Индукционная печь схема: Схемы индукционных печей. Принцип работы индукционных печей

Содержание

Индукционная печь своими руками – сборочные элементы и нюансы технологии

Индукционные печи были изобретены аж в 1887 году. И уже через три года появилась первая промышленная разработка, с помощью которой плавили различные металлы. Хотелось бы отметить, что в те далекие годы эти печи были в диковинку. Все дело в том, что ученые того времени не совсем понимали, какие процессы происходят в ней. Сегодня в этом разобрались. Нас же в этой статье будет интересовать тема – индукционная печь своими руками. Насколько проста ее конструкция, можно ли в домашних условиях собрать этот агрегат?

Принцип работы

Начинать сборку надо, разобравшись в принципе работы и устройстве прибора. С этого и начнем. Обратите внимание на рисунок выше, по нему и будем разбираться.

В состав прибора входят:

  • Генератор G, который создает переменный ток.
  • Конденсатор С вместе с катушкой L создает колебательный контур, который и обеспечивает установку высокой температурой.

    Внимание! В некоторых конструкциях используется так называемый автоколебательный генератор. Это дает возможность убрать из схемы конденсатор.

  • Катушка в окружающем пространстве образует магнитное поле, в котором присутствует напряжение, обозначенное на нашем рисунке буквой «Н». Само магнитное поле существует в свободном пространстве, а может замыкаться через ферромагнитный сердечник.
  • Оно же действует и на шихту (W), в которой создает магнитный поток (Ф). Кстати, вместо шихты может быть установлена какая-нибудь заготовка.
  • Магнитный поток индуцирует вторичное напряжение, равное 12 В. Но это происходит лишь в том случае, если W является электропроводящим элементом.
  • Если нагреваемая заготовка большая и цельная, то внутри нее начинает действовать так называемый ток Фуко. Он вихревого типа.
  • При этом вихревые токи передают от генератора через магнитное поле тепловую энергию, тем самым нагревая заготовку.

Электромагнитное поле достаточно широкое. И даже многоступенчатость преобразования энергии, которое присутствует в самодельных индукционных печах, обладает максимальным КПД – до 100%.

Тигельная печь

Разновидности

Существуют две основные конструкции индукционных печей:

  • Канальные.
  • Тигельные.

Не будем здесь расписывать все их отличительные особенности. Просто отметим, что канальный вариант – это конструкция, которая похожа на сварочный аппарат. К тому же, чтобы плавить металл в таких печах, приходилось оставлять немного расплава, без которого процесса просто не получалось. Второй вариант – это усовершенствованная схема, где используется технология без остаточного расплава. То есть, тигель просто устанавливается прямо в индуктор.

Как это работает

Зачем дома нужна такая печь?

Вообще, вопрос достаточно интересен. Давайте рассмотрим вот такую ситуацию. Существует достаточно большое количество советских электрических и электронных приборов, в которых использовались золотые или серебряные контакты.

Изъять эти металлы можно разными способами. Один из них – индукционная печка.

То есть, берете контакты, складываете их в узкий и длинный тигель, который устанавливаете в индуктор. Через минут так 15-20, снизив мощность, остудив аппарат и разбив тигелек, вы получите стержень, на конце которого вы обнаружите золотой или серебряный кончик. Срезаете и сдаете в ломбард.

Хотя необходимо отметить, что с помощью этого самодельного агрегата можно проводить различные процессы с металлами. К примеру, можно провести закалку или отпуск.

Катушка с батарейкой (генератором)

Компоненты печки

В разделе «Принцип работы» мы уже упоминали о всех частях индукционной печи. И если с генератором все понятно, то с индуктором (катушкой) надо бы разобраться. Для нее подойдет медная трубочка. Если вы собираете аппарат мощностью 3 кВт, то вам потребуется трубка диаметром 10 мм. Сама же катушка скручивается диаметром 80-150 мм, при количестве витков от 8 до 10.

Обратите внимание, что витки медной трубки не должны соприкасаться друг с другом. Оптимальное расстояние между ними 5-7 мм. Сама катушка не должна касаться экрана. Расстояние между ними – 50 мм.

Обычно промышленные индукционные печи имеют узел охлаждения. В домашних условиях сделать такое невозможно. Но для агрегата мощностью 3 кВт работа до получаса ничем не грозит. Правда, со временем на трубке будет образовываться медная окалина, которая снижает КПД прибора. Так что периодически катушку придется менять.

Генератор

В принципе, сделать генератор своими руками – не проблема. Но это возможно лишь в том случае, если вы обладаете достаточными знаниями в радиоэлектронике на уровне среднего радиолюбителя. Если таковых знаний нет, тогда забудьте об индукционной печке. Самое главное, что и эксплуатировать этот прибор тоже надо умеючи.

Если вы встали перед дилеммой выбора схемы генератора, тогда примите один совет – у него должен отсутствовать жесткий спектр тока. Для того чтобы было понятнее, о чем идет речь, предлагаем самую простую схему генератора для индукционной печи на фотографии снизу.

Схема генератора

Необходимые знания

Электромагнитное поле действует на все живое. В качестве примера можно привести мясо в микроволновке. Поэтому стоит позаботиться о безопасности. И, неважно, вы собираете печь и тестируете ее или работаете на ней. Есть такой показатель, как плотность потока энергии. Так вот он зависит от именно от электромагнитного поля. И чем выше частота излучения, тем хуже человеческому организму.

Во многих странах приняты меры безопасности, в которых учитывается плотность потока энергии. Есть разработанные допустимые пределы. Это 1-30 мВт на 1 м² тела человека. Эти показатели действуют, если облучение происходит не больше одного часа в сутки. Кстати, установленный оцинкованный экран снижает плотность потолка в 50 раз.

как построить такой тип печи

Для того чтобы расплавить металл, используется специальный вид печей, которые называются индукционные. Отличие таких печей заключается в том, что нагревание металла осуществляется током. Ток, в свою очередь, возбуждается в непеременном поле индуктора. В индукционных печах электрическая энергия проходит целый ряд превращений: сначала она становится электромагнитной, затем — электрической и только после этого – тепловой. Индукционные печи дают возможность наиболее полно использовать выделяемое тепло. И поэтому совершенно не удивительно, что такие печи являются самыми совершенными среди электрических печей. Многих сегодня интересует: возможна ли индукционная печь своими руками выполненная? На этот вопрос мы и постараемся найти ответ.

Печь индукционная может быть только двух типов. Первый – с сердечником канальный, а второй – без сердечника, тигельный. Если печь канальная, то это значит, что металл помещается в кольцевой желоб вокруг индуктора. Внутри этого индуктора и находится сердечник. А если печь тигельная, то тигель с металлом располагается внутри индуктора. Замкнутый сердечник в таком случае применить просто невозможно. (См. также: Установка котла отопления: методичность действий и важные рекомендации)

Достоинства и недостатки индукционных печей

Индукционные печи, несомненно, обладают определенными достоинствами, которые и выделяют их среди других печей. К этим достоинствам относится:

  • Расплав имеет высокую однородность за счет активного перемещения металла;
  • В такой печи имеется возможность фокусирования энергии или зонное перемещение;
  • В индукционных печах отсутствует угар от легирующих элементов;
  • Эти печи обладают широкими техническими возможностями в вопросе выбора способа футеровки, емкости печи, а также ее рабочей частоте;
  • Имеется возможность очень точно регулировать температуру расплава;
  • Достаточно высокая скорость проведения плавки;
  • Данная печь практически мгновенно готова к работе;
  • Используемый в индукционных печах технологический процесс экологически чистый и безопасный для человека.
  • (См. также: Дымоходы для котлов своими руками)

Имеют индукционные печи и свои недостатки. Так, шлак в таких печах нагревается за счет того тепла, которое выделяется в металле. И поэтому шлак имеет более низкую температуру. Отсюда следует еще один недостаток: за счет вязких холодных шлаков и горячих металлов затрудняется удаление из них (металлов) серы и фосфора. И третий недостаток: в зазоре между металлом и индуктором наблюдается рассеивание магнитного потока, из-за чего приходится уменьшать толщину футеровки тигля печи. А это, в свою очередь, приводит к быстрому выходу из строя футеровки.

Промышленные индукционные печи

Как правило, в промышленности используются тигельные и канальные индукционные печи. При этом в тигельных печах выплавляется чугун, сталь, медь, магний, алюминий, драгоценные металлы. Емкость тигля таких печей может колебаться от нескольких килограммов до нескольких сотен тонн металла. В канальных индукционных печах выплавляются различные цветные металлы и их сплавы, а также чугун.

Промышленные индукционные плавильные печи бывают средней частоты, промышленной частоты и печи сопротивления. Так, индукционные печи средней частоты чаще всего используются в литейных цехах металлургических и машиностроительных заводов. А них расплавляется и перегревается сталь. Помимо этого, если используются графитовые тигли, то в них можно расплавлять цветные металлы. Для плавки чугуна и его перегрева используются тигельные индукционные печи промышленной частоты. А вот печи сопротивления предназначены для перегрева и переплава алюминия, его сплавов и цинка. (См. также: Виды печей)

Но возможности индукционных печей легли в основу создания незаменимого устройства – знаменитых микроволновых печей. Так, например, мини печь delonghi — духовые шкафы дают возможность быстро и вкусно готовить еду. Это электрические духовки, которые имеют специальные нагревательные элементы. Возможности индукционных печей значительно упростили нашу современную жизнь, сделав ее более комфортной.

Можно ли сделать индукционную печь в домашних условиях?

Такой вопрос очень часто задают радиолюбители, и сегодня им известно, что вполне возможно собратьиндукционную печь своими руками. Но для того чтобы это сделать, требуется действующая электрическая схема, описывающая такую самодельную индукционную печь. Одна такая схема предлагает использовать генератор ВЧ, вырабатывающий колебания с четко определенной частотой – 27, 12 МГц. Собрана такая схема на четырех тетродах – электронных лампах. Помимо этого в схеме используется неоновая лампа, предназначенная для того, чтобы сигнализировать о готовности устройства к работе.

Отличительной особенностью схемы, благодаря которой будет собрана индукционная мини печь своими руками, является тот факт, что наружу выведена ручка конденсатора переменного тока. И, что самое важное, имея даже совсем небольшую переменную емкость, помещенный в катушку кусок металла, довольно быстро расплавится. Так, как показали опыты, для того, чтобы расплавить небольшой кусок цинка, потребовалось всего 15-20 секунд. (См. также: Карта сайта)

Созданное по такой схеме устройство достаточно мощное. В этом можно убедиться, заметив, что за считанные секунды до красного состояния в нем нагреется отвертка. Но, собираясь создавать индукционные плавильные печи своими руками, необходимо выяснить, от чего зависит скорость плавления металла в них. Эта скорость имеет прямую зависимость от:

  1. Мощности используемого генератора;
  2. Потерь на гистерезис;
  3. Потерь на вихревые токи, возникающие внутри металла;
  4. Частоты;
  5. Скорости передачи образуемого тепла в окружающую среду.

Рекомендуется в схеме использовать мощные лампы, но их число не должно превышать четырех (в случае параллельного подключения). Питание такой печи осуществляется от сети 220 переменного тока с использованием выпрямителя.

Бытовое применение

Конечно, индукционная плавильная печь не часто используется в быту. Хотя многие хозяйки даже не подозревают, что технология, описанная в данной статье, присутствует практически в каждом доме. Это могут быть микроволновые печи, электрические духовки, индукционные плиты. (См. также: Альтернативное отопление)

Индукционные плиты, например, дают возможность готовить всевозможные вкусные блюда, используя для этого индукционные вихревые токи. Такие плиты разогреваются практически мгновенно, причем, включить конфорку будет невозможно, если на ней не стоит посуда. Коэффициент полезного действия такой плиты составляет 90 процентов (у электрических эта цифра составляет 60-70 %, а у газовых – 30-60). Правда, для того чтобы пользоваться такими плитами нужно иметь специальную посуду.

Разновидность отопительного оборудования

Индукционные печи, конечно, сложно отнести к разряду отопительных. Но все-таки – они печи, и входят в широчайший ряд различных печей. Современные технологии дают возможность использовать новейшие достижения при разработке таких устройств. Например, planika биокамины — современные отопительные элементы, которые еще и играют важную декоративную роль. И, что самое главное, такие камины можно устанавливать практически в любом помещении. Ведь в качестве топлива в них используется специальная жидкость, в результате сгорания которой образуется вода и тепло. И речи никакой не ведется при этом о пепле или копоти.

Вообще, если касаться отопительных устройств, то в последнее время все более популярными стали печи guca. Разработанные в Сербии, они отличаются высоким качеством исполнения, надежностью в эксплуатации и великолепным внешним видом. Конечно, при желании можно своими руками сложить печь или камин. Но, если не имеется опыта в таком деле, то и не стоит пробовать. Можно просто приобрести готовые устройства.

Многие специалисты рекомендуют thorma печи, выпускаемые в Словакии. Известно, что производятся данные печи камины на заводе, который имеет многолетний опыт в выпуске подобной продукции. Сегодня thorma является производителем номер один в Европе недорогих, но качественных отопительных приборов. Данные печи, как правило, имеют небольшой вес, за счет чего их можно монтировать без фундамента. Помимо этого, они имеют небольшие габариты, и поэтому очень эффективны в небольших помещениях. Но, что самое главное, во всех этих печах имеются конвекционные камеры, дающие возможность практически полностью сжигать топливо и добиваться такого режима, как «длительное горение», которое может длиться до 10 часов.

Индукционная тигельная печь своими руками:схемы, конструкция

Для организации плавки металла вполне может использоваться индукционная печь. Ее принцип работы был заложен в далеком 19 веке путем открытий в физике. Суть его в том, что вырабатывается тепло от электричества, которое создает переменное магнитное поле. Таким образом, из электромагнитной энергии образуется электрическая, а из нее – тепловая.

Классификация

Если классифицировать индукционные печи по масштабам использования, то можно выделить два типа: промышленные и бытовые. Однако есть и такое условное разделение:

1. Канальные. По конструкции они похожи на трансформаторы. Индуктор в такой конструкции находится вокруг металла. Индукционная печь такого типа при первом запуске заливается расплавленным металлом, может использоваться металлический шаблон. После завершения процесса сырье сливается частично, чтобы оставить часть на следующую плавку.

Разновидность индукционных печей — канальные

2. Тигельные. Распространенный вариант в металлургическом производстве, используемый для обработки и плавки металлов всех видов (сталь, алюминий, магний, медь, драгоценные, цветные металлы и пр.). Индукционная тигельная печь используется и в других отраслях, к примеру, в ювелирном деле. В таких устройствах нет сердечника. Важное преимущество тигельных устройств – простота исполнения. Тигель погружается в индуктор для последующего нагрева металла. Такая емкость может быть изготовлена из графита, керамики, стали и прочих материалов.

Разновидность индукционных печей — канальные

Современные модели тигельных индукционных печей

3. Вакуумные. Эффективное средство для удаления из расплава различных примесей.

Разновидность индукционных печей — вакуумная

Это разделение, конечно, относится к промышленным индукционным печам. Что касается бытовых устройств, они делятся на такие типы:

  1. Для приготовления пищи. Важная характеристика таких плит – экономный расход электроэнергии. К тому же они характеризуются повышенным уровнем безопасности.
  2. Для отопления. Небольшие отопительные устройства используются в схемах систем автономного отопления.

По организации процесса могут быть разного действия:

  • непрерывного;
  • полунепрерывного;
  • периодического.

Тигельные устройства

Индукционные печи без сердечника называют тигельными. Основа их схемы – плавильный тигель. Его изготавливают из огнеупорного материала, устанавливают в полость индуктора. В тигель загружается металлический элемент, через который проходит электромагнитная энергия.

Плавильная тигельная индукционная печь промышленного образца

Преимущества тигельные печей:

  • не используются промежуточные нагревательные элементы;
  • в тигельной печи может создаваться любая атмосфера: от нейтральной до окислительной;
  • высокая эффективность, обеспеченная мощностью;
  • слабое загрязнение воздуха;
  • удобство и простота обслуживания;
  • обеспечивается быстрый переход с одного металла на другой.

Из недостатков можно выделить низкую температуру шлаков.

Работа промышленной тигельной индукционной печи

По конструкции тигля бывают такие схемы тигельных печей:

  • с холодильным;
  • с графитовым;
  • с металлическим;
  • с керамическим тиглем.

Отличие самодельного и заводского устройства

Многих интересует, может ли быть изготовлена индукционная печь своими руками. Ведь это достаточно сложное устройство. Однако довольно простой принцип работы позволяет реализовать задачу самостоятельно. Опытные специалисты могут создать прибор своими руками буквально из подручных материалов, руководствуясь простыми схемами. Для работы понадобятся определенные знания, навыки. Схемы можно использовать готовые.

Конструкция индукционной печи серийного производства

Преимущества

Рассматривая индукционные печи, нельзя не отметить их достоинства. А они таковы:

  1. Обеспечивается моментальный нагрев.
  2. Создается фокусировка энергии.
  3. Отсутствует угар.
  4. Можно изменять емкость, частоту в широких пределах.
  5. Можно использовать не только для прямого обогрева, но и применять в качестве источника для водяного контура.
  6. Теплоносителем могут быть любые жидкие составы: вода, масло, антифриз и прочие.
  7. Экономичнее стандартных электрических нагревателей.
  8. Обладают высокой надежностью.
  9. Изготовленная индукционная печь своими руками может использоваться в частных целях и для отопления, и для создания ювелирных украшений.
  10. Для организации домашнего отопления не требуется отдельное помещение, поскольку печь может устанавливаться в любой комнате, работает бесшумно.
  11. Может использоваться в качестве основного источника тепла или же участвовать в комбинированной схеме с участием других приборов.
  12. Простота и надежность конструкции гарантируют отсутствие необходимости в сервисном обслуживании.
  13. Приборы отвечают требованиям пожарной безопасности, не выделяют вредных веществ.

Особенности работы плит

Индукционными могут быть не только печи, но и плиты. Сегодня на рынке бытовой техники широко представлены различные варианты исполнения. И они успешно ломают представление об электрических плитах, как о блинах или спиралях, которые раскаляются докрасна.

Индукционная панель в доме

Важная особенность таких плит – необходимость использовать специальную посуду, поскольку традиционные варианты в большинстве случаев не подходят. Нужны изделия из ферримагнитного сплава. Посуда пропускает через себя магнитное поле, которое в результате физических реакций преобразуется в тепловую энергию, используемую для нагрева продуктов, воды и т. д. При этом сам прибор не нагревается! А когда кастрюля или сковорода убирается с плиты, нагрев прекращается (сердечник размыкается).

В результате можно выделить несколько существенных плюсов индукционных плит:

  1. КПД таких устройств высокий – 90%. Это очень хороший показатель, если сравнивать с другими вариантами подогрева пищи. Например, у электрических этот параметр меньше, у газовых – еще меньше.
  2. Обеспечивается высокая точность контакта с нагреваемой поверхностью. Достаточно закрыть 70% рабочей поверхности, чтобы устройство самостоятельно определило площадь обогрева и начало действовать.
  3. Приготовление блюд на таких плитах ускоряется. Это положительный момент, однако при первом знакомстве нужно учесть этот факт, чтобы еда не пригорела. Пища, вода будет нагреваться моментально.
  4. Производители намеренно оснащают подобное оборудование дополнительные функциями, чтобы расширить их применение.
  5. Если на такую рабочую поверхность попадает еда, воды или еще что-то, что сопровождает приготовление пищи, ничего не пригорает, не появляется запах.
  6. Плита не нагревается, выглядит привлекательно. Может поставляться как отдельно стоящая конструкция, так и встроенная.
  7. Не требуется специальных условий ухода. Можно использовать губку и моющее средство.
  8. Безопасность эксплуатации на высоте, однако панели рекомендуется располагать на столешнице, но не стиральных, посудомоечных, холодильниках и прочих приборах.

Примечание: Однако нужно помнить, что при работе индукционной печи человеку приходится находиться рядом с ней, а значит, на него действуют вихревые токи, что может иметь нежелательные последствия. И, конечно, для работы с техникой потребуется особая посуда, о чем уже было сказано.

Конструкция

Классическая индукционная печь имеет такой состав:

  • корпус;
  • индуктор;
  • генератор;
  • камера (если устройство используется для плавления) или нагревательный элемент (если прибор применяется для обогрева).

Питание от генератора запускает токи в индуктор, создающий источник вихревых токов – электромагнитное поле. Оно поглощается металлом, в результате чего он нагревается, расплавляется (в зависимости от необходимости).

Отопительная система

Примечание: Для организации индукционной печи своими руками в схеме часто используются бюджетные варианты сварочных инверторов. И тут нужно учесть энергопотребление такого оборудования, поэтому для подачи напряжения потребуется кабель сечением 4–6 мм2.

Организация отопления с помощью индукционного котла

Такие системы управляются автоматически, являются закрытыми. Дополнительно нужен насос, обеспечивающий циркуляцию теплоносителя. Также должен быть предусмотрен манометр и приспособление, которое обеспечит эффективный выход воздуха из системы.

Регламентируются такие расстояния:

  • от стен, других предметов – более 30 см;
  • от пола, потолка – 1 м.

Генератор

Индукторы в бытовых условиях могут работать от преобразователей разных частот или от генераторов. В промышленных масштабах используются специальные установки. Если индукционная печь создается своими руками, необходимо использовать высокочастотные генераторы. При этом оборудование должно давать достаточно мягкий спектр тока. Рекомендуемая частота – 27,12 МГц.

Индуктор

Можно использовать разные модификации индуктора. Центральный элемент – металлическое или графитовое изделие. Вокруг него наматывается проводник. Нихромовая спираль и графитовые щетки прогреваются до высоких температур.

Схема организации отопления с применением индукционного котла

Для изготовления индуктора лучше всего использовать спираль, внутренний диаметр ее может составлять 80–150 мм. Материалом для создания может служить ПЭВ 0,8. Число витков диаметром 10 мм может составлять 8–10, расстояние между которыми – 5–7 мм.

Охлаждение

Чтобы индукционная печь работала эффективнее, требуется создание охлаждения. Это необходимое условие не только для промышленных, но и бытовых устройств. Если же самодельное устройство создается небольшой мощности, к тому же будет использоваться непродолжительные отрезки времени, тогда вполне можно обойтись в схеме и без охлаждения.

Эта функция не может быть реализована домашним мастером, поскольку окалина на меди приводит к прекращению работы печи, а значит, потребуется замена индуктора.

Организация отопления с помощью индукционного котла

В промышленных условиях используется либо воздушное в комбинации с водяным, либо только водяное охлаждение. Воздушный метод в одиночку не используется, поскольку вентилятор может нарушить процесс, что приведет к понижению коэффициента полезного действия.

Безопасность

Если рядом находится индукционная печь, самая большая опасность – термические ожоги. К тому же нужно учитывать пожарную опасность прибора. Устройства нельзя перемещать во время их работы. И особенно внимательно нужно относиться к условиям безопасности, если индукционная печь используется в жилых домах.

Создание отопительной системы на базе индукционного котла

Следует понимать, что такие приборы обеспечивают нагрев всего окружающего пространства, включая приборы, металлические предметы, ткани людей и т. д. Если у человека есть имплантированные кардиостимуляторы, это нужно учитывать при использовании печи.

Создаем

Индукционные печи очень часто делают своими руками умельцы, которые занимаются изготовлением изделий из металла. Для этих целей может использоваться питание от трансформатора или электросети. Также подобные устройства могут использоваться для обогрева помещений.

Создание индукционного котла своими руками

Для сборки печи своими руками можно использовать высокочастотный генератор. Частота его колебаний, как упоминалось, может составлять 27,12 МГц. Схема включает в себя 4 тетрады, а также лампу, необходимую для сигнализации о возможности старта функционирования.

Ручка конденсатора в таком устройстве находится снаружи. Перед сборкой подобной печи нужно учесть факторы, влияющие на скорость плавки:

  • мощность генератора;
  • частота;
  • вихревые потери;
  • скорость теплопередачи.

Необходимо применять ламы высокой мощности – до 4 штук. Для питания используется сеть 220 В с выпрямителем. Если индукционные печи используются для обогрева, тогда применяется нихромовая спираль, для плавки – графитовые щетки.

Нужно помнить, что при первом пуске не стоит сразу подавать максимальное напряжение, это следует делать постепенно, добавляя по 12 В. При этом нужно смотреть за транзисторами, которые могут быть только теплыми, но ни в коем случае не горячими.

Итоги

Как видим, индукционные печи представляют собой полезное устройство, которое нашло широкое применение в быту и промышленности. В первом случае распространение этих приборов во многом обеспечено возможностью их создания своими руками. Это позволяет владельцу сэкономить и получить эффективное устройство, которое можно использовать или для плавки металла, или для отопления помещений.

принцип действия, схема и отзывы

Благодаря появлению в современном производстве доступных электронних и изоляционных компонентов поле применения индукционного нагрева становится все более широким. Данная технология применяется не только в металургии, но и при разработке бытовой техники.

В основе работы индукционной печи лежит трансформаторный принцип обмена энергией. Индуктор изготавливается из медной трубки, которая затем закручивается в многовитковую катушку. К первичной цепи индуктора подводится переменный ток, что приводит к формированию вокруг него переменного магнитного поля. Под воздействием магнитного поля в теле, размещенном внутри индуктора, возникает электрическое поле, что впоследствии приводит к процессу нагрева. Мощность, а соответственно, и тепло, выделяемое индукционной тигельной плавильной печью, напрямую зависят от частоты переменного магнитного поля. Следовательно, для эффективной эксплуатации печь нуждается в токах высокой частоты.

Применение индукционных печей

Индукционный нагрев может использоваться для работы с любым материалом: металл, шлак, газ и т. д. Главное преимущество его применения — бесконтактная передача тепла. Также индукционный нагрев позволяет достичь практически любых скоростей нагрева — все зависит от мощности генератора, питающего печь. Тепловые потери при таком нагреве минимальны. Максимальная температура, до которой можно разогреть предмет в печи, ограничивается только стойкостью огнеупорного материала. Процесс бесконтактной передачи тепла к нагреваемому материалу дает возможность производить нагрев в вакуумной среде.

Согласно отзывам металлургов, сфера применения индукционных печей несколько ограничена в связи с имеющимися недостатками. К минусам тигельной печи относятся:

  • высокая цена на электрооборудование;
  • холодные шлаки, осложняющие рафинировочный процесс;
  • пониженная устойчивость футеровки во время температурных скачков между плавками.

Схема тигельной индукционной печи

Индукционная тигельная печь имеет следующую конструкцию.

Главным элементом печи выступает тигель (7), накрытый крышкой (1). Тигель располагается внутри нагревательного индуктора (3), изготовленного в форме многовитковой катушки. Катушка представляет собой медную трубку, внутри которой, с целью охлаждения, постоянно циркулирует вода. Магнитный поток от индуктора проходит по магнитопроводам (4), которые изготовлены из специальной трансформаторной стали. Поворотный узел (2) предусмотрен для наклона печи во время разлива расплавленной жидкости. Печь установлена на меллоконструкции (5). Охлаждение производится с помощью шлангов водяного охлаждения (6). Для обслуживания печи используется вспомогательная площадка (8).

Также схема тигельной печи включает в себя трансформатор, конденсаторы, блок управления и систему откачки газов. Питание тигельной электрической печи производится токами с частотой 50 Гц.

Особенности внутренних элементов конструкции

Чаще всего индуктор выполняется из трубки круглого сечения. Но бывают ситуации, в которых круглая медная трубка не применима. В определенных случаях для конструирования индукционной тигельной печи используют профилированные элементы, благодаря которым уменьшается магнитный поток рассеивания. Трубки индуктора изолируют между собой стеклотканью, пропитанной специальным лаком. Защищенные витки сжимаются блоками, изготовленными из диэлектрического материала. Индуктор и тигель, размещенный внутри катушки, устанавливается на поддон, изготовленный из огнеупорных кирпичей или жаропрочного бетона. В промышленных условиях процесс изготовления тигля происходит прямо в печи. При этом индуктор в собранном состоянии устанавливают на поддон и изолируют асбестом. После этого поддон засыпается огнеупорным порошком, который уплотняется с помощью пневматической установки. Зазор между установленным на днище шаблоном и индуктором заполняется порошками из огнеупорных материалов.

Футеровку зоны над индуктором обеспечивает огнеупорный кирпич. Воротник и сливной желоб также футеруют жаропрочным кирпичом. Работа индукционной тигельной печи происходит в тяжелейших условиях, поэтому к качеству используемых жаропрочных материалов предъявляются повышенные требования. На долговечность футеровки влияет состав огнеупорной массы, режим работы и применяемая частота электрического тока. Как правило, тигель выдерживает до 100 плавок, а затем выходит из строя.

Конструкция наружных элементов

Каркас плавильной тигельной печи представляет собой базу, к которой крепятся все ее элементы. На крупных промышленных устройствах каркас имеет вид сплошного кожуха. Все детали каркаса должны иметь высокую прочность, в связи с влиянием на них электромагнитного поля индуктора. Оболочка при определенных условиях может нагреваться так же, как и материал в печи. Чтобы уменьшить нагрев, каркас рационально изготавливать из неэлектропроводных материалов. Однако, поскольку диэлектрические материалы имеют высокую цену, материалом для каркаса обычно служит сталь. Стальная конструкция разбивается на несколько элементов, которые, в свою очередь, изолируются друг от друга. Для снижения электромагнитного поля вблизи каркаса используются экраны. Защитный экран устанавливается между индуктором и корпусом печи. Экран имеет форму цилиндра и выполняется из алюминия или меди.

Поворотный узел — важный элемент конструкции. Главное требование к механизму поворота — обеспечение наклона для полного слива металла. Механизмы поворота могут использоваться разные. В печах небольшого объема используется ручная или электрическая лебедка. Промышленные печи наклоняют с помощью кран-балки. Печи большого объема могут оборудоваться гидравлическим приводом наклона.

Крышка, которой накрывается тигельная печь для плавки, служит для поддержания температуры внутри агрегата на более высоком уровне. Однако учитывая, что накрывать печь можно только после полного расплавления шихты, применение крышки не является обязательным.

Изготовление печи своими руками

Индукционные печи нашли широкое применение не только в промышленности, но и в быту. Можно найти схемы большого количества самодельных устройств, однако часть из них в лучшем случае просто не заработает, а в худшем — нанесет вред здоровью своего создателя. О таких последствиях предостерегают многие любители. В повседневной жизни метод индукционного нагрева применяется в таких устройствах:

  • канальная печь для плавки металла;
  • тигельная индукционная печь — наиболее простая в конструировании, и в связи с этим наиболее популярная среди энтузиастов, судя по отзывам;
  • водонагревательный котел, работа которого основана на методе индукции;
  • индукционные варочные поверхности, составляющие конкуренцию популярным газовым плитам.

Канальная печь

Данный тип печей применяется для получения чугуна высокого качества, а также при плавке дюраля и цветных спецсплавов. Канальная печь мощностью до 3 кВт изготавливается самостоятельно из сварочного трансформатора, частота которого соответствует промышленной. Такая печь позволяет расплавить болванку бронзы или меди весом до полукилограмма. Канальная печь также позволяет переплавлять дюраль, только обязательно нужно учитывать, что за плавкой должен следовать процесс «состаривания». Время этого процесса может составлять до 2 недель и зависит от состава сплава.

Для изготовления печи первичную обмотку сварочного трансформатора оставляют без изменений, а на место вторичной обмотки помещают тигель кольцевого типа. Лучшим материалом для тигля небольшой канальной печи является электрофарфор. Другие варианты не подойдут из-за низкой прочности и диэлектрических потерь. По отзывам металлургов-любителей, проблема состоит в том, что обработать электрофарфор самостоятельно не представляется возможным, а найти подходящий элемент в продаже очень маловероятно. Именно из-за дефицитного тигля, канальная печь у энтузиастов широкого применения не нашла, хотя данный тип печи и обладает КПД более 90 %.

Тигельная индукционная печь

Изготовленная своими руками тигельная печь используется прежде всего при очистке ценных металлов. К примеру, имея в наличии радиоразъем, изготовленный в Советском Союзе, можно добыть из его контактов определенное количество золота. Используя внешний нагрев, такого результата добиться невозможно.

Кроме золотодобычи, такая печь часто используется с целью равномерного нагрева металла, что требуется для качественной закалки. Меняя положение детали в индукторе и корректируя его мощность, можно добиться заданной температуры на конкретном участке металла. Важно, что использование такой печи будет достаточно бюджетным, ведь практически все энергия направлена на процесс нагрева детали.

Индукционные котлы

Индукционные водонагревательные котлы имеют все шансы в будущем вытеснить обычные бойлеры. Минусом такого водонагревателя пользователи считают высокую цену, но при этом, систематизируя многочисленные отзывы, можно выделить несколько преимуществ:

  • Надежность. В котле нет электроспирали, которая является слабым звеном обычного бойлера.
  • Коэффициент полезного действия почти 100 %.
  • Безопасность. Доступ электричества к корпусу котла невозможен благодаря особенностям конструкции.
  • Устройство не нуждается в специальном заземлении.
  • Устойчив к скачку напряжения в электрической сети.
  • Не образует накипь.
  • Долговечность. Котел способен отработать без обслуживания около 30 лет.

Самодельный водонагревательный котел

Основой такого водонагревателя служит силовой трансформатор мощностью до 1,5 кВт, первичная обмотка которого рассчитана на напряжение 220 В. Отлично подойдет трансформатор от лампового цветного телевизора. Вторичную обмотку следует снять, а количество витков первичной необходимо увеличить.

Умельцы советуют и предостерегают: использование такого самодельного устройства небезопасно, поэтому трансформатор следует заземлить, а сам прибор подключать через быстродействующее УЗО.

Индуктор на кухне

Индукционные кухонные варочные поверхности уже не вызывают удивления и широко применяются в быту. В основе работы устройства лежат те же принципы, что и у индукционной печи, с тем лишь отличием, что вторичную обмотку собой представляет металлическое дно посуды.

Использование таких плит стало возможным благодаря появлению в производстве диэлектрика, который, кроме выполнения задачи изолирования индуктора, должен обладать еще прочностными и гигиеничными характеристиками. Удовлетворяющий всем требованиям материал появился относительно недавно, и его стоимость составляет значительную часть в общей цене плиты.

Пользователи в одни голос утверждают: самостоятельное изготовление индукционной плиты не имеет смысла по двум причинам. Первая — приготовление блюд на такой варочной поверхности требует тонкой настройки для каждого типа пищи. Для необходимой корректировки всех электрических параметров в процессе приготовления потребуется микроконтроллер. Вторая причина — цена электронных деталей, из которых состоит плита. В сумме все элементы обойдутся гораздо дороже, чем стоимость уже готового прибора.

Индукционная кухонная плита имеет такие положительные качества:

  • отсутствие, в отличие от микроволновых печей, стороннего излучения;
  • возможность программирования плиты под свою манеру приготовления пищи;
  • приготовление таких блюд, как карамель, без перегрева и пригорания;
  • экономичность, благодаря рациональному использованию энергии нагрева.

Индукционная плавильная печь своими руками схема изготовления

Индукционная плавильная печь используется для плавления металлов и сплавов уже в течении последних многих лет. Устройство стало широко распространено в металлургической и машиностроительной областях, а еще в ювелирном деле. При вашем желании обычную версию данного оборудования можно сделать собственными руками. Рассмотрим рабочий принцип и характерности использования индукционной печи детальнее.

Принцип индукционного нагрева

Для того чтобы металл перешел из одного агрегатного состояния в иное требуется подогреть его до достаточно большой температуры. При этом у каждого металла и сплава собственная температура плавления, которая зависит от химического состава и прочих факторов. Индукционная плавильная печь проводит нагрев материала внутри при разработке вихревых токов, которые проходят через кристаллическую решётку. Рассматриваемый процесс связан с событием резонанса, который оказывается основой увеличения силы вихревых токов.

Рабочий принцип устройства имеет следующие характерности:

  1. Пространство, которое образуется в середине катушки, служит для расположения заготовки. Применять такой способ нагрева в условиях в промышленности можно лишь при условии создания большого устройства, в которое можно будет поместить шихту разных размеров.
  2. Устанавливаемая катушка может иметь самую разнообразную форму, например, восьмерки, но самое большое распространение обрела спираль. Необходимо учесть, что форма катушки подбирается в зависимости от свойств заготовки, подвергаемой нагреву.

Для того чтобы создать переменое магнитное поле устройство подсоединяется к бытовой сети электрического снабжения. Для увеличения качества получаемого сплава с высокой текучестью используются высокочастотные резервные электростанции.

Устройство и использование индукционной печи

При вашем желании можно сделать индукционную печь для плавки металла из материалов которые всегда под рукой. Традиционная конструкция имеет три блока:

  1. Генератор, который создаёт ток высокой частоты переменного типа. Собственно он создаёт переменный ток, преобразующийся в магнитное поле, проходящее через материал и ускоряя движение частиц. Благодаря этому происходит переход металла или сплавов из твёрдого состояния в жидкое.
  2. Индуктор в ответе за создание магнитного поля, которое и нагревает металл.
  3. Тигель предназначается для плавки материала. Он помещается в индуктор, а обмотка подсоединяется к источникам тока.

Процесс изменения электротока в магнитное поле на сегодняшний день используется в разных промышленных отраслях.

Устройство индукционной плавильной печи

К главным положительным качествам индуктора можно отнести приведенные ниже моменты:

  1. Современное устройство способно направлять магнитное поле, благодаря чему увеличивается КПД. Иначе говоря проходит нагрев шихты, а не устройства.
  2. За счёт одинакового распространения магнитного поля заготовка нагревается одинаково. При этом с момента включения устройства до плавки шихты уходит мало времени.
  3. Однородность получаемого сплава, а еще его большое качество.
  4. При нагревании и плавлении металла не появляются испарения.
  5. Сама установка безвредна в использовании, не оказывается основой образования ядовитых веществ.

Есть просто очень большое число самых разнообразных вариантов выполнения самодельных индукционных печей, каждая имеет собственные конкретные характерности.

Виды индукционных печей

Анализируя классификацию устройств, напомним, что нагрев заготовок как правило проходит как в середине, так и с наружной стороны катушки. Собственно поэтому выделяют два типа индукционных печей:

  1. Канальная. Подобного рода устройство имеет маленькие каналы, которые размещены вокруг индуктора. Для генерации переменного магнитного поля в середине размещен сердечник.
  2. Тигельная. Данная конструкция отличается наличием специализированной емкости, которую называют тигель. Делается она из тугоплавкого металла с высоким температурным показателем плавления.

Важно, что канальные электромеханические печи обладают большими габаритными размерами и предназначены для промышленного плавления металла. За счёт непрерывного процесса плавки можно получать значительный объем металла который расплавлен. Канальные электромеханические печи используются для плавки алюминия и чугуна, а еще иных цветных сплавов.

Тигельные электромеханические печи отличаются сравнительно небольшими размерами. Во многих случаях подобного рода устройство используется в ювелирном деле, а еще при плавке металла дома.

Установки на транзисторах получили довольно обширное распространение, так как их можно сделать собственными руками при самых небольших не постоянных и затратах финансового плана.

Изготовление собственными руками

При вашем желании рассматриваемое устройство можно собрать дома. Обычная схема состоит из приведенных ниже компонентов:

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

Вышеприведенный перечень компонентов определяет то, что создать индукционную печь можно при минимум затратах. Сборочный процесс устройства можно обозначить так:

  1. Для начала проходит установка полевых транзисторов на отопительные приборы. Необходимо учесть, что такая печь во время работы сильно греется. Поэтому необходимо применять отопительные приборы больших размеров. Имеется возможность выполнить установку транзисторов и на один отопительный прибор, но нужно будет сделать их изоляцию.
  2. Дальше понадобятся два дросселя, которые также делаются собственными руками. Для этого проходит наматывание проволоки из меди на кольца трансформатора личного компьютера. Почему собственно эти кольца? Причина неимоверно проста – во время их изготовления применяется ферромагнитное железо. Следует намотать около 10 витков, а еще держать одинаковое расстояние между ними.
  3. Центральным элементом конструкции можно назвать конденсаторную батарею. При соединении некоторых конденсаторов можно получить батарею емкостью 4,7 мкФ. Соединение индивидуальных элементов проходит параллельно.
  4. Для образования магнитного поля необходимо создать обмотку, которая делается из проволоки из меди толщиной 2 миллиметра. Достаточно создать около 7-8 витков. Образующееся внутренне пространство должно быть таким, чтобы уместились заготовка, которая будет плавиться. Обмотка обязана иметь два длинных конца, которые будут подключаться к источнику тока.
  5. В рассматриваемом случае источником питания может стать обыкновенный аккумулятор на 12 В. Ток, который подается на катушку, имеет силу около 10А. Емкости аналогичного источника тока хватает приблизительно на 40 минут, после этого необходимо проводить зарядку устройства.

Рукодельная индукционная печь

Создавая печь собственными руками можно провести регулировку мощности, для чего меняется кол-во витков. Необходимо учесть, что при повышении мощности прибора требуется более емкая батарея, так как увеличивается критерий потребления энергии. Для того чтобы уменьшить температуру важных элементов конструкции ставится вентилятор. При долгой эксплуатации печи ее важные элементы могут значительно разогреваться, что необходимо учесть.

Еще огромную популярность получили электромеханические печи на лампах. Конструкцию такого типа можно сделать своими руками. Сборочный процесс имеет следующие характерности:

  1. Медная трубка используется для изготовления индуктора, для чего ее сгибают по спирали. Концы тоже должны быть большими, что необходимо для подсоединения устройства к источнику тока.
  2. Индуктор следует поместить в корпусе. Делается он из термоустойчивого материала, который может отображать тепло.
  3. Проходит соединение каскадов ламп по схеме с конденсаторами и дросселями.
  4. Делается подключение неоновой лампы-индикатора. Она включается в схему для определения того, что устройство готово к работе.
  5. В систему подсоединяют подстроечный конденсатор переменной емкости.

Принципиальным моментом считается то, как можно провести охлаждение системы. Во время работы фактически всех индукционных печей основные конструкционные элементы могут разогреваться до большой температуры. Оборудование для промышленности имеет систему принудительного охлаждения, которое работает на воде или антифризе. Для того чтобы создать конструкцию водяного охлаждения собственными руками потребуется достаточно много средств.

Дома ставится система охлаждения воздуха. Для этого ставятся вентиляторы. Необходимо размещать их таким образом, чтобы гарантировать беспрерывный поток холодного воздуха к важным элементам конструкции печи.

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Похожие статьи

Простая индукционная печь на одноключевом несимметричном инверторе — Литейный цех

INDUKTOR,

исходя из информации с сайтов по …. ссылкам

читаем вторую мою ссылку http://journals.ioff…es/viewPDF/5546

Недавно появился ряд сообщений о наблюдении ферромагнитного поведения в различных твердых телах на основе фуллеренов: полимеризованных под давлением [1–4] или под воздействием света [5,6], а также в гидридах фуллерена [7]. Мы убеждены, что это лишь одно из проявлений более общего явления: ферромагнитных свойств углерода. За последние три десятка лет появилось несколько теоретических расчетов, показывающих, что особенности электронной структуры углерода могут привести к развитию ферромагнитных или сверхпроводящих корреляций, сохраняющихся до высоких температур [8]. Этому имеются и экспериментальные подтверждения, скажем, на такой классической структуре, как графит [9].(выделено мной)

Читаем далее

Объемный графит, обладающий идеальной структурой (выделено мной), — диамагнетик

Не, я не спорю, может быть Вы имеете дело только с ИДЕАЛЬНО структурированным графитом — тогда «да». Но я имел и имею дело с реальным материалом. А посему

Графит, содержащий определенного рода дефекты, способен к самопроизвольному намагничиванию (выделено мной).

Вы можете сказать, что это имеет отношение к нанотрубкам, фулеренам и прочей высокотехнологичной шняге (хотя в тексте подразумевается обычный графит). Тогда как быть с этим

Существуют как теоретические оценки, так и экспериментальные доказательства того, что электронные нестабильности в графите могут привести к появлению (выделено мной) сверхпроводящих и ферромагнитных корреляций при высоких температурах (выделено мной). Причинами магнитного упорядочения могут стать появление кривизны поверхности, структурный беспорядок и границы зерен в графеновых плоскостях. Предсказывается, что в случае сильного топологического беспорядка ферромагнетизм будет предпочтительней антиферромагнетизма, поскольку присутствие пентагонов и гексагонов разрушает антиферромагнитное упорядочение

И далее

Исследование метеоритного графита [122], имеющего в своем составе железосодержащие минералы, показало, что суммарная экспериментальная намагниченность в 1.5 раза превосходит расчетную даже при использовании самых завышенных оценок вклада железа. По мнению авторов, эффект может быть объяснен только ферромагнитным графитом, составляющим более половины метеоритного вещества и обладающим средним моментом 0.05µB на атом углерода (выделено мной).

То есть графит, самый что ни на есть, природный. И, в заключение

опубликовано около 100 статей и 30 патентов, в которых описывается получение чисто углеродных или состоящих их элементов первого ряда структур, обладающих нелинейной намагниченностью при комнатной температуре, т. е. являющимися ферромагнетиками

Впрочем, Вы можете оставаться при своём мнении, никто Вас не неволит. Я же стараюсь отслеживать последние тенденции в науке и технике. ИМХО, конечно, вопрос дискуссионный.

Далее, Вы пишите

бронза магнитится гораздо лучше

Стесняюсь спросить: о какой бронзе идёт речь? Если о бронзах БрАЖМц, то я с Вами категорически согласен, если о БрО10Ц2, то категорически «нет».

Поехали дальше. Откуда такие данные

При нагреве магнитной шихты до точки Кюри ТПЧ печи ограничивает максимальный выходной ток за счет снижения выходного напряжения, чем снижает выходную мощность направляемую в индуктор.

Если мы говорим о тиристорной ТПЧ типа Estel, то там всё зависит от настроек в блоках БР-16 и БИ-37 (речь идёт о третьем поколении). У меня, например, никаких ограничений не наступает, поскольку никаких снижений выходного напряжения НЕТ. Если речь идёт о машинных генераторах, то там тем более, нет никакой (ото слова «абсолютно») корреляции между намагниченностью шихты и выходным напряжением, поскольку переключая подстроечные ёмкости можно всегда держать косинус фи равным 1. В ламповых генераторах (типа ЛПЗ) можно это дело компенсировать обратной связью. В общем, Ваше утверждение, крайне сомнительно.

Поехали дальше. По поводу электропроводности. Я ведь дал Вам ДВЕ ссылки . В одной, действительно, указано сопротивление нержавеющей стали больше, чем «черняги». Но в другой http://www.spcable.r…lp/elektro.html меньше! И кому верить?! Посему я и написал

Поэтому, прежде чем судить о удельном сопротивлении сталей, неплохо бы ознакомиться с нормативными документами на эти стали. Поскольку разные источники дают различные данные

Но Вы предпочли увидеть только ту ссылку, которая подтверждает Ваше утверждение.

На этом, пожалуй, всё.

А пока — пока…

P.S. Появятся новые данные по печи — выложу в теме.

Изменено пользователем Cкиталец

Общие сведения об индукционных печах: краткое руководство

Когда дело доходит до выбора лучшей плавильной печи для вашего литейного производства, есть несколько вариантов на выбор. Однако индукционные плавильные печи могут иметь несколько ключевых преимуществ, о которых следует помнить.

Общие сведения об индукционной плавке

Перед тем, как установить индукционную печь на литейном производстве, важно понять, как они работают. Индукционная печь работает, передавая тепловую энергию через высоковольтную первичную катушку, которая индуцирует большой ток, низкое напряжение или вторичную катушку.Эти типы печей отлично подходят для плавки широкого спектра металлов при сохранении низкого уровня потерь расплава.

Существуют две основные разновидности этих печей: бескамерные и канальные.

  • Coreless: Змеевики являются основным нагревательным элементом в печи без сердечника. Змеевик, от которого эта печь получила свое название, создается из медных труб с высокой проводимостью и наматывается в спиральный змеевик перед помещением в стальной кожух. Чтобы снизить риск перегрева, сам змеевик охлаждается водой через рециркуляционную колонну.Используемые частоты могут варьироваться от 50 до 10 000 циклов в секунду (известные как частота сети и высокая частота соответственно). Чем выше частота, тем большее количество энергии может подаваться на печь. Когда материал достигает расплавленного состояния, взаимодействие между магнитным полем и электрическими токами вызывает реакцию перемешивания, которая помогает смешивать сплавы и равномерно распределять температуру.
  • Канал: Канальная индукционная печь состоит из корпуса из огнеупорной стали, в котором находится нагретый металл.К нему прикреплен первичный индукционный блок. Этот блок содержит железный сердечник, вокруг которого намотана индукционная катушка. Вырабатываемое тепло заставляет металл циркулировать в основном колодце, создавая собственное перемешивающее действие, подобное упомянутому выше. Эти типы печей подходят для плавки сплавов с низкой температурой плавления или в качестве отсека для хранения металлов с более высокой температурой плавления.

Преимущества индукционных печей

Независимо от того, какой тип индукционной печи нужен вашему литейному производству, этот тип может предложить определенные преимущества, которым другие альтернативы просто не могут сравниться.Индукционные печи подходят для плавки металлов, таких как золото и серебро, медь, алюминий, кремний, латунь и цинк. Сталь и железо также можно плавить для промышленного использования. Для их работы не требуется много места, поэтому они отлично подходят для литейных предприятий любого размера. Они также более экологичны, чем некоторые другие альтернативы. Они обладают высокой энергоэффективностью, что означает, что они не повлияют отрицательно на чистую прибыль компании, когда дело доходит до энергопотребления, и отлично подходят для литейного производства, которое хочет уменьшить свое воздействие на окружающую среду, когда дело доходит до производства.Они имеют меньшие потери при сжигании и в целом дают более высокие урожаи, а также упрощают автоматизацию по сравнению с альтернативами.

При выборе печи, которая лучше всего подходит для вашего литейного производства, подумайте о преимуществах индукционной плавки и о том, подходит ли вам индукционная печь. Они не только экономят место, но и сокращают потери, экономят энергию и могут плавить наиболее часто используемые типы металла.

Если вашему литейному производству требуется плавильная печь, не стесняйтесь обращаться к производителю, если у вас есть какие-либо вопросы или вам нужна дополнительная информация.

(PDF) Современное состояние индукционной печи: проектирование, изготовление и управление

E. Согласующий трансформатор:

Силовые ВЧ трансформаторы с изоляцией изолентой могут использоваться в цепи

для грубого изменения импеданса рабочей катушки . Функция гальванической развязки

и выполнение преобразования импеданса в набор

пропускной способности также обеспечивается ферритовым силовым трансформатором

. Трансформатор должен быть спроектирован таким образом, чтобы иметь минимальную межобмоточную емкость

и высокую изоляцию

при высокой индуктивности рассеяния.

F. Управление фазовым сдвигом H-мостового инвертора:

Существует альтернативный метод управления мощностью, когда рабочая катушка

приводится в действие полумостовым инвертором с питанием по напряжению (мост H-

). Существует возможность управления мощностью, если

независимое переключение обеих ветвей моста возможно с помощью

регулировки фазового сдвига между двумя ветвями моста. Когда

оба плеча моста переключаются точно по фазе, на выходе предлагается одинаковое напряжение

.Это означает, что в рабочей катушке нет напряжения и тока

. Напротив, когда обе ветви моста

переключаются в противофазе, через рабочую катушку протекает максимальный ток

, и достигается максимальный нагрев.

По сравнению с приводом другой ветви моста, мощность

между 0% и 100% может быть достигнута путем изменения сдвига фазы

привода на половину моста между 0 градусами

и 180 градусами.

Этот метод оказывается чрезвычайно эффективным, поскольку управление мощностью

может быть достигнуто на стороне управления меньшей мощностью. Поскольку

инвертор не отстроен от резонансной частоты рабочей катушки

, инвертор

всегда отмечает хороший коэффициент мощности; следовательно, реактивный ток, протекающий через безынерционные диоды

, уменьшается.

IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном исследовании обсуждается применение индукционных печей для плавки металлов

.Чистый, энергоэффективный и хорошо контролируемый процесс плавки

является преимуществом индукционной печи

по сравнению с другими процессами плавки. Поскольку индукционные печи

являются бесконтактным процессом нагрева, они никогда не загрязняют нагреваемый материал. Из-за фактического тепловыделения

внутри заготовки достигается очень высокая эффективность

. Конечно-элементное моделирование печи

также представлено в сравнении с результатами экспериментальной печи

.

ССЫЛКИ

[1] Лоран Дежегер, Томас Пьер, Мюриэль Карин, Филипп Ле Массон

и Микаэль Куртуа, «Проектирование и разработка индукционной печи

для определения характеристик расплавленных металлов при высоких температурах», Высокие температуры2 —

9000 Высокие давления, Vol. 47 (1), pp. 23–49, 2018.

[2] JW Evans и SD Lympany, «Улучшенная математическая модель потока расплава

в индукционных печах и сравнение с экспериментальными данными»,

Metallurgical Transactions B, Том 14, выпуск 2, стр. 306–308, июнь

1983.

[3] И.В. Позняк, А.Ю. Печенков, А. Шатунов, “Индукционная печь

с холодным тиглем как инструмент для исследования высокотемпературных расплавов

”, Конф. Материалы 9-го Российско-Корейского международного симпозиума по электроэнергетике

, КОРУС, стр. 372-376, 26

июня — 2 июля 2005 г.

[4] MSB Ranjana, PS Wankhade, ND Gondhalekar, “A модифицированный

каскадный многоуровневый инвертор с H-мостом для солнечных батарей », конф.

Proc., Международная конференция по экологически чистым вычислениям и коммуникациям

и электротехнике IEEE-ICGCCEE’14, стр. 1–7, Коимбатур

(Индия), 6–8 марта 2014 г.

[5] MSB Ranjana, Н.С. Редди и РКП Кумар, «Новый однофазный усовершенствованный многоуровневый инвертор

с регулируемой амплитудой напряжения

уровней», Conf. Proc., International Conference on Circuits, Power and

Computing Technologies, IEEE-ICCPCT’14, pp.950–957, Nagarcoil

(Индия), 20–21 марта 2014 г.

[6] С. Бикаш, С. Анвеша, С. Б. Махаджан, П. Сандживикумар, С. Аамер,

«Скорость бесщеточного электродвигателя постоянного тока. Управление и коэффициент мощности

Коррекция

с использованием несимметричного первичного индуктивного преобразователя », усовершенствования

в области энергосистем и управления энергопотреблением, Springer, Singapore, vol.

436, стр. 431–438, 2018.

[7] MSB Ranjana, NS Reddy и RKP Kumar, «Новые изолированные повышающие преобразователи постоянного тока в постоянный ток, отличные от

, для фотоэлектрических приложений»,

Конф.Proc., International Conference on Circuits, Power and Computing

Technologies, IEEE-ICCPCT’14, pp. 970–977, Nagarcoil (India), 20-21

Mar. 2014.

[8] Pieter Dorland, Jacobus Д. ван Вик и Оскар Х. Стилау «О влиянии конструкции змеевика и электромагнитной конфигурации

на эффективность индукционной плавильной печи

» 4, ИЮЛЬ / АВГУСТ 2000

[9] М.С. Бхаскар, П. Сандживикумар, Ф. Блаабьерг, Р. Кулькарни, С.

Сешагири, А.Гаджизаде «Новые топологии преобразователей LY для высокого коэффициента усиления

— новое поколение семейства XY», конф. Proc., IET 4th IET

Intl. Конф. По чистой энергии и технологиям, IET-CEAT’16, стр. 1-8,

Куала-Лумпур (Малайзия), 14-15 ноября 2016 г.

[10] П. Сандживикумар, М. С. Бхаскар, П. Дхонд, Ф. Blaabjerg, M. Pecht,

«Конфигурации гибридных триадных преобразователей с шестью выходами с неизолированными выходами

для приложений с повышенным уровнем возобновляемой энергии», Advances in Power

Systems and Energy Management, Springer, Singapore, vol.436, pp. 1–

12, 2018.

[11] К. П. Дракс, М. С. Б. Ранджана и К. М. Пандав, «Каскадный асимметричный многоуровневый инвертор

с минимальным количеством переключателей для солнечных батарей

», Conf. Proc., Power and Energy Systems: Towards

Sustainable Energy, IEEE-PESTSE’14, стр. 1–6, Бангалор, (Индия), 13-

15 марта 2014 г.

[12] S. Padmanaban, MS Бхаскар, Ф. Блаабьерг, Л. Э. Норум, С. Сешагири,

и А. Хаджизаде, «Девятифазный шестерочный инвертор для пятиуровневого выхода

, основанный на технике ШИМ с двойной несущей», Конф.Proc., IET 4th IET Intl.

конф. По чистой энергии и технологиям, IET-CEAT’16, стр. 1-7, Куала

Лумпур (Малайзия), 14-15 ноября 2016 г.

[13] Дирк ван Ризен и Кей Хамейер «Связанные электромагнитные поля»,

Структурно-динамическое и акустическое моделирование индукционной печи »

4, АПРЕЛЬ 2006 г.

[14] MSB Ranjana, PK Maroti и BS Revathi,« Новый однофазный многоуровневый инвертор

с одним фотоэлектрическим источником и меньшим количеством

выключателей », конф.Proc., 2nd International Conference on Devices,

Circuits and Systems IEEE-ICDCS’14, pp. 1–6, Coimbatore (India), 6-8

Mar. 2014.

[15] AW Oluwafemi, E. Озсой, С. Падманабан, М.С. Бхаскар, VK

Рамачандарамурти и В. Федак, «Модифицированная конфигурация схемы преобразователя cuk

с высоким выходным усилением для возобновляемых источников энергии # x2014; Комплексное расследование

», конф. Proc., IEEEConference on Energy

Conversion, IEEE-CENCON’17, pp.117-122, Куала-Лумпур

(Малайзия), 30-31 окт. 2017.

[16] К. Муранда, Э. Озой, С. Падманабан, М. С. Бхаскар, В. Федак и В.

К. Рамачандарамурти, «Модифицированный повышающий преобразователь постоянного тока SEPIC

с высокой выходной мощностью. — получить конфигурацию для возобновляемых источников энергии », — конф.

Proc., Конференция IEEE по преобразованию энергии, IEEE-CENCON’17, стр.

317-322, Куала-Лумпур (Малайзия), 30–31 октября. 2017.

[17] С. Б. Махаджан, П. Сандживикумар, О.Оджо, М. Ривера, Р. Кулкарни: «Не-

изолированный и инвертирующий многоуровневый повышающий преобразователь Nx для фотоэлектрических приложений

звена постоянного тока», Conf. Proc., IEEE Intl. Конф. on Automatica

IEEE-ICA-ACCA’16, стр. 1-8, Курико (Чили), 19-21 октября 2016 г.

[18] Т. Бауэр и Г. Хеннебергер «Трехмерные вычисления и

Оптимизация акустического поля индукционной печи, вызванного

электромагнитными силами »

[19] SKПадманабан, М. С. Бхаскар, П. К. Мароти, Ф. Блаабьерг, П. Сиано,

и В. Олещук, «Конфигурация шестиуровневого инвертора для многоуровневого

фазно-симметричного преобразователя с открытой обмоткой», конф. Proc., IEEE 1st

International Conference on Power Electronics, Intelligent Control and

Energy Systems, IEEE-ICPEICES’16, pp. 1–6, Delhi (India), 4-6 июля

2016.

[ 20] М.С. Бхаскар, П. Сандживикумар, Ф. Блаабьерг, О. Оджо, С. Сешагири, и

Р.Кулькарни, «Инвертирующий неизолированный многоуровневый повышающий преобразователь Nx и 2Nx

для приложений возобновляемой энергетики», Конф. Proc., IET Intl.

конф. по чистой энергии и технологиям, IET-CEAT’16, Куала-Лумпур

(Малайзия), стр. 1 (8) — 1 (8), 14-15 ноября 2016 г.

[21] PGSimpson McGraw- Hill «Индукционный нагрев: змеевик и проектирование системы»

[22] Джон Дэвикс, Питер Симпсон «Справочник по индукционному нагреву», McGraw-

Hill

Международный журнал инженерных исследований и технологий (IJERT)

ISSN: 2278-0181http : // www.ijert.org

IJERTV7IS080025 (Эта работа находится под международной лицензией Creative Commons Attribution 4.0.)

Издатель:

www.ijert.org

Vol. 7 Выпуск 08, август-2018

35

ICCCP09-034 [1] .pdf — DocShare.tips

МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО СВЯЗИ, КОМПЬЮТЕРАМ И ЭЛЕКТРОПИТАНИЮ (ICCCP’09)

МАСКАТ, 15-18 ФЕВРАЛЯ 2009 г.

Проектирование индукционной печи без сердечника для плавки чугуна
М. М. Ахмед1, М. Масуд2 и А.M. El-Sharkawy3

Аннотация. В данной статье основное внимание уделяется конструкции индукционных индукционных печей без сердечника
для плавки чугуна. Были представлены как механические, так и электрические требования к индукционной печи. Для проверки результатов проектирования было проведено сравнение результатов проектирования с результатами реальной индукционной печи. Ключевые слова: индукционный нагрев, индукционная печь без сердечника, индукционная плавка.
I.

заявлено. Это может привести к тому, что система не сможет достичь требуемой температуры заливки [2].

ВВЕДЕНИЕ

Индукционный нагрев широко используется в металлургической промышленности из-за его хорошей эффективности нагрева, высокой производительности и чистой рабочей среды. Развитие высокочастотных источников питания дало возможность использовать индукционные печи для плавки металлов в установках непрерывной разливки [1-4]. Индукционная печь без сердечника — это не просто печь, а устройство для передачи энергии, в котором энергия передается непосредственно от индукционной катушки в материал, подлежащий плавлению, посредством электромагнитного поля, создаваемого индукционной катушкой.Типичная схема параллельного резонансного инвертора для индукционной печи показана на рис. 1. Выпрямитель с фазовым управлением обеспечивает источник постоянного постоянного тока. Инвертор с Н-мостом состоит из четырех тиристоров и параллельного резонансного контура, состоящего из конденсаторной батареи и нагревательной катушки. Коммутация тиристоров естественным образом осуществляется за счет переменного тока, протекающего через резонансный контур [5]. Важно выбрать правильную номинальную мощность для системы. На выбор мощности печи влияет множество факторов.Во-первых, это емкость для плавления, тип плавящегося материала (железо, алюминий, олово …) и желаемое время цикла плавления. Чтобы поднять температуру твердого материала до температуры разливки, в него необходимо вложить энергию, основанную на характеристиках его удельной теплоемкости твердого тела, скрытой теплоты плавления и удельной теплоемкости жидкости. Неправильно спроектированная система с малоразмерным источником питания снизит эффективность всей системы и снизит вес расплавленного металла на 1 кВтч.
1 Кафедра электротехники, инженерный факультет, Александрийский университет, Александрия, Египет e-mail : ([email protected]) 2 Кафедра электротехники, инженерный факультет,

I

Рис.1. Структурная схема системы индукционной печи В данной статье представлена ​​конструкция индукционной печи без сердечника для плавки чугуна. Конструкция включает в себя как механические, так и электрические требования. Механический аспект учитывает геометрические параметры, в то время как электрический аспект касается конструкции катушки, оптимальной индукционной частоты и электрической мощности, необходимой для печи. II. Расчетный анализ Анализ основан на емкости расплавленного чугуна 4 тонны. A. Геометрические параметры Индукционная печь без сердечника состоит в основном из тигля, индукционной катушки, кожуха, системы охлаждения и механизма наклона.Тигель изготовлен из огнеупорного материала, которым облицован змеевик печи. В этом тигле находится шихта, а затем и расплав. Выбор огнеупорного материала зависит от типа загрузки: кислотная, основная или нейтральная. Долговечность тигля зависит от размера зерен, техники набивки, анализа загрузки и скорости нагрева и охлаждения печи [3]. На рис. 2 показаны типичные компоненты индукционной печи без сердечника [2]. Геометрическая форма печи показана на рис.3.

Александрийский университет, Александрия, Египет. электронная почта: ([электронная почта защищена]). 3 Кафедра электротехники инженерного факультета Александрийского университета, Египет. электронная почта 🙁 [адрес электронной почты защищен])

© SQU-2009 ISSN: 1813-419X

102

МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО СВЯЗИ, КОМПЬЮТЕРАМ И ЭЛЕКТРОПИТАНИЮ (ICCCP’09)

МУСКАТ, 15-18 ФЕВРАЛЯ 2009

Где M = масса шихты в кг ρ V = плотность шихтового материала в кг / м3 Толщина огнеупорной футеровки тигля может быть определена из соотношения:

Br = 0.084 T (4) Где T = мощность печи в тоннах Внутренний диаметр индуктора можно рассчитать по формуле: Din = Dc + 2 (Br + Bins) (5)
Где Bins = толщина изоляционного слоя (5.5≤ Bins ≤6 мм) Высота индуктора определяется как:

H дюйм = (1,1 → 1,2) H м

(6)

Высота топки от дна ванны до разливочного желоба: H f = H m + hs + bt (7) Рис. 2 Типичные компоненты индукционной печи без сердечника Где hs = высота образовавшегося шлака = 4% Hm bt = толщина нижней огнеупорной футеровки = 20 см для 4-тонной емкости.B. Параметры тепловой энергии Требуемая теоретическая тепловая энергия Qth, потребляемая в течение первого периода плавления, определяется по формуле: Qth = Qm + Qsh + Qs + Qen — Qex (8) Где Qm = количество тепловой энергии для плавления 4 тонн. заряженного материала, Джоуль. Qsh = количество тепловой энергии для перегрева расплава до температуры перегрева, Джоуль. Qs = теплота, необходимая для плавления шлакообразующих материалов, Джоуль.

Qen = энергия, необходимая для эндотермического процесса, Джоуль. Qex = количество тепловой энергии, выделяемой в окружающую среду
в результате экзотермических реакций, Джоуль.Теоретически Q ≅ Q. en ex Таким образом, рис. 3 Геометрическая форма печи Форма тигля — цилиндрическая. Внутренний диаметр тигля (диаметр расплава) и высота расплава определяются мощностью печи с учетом соотношения [3]

Qth = Qm + Qsh + Qs Qm = MC (θ1 — θ 0) + ML pt

(9) (10)

Где, C = удельная теплоемкость материала шихты, Дж / кг.k ° L = скрытая теплота плавления, Дж / кг
pt

Hm = 1.6 → 2; Dc где H m = высота расплавленного металла (м) Dc = диаметр тигля (м).
Объем металлической шихты определяется как:

θ = температура плавления шихты, k °
1

(1)

θ = температура окружающей среды, 25 ° C (298 k °)
0

Аналогично

Qsh = MC mθ sh

(11)

Где Cm = средняя теплоемкость расплавленного металла, Дж / кг.k ° θ = величина температуры перегрева, принятая равной 330 и
sh

Vm =
Также , Vm =

2 π dm Hm

4

(2)

Qs = K s G s

(12)

Где dm = диаметр расплавленного металла (м) = Dc

M

ρV

(3)

Где, K = количество образовавшегося шлака (кг), принятое как 4% от производительности печи; G = тепловая энергия для шлака = 300 кДж / кг.С. Электрические параметры
103

© SQU-2009 ISSN: 1813-419X

МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО СВЯЗИ, КОМПЬЮТЕРАМ И ЭЛЕКТРОПИТАНИЮ (ICCCP’09)

МУСКАТ, 15-18 ФЕВРАЛЯ 2009

На рис. цилиндрическая нагрузка, приложенная внутри печи, полная тепловая энергия, индуцированная в ней, может быть рассчитана следующим образом [6]: Предположим, что путь элемента толщиной (dx) с радиусом (x) от вертикальной оси и синусоидальным потоком ϕ = ϕ m sin ωt, где Тогда

3 2 π 3 f 2H m dm Bm P = 8ρ

ρ πμ f

W

(20)

ϕ m = Bm ⋅ A

Wb

(13) ( 14)

ϕ = π x 2 Bm sin ωt
Индуцированная e.mf (e) определяется по формуле:

e =

dϕ = π ω x 2 Bm cos ωt dt
ϕ dm + H + x dx

(15)

Где μ — проницаемость загружаемого материала, равна μo μr, где μo — проницаемость свободного пространства, а μr — относительная проницаемость. Поскольку при температуре около 1100 ° C проницаемость железа равна проницаемости воздуха [4], то есть μ = 4π × 10-7 Вт / А · м, поэтому в уравнении (20) μ = μo. Bm = максимальная плотность потока (тесла) R = сопротивление материала заряда = RL (Ом) Im = ток, протекающий в металле (A) Из уравнения (20)

Bm =

8ρ P 3 π f H m dm до
3 2

(21)

Мощность (P) может быть рассчитана из теоретической тепловой энергии Qth, рассчитанной по уравнению (9) как:

P =

Qth t

W

(22)

Где t = общее время плавления в секундах. Индукционную печь можно рассматривать как трансформатор с однооборотной короткозамкнутой вторичной обмоткой.На рисунке 5 показана эквивалентная схема змеевика печи с нагрузкой на основе концепции трансформатора [7], из которой

⎡I ⎤ I катушка = m ⎥ + (I o) 2 N⎦

2

A

(23)

Рис. 4 Расплавленная цилиндрическая нагрузка Эффективное значение этой ЭДС (E) на пути элемента составляет:

E =

Если ρ — удельное сопротивление материала, сопротивление каждого элемента пути равно ,

2π 2 fx 2 Bm 2

(16)

R =

ρl
A

=

ρ 2π x
H m dx

(17)

Вихревые токи протекают в металлическом корпусе можно рассчитать по уравнению:

Im =

π xf H m Bm dx 2ρ

(18)

Поскольку ток течет по внешнему слою металла, уравнения (17) и (18) можно переписать в виде :

R =

ρ π dm
H m do

, а I m =

π dmf H m Bm do 8ρ

Где находится скин d epth и определяется как [2]:

do =
2 м

ρ πμ f
W (19)

Рис.5 эквивалентная схема индукционной печи на основе концепции трансформатора. Умножив обе стороны на N, уравнение (23) можно записать как:

Суммарный вихревой ток, рассеиваемый в заряде, равен

P = IR

Катушка NI = (I m ) 2 + (NI o) 2
104

AT

(24)

© SQU-2009 ISSN: 1813-419X

МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО СВЯЗИ, КОМПЬЮТЕРАМ И ЭЛЕКТРОПИТАНИЮ (ICCCP’09)

, 15 ФЕВРАЛЯ -18, 2009

Поскольку NI o = Hl, то N = и H =

1
Катушка I

(I m) 2 + (Hl) 2,

B

μ
1

A.Т / м

N =

Катушка I

⎛ Bm l ⎞ ⎟ (I m) + ⎜ ⎜ 2μ⎟ ⎝ ⎠
2

2

Оптимальная производительность печи, выбор рабочей индукционной частоты системы очень важный. График на рис. 6 описывает соотношение между индукционной частотой и размером печи для различных условий плавления [8]. Идеальная плавка может быть определена, когда частота и размер печи взаимодействуют на центральной линии в средней зоне. (25)

Так как собственная индуктивность катушки L1 определяется выражением: L1 = Ll + NLM H Следовательно,

Ll = L1 — NLM
Где

H

(26)

L1 = A =

μo μr NA
2

l 4

,

2 π Din

и l = Hin

Напряжение на нагрузке равно

Im 2 N RL = I o NLM ω N

V Рис. .6 Связь между индукционной частотой и размером печи (27) III. КОНСТРУКЦИЯ ПЕЧИ Тепловые параметры чугуна, рассматриваемого в качестве шихтового материала, приведены в таблице 1 [9-11]. Таблица 1 Тепловые параметры железа Параметр 1 2 3 4 5 6
Значение удельной теплоемкости

Расчетное сопротивление нагрузки Rch = N2 RL, следовательно,

NLM =

2 I m Rch μ o μ r Bm l ω
2 I m Rch μ o μ r — Bm l ω

Подставляя из (27) в уравнение (26)

Ll =

μo μr N 2 A
l

(28)

Поскольку вся магнитная энергия сохраняется в воздушные зазоры, изоляция между проводниками и внутри проводника, где μr по существу равно 1.0 и константа, поэтому μ = μo [7]. Итак,

единица кДж / кг.k ° k ° кДж / кг µΩ-m -kg / m3

Ll =

μo N π D
2

2 дюйма

4 H дюйм

2 I m Rch μ o Bm H in 2 π f

(29)

460 1573267 0,1 56e-3 7000

Сопротивление индуктора медной катушки при температуре окружающей среды определяется по формуле:

Температура плавления Скрытая теплота Удельное электрическое сопротивление
Температурный коэффициент

Rc =

ρ c lc
При

Ом

(30)

Где ρc = удельное сопротивление меди = 1.72 × 10-7 Ом м при 25 ° C lc = общая длина медной трубки = π Din Н м At = площадь поперечного сечения токопроводящей трубки м2

Плотность

At =

Катушка I Дж

м2

( 31)

Геометрические и электрические параметры конструкции были определены с помощью уравнений (1) — (31). Результаты представлены в таблицах 2 и 3. IV. СРАВНЕНИЕ ФАКТИЧЕСКИХ И РАСЧЕТНЫХ ПАРАМЕТРОВ Для проверки результатов проектирования было проведено сравнение некоторых из этих результатов с соответствующими результатами для реальной индукционной печи.Настоящая печь изготовлена ​​компанией ABB в Германии. Его грузоподъемность 4 тонны, работающая на резонансной частоте 250 Гц, с максимальной мощностью 3 МВт, максимальным напряжением 3000 В и максимальным током 1500 А. Сравнение некоторых электрических и геометрических параметров спроектированной печи и реальной приведено в таблице 4. Из этой таблицы видно, что расчетные параметры близки к фактическим.
105

Где J = плотность тока (диапазон от 20 до 40 А / мм2 для трубопровода с водяным охлаждением) Поскольку Io очень мало по сравнению с Im / N, NLM можно пренебречь относительно Rch.Следовательно, эквивалентное сопротивление Req = Rc + Rch и эквивалентная индуктивность

Leq = Ll
D. Выбор частоты индукции Частота влияет как на эффективность связи электромагнитного поля с зарядом, так и на характеристики перемешивания расплавленного металла в печь [2]. Для © SQU-2009 ISSN: 1813-419X

МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО СВЯЗИ, КОМПЬЮТЕРАМ И ЭНЕРГЕТИКЕ (ICCCP’09)

MUSCAT, 15-18 ФЕВРАЛЯ 2009

Таблица 2 Геометрические параметры печи Параметр
1 Объем шихта (Vm) Диаметр расплава (дм) Высота расплава (Hm) Толщина огнеупорной футеровки (Br) Внутренний диаметр индуктора (Din) Высота индуктора (Hin) Высота печи от дна ванны до разливки носик (Hf) Значение 0.5714 76,90 123 16,8 111,5 135,3 147,96 ед. М3

V. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В данной статье представлена ​​конструкция индукционной печи без сердечника для плавки чугуна. Учитывались как механические, так и электрические требования к индукционной печи. Геометрические параметры печи, такие как диаметр расплава, высота расплава и диаметр змеевика, определялись непосредственно мощностью печи. Тепловая энергия, необходимая для расплавления загружаемого материала, зависит от удельной теплоемкости твердого тела, скрытой теплоты плавления и удельной теплоемкости жидкости в загружаемом материале.На основании этого была определена мощность, необходимая для плавления материала. Электрические параметры печи, такие как количество витков катушки, индуктивность катушки, сопротивление катушки и максимальная плотность магнитного потока, были определены на основе концепции трансформатора, где печь представлена ​​трансформатором с N первичными витками и одной вторичной обмоткой. мелодия, которая закорочена. Результаты проектирования были проверены путем сравнения результатов проектирования с соответствующими результатами для реальной индукционной печи.Сравнение показывает хорошее согласие между обоими результатами.

2 3 4 5 6 7

см см см см см см

Таблица 3 Электрические параметры печи Параметр
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Оптимальная рабочая частота (f) Сопротивление шихты (RL) Ток в металле (Im) Мощность, необходимая для плавления заряда за 20 минут (P) Площадь поперечного сечения трубки катушки (At) Ток в катушке (Icoil) Число витков катушки (Н) Сопротивление катушки (RC) Эквивалентное сопротивление (Req) Эквивалент индуктивность (Leq)

Значение
250 0.0512 232,57 2,766 814 11,803 20 1,5 21,90 0,19014

блок
Гц мОм кА МВт мм2 кА витков мОм мГн

ССЫЛКИ [1] Э. Дж. Дэвис и П. Г. Симпсон, Справочник по индукционному нагреву. Мейденхед, Великобритания: McGraw-Hill, 1979. [2] Д. А. Лазор, «Вопросы индукционного нагрева при литье по выплавляемым моделям», Технический семинар по современному литью по выплавляемым моделям, стр. 1-14, Питтсбург, США, 27-29 марта 2001 г. [3] К.С. Бала, «Анализ конструкции электроиндукционной печи для плавления алюминиевого лома», AU Journal of Technology, том (9), № (2) :, стр 83-88, октябрь.2005. [4] П. Дорланд, Дж. Д. Вик и О. Х. Стилау, «О влиянии конструкции змеевика и электромагнитной конфигурации на эффективность индукционной плавильной печи», IEEE Trans on IA, Vol. 36, No. 4, июль / авг. 2000. [5] Дж. Ли, С.К. Лим, К. Нам и Д. Чой, «Метод расчета оптимальной емкости индукционного нагревателя для максимального рассеивания мощности и минимальных потерь мощности, вызванных ESR», 11-й симпозиум IFAC по автоматизации в горнодобывающей промышленности, Обработка минералов и металлов, Нанси, Франция, сентябрь 2004 г. [6] А.K. Sawheny, Курс проектирования электрических машин, JC Kapoor, 1981. [7] Ллойд Х. Диксон, младший, «Потери на вихревые токи в обмотке трансформатора и проводке», Texas Instruments Incorporated, 2003. http: // focus. ti.com/lit/ml/slup197/slup197.pdf [8] JH Мортимер, «Индукционная плавка периодического действия в науке и технологиях», Inductotherm: Rancocas, август 2003 г., Нью-Джерси. [9] Чугун, http://en.wikipedia.org/wiki/Cast_iron [10] Металлы — удельная теплоемкость, http://www.engineeringtoolbox.com/specific-heat-metalsd_152.html [11] Physics Lab: Specific and Latent Heat, http://phoenix.phys.clemson.edu/labs/223/spheat/index.html

Таблица 4 Сравнение фактических и расчетных параметров Параметр 1 2 3 4 5 6 7 8
Число витков катушки (Н) Эквивалентная индуктивность (Leq) Объем шихты (Вм) Диаметр расплава (дм) Высота расплава (Нм) Толщина огнеупорной футеровки (Br) Внутренняя диаметр индуктора (Din) Высота катушки индуктора (Hin)

Рассчитайте значение d 20 витков 0.19 м вод. Ст. 0,5714 м3 76,90 см 123 см 16,8 см 111,5 см 135,3 см

Фактическое значение 20 оборотов 0,192 м вод. неисправность цепи нагрузки индукционной печи промежуточной частоты_Индукционная плавильная печь-энергосберегающая быстрая плавильная печь плавильная печь для плавки чугуна производитель печи для меди

Основная неисправность цепи нагрузки индукционной печи промежуточной частоты

Цепь нагрузки включает индукционную печь (в основном индукционную катушку).Компенсационные конденсаторы ПЧ, трансформаторы промежуточной частоты, соединительные шины и водные мягкие кабели. Следовательно, неисправность контура нагрузки в основном вызвана потерей исходного индекса вышеуказанных компонентов. Когда контур нагрузки генерирует неисправность, возникают следующие основные явления: 1 Источник питания промежуточной частоты не может начать работу; 2 может начать работу, но инвертор выходит из строя при достижении определенного напряжения или тока, действие защиты прекращается; 3 может запуститься, но инвертор неисправен.Subversion; 4 источник питания может работать нормально, но часто сгорает явление тиристора инвертора.

1. Конденсатор компенсации промежуточной частоты закорочен. В параллельном инверторе конденсатор компенсации промежуточной частоты подключен параллельно катушке индуктивности. Когда конденсатор компенсации промежуточной частоты закорочен, цепь нагрузки закорочена, так что цепь нагрузки не может колебаться, и источник питания промежуточной частоты не может работать. Чтобы найти короткозамкнутый конденсатор, можно использовать метод проверки расцепителя, то есть каждый раз отключаются два или три компенсатора промежуточной частоты, запускается испытание, и промежуточная частота может быть нормально запущена, что указывает на то, что отключение — короткое замыкание в комплекте конденсаторов промежуточной частоты.. В это время файл мультиметра размером 10К можно использовать для измерения обоих концов конденсатора. Конденсатор короткого замыкания имеет нулевое сопротивление и не заряжается; нормальный конденсатор равен нулю, когда подключен мультиметр, а затем стрелка постепенно перемещается к концу с высоким сопротивлением, и общее сопротивление превышает 500 кОм. Конденсатор в норме.

2. Конденсатор компенсации промежуточной частоты имеет пониженное выдерживаемое напряжение. В настоящее время основными типами тиристорных источников питания промежуточной частоты, в которых используются конденсаторы компенсации промежуточной частоты, являются RWF0.75 ~ 180 ~ 1 или RWF0,75 ~ 360 ~ 1, а их выдерживаемое напряжение составляет 750 В. Когда выдерживаемое напряжение конденсатора MF уменьшается, инвертор выйдет из строя после того, как источник питания IF будет работать при фиксированном напряжении IF. Метод обнаружения неисправности может быть таким же, как и в первой точке, а конденсатор с сопротивлением менее 500 кОм обычно имеет пониженное выдерживаемое напряжение.

3. Компенсационный конденсатор ПЧ разомкнут. Когда конденсатор компенсации ПЧ разомкнут, он мало влияет на нормальную работу источника питания ПЧ, за исключением того, что частота источника питания выше нормальной.На данный момент только несколько новых конденсаторов компенсации промежуточной частоты вставлены в слот, чтобы частота достигла нормального значения.

4. Датчик закорочен между витками. Когда датчик сильно закорочен, источник питания IF не может начать работу. Если датчик имеет два столкновения, может включиться источник питания промежуточной частоты, но частота выше, ток больше, а мощность немного увеличена, что может привести к выходу инвертора из строя. Другое явление — ослабление датчика.Когда мощность низкая, источник питания исправен. Однако, когда мощность увеличивается, увеличивается ток, увеличивается электромагнитная сила, и индукторы притягиваются друг к другу, или увеличивается вибрация во время питания. В этом случае источник питания ПЧ звучит ненормально из-за резкого изменения рабочих параметров. Причина вышеупомянутой неисправности обычно вызвана тем, что вода разбивается во время работы индуктора и жесткой изоляцией индуктора между витками.Обнаружить эти неисправности несложно, если их тщательно проверить перед нормальной работой. Когда различение затруднено, их можно заменить исправными датчиками для определения наличия или отсутствия вышеуказанных неисправностей.

5. Заряд закорочен через медную трубку индуктора, что эквивалентно короткому замыканию вторичной стороны трансформатора, что также эквивалентно короткому замыканию индуктора, так что источник питания промежуточной частоты не может запуститься. работающий.

6. Обрыв водяного кабеля. Когда жидкая сталь заливается в жидкую сталь, пропускающий воду мягкий кабель наклоняется вместе с печью и часто имеет извилистое явление. В частности, соединение с плавильной печью и соединение гибкого кабеля припаиваются и свариваются, так что он легко ломается в месте сварки. В процессе разрыва многожильных гибких кабелей большую часть времени часто обрывают, а неповрежденная небольшая часть быстро вырывается во время работы на большой мощности.В это время источник питания промежуточной частоты будет генерировать очень высокое напряжение. Если защита от перенапряжения ненадежна, тиристор инвертора будет поврежден. После отключения мягкого водяного кабеля источник питания промежуточной частоты не может начать работу. Повторный запуск без выяснения причины может привести к повреждению других электрических компонентов. Проверьте, не поврежден ли кабель с водяным охлаждением. Сначала отсоедините мягкий кабель от выходной шины конденсатора компенсации промежуточной частоты.При измерении поверните печь в положение разгрузки, чтобы поднять кабель, так, чтобы оборванный сердечник провода и соединение были полностью отсоединены. При измерении с помощью файла мультиметра RX1 R равно нулю в непрерывном режиме и R бесконечно в отключенном состоянии. Таким образом можно правильно судить о поломке сердечника.

7. Конденсатор компенсации промежуточной частоты и выходная шина, шины шины и шины, а также шины и гибкие кабели ослаблены. Поскольку ток, протекающий через шину, велик, температура шины во время работы также высока, так что соединительный болт легко ослабляется, контактное сопротивление увеличивается после ослабления, а температура соединения увеличивается.Если температура будет слишком высокой из-за ослабления, поверхность соединения сборных шин будет окислена, что приведет к плохому контакту и искрообразованию. Отказ инвертора часто вызван возгоранием. Поэтому все соединительные болты на силовой шине промежуточной частоты следует проверять и часто затягивать, чтобы вызвать плохой контакт и разрыв цепи.

8. Короткое замыкание индуктора печи и конденсатора компенсации промежуточной частоты на землю аналогично короткому замыканию главной цепи на землю, которое часто вызывает серьезный отказ сгорания тиристора.Поэтому при неисправности перегоревшего тиристора, помимо проверки системы защиты, необходимо также проверить, заземлена ли индукционная катушка, закорочен ли корпус конденсатора компенсации промежуточной частоты или плохо изолирован. . Как правило, файл мультиметра R × 1K используется для проверки того, что сопротивление катушки индуктивности и корпуса компенсационного конденсатора должно быть около 10 кОм. Новый храп слабый из-за влажности, но он не должен быть меньше 5 кОм.Что касается падения изоляции, то судить сложно, потому что напряжение батареи мультиметра низкое, и его можно проверить с помощью мегомметра на 500 ~ 2500 вольт.

Автоматический выключатель с индукционной печью

, Электронный автоматический выключатель, Силовые автоматические выключатели, Тепловой автоматический выключатель, Главный автоматический выключатель, Обычный автоматический выключатель — Электроиндукция, Ахмедабад

Индукционный выключатель с двигателем, Электронный автоматический выключатель, Силовые автоматические выключатели, Тепловой автоматический выключатель , Главный автоматический выключатель, Обычный автоматический выключатель — Electro Power Induction, Ахмедабад | ID: 22
8597

Спецификация продукта

Электрический трансформатор
Страна происхождения Сделано в Индии
Настройка магнитного срабатывания 360 A.550 A, 850 A, 1050 A
Номинальное напряжение 220–380 В
Форма Круглый
Диаметр 3 дюйма
Применение

Описание продукта

Индукционная печь Автоматический выключатель Mov предлагается спроектирован и разработан с использованием новейших технологий и подходит для установки в перегородке молниезащиты, а также для протокола связи RS422, используемого для защиты сигнальных линий от перенапряжения.Некоторые из областей, в которых они используются, включают общие электрические шкафы низкого напряжения, внешние электрические шкафы и другие. Его функции включают в себя то, что модульное устройство защиты от перенапряжения разработано в соответствии с отраслевыми стандартами, применимо для системы распределения питания 220/380 В, подходит для молниезащиты всех классов, обеспечивает удобную поддержку подключения, работает как быстродействующий предохранитель для защиты полупроводникового устройства.

Технические характеристики:

  • Автоматический выключатель в литом корпусе с магнитным расцепителем 360A.550A, 850A, 1050A
  • Быстродействующий предохранитель для защиты полупроводникового прибора 800A, 1000A, 1250A, 1500A
  • MOV 575V, 660V
  • Токоограничивающий реактор (CLR) для любых мощностей
  • Реактор DI / DT
  • Высокочастотный трансформатор (HFT)
  • Резистор любое сопротивление и любую мощность
  • Конденсатор для демпферной цепи и источника постоянного тока
  • Блок питания постоянного тока
  • Трансформатор потенциала, трансформатор управления, трансформатор тока
  • Реле температуры, датчик температуры, реле давления, реле потока, манометр, датчик температуры


Заинтересовались данным товаром? Получите последнюю цену у продавца

Связаться с продавцом

Изображение продукта


О компании

Год основания 2020

Юридический статус Фирмы Физическое лицо — Собственник

Характер бизнеса Производитель

Количество сотрудников от 11 до 25 человек

Годовой оборот2-5 крор

IndiaMART Участник с июля 2010 г.

GST24ABNPJ2414R1ZC

Код импорта и экспорта (IEC) ABNPJ *****

Electro Power Induction была основана в 2020 году. Мы являемся ведущим производителем и Trader из тиристоров и диодов и токового реактора и т. Д.

Видео компании

Вернуться к началу 1

Есть потребность?
Получите лучшую цену

1

Есть потребность?
Получите лучшую цену

Монитор цепи

, запасные части индукционной печи

На главную / Инверторные источники питания / Inductotherm ® / Платы управления и электроника / Монитор цепей

1008 фунтов стерлингов.00

Монитор цепи

Артикул: MV170 Категория: Платы управления и электроника Спросите об этом продукте
  • Описание

Описание

Тип инвертора: Все PT B

Связанные продукты

  • Монитор цепи

    682,50 фунтов стерлингов Читать далее
  • Модуль независимого расцепителя

    315,00 фунтов стерлингов Читать далее
  • Модуль двойного обжига

    735 фунтов стерлингов.00 Читать далее
  • Преобразователь

    кВт

    420,00 фунтов стерлингов Читать далее

Не можете найти то, что ищете?

  • Компания
  • Имя *
  • Фамилия *
  • Электронная почта *
  • Телефон *
  • Комментарии *
  • Маркетинг будущего
    • Я рад получать маркетинговые письма.
    Время от времени мы отправляем маркетинговые материалы по электронной или обычной почте.Ваша личная информация никогда не будет передана третьим лицам. Если вы счастливы получить это, установите флажок ниже. Для получения дополнительной информации см. Нашу политику конфиденциальности.
  • Как мы используем вашу информацию

    Используя эту форму, вы отправите нам вашу личную информацию по зашифрованной электронной почте. Информация будет использована для обработки вашего запроса и будет добавлена ​​в наши базы данных для последующих сообщений. Для получения дополнительной информации о том, как мы храним и используем ваши данные, ознакомьтесь с нашей политикой конфиденциальности.

  • КАПЧА

Конвертер валют

Конверсия валюты оценена и должна использоваться только в информационных целях.

  • GBP
  • USD
  • EUR
  • Сброс

PT A = серия Powertrak® A, PT B = серия Powertrak® B, серия R = серия Powertrak® R.

Названия Inductotherm® Powertrak® и VIP® принадлежат Inductotherm Europe Ltd

Индукционный нагреватель

| Майлз Дай

Осень 2018

Фон

Индукционный нагрев — это явление, при котором вихревые токи, образующиеся в электропроводящем материале в соответствии с Законом индукции Фарадея, нагревают объект.Чтобы воспользоваться этим эффектом, индукционный нагреватель пропускает переменный ток через электромагнит, чтобы создать быстро меняющееся магнитное поле. Это вызывает ток в заготовке, температура которого повышается из-за резистивного и, возможно, гистерезисного нагрева.

Индукционный нагрев особенно интересен, поскольку он не требует контакта нагревательного элемента с объектом и не требует внешнего нагревательного элемента, который необходимо довести до желаемой температуры.Вместо этого само устройство, например плита, может оставаться близкой к температуре окружающей среды, при этом значительно повышается только температура целевого материала.

Физика

Суть успешного индукционного нагревателя — создание переменного магнитного поля. Это поле создается в так называемой рабочей катушке — катушке с проволокой, окружающей нагреваемый объект. Затем поток от этого поля (\ (\ Phi_B \)) передается в целевой объект для генерации напряжения (\ (v \)) в соответствии с законом Фарадея.$$ v = — \ frac {d \ Phi_b} {dt} $$

Генерируемое напряжение вызывает ток в объекте, который выделяет тепло. Этот эффект нагрева вызван омическими потерями (джоулев нагрев), а также потерями на гистерезис, если объект является ферромагнитным.

Другим важным фактором при проектировании системы является скин-эффект, при котором переменные токи имеют тенденцию концентрироваться около поверхности проводника при увеличении их частоты.В результате эффективное сопротивление детали увеличивается с частотой.

Схемотехника

Базовая схема индукционного нагрева будет использовать тотемный столб в качестве инвертора для преобразования источника постоянного тока 12 В в напряжение переменного тока. Это приведет в движение бак LC аналогично цепи балласта лампы. Однако теперь нагрузка будет представлять собой катушку, которая действует как первичная обмотка трансформатора, а нагреваемый объект представляет собой закороченный одиночный виток, который действует как вторичная обмотка трансформатора.Таким образом, за нагрев отвечает небольшое сопротивление в объекте. Индуктор в резервуаре LC — это просто магнитная индуктивность первичной катушки (т. Е. Рабочей катушки).

Разработка схемы началась с выбора частоты. При проектировании индукционного нагревателя возникает значительный компромисс по частоте. Более высокие частоты позволяют лучше передавать энергию заготовке, но также вызывают более тонкий слой тока из-за скин-эффекта.Таким образом, при более эффективном нагреве нагрев будет происходить в основном на поверхности. Это говорит о том, что более высокая частота (около 100-200 кГц) подходит для небольших объектов, поскольку теплопроводность позволяет объекту нагреваться относительно равномерно.

Рис. 1: Схема полного индукционного нагревателя.

Генерация переменного тока из источника постоянного тока осуществлялась с помощью инвертора.В инверторе используется полумост, построенный из тотемного столба MOSFET, как показано на рисунке 1.

Генератор прямоугольных волн

Индуктивность рабочей катушки (и, следовательно, резонансная частота) контура сильно зависит от геометрии рабочей катушки. Следовательно, генератор прямоугольных сигналов должен быть достаточно гибким в диапазоне частот, который он может генерировать. Я выбрал частоты в диапазоне от 50 до 150 кГц.Этот широкий диапазон был выбран для того, чтобы можно было легко отключать несколько катушек без замены электроники.

Генератор треугольных волн использовал генератор 74HC14 с потенциометром 10k для регулировки частоты. Треугольная волна была преобразована в прямоугольную волну путем пропускания ее через компаратор LM311 для получения прямоугольной волны с рабочим циклом 50%. Для этого проекта не требовалось изменять рабочий цикл, поскольку целью было создание синусоидальной волны переменного тока для управления контуром резервуара.

Индукционный нагреватель, модель

Полезно рассмотреть идеальную эквивалентную модель для резонансного контура на рисунке 2.

Рисунок 2: Модель резонансного резервуара индукционного нагревателя и его сопряжения с заготовкой.

На этой схеме \ (C \) — резонансный конденсатор, \ (C_ {blk} \) — блокирующий конденсатор, а \ (L \) — индуктивность намагничивания рабочей катушки.Показанный трансформатор представляет собой трансформатор \ (N: 1 \). Заготовка моделируется как закороченный одиночный виток. Сопротивление \ (R \) учитывает резистивный нагрев и гистерезисный нагрев, который происходит в заготовке, когда в ней индуцируются вихревые токи. К тому же индукционный нагреватель — далеко не идеальный трансформатор. Заготовка в идеале значительно меньше рабочей катушки. Это объясняется введением константы связи трансформатора, \ (k \), которая представляет собой значение от 0 до 1 и приблизительно представляет долю магнитного потока от катушки, которая проходит через заготовку.

Эту модель можно упростить для анализа, объединив конденсаторы и отразив резистор поперек трансформатора (с учетом константы связи). Это дает схему, показанную на рисунке 3.

Рисунок 3: Упрощенная модель резонансного резервуара индукционного нагревателя.

На рисунке 3 эквивалентная емкость задается как \ (C_ {eq} = \ frac {C \ cdot C_ {blk}} {C + C_ {blk}} \).Кроме того, отражение резистора дает \ (R_ {ref} = \ frac {N \ cdot R} {k} \). Эта схема дает понять, что меньшее значение \ (R_ {ref} \) снижает добротность резонатора, поскольку больший ток отводится от резервуара и рассеивается в резисторе.

Резонансная конструкция резервуара

Эта модель позволяет выбирать компоненты. Одним из основных факторов, влияющих на выбор резонансного конденсатора \ (C \), является тот факт, что это должен быть конденсатор высокого напряжения.Примерная оценка показывает, что для наведения всего 2 В на резисторе на идеальном 40-витковом трансформаторе может потребоваться до 80 В на первичной стороне. С учетом константы связи и других паразитных факторов потребуется большее напряжение. Таким образом, выбор \ (C \) ограничен имеющимися конденсаторами на 400 В, поэтому емкость будет порядка 20 — 200 нФ.

Прежде чем принять решение о точной емкости резонансного конденсатора, полезно проверить катушки, которые будут использоваться.Индукционный нагреватель в идеале должен поддерживать катушки различной геометрии, чтобы можно было нагревать различные предметы. Для этого эксперимента я намотал две катушки из провода магнита AWG 22, которые кратко описаны ниже.

Диаметр (см) \ (l \) (см) \ (N \) (витки) \ (L_ {theor} (\ mu H) \) \ (L_ {mes} (\ mu H \)) СОЭ (\ (\ Omega \))
5 2 27 90 75 0. 2 \ pi} {l} $$ Фактические индуктивности были измерены на измеритель импеданса на частоте 100 кГц.Я буду называть первую катушку «большой катушкой», а вторую катушку — «маленькой катушкой».

Индуктивности двух вышеупомянутых катушек предполагают, что жизнеспособная емкость составляет \ (90 мкФ), состоящую из P1074-ND (22 нФ), подключенного параллельно к P1080-ND (68 нФ). Это даст резонансную частоту 61,3 кГц для большой катушки и 108 кГц для маленькой катушки.

\ (C_ {blk} \) теперь можно выбрать, чтобы он имел низкий (\ (\ le5% \)) импеданс по сравнению с резонансным конденсатором в резонансе.Блокирующая емкость \ (1,8 мкФ \) достаточна и может быть изготовлена ​​из 2 пленочных конденсаторов P4675-ND (\ (1 \ мкФ \)).

Анализ частотной характеристики

Отсюда можно провести частотный анализ для определения ожидаемого усиления и резонансной частоты. 2 + \ frac {s} {R_ {ref} C_ {eq}} + \ frac {1} {LC_ { eq}}} $$

Прежде чем строить график Боде, необходимо обратить внимание на два важных момента относительно \ (R_ {ref} \).Отраженное сопротивление зависит от сопротивления детали и коэффициента связи. Оба эти значения нелегко измерить или рассчитать, и поэтому их необходимо оценивать.

  • Значение \ (R \) (до отражения) является мерой потерь в заготовке. Это различно для разных объектов, но я выбрал значение \ (2 \ Omega \) после некоторого начального тестирования и исследования в Интернете. Хотя это может показаться довольно большим для учета омических потерь, создаваемых вихревыми токами, этот резистор также отражает гистерезисные потери в ферромагнитных материалах, которые возникают во время нагрева.Таким образом, \ (R \) не представляет собой исключительно омическое сопротивление материала.
  • Другое предположение состоит в том, что заготовка относительно мала по сравнению с рабочей катушкой. То есть в трансформаторе плохая связь. Учитывая, что значения \ (k> 0,5 \) считаются сильно связанными, я оценил \ (k \ приблизительно 0,1 \).

Эти значения дали графики Боде, показанные на рисунке 4 в MATLAB.Маленькая катушка имеет резонансную частоту 110 кГц и коэффициент усиления по напряжению 25,4. Большая катушка имеет резонансную частоту 62,5 кГц и коэффициент усиления по напряжению 18,2.

Рисунок 4: График Боде упрощенной схемы с большой катушкой (слева) и маленькой катушкой (справа).

Выбор MOSFET

IRF540 является подходящим выбором в качестве переключающего элемента, поскольку он имеет постоянный ток стока 28 А при комнатной температуре.Работая при напряжении около 1 А от общего напряжения 2-20 В, он находится в пределах максимальной безопасной рабочей зоны. По практическим соображениям в сборке повторно использовалась тотемная плата, на которой были установлены полевые МОП-транзисторы IRF1407. IRF1407 имеет более высокие рейтинги и отлично подходит для этого проекта.

Результаты

Следующие осциллограммы были сняты во время начальной фазы тестирования, во время которой небольшое напряжение (1-2 В) использовалось в верхней части тотемного столба с маленькой катушкой.На рисунках 5 и 6 показано, что наблюдаемый результат вполне соответствует прогнозируемому. Прирост оказался не таким большим, как прогнозировалось, что может быть связано с паразитами, которые не были включены в идеализированную модель. Также интересно то, что блокирующий конденсатор успешно снимает напряжение постоянного тока, как показано на рисунке 7. Зеленая форма волны сосредоточена около 0 В. Однако резкие переходы прямоугольной волны не отфильтровываются и видны как дефекты синусоиды на напряжении рабочей катушки.

Рисунок 5: Управляющий сигнал (зеленый), напряжение рабочей катушки (желтый), 1 В на тотемном столбе.

Рисунок 6: Управляющий сигнал (зеленый), напряжение рабочей катушки (желтый), 2 В на общей стойке.

Рисунок 7: Напряжение после \ (C_ {blk} \) (зеленый), напряжение рабочей катушки (желтый), дифференциальное напряжение конденсатора (розовый), 2 В на общей клемме.

Кроме того, когда нагреватель приближается к резонансу, заметна разность фаз. На рисунке 8 нагреватель далек от резонанса, и напряжение катушки и напряжение инвертора совпадают по фазе, тогда как на рисунке 9, где нагреватель находится в резонансе, два напряжения сдвинуты по фазе на 90 градусов. Если бы использовалась фазовая автоподстройка частоты, эти два напряжения были бы синхронизированы вместе, чтобы поддерживать резонанс.

Рисунок 8: Напряжение инвертора (зеленый), напряжение рабочей катушки (желтый), вне резонанса.

Рисунок 9: Напряжение инвертора (зеленый), напряжение рабочей катушки (желтый), при резонансе.

Как только было подтверждено, что цепь безопасна и работает, было добавлено больше мощности за счет увеличения напряжения на вершине тотемного столба. Это позволяло нагревать предметы до очень высоких температур. Используя большую катушку, металлический радиатор нагревали путем повышения напряжения до тех пор, пока через инвертор не протекал ток 1А.Радиатор помещался плашмя поверх катушки. На рисунке 10 показана температура радиатора.

Температуру контролировали с помощью цифрового лазерного инфракрасного термометра. Как и ожидалось, начальная скорость нагрева довольно высока, когда температура радиатора близка к комнатной. Однако с повышением температуры скорость отвода тепла от радиатора также увеличивается. В конце концов, мощность индукционного нагревателя не успевает за передачей мощности от радиатора, и кривая начинает выравниваться.\ circ C \) в течение 45 секунд, при этом рабочая катушка лишь слегка нагрелась на ощупь. На полной мощности напряжение на катушке достигнет 200 В (от пика до пика), как показано на рисунке 11.

Рисунок 11: Напряжение рабочей катушки при работе на большой мощности. Обратите внимание, что вертикальный масштаб составляет 50 В / дел.

Обратная связь

В качестве интересного дополнения к этому проекту я решил реализовать автоматический поиск резонанса с помощью микроконтроллера.Идея состоит в том, что когда пользователь нажимает кнопку, микроконтроллер должен запускать подпрограмму для определения резонансной частоты. Этот вид настройки на самом деле удобен, потому что вставка заготовки внутрь рабочей катушки изменит индуктивность рабочей катушки и, таким образом, также изменит резонансную частоту контура.

Основная идея поиска резонанса заключается в том, что при резонансе синусоида на выходе катушки достигает максимума.Таким образом, если мы можем создать сигнал, который пропорционален выходному сигналу для подачи на АЦП микроконтроллера, и позволить ему подавать управляющий сигнал на тотемный полюс, мы можем превратить проблему поиска резонанса в задачу поиска пиков программного обеспечения. .

На практике возникает несколько трудностей. Прежде всего, индукционный нагреватель работает на частоте порядка 100 кГц. Это означает, что для микроконтроллера с частотой 16 МГц, такого как Arduino Uno, в лучшем случае будет около 160 тактов на цикл инвертора, что серьезно ограничивает наши возможности для генерации сигнала ШИМ.Кроме того, АЦП на Arduino требуется около 100 микросекунд для чтения ввода, что ограничивает его частоту дискретизации до 10 кГц. Таким образом, сигнал не может быть дискретизирован напрямую.

Поколение ШИМ

Частота ШИМ на Arduino с помощью команды analogWrite () устанавливается равной 490 Гц на большинстве контактов и 980 Гц на контактах 5 и 6. Таким образом, использование команды analogWrite () для генерации квадрата не является жизнеспособным вариантом, поскольку частота не является допустимой. регулируемый (только рабочий цикл).(Важно помнить, что цель здесь на самом деле не в том, чтобы модулировать ширину импульса, а в том, чтобы изменить частоту прямоугольной волны.) Другой вариант — использовать бит ШИМ и просто вручную переключить вывод на высокий уровень и низкий с соответствующей задержкой. Это можно сделать с помощью команды delayMicroseconds, но это не обеспечивает достаточно хорошего разрешения при 100 кГц. Ясное решение — работать напрямую с регистрами времени на микросхеме Atmega. Если бы у нас было больше времени, это было бы хорошим вариантом для изучения, но, как оказалось, более быстрым решением было переключиться на Teensy 3.1 микроконтроллер. Teensy — это микроконтроллер с напряжением 3,3 В, работающий на частоте 96 МГц. Он имеет функцию под названием analogWriteFrequency (pin, freq), которая позволяет вам установить частоту analogWrite в установочном коде. Он может легко устанавливать частоты от нескольких Гц до сотен кГц. Единственным недостатком является то, что все выводы ШИМ, привязанные к одному таймеру, будут одновременно менять свою частоту, но для этого проекта нам нужен только один. Простота этого решения побудила использовать Teensy в качестве микроконтроллера.

После того, как мы выбрали микроконтроллер, нам нужно подумать, как на самом деле управлять инвертором с помощью Teensy. Хотя можно управлять сигналами DELAY и #DELAY в программном обеспечении, гораздо проще просто создать одну прямоугольную волну из Teensy и отправить ее через сеть задержки 74HC14. Это очень просто реализовать: мы просто заменяем LM311 и генератор 74HC14 на Teensy. Важно помнить, что Teensy — это 3.Устройство 3 В, которое теперь взаимодействует с устройством 0-5 В (уровень TTL). Оказывается, это нормально, потому что пороговых значений TTL для высокого и низкого логических уровней более чем достаточно для обеспечения правильного вывода. Если бы требовалось большее размах напряжения, было бы несложно подать сигнал в соответствующий компаратор (например, LM311) с правильным напряжением смещения для увеличения амплитуды.

Сигнал обратной связи

Последнее соображение касается обратной связи с Teensy.Напряжение на катушке, которое может возрасти до 300 В (размах), должно быть понижено до безопасного для Teensy уровня (т. Е. 3,3 В (размах)). Наиболее очевидным решением является простой делитель напряжения 100 к 1, который я реализовал с помощью резистора \ (100 к \ Омега \) и \ (1 к \ Омега \) (не совсем 100 к 1, но абсолютные значения не нужны. для этого приложения). Кстати, я изначально выбрал чрезвычайно высокие значения для резисторов (в диапазоне десятков мегаом), и это приводило к очень запутанным результатам на осциллографе, пока я не понял, что мои пробники являются пробниками \ (1M \ Omega \).Таким образом, я сильно нагружал свою схему, когда я ее измерял. Указанных выше значений в киломах более чем достаточно для ограничения потребляемого тока.

Наконец, я не хотел, чтобы АЦП просто как можно быстрее считывал сигнал из-за высокой частоты сигнала. Arduino Uno может производить выборку только до 10 кГц. Я не смог найти явного верхнего предела частоты дискретизации для Teensy 3.1, но некоторые быстрые исследования в Интернете показали, что она составляет около 600 кГц.Это будет около 6 точек за период, что недостаточно для надежного определения пика. Мне пришло в голову, что нет необходимости находить пики сигнала в цифровом виде. Вместо этого я мог бы выпрямить синусоидальную волну, а затем отфильтровать ее с помощью фильтра нижних частот, чтобы получить значение постоянного тока, пропорциональное размаху напряжения синусоидальной волны. Это постоянное напряжение может быть максимизировано при очень низких требованиях к частоте дискретизации, поскольку это сигнал постоянного тока. Я выбрал простой однополупериодный выпрямитель и параллельный RC-фильтр нижних частот.

Защита входа

В качестве последнего штриха к схеме я добавил стабилитрон на 3,3 В и резистор перед выводом АЦП в качестве защиты входа для Teensy в случае ошибки пользователя (например, пользователь слишком сильно поворачивает тотем и поднимается выше 300 В (размах)). от напряжения катушки).

Рисунок 12: Полная схема цепи обратной связи.

Программное обеспечение

Код этого проекта можно найти на Github. Основы кода заключаются в том, чтобы пройти через предварительно установленный диапазон частот (50-150 кГц) с шагом 10 кГц, найти диапазон, который дает наибольший отклик, и пройти через этот диапазон с шагом 1 кГц, чтобы найти резонансную частоту в пределах 1 кГц. Поскольку сигнал обратной связи был слегка зашумленным, в программном обеспечении был реализован усредняющий фильтр, чтобы предотвратить любые неправильные показания.

Результаты обратной связи

Следующие формы сигналов показывают работу цепи обратной связи. Обратите внимание, что сигнал постоянного тока имеет более низкое значение, когда частота не резонансная, чем когда она находится в резонансе.

Рисунок 13: Вне резонанса, сигнал постоянного тока (синий) имеет очень низкое значение.

Рисунок 14: В резонансе сигнал постоянного тока (синий) имеет более высокое значение.

При желании резистивный делитель можно отрегулировать для максимального увеличения динамического диапазона. АЦП Teensy был достаточно точным, чтобы система могла найти резонансную частоту лучше, чем у человека, но чувствительность и точность можно отрегулировать, изменив программное обеспечение и изменив схему резисторного делителя.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.