• Радиаторы
• Отопление
• Газоснабжение
• Газопровод
• Водопровод

Транзистор для индукционной плиты. Сборка индукционных плавильных печей своими руками

1. Теория.
Нагрев происходит за счет перемагничивания ферромагнетика, а не токов Фуко/Эдди/вихревых в сковороде, ибо при использовании только токов Фуко, в самой плите будет выделяться большее количество тепла или конструкция будет очень сложной с медными трубками. Все что дальше написанное, взято из pdf onsemiconductor, holtek и fairchild. На практике не проверял, по этому могу заблуждаться. Упрощенная схема индукционной плитки.

Cbus - конденсатор для стабилизации напряжения питания в течении одного периода колебательного процесса, 4...8мкФ;
Сr - резонансный конденсатор, 0.2...0.3мкФ;
Lr - индуктор, 100мкГн;
T1/D1 - IGBT типа IHW20N120R2, FGA15N120ANTD, IRGP20B120UD (Vces=1200V/Ic=15A/Toff+Tf=400нС/Vsat=1.6 V).

Какие процессы происходят, я отобразил на таком графике.

Цикл работы состоит из двух больших этапов: заряд индуктора линейнонарастающим током через открытый транзистор/диод и затухающего колебательного процесса при закрытом транзисторе. Которые можно разделить на несколько малых тактов.

1. Затухающий колебательный процесс при закрытом транзисторе. Исходное состояние здесь всегда одно и тоже: Cr заряжен до уровня Ubas, ибо он всегда, мгновенно, заряжается до уровня Ubas при открывании IGBT.
1. Cr разряжается на индуктор : ток через индуктор и напряжение на коллекторе IGBT нарастает до Ubas, ибо Uce=Ubas-Ucr.
2. Индуктор разряжается на Cr: ток через индуктор уменьшается, а напряжение на коллекторе IGBT растет до максимального возможного значения. Это значение пропорционально времени открытого состояния транзистора.
3. Cr разряжается на Lr до напряжения Ubas : ток индуктора растет, а напряжение коллектора IGBT падает до 0. Когда напряжение на коллекторе станет меньше нуля - откроется встречный диод IGBT.
2. Линейный процесс накачки индуктора. Исходное состояние здесь всегда одно и тоже: Cr заряжен до уровня Ubas, ибо при этом уровне заряда напряжение на встречном диоде переходит через ноль. Если отпирающий импульс на затвор транзистора придет раньше отпирания диода или когда диод уже закроется, т. е. резонансный конденсатор не зарядится до Ubus или уже разрядится на индуктор, то в начальный момент времени через транзистор пройдет большей ток и он будет сильно греться. Что плохо скажется на надежности. На этом этапе Cr всегда заряжен до уровня Ubas, а напряжение на коллекторе близко к 0.
   1. Ток индуктора идет через встречный диод : ток через индуктор линейно падает до нуля. В это оптимальное время подавать отпирающий импульс на затвор.
   2. Ток индуктора идет через IGBT : ток через индуктор линейно нарастает. В это время надо вовремя закрыть транзистор, что бы индуктор не накопил энергии достаточной для пробоя транзистора при такте 1.2.

1. Мощность регулируют при помощи изменения длительности пачки импульсов, ибо ШИП регулировать сложно: момент включения транзистора определяется переходом через ноль напряжения коллектора, а момент выключения максимальным возможным напряжением на коллекторе, то есть частота и скваженность связаны обратной зависимостью и регулировать ими мощность простым способом не получиться.
2. Если на плите нет посуды, то это может вывести из строя транзистор из-за повышения максимального напряжения (Cr зарядится до большего напряжения). Для предотвращения этого, каждые две секунды проводят процедуру контроля наличия сковороды: подают затравочный импульс, а потом считают сколько циклов будет затухать колебательный процесс. Если больше 3 - значит посуды нет и надо выключать плиту.
3. Самый тяжелый - первый импульс, ибо тогда заряжается Cr через IGBT.

2. Силовая схема.


Назначение элементов:
Li - ферритовый тор, надетый на сетевой провод, служит для подавления синфазных помех. В большинстве случаев его нет;
FUSE - предохранитель;
С1 - конденсатор фильтрации импульсных помех, в большинстве случаев его нет;
R1 - резистор для разряда C1 после отключения питания;
D1, D2 - выпрямитель для ИИП и контроля напряжения сети (для расчета мощности и защиты от перенапряжения);
RJ - шунт в виде куска толстого провода;
L1 - фильтр от импульсных помех, чаще всего его нет;
С2 - конденсатор для возможности возврата энергии колебательного контура с индуктором в промежуточный контур постоянного тока Ubas;
С3 - резонансный конденсатор, нужен для обеспечения непрерывного тока после запирания транзистора;
Lr1 - индуктор, служит для передачи энергии в посуду;
T1 - IGBT транзистор, нужен для преобразования постоянного тока в переменный;
R2 - резистор, предназначенный для гарантированного нахождения транзистора в запертом состоянии после включения;
R3 - резистор, предназначенный для подавления высокочастотного тока на затворе;
Uoutlet - выпрямленное напряжение в сети;
Ush - контроль тока для защиты от перегрузки;
Uce - контроль напряжения на коллекторе IGBT, служит защиты от перенапряжения и совместно с Ubas определяет момент включения IGBT;
Ubus - служит для определения момента включения IGBT.

Теорию работы я описал раньше, поэтому повторяться не буду.

3. Драйвер.


Назначение элементов:
D2 - не дает проседать 18V при уменьшении 18V на выходе ИИП, вместо диода может быть резистор сопротивлением 51 Ом или вообще ничего не быть;
С2 - стабилизация напряжение питания драйвера, может не быть;
R3, T4, R2, T3 - два каскада усиления с общим эмиттером;
T1 и T2 - эмитерный повторитель;
D1 - не дает подняться напряжению на выходе выше 18V;
R1 - ограничивает ток заряда затвора IGBT;
R5 - увеличивает входное сопротивление драйвера, необходимо для защиты выхода контроллера;
R4 - служит для канализации тока утечки T4;
С1 - ускоряет процесс переключения T4.

4. Источник Импульсного Питания 5 и 18 Вольт.
Они делаются по двум схемам: обратноходового преобразователя и прямоходового. В обоих случаях используются одни и теже компоненты: микросхема ШИП (ШИМ/PWM со встроенным ключом, чаще всего Viper12A), 78L05, трансформатор, резисторы и конденсаторы.

В обоих схемах S1 - это термопредохранитель упирающийся на теплостойкую крышку плитки. Часто его не бывает; R1 - служит для фильтрации (это если судить по схеме в datasheet samsung: там вместо резистора стоит дроссель на 300 мкГн) или как предохранитель (так написано у stm).

4.1. Обратноходовой преобразователь (flyback converter).

4.2 Прямоходовой преобразователь (Double Output Buck Converter) на тех же элементах.

Схема содрана у STM (AN1514, 3 страница), с точностью до номиналов используется в alaska ic1800. .


Несколько схем из AN1514.

5. Контроль напряжения на индукторе.
Несмотря на то, что IGBT надо открывать когда напряжение на коллекторе (Uce) чуть ниже нуля (когда открыт встроенный в него обратный диод), этот момент времени определяется не через пересечение этим напряжением нуля, а при помощи сравнения его с напряжением промежуточного контура постоянного тока (Ubus), с последующей задержкой. Напряжения сравниваются в встроенном в управляющую микросхему компараторе.
Еще этот компаратор используется для определения наличия сковороды: раз в 2 секунды открывается IGBT на 1 мС, а потом считаются колебания до полного их затухания, если их будет больше 3...24, то значит сковороды на плитке нет. Поэтому здесь используются два делителя, которые приводят входные напряжения около 1200V к величинам меньше 5V (напряжение питания управляющей микросхемы).
Дополнительно напряжение на коллекторе подается на аналоговый вход управляющей мс, для защиты от перенапряжения. Поэтому это напряжение делится еще в 1.5-3 раза. Хотя этого дополнительного делителя может и не быть.
Так как напряжение в 1200V пробьет любой одиноко стоящий резистор, то в верхних плечах делителя используют 2 или 3 последовательно включенных резистора на 1-2Вт, но так как Ubas сильно больше 300V быть не может, то в верхнем плече делителя Ubus на один или два резистора меньше ставят. На выходе делителей, последовательно с входами ic могут быть по резистору на 100-39000 Ом, вероятно, они нужны для дополнительной фильтрации помехи. В результате получается такая схема.

6. Контроль напряжения в сети.
В принципе - это тоже самое Ubus, но измеренное до выпрямителя. Используется для замера мощности и защиты от перенапряжения. Для обоих целей используются разные делители напряжения: выход одного делителя идет на вход АЦП, а другого на вход компаратора. Схемы делителей похожи предыдущие. Только напряжение на входе АЦП сильно усредняется конденсатором большой емкости.


Для экономии одного большого резистора, они могут на делитель подключенный к компоратору подавать постоянное напряжение подавать с делителя подключенного к АЦП через маленький резистор (это напряжения заведомо меньше 5V), а переменку через конденсатор.

7. Контроль тока.
Для контроля тока используется встроенный в управляющую микросхему операционный усилитель. То есть для этой схемы нужны два вывода: вход ОУ и его выход. В некоторых плитках еще используется встроенный компаратор для защиты по току. Схема понятна без пояснений.

8. Контроль температуры igbt.
Под igbt, при помощи резинки, вплотную прижат терморезистор. Он нужен для контроля температуры igbt.

Схема - обычный делитель напряжения, в одном плече которого стоит NTC термистор типа 3950-100k.

Рекомендуемая samsung логика контроля:
-температура выше 85° - понижаем мощность;
-температура выше 90° - выключаем плиту.

9. Контроль температуры поверхности.
Схема идентична предыдущей, только термистор прижат к поверхности плиты. Где находится термистор.

10. Пищалка и вентилятор.
Они могут управляться от отдельных выходов управляющей микросхемы, но в последнее время их подключают к одному выходу, но пищалку через конденсатор. Причем другой выход пищалки может быть подключен к любому напряжению: 0V, 5V или 18V.

11. Другие варианты конструкций.
1. Схема на тиристоре с резонансом напряжений. Она хотя проще этой, но она надежнее (не надо беспокоиться об моменте выключения тиристора), дороже (резонансный конденсатор емкостью в 10 раз больше) и тяжелее (конденсаторы тяжее будут). Сейчас ее не реализовать, ибо инверторные тиристоры промышленность перестала выпускать массово.


2. Полумостовой резонансный инвертор, предлагается STM.

Вот и я всем привожу пример и Китая, и Запада..
Пока у меня был сварочник более 40 кг, счётчик плохо держал и пробки вылетали, не мог перевозить его без машины, и пупок надрывал для переноса, мечтал о малых аппаратах и варить алюминий обычным сварочником. И все умные электронщики не шатали свои мозги, и ссылались на умные формулы.
Но вот хлынул Запад, а за ним и Китай.. И Чудеса начались!!! И теперь светодиодная лампа даёт примерно тот же световой поток, но в 10 раз берёт меньше эл.энергии, Сварочные аппараты почти в 20 раз легче!!! У меня сейчас такой инвертор 2,5 кг, работает электродами от 1 мм2 до 4 мм2 сечением, и жрёт в три раза меньше эл.энергии. И мне плевать на законы Дж.Ленца, или как их там ещё.. Я получил более экономичные, практичные, выгодные товары и инструменты. И значит это работает, вопреки нашим умникам и умницам от 17 века!!! Мне лично нужны практичные вещи, которые экономят мой бюджет. А, кстати, по отоплению и мощности этих калориферов.. придумали МОНОПОЛИИ от Правительства те формулы, которых при системе Снаб-сбыта и ГОсстроя СССР не было. Тогда мощность оплачиваемой тепловой энергии рассчитывали и оплачивали по отдаваемой мощности каждой секции отопительной батареи, которые тоже измерли в Гкал. Я работал в системе снабсбыта, и имел дело с номенклатурой более 10000 товаров. И потому просто дурею от того, что сейчас считают не от протекающей в единицу времени горячей воды, и разнице потери температуры на входе на выходе, а считают по Квт на 1 м2 вместо 1 кВт одной секции чугунной или алюминиевой батареи, и ссылаются на конвекционное тепло стен, потолков, и прочих несущих конструкций. Такое ощущение, что эти несущие тоже выделяют тепло, которое тоже нужно учесть при затрате теплоносителя. Но не по датчику на секции, и не по объёму прошедшего теплоносителя в единицу времени. А именно эти единицы должны считать затраты денег на производство и отдачу этого тепла. Но кто это будет проверять на Уровне ПРавительства?? Ему нужно собрать больше денег с населения через монополии Лукойла и прочих ресурсников. Потому и внедрены эти считанные нормы подсчёта для начисления оплаты с населения, к которому относятся и умные спорщики. И потому умников, которые считают, кто на 1 м2, то на индукцию стен.. прошу лучше помолчать.
Данная тена на затраты Хозяина на отопление при выборе отопителя. Её и нужно освещать, а не проявлять знания ТЕОРИИ 17-19 веков...
Посмотрите на улицу, и на Календарь. Сейчас уже 2-й десяток 21 Века. И спутники с Венеры возвращаются.. А вы там, на ТЭНах сидите... Ну и сидите. Я выбираю Индукционное отопление и водогрейку. Мне Пенсия так велит.

© При использовании материалов сайта (цитат, изображений) указание источника обязательно.

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

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

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

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

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

Принцип действия

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

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

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

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

Канальная печь

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

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

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

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

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

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

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

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

Под обычный тигель

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

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

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

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

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

Немного теории

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

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

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

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

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

О левитации в индукторе

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

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

Зачем индуктор дома?

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

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

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

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

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

Приступаем к печке: что нужно знать обязательно

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Генератор

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Видео: самодельный индукционный нагреватель в работе

Индукционные котлы

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

О самодельных котлах для ГВС

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

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

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

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

Видео: “индукционный” котел на основе бытовой плитки

Индуктор на кухне

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

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

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

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

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

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

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

Плавка металла методом индукции широко применяется в разных отраслях: металлургии, машиностроении, ювелирном деле. Простую печь индукционного типа для плавки металла в домашних условиях можно собрать своими руками.

Нагрев и плавка металлов в индукционных печах происходят за счет внутреннего нагрева и изменения кристаллической решетки металла при прохождении через них высокочастотных вихревых токов. В основе этого процесса лежит явление резонанса, при котором вихревые токи имеют максимальное значение.

Чтобы вызвать протекание вихревых токов через расплавляемый металл, его помещают в зону действия электромагнитного поля индуктора - катушки. Она может иметь форму спирали, восьмерки или трилистника. Форма индуктора зависит от размеров и формы нагреваемой заготовки.

Катушка индуктора подключается к источнику переменного тока. В производственных плавильных печах используют токи промышленной частоты 50 Гц, для плавки небольших объемов металлов в ювелирном деле используют высокочастотные генераторы, как более эффективные.

Виды

Вихревые токи замыкаются по контуру, ограниченному магнитным полем индуктора. Поэтому нагрев токопроводящих элементов возможен как внутри катушки, так и с внешней ее стороны.

Поэтому индукционные печи бывают двух типов:
• канальные, в которых емкостью для плавки металлов являются каналы, расположенные вокруг индуктора, а внутри него расположен сердечник;
• тигельные, в них используется специальная емкость - тигель, выполненный из жаропрочного материала, обычно съемный.

Канальная печь слишком габаритная и рассчитана на промышленные объемы плавки металлов. Её используют при выплавке чугуна, алюминия и других цветных металлов.
Тигельная печь довольно компактна, ей пользуются ювелиры, радиолюбители, такую печь можно собрать своими руками и применять в домашних условиях.

Устройство

Самодельная печь для плавки металлов имеет довольно простую конструкцию и состоит из трех основных блоков, помещенных в общий корпус:
• генератор переменного тока высокой частоты;
• индуктор - спиралевидная обмотка из медной проволоки или трубки, выполненная своими руками;
• тигель.

Тигель помещают в индуктор, концы обмотки подключают к источнику тока. При протекании тока по обмотке вокруг нее возникает электромагнитное поле с переменным вектором. В магнитном поле возникают вихревые токи, направленные перпендикулярно его вектору и проходящие по замкнутому контуру внутри обмотки. Они проходят через металл, положенный в тигель, при этом нагревая его до температуры плавления.

Достоинства индукционной печи:

• быстрый и равномерный нагрев металла сразу после включения установки;
• направленность нагрева - греется только металл, а не вся установка;
• высокая скорость плавления и однородность расплава;
• отсутствует испарение легирующих компонентов металла;
• установка экологически чиста и безопасна.

В качестве генератора индукционной печи для плавки металла может быть использован сварочный инвертор. Также можно собрать генератор по представленным ниже схемам своими руками.

Печь для плавки металла на сварочном инверторе

Эта конструкция отличается простотой и безопасностью, так как все инверторы оборудованы внутренними защитами от перегрузок. Вся сборка печи в этом случае сводится к изготовлению своими руками индуктора.

Выполняют его обычно в форме спирали из медной тонкостенной трубки диаметром 8-10 мм. Ее сгибают по шаблону нужного диаметра, располагая витки на расстоянии 5-8 мм. Количество витков - от 7 до 12, в зависимости от диаметра и характеристик инвертора. Общее сопротивление индуктора должно быть таким, чтобы не вызывать перегрузки по току в инверторе, иначе он будет отключаться внутренней защитой.

Индуктор можно закрепить в корпусе из графита или текстолита и установить внутрь тигель. Можно просто поставить индуктор на термостойкую поверхность. Корпус не должен проводить ток, иначе замыкание вихревых токов будет проходить через него, и мощность установки снизится. По этой же причине не рекомендуется располагать в зоне плавления посторонние предметы.

При работе от сварочного инвертора его корпус нужно обязательно заземлять! Розетка и проводка должны быть рассчитаны на потребляемый инвертором ток.

В основе системы отопления частного дома лежит работа печи или котла, высокая производительность и долгий бесперебойный срок службы которых зависит как от марки и установки самих отопительных приборов, так и от правильного монтажа дымохода.
вы найдёте рекомендации по выбору твердотопливного котла, а в следующей — познакомитесь с видами и правилами :

Индукционная печь на транзисторах: схема

Существует множество различных способов собрать индукционный нагреватель своими руками. Достаточно простая и проверенная схема печи для плавки металла представлена на рисунке:

Чтобы собрать установку своими руками, понадобятся следующие детали и материалы:
• два полевых транзистора типа IRFZ44V;
• два диода UF4007 (можно также использовать UF4001);
• резистор 470 Ом, 1 Вт (можно взять два последовательно соединенных по 0,5 Вт);
• пленочные конденсаторы на 250 В: 3 штуки емкостью 1 мкФ; 4 штуки - 220 нФ; 1 штука - 470 нФ; 1 штука - 330 нФ;
• медный обмоточный провод в эмалевой изоляции Ø1,2 мм;
• медный обмоточный провод в эмалевой изоляции Ø2 мм;
• два кольца от дросселей, снятых с компьютерного блока питания.

Последовательность сборки своими руками:

• Полевые транзисторы устанавливают на радиаторы. Поскольку схема в процессе работы сильно греется, радиатор должны быть достаточно большими. Можно установить их и на один радиатор, но тогда нужно изолировать транзисторы от металла с помощью прокладок и шайб из резины и пластика. Распиновка полевых транзисторов приведена на рисунке.

• Необходимо изготовить два дросселя. Для их изготовления медную проволоку диаметром 1,2 мм наматывают на кольца, снятые с блока питания любого компьютера. Эти кольца состоят их порошкового ферромагнитного железа. На них необходимо намотать от 7 до 15 витков проволоки, стараясь выдерживать расстояние между витками.

• Собирают перечисленные выше конденсаторы в батарею общей емкостью 4,7 мкФ. Соединение конденсаторов - параллельное.

• Выполняют обмотку индуктора из медной проволоки диаметром 2 мм. Наматывают на подходящий по диаметру тигля цилиндрический предмет 7-8 витков обмотки, оставляют достаточно длинные концы для подключения к схеме.
• Соединяют элементы на плате в соответствии со схемой. В качестве источника питания используют аккумулятор на 12 В, 7,2 A/h. Потребляемый ток в режиме работы - около 10 А, емкости аккумулятора в этом случае хватит примерно на 40 минут.При необходимости изготовляют корпус печи из термостойкого материала, например, текстолита.Мощность устройства можно изменить, поменяв количество витков обмотки индуктора и их диаметр.

При продолжительной работе элементы нагревателя могут перегреваться! Для их охлаждения можно использовать вентилятор.

Индукционный нагреватель для плавки металла: видео

Индукционная печь на лампах

Более мощную индукционную печь для плавки металлов можно собрать своими руками на электронных лампах. Схема устройства приведена на рисунке.

Для генерации высокочастотного тока используются 4 лучевые лампы, соединенные параллельно. В качестве индуктора используется медная трубка диаметром 10 мм. Установка оснащена подстроечным конденсатором для регулировки мощности. Выдаваемая частота - 27,12 МГц.

Для сборки схемы необходимы:

• 4 электронные лампы - тетрода, можно использовать 6L6, 6П3 или Г807;
• 4 дросселя на 100…1000 мкГн;
• 4 конденсатора на 0,01 мкФ;
• неоновая лампа-индикатор;
• подстроечный конденсатор.

Сборка устройства своими руками:

1. Из медной трубки выполняют индуктор, сгибая ее в форме спирали. Диаметр витков - 8-15 см, расстояние между витками не менее 5 мм. Концы лудят для пайки к схеме. Диаметр индуктора должен быть больше диаметра помещаемого внутрь тигля на 10 мм.
2. Размещают индуктор в корпусе. Его можно изготовить из термостойкого не проводящего ток материала, либо из металла, предусмотрев термо- и электроизоляцию от элементов схемы.
3. Собирают каскады ламп по схеме с конденсаторами и дросселями. Каскады соединяют в параллель.
4. Подключают неоновую лампу-индикатор - она будет сигнализировать о готовности схемы к работе. Лампу выводят на корпус установки.
5. В схему включают подстроечный конденсатор переменной емкости, его ручку также выводят на корпус.

Для всех любителей деликатесов, приготовленных методом холодного копчения, предлагаем узнать как быстро и просто своими руками сделать коптильню, а познакомиться с фото и видео инструкцией по изготовлению генератора дыма для холодного копчения.

Охлаждение схемы

Промышленные плавильные установки оснащены системой принудительного охлаждения на воде или антифризе. Выполнение водяного охлаждения в домашних условиях потребует дополнительных затрат, сопоставимых по цене со стоимостью самой установки для плавки металла.

Выполнить воздушное охлаждение с помощью вентилятора можно при условии достаточно удаленного расположения вентилятора. В противном случае металлическая обмотка и другие элементы вентилятора будут служить дополнительным контуром для замыкания вихревых токов, что снизит эффективность работы установки.

Элементы электронной и ламповой схемы также способны активно нагреваться. Для их охлаждения предусматривают теплоотводящие радиаторы.

Меры безопасности при работе

• Основная опасность при работе - опасность получения ожогов от нагреваемых элементов установки и расплавленного металла.
• Ламповая схема включает элементы с высоким напряжением, поэтому её нужно разместить в закрытом корпусе, исключив случайное прикосновение к элементам.
• Электромагнитное поле способно воздействовать на предметы, находящиеся вне корпуса прибора. Поэтому перед работой лучше надеть одежду без металлических элементов, убрать из зоны действия сложные устройства: телефоны, цифровые камеры.

Не рекомендуется использовать установку людям с вживлёнными кардиостимуляторами!

Печь для плавки металлов в домашних условиях может использоваться также для быстрого нагрева металлических элементов, например, при их лужении или формовке. Характеристики работы представленных установок можно подогнать под конкретную задачу, меняя параметры индуктора и выходной сигнал генераторных установок - так можно добиться их максимальной эффективности.

Для плавки металла в малых масштабах бывает необходимо какое то приспособление. Особенно это остро ощущается в мастерской или при малом производстве. Максимально эффективным на сегодняшний момент является печь для плавки металла с электрическим нагревателем, а именно индукционная. Ввиду особенности ее строения, она может эффективно использоваться в кузнечном деле и стать не заменимым инструментом в кузнице.

Устройство индукционной печи

Печь состоит из 3 элементов:

1. 1. Электронно-электрическая часть.
2. 2. Индуктор и тигель.
3. 3. система охаждения индуктора.

Для того чтобы собрать действующую печь для плавки металла достаточно собрать рабочую электрическую схему и систему охлаждения индуктора. Самый простой вариант плавки металла приведен в видео ниже. Плавка производится во встречном электромагнитном поле индуктора, которое взаимодействует с наводимыми электро-вихревыми токами в металле, что удерживает кусочек алюминия в пространстве индуктора.

Для того чтобы эффективно плавить металл, необходимы токи большой величины и высокой частоты порядка 400-600 Гц. Напряжение из обычной домашней розетки 220В обладает достаточными данными для плавления металлов. Необходимо только 50 Гц превратить в 400-600 Гц.
Для этого подойдет любая схема для создания катушки Тесла.

Жестянки и прочий лом – на вторсырье! Как сделать печь для плавки алюминия своими руками

Мне наиболее приглянулись 2 следующих схем на лампе ГУ 80, ГУ 81(М). И запитывание лампы трансформатором МОТ от микроволновки.

Данные схемы предназначены для катушки тесла, но индукционная печь из них получается отменная, достаточно заместо вторичной катушки L2 поместить во внутреннее пространство первичной обмотки L1 кусочек железа.

Первичная катушка L1 или индуктор состоит из свернутой в 5-6 витков медной трубки, на торцах которой нарезается резьба, для подсоединения системы охлаждения. Для левитационной плавки последний виток следует сделать в обратном направлении.
Конденсатор С2 на первой схеме и идентичный ему на второй задаёт частоту генератора. При значении в 1000 пикоФарад частота составляет около 400 кГц. Этот конденсатор обязательно должен быть высокочастотным керамическим и расчитанным под высокое напряжение порядка 10 кВ (КВИ-2, КВИ-3, К15У-1), другие типы не подходят! Лучше ставить К15У. Можно подсоединять конденсаторы параллельно. Также стоит учитывать мощность на которую расчитаны конденсаторы (это у них на писано на корпусе), берите с запасом. другие два конденсатора КВИ-3 и КВИ-2 греются при длительной работе. Все остальные конденсаторы берутся тоже из серии КВИ-2, КВИ-3, К15У-1, изменяются в характеристиках конденсаторов только емкость.
Вот в итоге схематично, что должно получиться. В рамки обвел 3 блока.

Система охлаждения выполнена из насоса с подачей 60л/мин, радиатор от любой вазовской машины, и вентилятор охлождения я поставил напротив радиатора обычный домашний.

Будь первым, оставь комментарий

Мастера своего дела: производим плавильную печь

Плавильная печь - это большое или портативное сооружение, в котором можно расплавить некоторое количество цветного металла. Широко известна индукционная плавильная печь. В производственных условиях для плавки металла в больших количествах устанавливаются в специальных помещениях индукционные плавильные печи значительных размеров. Они плавят металл, из которого отливают множество деталей для мотоциклов, автомашин, тракторов. Чтобы расплавить до 5 кг алюминия. можно построить собственные индукционные плавильные печи, установки на твердом топливе, газовые. Все они работают прекрасно. Как и из чего можно сделать домашнюю плавилку?

Строим самостоятельно печь для плавки

Установка для плавки металла (рис. 1) собирается из кирпича. Он должен быть огнеупорным. В качестве связующего состава используется шамотная глина. Для топки устройства углем нужен принудительный наддув. Для него в нижней половине агрегата необходимо оставлять специальный канал для доступа воздуха. Под этим каналом размещается колосник. Это специальная чугунная решетка, на которой выкладывается уголь или кокс. Колосник можно использовать от старой печки или приобрести на рынке, в магазине стройхозтоваров. Для прочности некоторые обваривают готовое сооружение металлическим поясом. Кирпич можно класть на ребро.

Печь для плавки не может обойтись без тигля. Вместо него можно использовать чугунный казанок. Его можно поискать в хозяйстве. Хорошо, если он окажется эмалированным. Тигель устанавливается ближе к горящему коксу. Осталось в качестве принудительного поддува поставить вентилятор, зажечь кокс и начать плавку. Печь своими руками готова. Ее можно использовать для плавки чугуна, меди, бронзы, алюминия.

Сооружение настольной печи

Из простых материалов можно соорудить газовые или электрические устройства, которые вполне вмещаются на столе или на верстаке. Для работы потребуются:

Асбест в последние годы запрещен к домашнему использованию, поэтому его можно заменить плиткой из кафеля или цемента. Размеры зависят от желания хозяина. Большую роль здесь играет мощность электрической сети и выходное напряжение трансформатора. На электроды достаточно подавать напряжение в 25 В. Для промышленного трансформатора, применяющегося на сварных работах, это напряжение обычно равно 50-60 В. В этом случае расстояние между электродами нужно увеличить. Многое делается опытным путем. В результате плавка 60-80 г металла является хорошим результатом.

Электроды лучше сделать из щеток от довольно мощного электрического мотора. У них очень удобный токоподводящий провод. Можно их выточить самостоятельно. Больших проблем с поиском материала быть не должно. В самодельном изделии нужно высверлить сбоку отверстия диаметром 5-6 мм, в них вставить медный многожильный провод, имеющий толщину около 5 мм, забить аккуратно гвоздь для закрепления провода. Останется сделать насечку напильником, она поможет улучшить контакт с графитом в виде порошка. Внутри печь выкладывается слюдой. Это отличный теплоизолятор. Снаружи стенки печи укрепляются плиткой.

Для питания печи можно взять трансформатор, который понижает сетевое напряжение до 52 В. Сетевую обмотку мотают 620 витками провода Ø1 мм. Понижающая обмотка намотана проводом 4,2х2,8 мм, имеющим стекловолоконную изоляцию. Количество витков #8212; 70. Печь к трансформатору подключена проводами сечением 7-8 мм² в хорошей изоляции. Готовую установку нужно включить на некоторое время, чтобы выгорели все органические включения. Печь своими руками собрана.

• с помощью совочка или лопатки насыпают графит и делают в нем лунку;
• в лунку закладывают заготовку материала;
• драгоценные металлы нужно поместить в ампулу из стекла;
• олово и алюминий закладывают в отдельную чашечку из железа;
• для сплавов сначала плавят тугоплавкий, затем легкоплавкий металл.

Нельзя в таких печах плавить магний, цинк, кадмий, контакты из серебра.

Кадмий при плавке выгорает с образованием ядовитого дыма желтого цвета.

При работе с установкой нужно соблюдать технику безопасности:

1. Нельзя допускать коротких замыканий в проводах.
2. Выключатель сети должен находиться рядом с оператором.
3. Нельзя оставлять устройство без присмотра во время работы.
4. Рядом обязательно находится емкость, в которую налита вода, в которой остужаются заготовки.
5. Для плавки чугуна и других металлов необходимо использовать защитные очки и рукавицы.

При желании можно сделать установки газовые. Они хорошо подойдут для плавки небольших партий цветного металла. Индукционные печи для плавки способны плавить любые металлы. Их можно применять как обычные установки для работы с цветными и драгоценными металлами, как плавильно раздаточные печи на производстве. Они подходят для различных нужд: для нагрева металлов, для изготовления сплавов нескольких металлов, для плавки чугуна.

Расплавить небольшой кусок железа можно в самостоятельно собранной индукционной печи. Это самое эффективное устройство, которое работает от домашней розетки 220В. Печь пригодится в гараже или мастерской, где она может размещаться просто на рабочем столе. Нет смысла покупать ее, так как индукционная печь своими руками собирается за пару часов, если человек умеет читать электрические схемы. Без схемы обходиться нежелательно, ведь она дает полное представление об устройстве и позволяет избежать ошибок при подключении.

Схема индукционной печи

Параметры индукционной печи

Комментариев пока нет!

Как правильно собрать индукционную печь?

В помощь ремонтнику

Вашему обзору предлагаем для самостоятельного ремонта электрические схемы электроплит!

Представлены плиты российского и импортные производства, которые не меняются годами.
Для увеличения просмотра нажмите на рисунок.

Основные элементы и узлы плиты: ТЭН Е1 (в первой конфорке), Е2 (во второй конфорке), Е3-Е5 (в жарочном шкафу), коммутационный узел, состоящий из переключателей S1-S4, тепловое реле F типа Т-300, индикаторы HL1 и HL (газоразрядные для индикации работы ТЭНа), HL3 (накального типа для подсветки жарочного шкафа). Мощность каждого ТЭН составляет порядка 1кВт

Для регулировки мощности и степени нагрева ТЭН жарочного шкафа используется 4-х позиционный переключатель S1. При установке его ручки в первое положение замкнутся контакты Р1-2 и Р2-3. При этом к сети с помощью штепсельной вилки будут подключены: ТЭН Е3 последовательно с параллельно соединёнными ТЭН Е2 и Е3.Ток будет проходить по пути: нижний контакт вилки ХР, F, Р1-2, Е4 и Е5, Е3, Р2-3, верхний контакт штепсельной вилки ХР. Поскольку ТЭН Е3 подключен к ТЭН Е4 и Е5 последовательно, то 38 сопротивление цепи будет максимальным, а мощность и степень нагрева минимальными. Кроме того, будет светиться неоновый индикатор НL1 за счёт прохождения тока по цепи: нижний контакт вилки ХР, F, Р1-2, Е4 и Е5, R1, HL1, верхний контакт ХР.

Подключение узлов Мечта 8:

Во втором положении включаются контакты Р1-1, Р2-3. В этом случае ток пойдёт по цепи: нижний контакт вилки ХР, F, Р1-1,Е3, Р2-3, верхний контакт ХР. В этой ситуации будет работать только один ТЭН Е3 и мощность будет больше за счёт уменьшения общего сопротивления при неизменном сетевом напряжении 220В.

В третьем положении переключателя S1 замкнутся контакты Р1-1, Р2-2, что приведёт к подключению к сети только параллельно соединённых ТЭН Е4 и Е5. Выключатель S4 используется для включения лампы HL3 подсветки жарочного шкафа.

5.Электра 1002

Н1, Н2 — конфорки трубчатые, Н3 — конфорка чугунная 200мм, Н4 — конфорка чугунная 145мм, Р1, Р2-бесступенчатые регуляторы мощности, П3, П4-семипозиционные переключатели мощности, ПШ — трехступенчатый переключатель жарочного шкафа, П5-блокирующий переключатель, Л1….Л4 — сигнальные лампы включения конфорок, Л5- сигнальная лампа включения нагревателей жарочного шкафа или гриля, Л6- сигнальная лампа достижения заданной температуры в жарочном шкафу, Н5,Н6 — нагреватели жарочного шкафа, Н7- гриль, Т -терморегулятор, В- выключатель клавишный, Л7 – лампа освещения жарочного шкафа, М- моторедуктор.

6.ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ КОНФОРОК Горение, Нansa, Электра, Лысьва:

Нюансы ремонта электрических панелей Бош Самсунг Электролюкс

Замена конфорки плиты своими руками

Оглавление:

1. Принцип работы
2. Параметры индукционной печи
3. Особенности эксплуатации индуктора

Расплавить небольшой кусок железа можно в самостоятельно собранной индукционной печи.

Как сделать тигель или плавильную печь своими руками

Это самое эффективное устройство, которое работает от домашней розетки 220В. Печь пригодится в гараже или мастерской, где она может размещаться просто на рабочем столе. Нет смысла покупать ее, так как индукционная печь своими руками собирается за пару часов, если человек умеет читать электрические схемы. Без схемы обходиться нежелательно, ведь она дает полное представление об устройстве и позволяет избежать ошибок при подключении.

Принцип работы индукционной печи

Самодельная индукционная печь для плавки небольшого количества металла не требует больших габаритов и такого сложного устройства, как промышленные агрегаты. Ее работа основана на выработке тока переменным магнитным полем. Металл расплавляется в специальной заготовке, называемой тигелем и помещаемой в индуктор. Он представляет собой спираль с небольшим количеством витков из проводника, например, медной трубки. Если устройство используется в течение короткого времени, проводник не будет перегреваться. В таких случаях достаточно использовать медную проволоку.

Специальный генератор запускает в эту спираль (индуктор) мощные токи, а вокруг нее создается электромагнитное поле. Это поле в тигле и в помещенном в него металле создает вихревые токи. Именно они разогревают тигель и расплавляют металл за счет того, что он поглощает их. Следует отметить, что процессы происходят очень быстро, если использовать тигель из неметалла, например, шамота, графита, кварцита. Самодельная печь для плавки предусматривает выемную конструкцию тигеля, то есть, в него помещают металл, а после нагрева или плавки его вытаскивают из индуктора.

Схема индукционной печи

Генератор высокой частоты собирают из 4-х электронных ламп (тетродов), которые соединяются между собой параллельно. Скорость нагрева индуктора регулируется конденсатором переменной емкости. Его ручка выводится наружу и позволяет регулировать емкость конденсатора. Максимальное значение обеспечит нагрев куска металла в катушке всего за несколько секунд до красного состояния.

Параметры индукционной печи

Эффективная работа данного устройства зависит от следующих параметров:

• мощность и частота генератора,
• количество потерь в вихревых токах,
• скорость потерь тепла и количество этих потерь в окружающий воздух.

Как подобрать составляющие детали схемы, чтобы получить для плавки в мастерской достаточные условия? Частота генератора задана заранее: она должна составить 27,12 МГц, если устройство собирают своими руками для использования в домашней мастерской. Катушку делают из тонкой медной трубки или провода, ПЭВ 0,8. Достаточно сделать не более 10 витков.

Электронные лампы следует использовать большой мощности, например, марки 6п3с. Также схема предусматривает установку дополнительной неоновой лампы. Она будет служить индикатором готовности устройства. Схема также предусматривает применение керамических конденсаторов (от 1500В) и дросселей. Подключение к домашней розетке осуществляется через выпрямитель.

Внешне самодельная индукционная печь выглядит так: к небольшой подставке на ножках прикрепляется генератор со всеми деталями схемы. К нему подключается индуктор (спираль). Следует отметить, что данный вариант сборки самодельного устройства для плавки применим для работы с небольшим объемом металла. Индуктор в виде спирали изготавливается проще всего, поэтому для самодельного устройства он используется именно в таком виде.

Особенности эксплуатации индуктора

Однако существует много разных модификаций индуктора. Например, он может изготавливаться в форме восьмерки, трилистника или иметь любую другую форму. Она должна быть удобной для размещения материала для термообработки. Например, плоскую поверхность легче всего нагреть виткам, расположенными в виде змейки.

Кроме этого ему свойственно прожигаться, и чтобы продлить время службы индуктора, его можно изолировать жаропрочным материалом. Используют, например, заливку огнеупорной смесью. Следует отметить, что данное устройство не ограничивается лишь медным материалом провода. Также можно применить стальной провод или из михрома. При работе с индукционной печью следует учесть ее термическую опасность. При случайном касании кожа получает сильный ожог.

Мастер Куделя © 2013 Копирование материалов сайта разрешено только с указанием автора и прямой ссылки на сайт-источник

Самодельная плавильная тигельная электрическая печь.

EN

Итак, печь для плавки металла. Тут я сильно не изобретал ничего, а простопостарался изготовить девайс, по возможности из готовых комплектующих и по возможности не дав слабину в процессе изготовления.
У печи верхнюю часть назовём плавилкой, нижнюю- блок управления.
Пусть вас не пугает белый ящик справа- это, в общем, обычный трансформатор.
Основные параметры печи:
— мощность печи- 1000 вт
— объём тигля- 62 см3
— максимальная температура- 1200 грС

Плавилка

Так как моей задачей было не тратить время на эксперименты с корундо- фосфатными связками, а сэкономить время, применив готовые комплектующие, я использовал готовый нагреватель фирмы ЯСАМ, а также работающий с ним в паре керамический муфель.

Нагреватель: фехраль, диаметр проволоки 1,5 мм, к выводам приварены стержни диаметром 3 мм. Сопротивление 5 ом. Наличие муфеля обязательно, поскольку внутри нагревателя провода голые. Размер нагревателя Ф60/50х124 мм. Размеры муфеля Ф54,5/34х130 мм. В днище муфеля делаем отверстие для стержня лифта.
Корпус плавилки сделан из стандартной нерж. трубы 220/200, проточенной до приемлемой толщины стенки. Высота тоже взята не просто так. Так как футеровкой у нас будет шамотный кирпич, высота взята с учётом трёх толщин кирпича. Самое время выложить сборочный чертёж. Чтобы не загромождать страницу, не буду здесь публиковать, а дам ссылки: Часть1, Часть2.
На первом чертеже не показана шайба из шамотного легковеса, на которой стоит тигель, высота шайбы зависит от используемого тигля. По центру шайбы отверстие для стержня. Стержень заострён и в нижнем положении не достаёт до тигля.
Как я уже писал, футеровка печи сделана из шамотного легковесного кирпича ШЛ 0,4 или ШЛ 0,6 типоразмера №5. Его размеры 230х115х65 мм. Кирпич легко обрабатывается пилами и наждачкой. Пилы, правда, на долго не хватит 🙂 Обработка шамотного кирпича. Справа- исходный кирпич 🙂
Прямолинейные разрезы- ножовка по дереву, для криволинейных разрезов- самодельная пила из ножовочного полотна с крупными зубами, с уменьшенной (сточенной) шириной полотна.

При изготовлении футеровки следует соблюдать простые правила:
— не использовать никакого мертеля для скрепления частей. Всё всухую. Всё равно порвёт
— части футеровки не должны никуда упираться. Должна быть слабина, зазоры
— крупные части футеровки, если будете делать из другого материала, лучше делить на не крупные части. Всё равно расколет. Поэтому, лучше это сделаете вы.

Для термопары в третьем слое делаем отверстие, а во втором и первом слое делаем зазор между нагревателем и футеровкой. Зазор такой, что термопара впритирку просовывается, как можно ближе к нагревателю. Можно воспользоваться покупной термопарой там же в ЯСАМе, но я пользуюсь самодельными. Не то, чтобы денег жалко (хотя они там достаточно дорогие), просто я принципиально оставляю голый спай для лучшего теплового контакта. Хотя есть риск спалить входные цепи регулятора.

Блок управления

В блоке управления нижняя и верхняя крышки снабжены решётками для охлаждения выводов нагревателя. Всё таки диаметр выводов 3 мм. К тому же излучение тепла через днище плавилки тоже присутствует. Регулятор охлаждать не надо- 10 ватт всего. Заодно охладим и холодные концы термопары. Блок управления с регулятором температуры Термодат-10К2. Вверху справа- тумблер включения. Вверху слева- рычаг лифта тигля со стержнем лифта(нерж. электрод Ф3мм).

Почему я выбрал в качестве регулятора именно Термодат. Имел дело с Овен, но после одной зимы в неотапливаемом помещении, у него слетела прошивка. Термодат выдержал уже несколько зим и сохранил не только прошивку, но и настройки.

Тигельная печь: варианты конструкции, изготовление своими руками

К тому же корпус металлический, неубиваемый. (Надо бы хоть пузырь с пермяков взять, за рекламу 🙂
К тому же у них же можно взять и силовой элемент- Блок Управления Симистором БУС1-В01. Этот блок заточен на работу именно с Термодатами.
Инструкция на Термодат-10К2- вот.

Схема электрическая печи. Жирной линией показаны сильноточные цепи. В них используется провод не менее 6 мм2.

Про трансформатор расскажу потом. Сейчас про блок управления. Включается тумблером Т1, защищён предохранителем на 0,25 А. К тому же для питания регулятора предусмотрен сетевой фильтр, который находится в корпусе трансформатора. В качестве силового элемента применяется симистор ТС142-80 (1420 вольт, 80 ампер, выписывал в ЧИП и ДИП). Симистор посадил на радиатор, но как показала практика, он почти не греется. Не забудьте изолировать симистор от корпуса. Или слюдой, или керамикой. Или сам симистор, или в сборе с радиатором.

На фото за Термодатом расположен блок питания вентилятора. Я потом его добавил для вентилятора, который разместил на нижней решётке. Блок питания простейший- транс, мост и конденсатор, 12 вольт выдаёт. Вентилятор от компа.
Вывод нагревателя. Через решётку вывод в керамической трубочке. Для соединения с клеммой применил просверленный поперёк болт.
Ввод термопары в блок управления. Если у вас нет такой керамической трубочки, отслюнявте нужную сумму в ЯСАМ.

Обратите внимание- монтаж сделан обычным монтажным проводом, сильноточные цепи- многожильным не менее 6 мм2, термопарные концы- непосредственно в клеммник. БУС в заводском виде не влезает, пришлось снять крышку- (а кому сейчас легко? ;). Остальное видно на фото.

Трансформатор.

Несмотря на такой грозный вид, это устройство представляет собой обычный трансформатор на 1 кВт. Просто он до этого поменял несколько профессий (графитовая плавилка, сварочник и т. д.) и обзавёлся корпусом, автоматом для включения, индикатором потребляемого из сети тока и другими замечательными вещами.

Конечно, вам не обязательно всё это городить, достаточно простого киловаттного транса под столом. Основой всего служит трансформатор из ш- образного железа. Я, в зависимости от потребности, перематываю его не разбирая и не меняя первички.
Для чего вообще нужен трансформатор. Дело в том, что для того, чтобы нагреватель проработал какое-то приемлемое количество времени, диаметр провода должен быть как можно толще. Проанализировав эту таблицу, можно сделать неутешительный вывод- провод должен быть как можно толще. А это уже не 220 вольт.

Поэтому вы не встретите в серьёзных девайсах нагревателей, рассчитанных на 220 вольт. На прямую если подцепить этот нагреватель к сети, то потребляемая мощность получится в районе 9 кВт. Вы посадите сеть во всём доме, да и для нагревателя такой удар будет фатальным. Поэтому и применяют схемы, ограничивающие напряжение. Для меня наиболее удобным является использовать трансформатор.
Итак, первичка: — 1,1 Вольт на виток
— Ток холостого хода 450 мА
Вторичка: -для нагрузки 5 ом и мощности 1000 Вт, напряжение составит 70 Вольт
— ток вторички 14 А, провод 6 мм2, длина провода 28 м.
Конечно, и этот нагреватель не вечен. Но я могу заменить его, найдя подходящий провод и быстро перемотав вторичку.
Если вы прочитали инструкцию на Термодат, то там есть возможность ограничения максимальной мощности. Но это нам не подойдёт, потому что речь идёт о средней мощности на нагреватель. В режиме распределённых импульсов, как у нас, импульсы будут на все 9 кВт и мы рискуем получить свистопляску со светомузыкой. И на соседей тоже, потому что автоматы в подъезде тоже рассчитаны на среднюю мощность.

Для тех, кто не любит долго читать инструкции, я выкладываю шпаргалку с коэффициентами и настройками под конкретную печь. После настройки Термодата, включаем транс и вперёд.
Индикатор потребляемого из сети тока из-за инерционности стрелки показывает тоже среднюю мощность. Пока нагреватель холодный, ток будет ближе к 5 ампер, по мере прогревания несколько ниже (из-за увеличения сопротивления нагревателя). По мере приближения к уставке, упадёт почти до нуля (работа ПИД регулятора).

Загружаем полный тигель бронзовым ломом, закрываем крышку. Крышка изнутри футерована шамотным легковесом на мертеле для каминов и печей. Для особо любопытных (я и сам такой), в крышке сделано окошко, затянутое слюдой.

Температура за 1000, а поверхность плавилки ещё не нагрелась. Это говорит о качестве футеровки. Через 30- 40 минут содержимое тигля расплавилось.
После окончания плавки нажимаем рычаг лифта, после чего уже можем подхватить тигель захватом. На фото видна выемка в верхней части тигля как раз для надёжного захвата.

P.S. Насчёт тиглей. ЯСАМ комплектует свои печи графитовыми тиглями, работающими с этими нагревателями. Если вы работаете с золотом и серебром, есть смысл их покупать. Но я против этих буржуазных излишеств. Дело в том, что нержавеющая труба Ф32/28 чудесным образом совпадает с диаметром графитового тигля. Вывод сделаете сами 😉

Изолируем выводы нагревателя от корпуса керамическими трубочками. Керамические трубочки- от предохранителей, можно от резисторов.

Верхний ряд кирпичей заподлицо с краем корпуса. Не забываем отверстие для стержня лифта.

Третий слой футеровки. В этом слое делаем отверстия для выводов нагревателя и для термопары (на фото).

Второй слой футеровки. Пропил для верхнего вывода нагревателя.

В индукционных печах металл нагревается токами, возбуждаемыми в непеременным полем индуктора. По существу индукционные печи также являются печами сопротивления, но отличаются от них способом передачи энергии нагреваемому металлу. В отличие от печей сопротивления электрическая энергия в индукционных печах превращается сначала в электромагнитную, затем снова в электрическую и, наконец, в тепловую.

При индукционном нагреве тепло выделяется непосредственно в нагреваемом металле, поэтому использование тепла оказывается наиболее полным. С этой точки зрения эти печи - наиболее совершенный тип электрических печей.

Индукционные печи бывают двух типов: с сердечником и без сердечника тигельные. В печах с сердечником металл находится в кольцевом желобе вокруг индуктора, внутри которого проходит сердечник. В тигельных печах внутри индуктора располагается тигель с металлом. Применить замкнутый сердечник в этом случае невозможно.

В силу ряда электродинамических эффектов, возникающих в кольце металла вокруг индуктора, удельная мощность канальных печей ограничивается определенными пределами. Поэтому эти печи используют преимущественно для плавления легкоплавких цветных металлов и лишь в отдельных случаях применяют для расплавления и перегрева чугуна в литейных цехах.

Удельная мощность индукционных тигельных печей может быть достаточно высока, а силы, возникающие в результате взаимодействия магнитных печей металла и индуктора, оказывают в этих печах положительное воздействие на процесс, способствуя перемешиванию металла.

Как собрать индукционную печь – схемы и инструкции

Бессердечниковые индукционные печи применяют для выплавки специальных, особенно низкоуглеродистых сталей и сплавов на основе никеля, хрома, железа, кобальта.

Важным достоинством тигельных печей являются простота конструкции и малые габариты. Благодаря этому они могут быть полностью помещены в вакуумную камеру и в ней возможно по ходу плавки обрабатывать металл вакуумом. Как вакуумные сталеплавильные агрегаты индукционные тигельные печи получают все более широкое распространение в металлургии качественных сталей.

Рисунок 3. Схематическое изображение индукционной канальной печи (а) и трансформатора (б)

Индукционные печи. Технология плавки в индукционных печах

ИНДУКЦИОННЫЕ ТИГЕЛЬНЫЕ ПЕЧИ.

В этих печах выплавляют сплавы чёрных и цветных металлов и чистые Ме (чугун, сталь, бронза, латунь, медь, алюминий). По частоте тока : 1) Печи промышленной частоты 50 Гц. 2) Средней частоты до 600 Гц. (до 2400 Гц также входят). 3) Высокой частоты до 18000 Гц.

Часто инд. печи работают в паре (дуплекс процесс). В первой печи расплавляют шихту, во второй доводят Ме до нужного хим. состава либо выдерживают Ме при нужной t-ре до момента разливки. Передача Ме-ла из печи в печь может производиться непрерывно по желобу при помощи крановых ковшей либо ковшами на электрокаре. В индукционных печах изменяется состав шихты, вместо чушкового чугуна используют легковесные низкокачественные материалы (стружка, легковесный металлолом, отходы собственного производства, т.е. обрезь).

Принцип действия В тигель загружается шихта, переменный эл. ток, проходящий по индуктору (катушка), создает магнитное поле, которое индуктирует в металлической садке электродвижущую силу, которой и вызывают индуктированные токи, которые и вызывают нагрев и расплавление Ме-ла. Внутри катушки тигель из огнеупорного материала, который защищает индуктор от воздействия жидкого Ме-ла. Первичной обмоткой является индуктор. Вторичной обмоткой и одновременно нагрузкой – Ме-л в тигле.

КПД печи зависит от электрического сопротивления Ме-ла и от частоты тока. Для высокого КПД необходимо, чтобы диаметр садки (d тигля) составлял не менее 3,5-7 глубин проникновения тока в Ме-л.Ориентировочные соотношения между ёмкостью тигля и частотой тока для стали и чугуна. Производительность печей как правило для чугуна и стали 30-40 т/час. При расходе эл.энергии 500-1000 кВт*ч/тонну. Для бронзы, меди 15-22 т/час, для алюминия 8-9 т/час.Чаще всего используют тигель цилиндрической формы. Магнитный поток, создаваемый индуктором, проходит по замкнутым линиям как внутри индуктора, так и снаружи.

В зависимости от способа прохождения магнитного потока с внешней стороны различают: 1) открытую; 2) экранированную; 3) закрытую конструкции печи

При открытой конструкции магнитный поток проходит по воздуху, поэтому конструктивные эл-ты (например каркас) выполняют неметаллическими или размещают на большом расстоянии от индуктора. При экранировании магнитный поток от стальных конструкций отделяется экраном из меди. При закрытой – магнитный поток проходит по радиально-расположенным пакетам трансформаторной стали – магнитопроводам.

Схема устройства электрической индукционной печи: 1 - крышка, 2 узел поворота, 3 - индуктор, 4 - магнитопроводы, 5 - металлоконструкция, 6 - подводы водяного охлаждения, 7 - тигель, 8 - площадка

Печь включает сл. узлы: Индуктор, Футеровку, Каркас, Магнитопроводы, Крышку, Падину, Механизмы наклона.

Печь для плавки алюминия

Индуктор кроме основного назначения выполняет также ф-ию эл-та, который воспринимает мех. и тепловую нагрузку со стороны тигля. Кроме того, охлаждение индуктора обеспечивает отвод теплоты, которая возникает из-за электрических потерь, поэтому индукторы выполняют либо в виде цилиндрической однослойной катушки, где все витки расположены в виде спирали с постоянным углом наклона, либо в виде катушки все витки которой уложены в горизонтальной плоскости, а переходы между ними в виде коротких наклонных участков.

В зависимости от марки Ме-ла и уровня t-р используют 3 вида футеровки:

1. Кислая (содержит > 90% SiO2) выдерживает 80-100 плавок

2. Основная (до 85% MgO) выдерживает 40-50 плавок для малых печей и до 20 плавок для печей ёмкостью >1 тонны

3. Нейтральная (на основе оксидов Al2O3или CrO2)

Схемы индукционных плавильных печей: а - тигельная, б - канальная; 1 - индуктор; 2 - расплавленный металл; 3 - тигель; 4 - магнитный сердечник; 5 - подовый камень с каналом тепловыделения.

Падина выполняется из шамотного кирпича для больших печей или аспоцемент для малых. Крышка вып. из конструкционной стали и футеруется изнутри. Достоинства тигельных печей :1)Интенсивная циркуляция расплава в тигле; 2) Возможность создания атмосферы любого типа (окислительная, восстановительная, нейтральная) при любом давлении; 3) Высокая производительность; 4) Возможность полного слива Ме-ла из печи; 5) Простота обслуживания, возможность механизации и автоматизации. Недостатки: 1)Относительно низкая t-ра шлаков, наводимых на зеркало Ме-ла; 2) Сравнительно низкая стойкость футеровки при высоких t-рах расплава и при наличии теплосмен.

ИНДУКЦИОННЫЕ КАНАЛЬНЫЕ ПЕЧИ.

Принцип действия состоит в том, что переменный магнитный поток пронизывает замкнутый контур, образованный жидким Ме-лом и возбуждает в этом контуре ток.

Контур жидкого Ме-ла окружен огнеупорным материалом, который запечен в стальной корпус. Пространство, которое заполняется жидким Ме-лом имеет форму изогнутого канала. Рабочее пространство печи (ванна) соединяется с каналом 2-мя отверстиями за счет чего и образуется замкнутый контур. Во время работы печи жидкий Ме-л движется в канале и местах соединения с ванной. Движение обусловлено перегревом Ме-ла (в канале выше на 50-100 ºС чем в ванне), а также воздействием магнитного поля.

При сливе всего Ме-ла из печи происходит разрыв электрического контура, который создаётся жидким Ме-лом в канале. Поэтому в канальных печах производят частичный слив жидкого Ме-ла. Масса «болота» опр-ся исходя из того, чтобы масса столба жидкого Ме-ла над каналом превышала электродинамическую силу, выталкивающую Ме-л из канала.

Канальные печи используют в качестве миксера раздаточных и плавильных печей. Миксер предназначен для накопления определенной массы Ме-ла и выдержке Ме-ла при определенной t-ре. Ёмкость миксера принимают равной не менее двукратной часовой производительности плавильной печи. Раздаточные печи используют для заливки жидкого Ме-ла непосредственно в формы.

По сравнению с тигельными печами канальные имеют более низкие капиталовложения (50-70% от тигельной), низкий удельный расход электроэнергии (более высокий КПД). Недостаток : Отсутствие гибкости регулирования хим.состава.

К основным узлам относят: Каркас печи; Футеровку; Индуктор; Мех-зм наклона; Электрооборудование; Система водяного охлаждения.