5 до 30 кГц.

СОПРОТИВЛЕНИЕ
Если вы используете один и тот же индукционный процесс для нагрева двух кусков стали и меди одинакового размера, результаты будут совершенно разными. Почему? Сталь — наряду с углеродом, оловом и вольфрамом — имеет высокое электрическое сопротивление. Поскольку эти металлы сильно сопротивляются току, быстро накапливается тепло. Металлы с низким удельным сопротивлением, такие как медь, латунь и алюминий, нагреваются дольше.Удельное сопротивление увеличивается с увеличением температуры, поэтому очень горячая сталь будет более восприимчива к индукционному нагреву, чем холодная.

КОНСТРУКЦИЯ ИНДУКЦИОННОЙ КАТУШКИ
Именно внутри индукционной катушки создается переменное магнитное поле, необходимое для индукционного нагрева, через поток переменного тока. Таким образом, конструкция змеевика — один из наиболее важных аспектов всей системы. Хорошо спроектированная катушка обеспечивает правильный режим нагрева для вашей детали и максимизирует эффективность источника питания индукционного нагрева, при этом позволяя легко вставлять и извлекать деталь.

Индукционные катушки обычно изготавливаются из медных трубок — очень хороших проводников тепла и электричества — диаметром от 1/8 дюйма до 3/16 дюйма; более крупные медные змеевики в сборе предназначены для таких применений, как нагрев полосы металла и нагрев труб. Индукционные змеевики обычно охлаждаются циркулирующей водой и чаще всего изготавливаются по индивидуальному заказу, чтобы соответствовать форме и размеру нагреваемой детали. Таким образом, катушки могут иметь один или несколько витков; иметь винтообразную, круглую или квадратную форму; или быть спроектированным как внутреннее (часть внутри катушки) или внешнее (часть рядом с катушкой).Существует пропорциональная зависимость между величиной протекающего тока и расстоянием между катушкой и деталью. Размещение детали близко к катушке увеличивает ток и количество тепла, индуцируемого в детали. Это соотношение называется эффективностью связи катушки.

Схема простого индукционного нагревателя своими руками

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 пустая трата энергии. В этом проекте мы будем напрямую использовать этот нагревательный эффект и постараемся максимизировать нагревательный эффект, 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 резервуара 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 течь 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 схемы 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, когда она работает. 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 старый насос для аквариума был помещен в ящик с водой, и к выходному патрубку прилегала труба. Эта труба поступала в 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 вентилируемом 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 высокие напряжения. 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 массив большего размера, 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 будут по-разному реагировать 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:
Температура 20 г стали повысится 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 работало, 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 предотвратят колебания системы.Вероятно, IGBT не будут работать, но большинство полевых МОП-транзисторов с аналогичными характеристиками должны работать нормально. 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 потребуется 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 делу логически; Если он не работает, проверьте, что используемые компоненты не неисправны, проверьте правильность соединений, прочтите всю эту статью и все комментарии, выполните поиск в Google, если вы не понимаете какие-либо термины, или прочитайте 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 нагрев — обзор

12.2 Принципы индукционного нагрева черных и магнитных материалов

Индукционный нагрев использует переменное магнитное поле для индукции энергии в электропроводной среде.Несколько физических законов вовлечены в объяснение этого сложного явления.

Уравнения Максвелла определяют, как индуцированные токи генерируются и распределяются внутри нагреваемого материала под действием электромагнитного поля, в то время как закон Фурье можно использовать для оценки теплового поля. Закон Ома и закон Джоуля-Ленца также имеют отношение к индукционному нагреву. Особые свойства материала, такие как магнитная проницаемость и теплоемкость, также играют важную роль.

Подробное обсуждение общих принципов индукционного нагрева широко доступно в литературе, к которой отнесен читатель [3,4].Далее следует краткое изложение, объясняющее фундаментальный процесс, который позволяет железным и магнитным частицам внутри асфальтовой смеси нагреваться внешним источником — индуктором — и создавать переменное магнитное поле через катушку. Нагреваемый объект обычно называют заготовкой. Нет контакта между заготовкой и индукционной катушкой.

Согласно четвертому уравнению Максвелла, если электрический ток течет в проводнике, он создает магнитное поле в окружающем пространстве (т.е.е., медный провод, подключенный к аккумулятору). Если ток изменяется со временем, магнитное поле, создаваемое током, также изменяется со временем. Третье уравнение Максвелла определяет электродвижущую силу, создаваемую изменением магнитного потока во времени (то есть частотой индукционного нагрева). Если объект-проводник (то есть железный материал) находится в электромагнитном поле, он будет подвергаться воздействию индуцированных токов в соответствии с законом Ома. Когда на проводник подается напряжение (т. Е., электродвижущая сила), то между любыми двумя точками проводника должен протекать ток. Эти токи обычно называют вихревыми токами. Количество тока, протекающего между двумя точками, зависит, среди прочего, от удельного сопротивления проводника. Вихревые токи генерируют мощность в заготовке, и ее рассеяние вызывает нагрев в соответствии с эффектом Джоуля и, как следствие, повышение температуры. В конечном итоге тепло или тепловая энергия распределяется в соответствии с тепловыми свойствами материала (т.е.е., удельная теплоемкость и теплопроводность). Некоторые материалы изменяют свои свойства в зависимости от температуры, что приводит к изменению всего процесса нагрева за время индукции. Изменение удельного сопротивления, например, влечет за собой, что для нагрева стали на один градус требуется больше энергии, когда она горячая, по сравнению с тем, когда она холодная. Точно так же теплопроводность уменьшается с повышением температуры для некоторых материалов.

Изменение частоты индукционного нагрева в источнике влияет на глубину проникновения в заготовку; низкие частоты (т.е.например, 10–50 Гц) обычно гарантируют более глубокое проникновение, в то время как высокие частоты (например, 50–500 Гц) вызывают более быстрый нагрев поверхности.

В ферромагнитных материалах гистерезисные потери также играют роль во время индукционного нагрева. Переменное электромагнитное поле генерирует колебания магнитных диполей материала, поскольку полярная ориентация непрерывно изменяется в каждом цикле. Незначительное количество тепла генерируется трением, возникающим при колебаниях диполей (гистерезис).

Обычно ферромагнитные материалы демонстрируют гистерезисные потери до определенной температуры, известной как температура Кюри; после этого они становятся немагнитными, и гистерезис больше не возникает. Большинство материалов, используемых для индукционного нагрева асфальта, имеют температуру Кюри выше 600–700 ° C; как далее объясняется в следующих разделах, индукционный нагрев асфальта требует быстрого повышения температуры и способен снизить вязкость битума, окружающего микротрещины.Максимальная температура системы в асфальтовых материалах обычно не превышает 80–90 ° C. Потери на гистерезис создают дополнительное тепло в ферромагнитных материалах, используемых для восстановления асфальта, хотя, по оценкам, гистерезис производит от 6% до 8% общего тепла [4].

Асфальт является непроводящим материалом, и индукционный нагрев не работает, если в состав смеси не добавлены проводящие порошки, волокна или специальные заполнители. Нагревание куска «проводящего» асфальта с помощью индукции также сильно отличается от нагрева непрерывного, плотного и однородного куска металла.Проводящий материал, добавляемый в асфальт, далеко не диспергирован однородно из-за неоднородности асфальта, который включает в себя пустоты и агрегаты различных размеров. Микротрещины могут образовываться где угодно; если в непосредственной близости от трещины нет проводящего материала, она не заживет из-за индукционного нагрева.

Кроме того, при индукционном нагреве сплошной и сплошной стальной детали на поверхности выделяется тепло (скин-эффект), которое затем передается внутрь за счет теплопроводности материала.Если нет непрерывности между проводящими частицами в асфальтовой смеси, тогда теплопроводность проявляется между очень разными материалами; некоторые из них имеют очень низкую способность передавать тепло (например, битум и заполнитель), в то время как другие имеют высокую теплопроводность (т.е. проводящие частицы). Это дополнительно увеличивает количество исследуемых переменных и снижает эффективность всего процесса, следовательно, требуется больше мощности на входе.

Одной из целей расширения использования этой технологии на дорогах является использование малой мощности для быстрого генерирования тепла, достаточного для снижения вязкости битума и заполнения микротрещин.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Индукционный нагрев — Digilent Blog

Знаете ли вы, что можно плавить металл с помощью магнитных полей? Это кажется довольно безумным, но возможно.

Как это работает

Так как это работает? Большое количество переменного тока проходит через медную катушку, которая охлаждается водой, чтобы не перегреться. Большой ток в катушке генерирует сильные магнитные импульсы. Эти магнитные импульсы заставляют электроны течь внутри куска металла.Этот внутренний поток электронов называется вихревым током. Частота магнитных импульсов настраивается в зависимости от размера объекта и состава материала. Правильная настройка частоты импульсов вызывает более сильные вихревые токи. Естественное электрическое сопротивление металла и сильные вихревые токи в конечном итоге делают металл достаточно горячим, чтобы плавиться.

Полезные приложения

Индукционный нагрев — обычное дело в промышленном мире. Его можно использовать в самых разных сферах, таких как промышленные печи, сварка, приготовление пищи, термосварка, термообработка и т. Д.Индукционный нагрев популярен, потому что он более энергоэффективен для некоторых приложений, а нагревательные элементы более гибкие. Традиционные нагревательные элементы, основанные на конвекции и теплопроводности, должны быть обработаны до определенных размеров и форм. Индукционные нагреватели работают до тех пор, пока рассматриваемый объект помещается в катушку. Еще одно интересное преимущество индукционного нагрева — его использование в вакууме. Тепло нуждается в среде, через которую оно может распространяться, поэтому передача тепла почти в вакууме практически невозможна.С другой стороны, магнитные поля не имеют проблем с перемещением в вакууме, поэтому индукционные нагреватели популярны из-за того, что особый металл подвержен окислению во время их производства.

Если вы хотите узнать больше или попробовать создать свой собственный мини-индукционный нагреватель, ознакомьтесь с этим руководством о том, как это сделать.

Применение индукционного нагрева в металлургической промышленности

12 апреля 2016 г., Опубликовано в статьях: EE Publishers, Статьи: Energize, Рекомендуемые: Energize

Майка Рикрофта, редактора функций, EE Publishers

Индукционный нагрев широко используется в металлургических процессах, включая плавку, термообработку и т. Д.Электроника высокой мощности сделала возможным все, что угодно. В этой статье рассматриваются некоторые из последних разработок.

Индукционный нагрев используется в самых разных областях, от больших плавильных печей емкостью в несколько тонн до небольших прецизионных устройств для термообработки, требующих тщательного контроля процессов. Индукционный нагрев позволяет точно контролировать процессы и экономить энергию по сравнению с другими методами нагрева. Системы доступны сегодня в широком диапазоне рабочих частот и уровней мощности.

Принципы

Индуктивный нагрев заключается в индукции переменного электрического тока в проводящей детали или расплаве с помощью переменного магнитного поля. Электрические токи (вихревые токи) производят тепло за счет резистивных эффектов в заготовке, а эффекты гистерезиса добавляют к теплу в магнитных материалах. Между источником энергии и заготовкой нет физического контакта. В простой форме принцип показан на рис. 1.

Рис.1: Принцип индукционного нагревателя [1].

Рабочие катушки варьируются по сложности от простой спиральной намотки (или соленоида), состоящей из нескольких витков медной трубки, намотанной вокруг оправки, до катушки, изготовленной с высокой точностью из твердой меди и спаянной вместе. В индукционных плавильных печах используются большие змеевики, встроенные в структуру печи.

Система индукционного нагрева будет состоять из нескольких компонентов, как показано на рис. 2.

  • Источник питания обеспечивает переменный ток переменной частоты для нагревательной катушки.
  • Трансформатор переключения позволяет изменять напряжение, подаваемое на контур бака и нагревательную катушку, поскольку полное сопротивление нагревательной катушки изменяется в зависимости от температуры, а также от типа и размера используемой катушки.
  • Цепь резервуара согласовывает сопротивление источника питания с сопротивлением катушки, чтобы обеспечить передачу максимальной мощности на нагреватель.
  • Система водяного охлаждения обеспечивает циркуляцию охлаждающей воды через змеевик.
  • Система контроля температуры регулирует мощность источника питания для контроля температуры.
  • Система управления напряжением и частотой контролирует напряжение, подаваемое в контур резервуара, и частоту источника питания, чтобы гарантировать, что работа на резонансной частоте или близкой к ней поддерживается.

Рис. 2: Типичная система индукционного нагрева.

Основное назначение конструкции — передать максимальное количество энергии от источника к заготовке за необходимое время. Это будет зависеть от нескольких факторов.

Передача энергии и рабочая частота

Частота

Скорость нагрева заготовки или печи зависит от частоты индуцированного тока, интенсивности индуцированного тока, удельной теплоемкости материала, магнитной проницаемости материала и сопротивления материала потоку. тока.

Выбор рабочей частоты

Рабочая частота влияет на скорость передачи энергии, а также на глубину нагрева детали. Размер заготовки и область нагрева определяют рабочую частоту индукционной системы. Как правило, чем больше размер обрабатываемой детали, тем ниже частота, а чем меньше размер обрабатываемой детали, тем выше частота. Рабочая частота определяется емкостью цепи резервуара, индуктивностью катушки и свойствами материала детали.

Частота ( F ) должна выбираться в сочетании с мощностью ( P ) и временем нагрева ( T ). Значения F , P и T описывают индукционный процесс. Тщательные теоретические и экспериментальные исследования привели к разработке рекомендаций по выбору частоты для различных приложений, включая контурное упрочнение зубчатых колес и других деталей сложной геометрии [3].

Доступны практически любые комбинации мощности (до нескольких МВт на блок) и частоты (до нескольких МГц) за счет разработки твердотельных источников питания с высоким КПД и небольшими габаритами.Небольшие твердотельные блоки питания имеют частоты до 5 МГц и выше. Доступны компьютерные программы, которые могут точно моделировать процесс индукционной термообработки. Эти разработки помогают удовлетворить повышенные требования к термообработке в отношении производительности и качества деталей (твердость, глубина, рисунок, деформация и т. Д.), А также требованиям многих новых технологий и приложений, которые предъявляют особые требования к выбору частоты [ 3]. Ассортимент доступных систем показан на рис.3.

Рис. 3: Зависимость мощности от частоты для коммерческих твердотельных источников питания
(источник: EFD Induction).

Скин-эффект и частота

Индукционный нагрев происходит, когда в заготовке индуцируется вихревой ток, который плохо проводит электричество. Чтобы процесс индукционного нагрева был эффективным и практичным, должны соблюдаться определенные отношения между частотой электромагнитного поля, создающего вихревые токи, и свойствами заготовки.Основная природа индукционного нагрева заключается в том, что вихревые токи возникают на внешней стороне заготовки при нагреве, который часто называют «скин-эффектом».

Поскольку почти все тепло производится на поверхности, вихревые токи, протекающие в цилиндрической заготовке, будут наиболее интенсивными на внешней поверхности, в то время как токи в центре незначительны. Глубина нагрева зависит от частоты переменного поля, удельного электрического сопротивления и относительной магнитной проницаемости заготовки.Чем выше частота, тем более выраженным будет скин-эффект.

Исследования показали взаимосвязь между частотой переменного тока и глубиной проникновения нагрева: чем выше частота, тем меньше нагрев детали. Частоты от 100 до 400 кГц производят относительно высокоэнергетическое тепло, идеально подходящее для быстрого нагрева небольших деталей или поверхности / кожи больших деталей. Было показано, что для глубокого проникающего тепла наиболее эффективными являются более длительные циклы нагрева на более низких частотах от 5 до 30 кГц [4].

Скин-эффект с успехом используется при термообработке компонентов, требующих поверхностного упрочнения, например, когда требуется только твердость поверхностного слоя. Показано, что индукционная закалка имеет много преимуществ по сравнению с традиционными методами поверхностной закалки и применяется во многих отраслях промышленности.

Автоматическая настройка на резонансную частоту

Максимальная мощность передается, когда на нагревательную катушку и связанные с ней конденсаторы подается переменный ток на резонансной частоте цепи резервуара нагревательной катушки.Цепь резервуара состоит из индуктивного компонента, самой катушки и последовательно или параллельно настраиваемой конденсаторной батареи для создания цепи с переменной резонансной частотой.

Рис. 4: Пример вертикальной индукционной закалки.

Вставка заготовки в катушку изменяет индуктивность нагревательной катушки и, следовательно, ее резонансную частоту. Черные и другие магнитные предметы будут иметь большое влияние на индуктивность, тогда как цветные металлы будут иметь ограниченное влияние.Вставка заготовки также влияет на общую резистивную составляющую эквивалентной схемы. Свойства заготовки также могут изменяться в зависимости от температуры.

Для поддержания максимальной передачи энергии во время работы требуется изменение частоты источника питания во время работы, чтобы поддерживать нагреватель и контур резервуара на резонансной частоте. В современных системах это выполняется автоматически, путем контроля напряжения, тока и фазового угла, подаваемого на нагревательную катушку, и регулировки частоты для достижения единичного коэффициента мощности или нулевого фазового угла.Все чаще используется цифровое управление. Блок вручную настраивается на начальную резонансную частоту, а затем частота автоматически регулируется во время процесса нагрева.

Мощность блока питания

Размер индукционного источника питания, необходимый для нагрева конкретной детали, можно легко рассчитать. Во-первых, необходимо определить, сколько энергии необходимо передать заготовке. Это зависит от массы нагреваемого материала, удельной теплоемкости материала и требуемого повышения температуры.Также следует учитывать тепловые потери от теплопроводности, конвекции и излучения [4].

Плавильные индукционные печи

Индукционные печи вырабатывают тепло без горения. Переменный электрический ток от индукционной силовой установки течет в печь и проходит через змеевик, сделанный из полых медных труб. Это создает электромагнитное поле, которое проходит через огнеупорный материал и соединяется с проводящей металлической загрузкой внутри печи. Это заставляет электрический ток течь внутри самого металлического заряда, выделяя тепло, которое быстро вызывает плавление металла.Хотя некоторые поверхности печи могут стать достаточно горячими, чтобы представлять опасность ожога, при индукции загрузка нагревается напрямую, а не в печи [3].

Типичная индукционная плавильная печь без сердечника показана на рис. 5.

Электроэнергия для индукционных катушек подается от трехфазной линии высокого напряжения и высокого тока. Сложность источника питания, подключенного к индукционным катушкам, зависит от типа печи и ее использования. Хотя некоторые типы и размеры индукционных печей могут использовать частоту сети напрямую, для большинства плавильных печей без сердечника требуется источник питания с переменной частотой от средней до высокой (в диапазоне от 1 Гц до 20 кГц).

Рис. 5: Индукционная печь без сердечника [1].

Источник питания для индукционного нагревателя поступает от преобразователя частоты, работающего по тому же принципу, что и частотно-регулируемый привод, используемый с двигателями. Переменный ток от трансформатора подается на выпрямитель электронной схемы печи. Это преобразует переменный ток в постоянный, напряжение сглаживается дросселем, а затем подается на инвертированную секцию печи. Здесь постоянный ток преобразуется в высокочастотный переменный ток, который подается на катушку.Мощность индукционных плавильных печей варьируется от нескольких сотен ватт до нескольких МВт.

Повышение частоты переменного тока, протекающего через индукционные катушки, увеличивает количество энергии, которое может быть приложено к печи заданного размера. Это, в свою очередь, означает более быстрое плавление. Бессердечная печь емкостью 10 т, работающая на частоте 50 Гц, может расплавить свою емкость за два часа. При частоте 275 Гц та же печь может расплавить полную загрузку 10 тонн за 26 минут или в четыре раза быстрее. Дополнительным преимуществом работы с более высокой частотой является то, что печи можно запускать с использованием менее объемного лома и их можно полностью опорожнять между плавками.Трансформаторы, инверторы и конденсаторы, необходимые для «настройки» частоты, необходимой для высокоэффективных индукционных печей, могут представлять серьезную электрическую опасность [2].

Индукционные печи без сердечника

Индукционная печь без сердечника представляет собой футерованный огнеупорным материалом сосуд с индукционными нагревательными змеевиками, окружающими огнеупорный тигель. В этом сосуде обычно плавят металлическую шихту, состоящую из лома, чугуна и ферросплавов [5].

Канальные печи

В канальной печи индукционный нагрев происходит в «канале», относительно небольшой и узкой области на дне основной ванны.Канал проходит через многослойный стальной сердечник и вокруг узла змеевика. Печи Chanel обычно используются в качестве раздаточных печей в процессе литья металла, и мощность должна быть достаточной только для поддержания металла в расплавленном состоянии.

Вакуумные индукционные плавильные печи (ВИМ)

Вакуумные печи стали возможны благодаря индукционному нагреву. Они используются в основном при производстве сплавов, требующих тщательного контроля состава и качества, а также при рафинировании сплавов.VIM работает под вакуумом, что предотвращает загрязнение и окисление сплава. VIM также позволяет точно контролировать температуру в процессе легирования.

Термическая обработка

Индукционные нагреватели дорогостоящие используются для термической обработки металлических деталей. Возможность конструировать нагревательные спирали нестандартной формы в соответствии с требованиями к заготовке, а также тщательный контроль температуры дает преимущество перед другими методами.

Конструкция нагревательного змеевика

Конструкция нагревательного змеевика — сложный предмет, зависящий от многих факторов, таких как частота, передача мощности, глубина нагрева, форма нагреваемого объекта, и здесь он не будет рассматриваться подробно.Все конструкции в основном содержат змеевик той или иной формы вокруг или внутри нагреваемого объекта.

Змеевик обычно изготавливается из медных трубок. Скин-эффект заставляет большую часть тока течь по коже или поверхности металла на средних и высоких частотах, поэтому для снижения сопротивления нет необходимости в твердом проводнике. Кроме того, использование трубок позволяет пропускать охлаждающую воду через змеевик. Возможно изготовление катушек по индивидуальному заказу для конкретных применений, но также использование скин-эффекта и охлаждения.

Список литературы

[1] Амбрелл: « Об индукционном нагреве », http://goo.gl/FG17LH
[2] В. Гандевар: «Индукционная печь — обзор », International Journal of Engineering and Technology Vol. 3 (4), 2011, 277-284, www.enggjournals.com/ijet/docs/IJET11-03-04-06.pdf
[3] Промышленное отопление: «Выбор частоты для операций индукционной термообработки », http://goo.gl/LeS1XL
[4] Индукционные атмосферы: « Что такое индукционный нагрев », www.gh-ia.com/induction_heating.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *