Как устроена индукционная печь: принцип работы, устройство, изготовление своими руками

Содержание

принцип работы, устройство, изготовление своими руками

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

Принцип работы

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

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

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

к содержанию ↑

Устройство

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

к содержанию ↑

Расчет мощности

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

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

В качестве исходных данных нужно знать:

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

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

Полезная мощность, которая передается жидкому металлу:

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

Активная мощность:

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

На заключительном этапе рассчитывается мощность индуктора:

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

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

к содержанию ↑

Виды и подвиды

Индукционные печи делятся на два основных вида:

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

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

к содержанию ↑

Индукционные печи своими руками

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

к содержанию ↑

Агрегат из высокочастотного генератора

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

Для создания печи потребуется:

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

В качестве инструмента используется паяльник и плоскогубцы.

Приведем схему для индукционной печи:

Индукционные портативные плавильные печи такого плана создаются в следующей последовательности:

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

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

к содержанию ↑

Конструкция с графитовыми щетками

Такая печь используется для выплавки любого металла и сплавов.

Для создания устройства необходимо заготовить:

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

Технология сборки конструкции заключается в следующем:

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

Прибор с нихромовой спиралью

Такой прибор используется для выплавки больших объемов металла.

В качестве расходных материалов для обустройства самодельной печи используется:

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

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

Создание такой печи проводится в следующей последовательности:

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

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

к содержанию ↑

Цены на готовые индукционные печи

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

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

Модель Характеристики и особенности Цена, рубли
INDUTHERM MU-200 Печь поддерживает 16 температурных программ, максимальная температура нагрева – 1400 0С, контроль за режимом осуществляется с термопарой типа S. Агрегат производит мощность 3,5 кВт. 820 тыс.
INDUTHERM MU-900 Печь работает от электропитания в 380 В, температурный контроль происходит с помощью термопары типа S и может доходить до 1500 0С. Мощность – 15 кВт. 1,7 млн.
УПИ-60-2

Эта индукционная плавильная мини-печь может использоваться для плавки цветных и драгоценных металлов. Заготовки загружаются в графитовый тигель, их нагрев ведется по принципу трансформатора. 125 тыс.
ИСТ-1/0,8 М5 Индуктор печи представляет собой корзину, в которую встроен магнитопровод совместно с катушкой. Агрегат 1 тонну. 1,7 млн.
УИ-25П Печное устройство рассчитано на загрузку в 20 кг, он оснащен редукторным наклоном плавильного узла. В комплекте к печи идет блок конденсаторных батарей. Мощность установки – 25 кВт. Максимальная t нагрева – 1600 0С. 470 тыс.
УИ-0,50Т-400 Агрегат рассчитан на загрузку в 500 кг, самая большая мощность установки – 525 кВт, напряжение для него должно быть не ниже 380В, максимальная рабочая t – 1850 0С. 900 тыс.
ST 10 Печь итальянской компании оснащена цифровым термостатом, в панель управления встроена технология SMD, которая отличается быстродействием. Универсальный агрегат может работать с разной вместительностью от 1 до 3 кг, для этого ее не нужно переналаживать. Она предназначена для драгоценных металлов, ее max температура – 1250 0С. 1 млн.
ST 12 Статическая индукционная печь с цифровым термостатом. Она может быть дополнена вакуумной литьевой камерой, что дает возможность производить литье прямо рядом с установкой. Управление происходит с помощью сенсорной панели. Максимальная температура – 1250 0С. 1050 тыс.
ИЧТ-10ТН Печь рассчитана на загрузку в 10 тонн, довольно объемный агрегат, для его установки нужно выделить закрытое цеховое помещение. 8,9 млн.
к содержанию ↑

Вывод

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

Индукционные печи. Виды и работа. Применение и особенности

В металлургической промышленности широко применяются индукционные печи. Такие печи нередко изготавливают самостоятельно. Для этого необходимо знать их принцип работы и конструктивные особенности. Принцип работы таких печей был известен еще два столетия назад.

Принцип действия и применение

Индукционные печи способны решать следующие задачи:

  • Плавка металла.
  • Термообработка металлических деталей.
  • Очистка драгоценных металлов.

Такие функции имеются в промышленных печах. Для бытовых условий и обогрева помещения существуют печи специальной конструкции.

Работа индукционной печи заключается в нагревании материалов путем использования свойств вихревых токов. Чтобы создать такие токи применяется специальный индуктор, который состоит из катушки индуктивности с несколькими витками провода большого поперечного сечения.

К индуктору подводится сеть питания переменного тока. В индукторе переменный ток создает магнитное поле, которое меняется с частотой сети, и пронизывает внутреннее пространство индуктора. При помещении какого-либо материала в это пространство, в нем возникают вихревые токи, осуществляющие его нагревание.

Вода в работающем индукторе нагревается и кипит, а металл начинает плавиться при достижении соответствующей температуры.

Условно можно разделить индукционные печи на типы:
  • Печи с магнитопроводом.
  • Без магнитопровода.

Первый тип печей содержит индуктор, заключенный в металл, что создает особый эффект, повышающий плотность магнитного поля, поэтому нагревание осуществляется качественно и быстро. В печах без магнитопровода индуктор находится снаружи.

Виды и особенности печей

Индукционные печи можно разделить на виды, которые обладают своими особенностями работы и отличительными признаками. Одни служат для работ в промышленности, другие применяются в быту, для приготовления пищи.

Вакуумные индукционные печи

Такая печь предназначена для плавки и литья сплавов индукционным методом. Она состоит из герметичной камеры, в которой расположена тигельная индукционная печь с литейной формой.

В вакууме можно обеспечить совершенные металлургические процессы, получать качественные отливки. В настоящее время вакуумное производство перешло на новые технологические процессы из непрерывных цепочек в вакуумной среде, которая дает возможность создавать новые изделия, и уменьшать издержки производства.

Достоинства вакуумной плавки:
  • Жидкий металл можно выдерживать в вакууме длительное время.
  • Повышенная дегазация металлов.
  • В процессе плавки можно производить дозагрузку печи и воздействовать на процесс рафинирования и раскисления в любое время.
  • Возможность постоянного контроля и регулировки температуры сплава и его химического состава во время работы.
  • Высокая чистота отливок.
  • Быстрый нагрев и скорость плавки.
  • Повышенная гомогенность сплава из-за качественного перемешивания.
  • Любая форма сырья.
  • Экологическая чистота и экономичность.

Принцип действия вакуумной печи состоит в том, что в тигле, находящемся в вакууме с помощью индуктора высокой частоты плавят твердую шихту и очищают жидкий металл. Вакуум создается путем откачки воздуха насосами. При вакуумной плавке достигается большое снижение водорода и азота.

Канальные индукционные печи

Печи с электромагнитным сердечником (канальные) широко применяются в литейном производстве для цветных и черных металлов в качестве раздаточных печей, миксеров.

1 — Ванна
2 — Канал
3 — Магнитопровод
4 — Первичная катушка

Переменный магнитный поток проходит по магнитопроводу, контуру канала в виде кольца из жидкого металла. В кольце возбуждается электрический ток, который разогревает жидкий металл. Магнитный поток образуется первичной обмоткой, работающей от переменного тока.

Чтобы усилить магнитный поток, используется замкнутый магнитопровод, который выполнен из трансформаторной стали. Пространство печи соединяется двумя отверстиями с каналом, поэтому при наполнении печи жидким металлом создается замкнутый контур. Печь не сможет работать без замкнутого контура. В таких случаях сопротивление контура большое, и в нем течет малый ток, который назвали током холостого хода.

Вследствие перегрева металла и действия магнитного поля, которое стремится вытолкнуть металл из канала, жидкий металл в канале постоянно движется. Так как металл в канале нагрет выше, чем в ванне печи, то металл постоянно поднимается в ванну, из которой поступает металл с меньшей температурой.

Если металл слить ниже допустимой нормы, то жидкий металл будет выбрасываться из канала электродинамической силой. В итоге произойдет самопроизвольное выключение печи и разрыв электрического контура. Чтобы избежать таких случаев печи оставляют некоторое количество металла в жидком виде. Его называют болотом.

Канальные печи разделяют на:
  • Плавильные печи.
  • Миксеры.
  • Раздаточные печи.

Чтобы накопить некоторое количество жидкого металла, усреднения химического состава его и выдержки, используют миксеры. Объем миксера рассчитывают равным не ниже двукратной часовой выработки печи.

Канальные печи разделяют на классы по расположению каналов:
  • Вертикальные.
  • Горизонтальные.
По форме рабочей камеры:
  • Барабанные индукционные печи.
  • Цилиндрические индукционные печи.

Барабанная печь выполнена в виде стального сварного цилиндра с двумя стенками на торцах. Для поворота печи применяются приводные ролики. Чтобы повернуть печь, необходимо включить привод электродвигателя с двумя скоростями и цепной передачей. Двигатель имеет пластинчатые тормоза.

На торцевых стенках есть сифон для заливки металла. Для загрузки присадок и снятия шлаков имеются отверстия. Также для выдачи металла имеется канал. Канальный блок состоит из индуктора печи с V-образными каналами, сделанными в футеровке при помощи шаблонов. При первой же плавки эти шаблоны расплавляются. Обмотка и сердечник охлаждаются воздухом, корпус блока охлаждается водой.

Если канальная печь имеет другую форму, то выдача металла осуществляется с помощью наклона ванны гидроцилиндрами. Иногда металл выдавливают избыточным давлением газа.

Достоинства канальных печей:
  • Малый расход электроэнергии вследствие малых потерь тепла ванны.
  • Повышенный электрический КПД индуктора.
  • Малая стоимость.
Недостатки канальных печей:
  • Сложность регулировки химического состава металла, так как наличие оставленного жидкого металла в печи создает трудности при переходе от одного состава к другому.
  • Малая скорость движения металла в печи уменьшает возможности технологии плавки.
Конструктивные особенности

Каркас печи изготавливается из листовой стали с низким содержанием углерода толщиной от 30 до 70 мм. Внизу каркаса есть окна с присоединенными индукторами. Индуктор выполнен в виде стального корпуса, первичной катушки, магнитопровода и футеровки. Его корпус сделан разъемным, а части изолированы между собой прокладками для того, чтобы части корпуса не создавали замкнутый контур. В противном случае будет создаваться вихревой ток.

Магнитопровод выполнен из пластин специальной электротехнической стали 0,5 мм. Пластины изолированы между собой для снижения потерь от вихревых токов.

Катушка изготавливается из медного проводника сечением, зависящим от тока нагрузки и метода охлаждения. При воздушном охлаждении допустимый ток 4 ампера на мм2, при охлаждении водой допустимый ток 20 ампер на мм2. Между футеровкой и катушкой монтируют экран, который охлаждается водой. Экран изготовлен из магнитной стали или меди. Для отведения тепла от катушки монтируют вентилятор. Чтобы получить точные размеры канала, применяют шаблон. Он выполнен в виде полой стальной отливки. Шаблон ставится в индуктор до того момента, пока не будет заполнения огнеупорной массой. Он находится в индукторе при разогреве и сушке футеровки.

Для футеровки применяют огнеупорные массы влажного и сухого вида. Влажные массы используют в виде набивных или заливных материалов. Заливные бетоны используют при сложной форме индуктора, если нельзя уплотнить массу по всему объему индуктора.

Такой массой наполняют индуктор и уплотняют вибраторами. Сухие массы уплотняют вибраторами высокой частоты, набивные массы уплотняют пневматическими трамбовками. Если в печи будет выплавляться чугун, то футеровку выполняют из оксида магния. Качество футеровки определяется по температуре охлаждающей воды. Наиболее эффективным методом проверки футеровки является проверка по значению индуктивного и активного сопротивления. Эти измерения проводятся с помощью контрольных приборов.

В электрооборудование печи входит:
  • Трансформатор.
  • Батарея конденсаторов для компенсации потерь электрической энергии.
  • Дроссель для подсоединения 1-фазного индуктора к 3-фазной сети.
  • Щиты управления.
  • Кабели питания.

Чтобы печь нормально функционировала, к питанию подключают трансформатор на 10 киловольт, который имеет на вторичной обмотке 10 ступеней напряжения для регулировки мощности печи.

Набивочные материалы футеровки содержат:
  • 48% сухого кварца.
  • 1,8% кислоты борной, просеянной через мелкое сито с ячейками 0,5 мм.

Массу для футеровки готовят в сухом виде с помощью смесителя, и последующей просевкой через сито. Приготовленная смесь не должна храниться более 15 часов после подготовки.

Футеровку тигля производят с помощью уплотнения вибраторами. Электрические вибраторы используются для футеровки больших печей. Вибраторы погружают в пространство шаблона и производят уплотнение массы через стенки. При уплотнении вибратор передвигают краном и вертикально вращают.

Тигельные индукционные печи

Основными компонентами тигельной печи являются индуктор и генератор. Для изготовления индуктора используется медная трубка в виде намотанных 8-10 витков. Формы индукторов могут выполняться различных видов.

Этот вид печи наиболее распространенный. В конструкции печи нет сердечника. Распространенная форма печи представляет собой цилиндр из огнестойкого материала. Тигель находится в полости индуктора. К нему подводится питание переменного тока.

Преимущества тигельных печей:
  • Энергия выделяется при загрузке материала в печь, поэтому вспомогательные нагревательные элементы не нужны.
  • Достигается высокая однородность многокомпонентных сплавов.
  • В печи можно создать реакцию восстановления, окисления, независимо от величины давления.
  • Высокая производительность печей из-за повышенной удельной мощности на любых частотах.
  • Перерывы в плавке металла не влияют на эффективность работы, так как для разогрева не требуется много электроэнергии.
  • Возможность любых настроек и простая эксплуатация с возможностью автоматизации.
  • Нет местных перегревов, температура выравнивается по всему объему ванны.
  • Быстрое плавление, позволяющее создать качественные сплавы с хорошей однородностью.
  • Экологическая безопасность. Внешняя среда не подвергается никакому вредному воздействию печи. Плавка также не оказывает вреда природе.
Недостатки тигельных печей:
  • Малая температура шлаков, применяющихся для обработки зеркала расплава.
  • Малая стойкость футеровки при резких температурных перепадах.

Несмотря на имеющиеся недостатки, тигельные индукционные печи получили большую популярность на производстве и в других областях.

Индукционные печи для отопления помещения

Чаще всего такая печь устанавливается в помещении кухни. В ее конструкции основной частью является сварочный инвертор. Конструкция печи обычно совмещается с водонагревательным котлом, который дает возможность для отопления всех помещений в здании. Также есть возможность подключения подачи горячей воды в здание.

Эффективность работы такого устройства небольшая, однако, нередко такое оборудование все-таки применяется для отопления дома.

Конструкция нагревающей части индукционного котла подобна трансформатору. Наружный контур – это обмотки своеобразного трансформатора, которые подключаются к сети. Второй контур внутренний – это устройство обмена теплом. В нем происходит циркуляция теплоносителя. При подключении питания катушка создает переменное магнитное поле. В итоге внутри теплообменника индуцируются токи, которые осуществляют его нагревание. Металл нагревает теплоноситель, который обычно состоит из воды.

На таком же принципе основана работа бытовых индукционных плит, в которых в качестве вторичного контура выступает посуда из специального материала. Такая плита намного экономичнее обычных плит из-за отсутствия тепловых потерь.

Водонагреватель котла оснащен устройствами управления, которые дают возможность поддержания температуры теплоносителя на определенном уровне.

Отопление электроэнергией является дорогим удовольствием. Оно не может создать конкуренцию с твердым топливом и газом, дизельным топливом и сжиженным газом. Одним из методов снижения расходов является установка теплоаккумулятора, а также подключение котла в ночное время, так как ночью чаще всего действует льготное начисление за электричество.

Для того, чтобы принять решение об установке индукционного котла для дома, необходимо получить консультацию у профессиональных специалистов по теплотехнике. У индукционного котла практически нет преимуществ перед обычным котлом. Недостатком является высокая стоимость оборудования. Обычные котел с ТЭНами продается уже готовым к установке, а индукционный нагреватель требует дополнительного оборудования и настройки. Поэтому, прежде чем приобрести такой индукционный котел, необходимо произвести тщательный экономический расчет и планировку.

Футеровка индукционных печей

Процесс футеровки необходим для обеспечения защиты корпуса печи от воздействия повышенных температур. Она дает возможность значительно сократить потери тепла, увеличить эффективность плавки металла или нагрева материала.

Для футеровки применяют кварцит, являющийся модификацией кремнезема. К материалам для футеровки предъявляются некоторые требования.

Такой материал должен обеспечить 3 зоны состояний материала:
  • Монолитная.
  • Буферная.
  • Промежуточная.

Только наличие трех слоев в покрытии способно защитить кожух печи. На футеровку отрицательно влияет неправильная укладка материала, плохое качество материала и тяжелые условия работы печи.

Похожие темы:

как работает и устроена варочная панель

Научно-технический прогресс все время предлагает нам новые решения, касающиеся нашей повседневной жизни. Проявляются они чаще всего в виде бытовой техники, это относится и к кухонным приборам. Одним из таких ярких представителей является варочная плита индукционного типа. Уже само название может поставить простого обывателя в тупик. А ведь вспомнив школьную программу физики, если вы ее прошли не мимо, то можно припомнить некоторые позиции, связанные с индукционным током, открытые известным физиком Фарадеем. Принцип работы индукционной плиты как раз и основывается на законах Фарадея.

Не будем влезать в дебри физических исследований и изобретений этого ученого, просто обозначим как действуют эти законы. Индукционный ток, или по-другому это изменяющийся электрический ток, образуется путем воздействия магнитного поля на ферромагнитные сплавы. Само же магнитное поле образуется от электрического источника. По сути, это обычная катушка из медного провода, по которой движется электроэнергия.

Поэтому никто ничего не стал больше открывать. Просто в индукционной плите стали использовать эти явления, связанные с преобразованием электричества в магнитное поле, а последнее преобразуется в индукционный ток. В самой варочной поверхности все это действует следующим образом.

  • Под варочной поверхностью (она может быть керамической или стеклянной) устанавливается та самая катушка из медного провода.
  • На катушку подается переменный ток, который преобразуется в магнитное поле, а точнее, в электромагнитное поле (переменное). Это поле и создает индукционный ток.
  • Стоит сказать и о посуде для индукционной плиты. Ее дно изготавливается из магнитного сплава. Получается так, что сама кастрюля в этой физической цепи становится элементом, который замыкает систему магнитных связей.
  • Образованный магнитным полем вихревой индукционный ток, производимой катушкой, установленной в плите, приводит в движение электроны днища кастрюли, которая изготавливается из ферромагнитного сплава (как было сказано выше).
  • При движении электронов происходит выделение тепла. Дно посуды начинает нагреваться, что приводит к кипению воды или масла.

В принципе, все просто. Но главное, что нагревается именно посуда, а не поверхность плиты. Конечно, от кастрюли или сковороды стекло или керамика все равно будут нагреваться, но температура поверхности не будет превышать +60С. То есть, обжечься об нее нельзя, и это один из плюсов индукционной поверхности.

Устройство индукционной варочной плиты

Итак, как работает индукционная плита теперь понятно. Переходим к ее устройству. В принципе, и конструктивная составляющая прибора не очень сложная. Состоит она из нескольких элементов:

  • Варочная поверхность – обычно стеклокерамическая.
  • Изоляционный слой.
  • Катушка, с помощью которой и получаются вихревые индукционные потолки.
  • Частотный преобразователь.
  • Блок управления.

Отметим, что все предлагаемые сегодня индукционные поверхности могут иметь стандартные и нестандартные размеры. Это выгодно с той стороны, что можно подобрать необходимый вариант, который впишется в любой кухонный гарнитур. При этом сама плита может быть встраиваемой в виде панели или являться отдельно стоящим элементом.

К техническим особенностям относится количество конфорок, которые обозначаются на стеклокерамической поверхности участками нарисованных линий в виде круга или квадрата. Выбирая посуду для индукционной плиты, обращайте внимание на ее диаметр. Он не должен быть меньше половины диаметра нарисованного на панели круга. Специалисты считают, что оптимальный диаметр кастрюли или сковороды — 12 см.

Что касается самой индукционной варочной поверхности, то ее размеры не влияют на технические характеристики. Обычно большие габаритные размеры плиты – это большее количество конфорок, которое варьируется от 1 до 7. Стандартная позиция – 5 конфорок. Добавим, что стеклокерамическая поверхность бывает разных оттенков: черный, белый, серый, золотистый и так далее. Можно подобрать по цвету такой вариант, который точно впишется в дизайн кухонного гарнитура и кухни в целом.

Внимание! Некоторые модели индукционных панелей встраиваемого типа обрамляются металлическими рамками для достижения повышенной прочности их кромок. Рамка защищает края плиты от сколов.

Как уже было сказано выше, все функциональные элементы индукционной панели находятся под варочной поверхностью. Панель управления располагается в передней части. Но сегодня производители предлагают модели, в которых каждая конфорка оснащается отдельными сенсорными кнопками управления.

Функциональные особенности индукционной плиты

Что сегодня предлагают производители индукционных плит, какими опциями обладают их изделия, на что обращать внимание, выбирая ту или иную модель? Давайте разбираться в функциональных особенностях индукционных поверхностей.

  • Есть так называемая функция «Пауза». С ее помощью прерывают нагрев посуды, не меняя режима самого нагрева.
  • Можно полностью заблокировать управление плитой нажатием одной кнопки.
  • EcoTimer – умный таймер. Это устройство помогает отключить конфорку за несколько минут до полной готовности блюда. Таким образом, экономится потребляемая энергия, плюс это защита от перегрева самой пищи. Доходит блюда с помощью остаточного тепла самой посуды. В некоторых моделях таймер работает на каждую конфорку отдельно.
  • Возможность регулировать мощность каждой конфорки ступенчато, увеличивая или уменьшая ее производительность.
  • Power Boost. Эта функция индукционной плиты заключается в том, что мощность конфорки увеличивается до 50%, забрав ее у соседних.
  • Звуковая сигнализация таймера и кнопок управления.

От многих функций зависит возможность регулировать процесс готовки. Поэтому функционал разных моделей сильно отличается. К примеру, у бюджетных он варьируется в пределах 10-15 режимов, у дорогих доходит до 20.

Добавим, что в настоящее время производители предлагают зависимые и независимые индукционные плиты. Первые – это симбиоз варочной плиты и духовки, вторые – это панели в единственном экземпляре.

Типы индукционных плит

Отдельно стоящие индукционные плиты – это зависимые модели, в состав которых входит духовой шкаф. Это мощные кухонные приборы с четырьмя конфорками. Они обладают полным функционалом и отвечают всем требованиям безопасной эксплуатации. Большой их недостаток – высокая мощность, которая варьируется в диапазоне 1,2-1,5 кВт. Поэтому очень важно правильно подобрать к ним питающий провод относительно его сечения.

Встраиваемая варочная панель – это большое разнообразие в плане габаритных размеров и формы поверхности. Стандартные размеры 50х60 см, но производители сегодня предлагают разные габариты и формы — от стандартных квадратных и прямоугольных, до круглых, овальных и многоугольных.

Отдельно скажем и о портативных моделях индукционных поверхностей. Из самого названия становится понятным, что это компактные приборы с одной или двумя конфорками. При всем этом это функциональные плиты с 10 режимами готовки блюд. В них также соблюдены все традиционные опции, характерные большим индукционным поверхностям. Кто решается приобрести компактный вариант, нужно сказать, что эта модель ничем не проигрывает другим. Просто в ней меньше зон готовки.

Присутствуют на рынке и комбинированные образцы, в которых две конфорки работают по принципу индукции, две другие нагреваются за счет установленных под варочной поверхностью ТЭНов. То есть, это комбинация индукционной и электрической плиты. Насколько удобен эта разновидность плит, каждый решает для себя сам. Но так как эти модели присутствуют на рынке, значит, у них есть и свои потребители.

Положительные и отрицательные стороны индукционных плит

Начнем с достоинств.

  • Коэффициент полезного действия (КПД) индукционной плиты – 90%. Это самый высокий показатель среди всех других плит: газовых и электрических.
  • Высокая экономичность в сравнении с электрическими моделями. Она на 40% лучше, и при этом такое сниженное потребление электроэнергии не влияет на качество нагрева кухонной посуды.
  • Высокая степень безопасной эксплуатации. Так как сама варочная панель не нагревается, а нагревается лишь посуда, то обжечься об нее невозможно. Не подгорают пролитые жидкости и пища, даже поставленная на место нагрева тарелка не лопнет и не расплавится. К тому же отметим, что одна из функций индукционных плит состоит в том, что сам прибор никогда не включится, если место нагрева не будет закрыто посудой на 70% площади.
  • На индукционных панелях посуда быстрее нагревается, что уменьшает срок приготовления блюд.
  • При выключении, наоборот, посуда быстро остывает, потому что сама панель не нагревается. К примеру, не нужно переставлять казан или сковороду, чтобы случайно в них пища не пережарилась.
  • Если говорить о практичности, то варочная поверхность – это стеклокерамика, за которой очень легко ухаживать. Для этого достаточно мыльного раствора. При этом панель обладает повышенной прочностью.
  • Индукционная поверхность сама не выделяет тепло, как это происходит с газовыми или электрическими аналогами. Так что о высоком повышении температуры во время приготовления пищи говорить не приходиться. Это особенно актуально летом.
  • И, конечно, к положительным сторонам индукционной плиты надо отнести ее широкий функционал.

Недостатки индукционных плит носят чисто субъективный характер, но именно они и могут повлиять на выбор. Вот основные минусы.

  • Готовить на индукционной плите можно лишь в специальной посуде, на которой есть значок спирали. Как уже говорилось выше, ее дно должно быть изготовлено из ферромагнитного сплава. При этом важно, чтобы дно посуды было чистым и гладким, только таким образом можно говорить о высокой эффективности готовки пищи. Правда, сегодня предлагаются специальные подставки, изготовленные из магнитного металла, на которую и устанавливается посуда. Они называются адаптерами. Поэтому сегодня на индукционных поверхностях можно готовить в стеклянной или керамической посуде. Адаптеры выпускаются разных размеров, где стандартный – 22-24 см.
  • Некоторые модели индукционных плит не дают возможность сразу использовать все конфорки из-за малой мощности самого прибора.
  • Встраиваемые модели нельзя устанавливать над металлическими поверхностями, поэтому монтаж, например, над духовкой или холодильником, запрещен.
  • Электромагнитное поле может вывести из строя электронные приборы или узлы электронного типа в бытовых приборах. Людям, у которых установлен электронный кардиостимулятор, запрещено пользоваться индукционными плитами.
  • В плитах этого типа используется система вентиляции со встроенным вентилятором, поэтому многие модели при включении издают шум. Сегодня производители стараются снизить шум, чего и добиваются, устанавливая новые конструкции вентиляционных установок.

Заключение по теме

Обобщая информацию по индукционной варочной панели, можно сказать, что это новый подход к решению многих проблем, связанных с эксплуатацией газовых и электрических плит. И в первую очередь отметим высокий КПД прибора, что позволяет неплохо сэкономить на потреблении электрического тока. И это, наверное, основная позиция, которую можно поставить во главу выбора.

Индукционные нагреватели и печи своими руками: от теории к реализации

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

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

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

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

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

Принцип действия

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

Принцип действия индукционной печи

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

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

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

Канальная печь

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

Канальная индукционная печь

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

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

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

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

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

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

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

Под обычный тигель

Устройство тигельной индукционной печи

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

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

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

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

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

Немного теории

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

Режимы работы тигельной индукционной печи

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

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

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

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

О левитации в индукторе

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

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

Зачем индуктор дома?

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

Индукционный нагрев для закалки

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

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

Индуктор для отпусковой индукционной печи

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

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

Приступаем к печке: что нужно знать обязательно

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

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

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

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

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

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

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

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

Компоненты печи

Индуктор

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

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

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

Генератор

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

Схема генератора для индукционной печи, дающая паразитное СВЧ

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

Схема лампового генератора для индукционной печи

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

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

Самодельная тигельная индукционная печь 50-х годов.

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

Схема простейшего генератора для индукционной печи

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

Генератор-мультивибратор для индукционной печи

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

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

Схема универсального генератора для индукционной печи

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

Видео: самодельный индукционный нагреватель в работе

Индукционные котлы

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

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

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

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

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

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

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

Схема индукционного водогрейного котла

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

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

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

О самодельных котлах для ГВС

Схема индукционного водонагревателя для ГВС

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

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

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

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

Видео: “индукционный” котел на основе бытовой плитки

Индуктор на кухне

Варочная индукционная плита

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

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

Схема кухонной индукционной плиты

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

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

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

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

Разогрев варочной посуды на индукционной плите и газовой конфорке

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

Видео: неудавшийся индукционный нагреватель из кухонной плиты

В заключение

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

Загрузка...

Обсуждение темы "Индукционная печь"

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

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

принцип работы, схема самодельного устройства, правила безопасности

Разработанные более века назад, индукционные печи прочно входят в наш быт. Это стало возможно благодаря развитию электроники. Взрывной рост мощности контроллеров, выполненных на основе кремниевых полупроводников и появление в широкой продаже транзисторов, способных обеспечивать большие мощности (в несколько киловатт) в последние годы приобрёл характер лавины. Всё это подарило человечеству невероятно большие перспективы в развитии миниатюрных установок, сопоставимых по мощности с промышленными устройствами ближайшего прошлого.

Использование и строение устройства

Применение индукционных печей в домашнем хозяйстве позволяет избежать появления в помещении очагов открытого пламени и является довольно эффективным способом плавления и контролированного нагрева металлов и сплавов. Это происходит благодаря тому, что металл нагревается, раскаляется и расплавляется не под воздействием высокотемпературных горелок, а с помощью пропускания через себя токов большой частоты, стимулирующих активное движение частиц в структуре материала.

Стало возможным появление в быту:

  • Компактных канальных индуктивных печей, в которых можно плавить металл и создавать литьём различные изделия и конструкции, очищать от примесей различные драгоценные сплавы и закалять изделия, придавая им дополнительную прочность.
  • Водогрейных котлов, чья эффективность лежит уже сейчас далеко за пределами обычных бойлеров.
  • Плит для приготовления пищи, которые не только безопаснее газовых по эксплуатационным характеристикам, но и эффективнее некоторых микроволновых печей в области разогрева еды и поддержания её температуры.
  • Тигельных плавилен, которые приобрели больше всего поклонников среди людей, занимающихся самостоятельным изготовлением и ремонтом электрических устройств.

Кроме того, всё большее распространение получают электроиндукционные печки, которые работают не только с токопроводящим материалом. Их устройство немного отличается от обычных индукционных печей, так как в его основе лежит нагрев электрической индукцией материала, который не проводит ток (их ещё называют диэлектриками) между обкладками конденсатора, то есть, его выводами разной полярности. Достигаемые температуры при этом не очень большие (порядка 80−150 градусов Цельсия), поэтому такие установки применяются для плавления пластика или его термической обработки.

Особенности конструкции и принцип работы

Индукционная печь работает на основе образования в ней вихревых электрических токов. Для этого используют состоящую из витков толстого провода катушку индуктивности, к которой подводится источник переменного тока. Именно переменный ток образует постоянно меняющееся в зависимости от текущей частоты магнитное поле. Оно и провоцирует передачу этих токов помещаемому внутрь катушки веществу вместе с большим количеством тепла. Генератором при этом может выступать даже самый обычный сварочный инвертор.

Разделяют два вида индукционных печей:

  1. С магнитопроводом, особенностью которой является расположение индуктора внутри объёма металла, поддающегося плавке.
  2. Без магнитопровода — когда индуктор находится снаружи.

Конструкция с наличием магнитопровода используется, например, в канальных печах. В них используется неразомкнутый металлический (чаще всего — стальной) магнитопровод, внутри которого находятся тигель для плавки и индуктор, образовывающие первичную цепь обмотки. В качестве материала для тигля можно использовать графит, жаропрочную глину или любой другой непроводящий ток материал, обладающий подходящей термостойкостью. В нём размещают металл, который требуется расплавить. Это, как правило, всяческие сплавы цветных металлов, дюралюминий и чугун.

Генератор такой печи должен обеспечивать частоту переменного тока в пределах 400 герц. Возможны и варианты использования вместо генератора обычную электрическую сеть и питать печь с помощью тока с частотой в 50 герц, но в этом случае температура разогрева будет ниже и для более тугоплавких сплавов такая установка не подойдёт.

Тигельные же печи, не имеющие в своей конструкции магнитопровода, получили значительно большее распространение среди энтузиастов. Они используют токи значительно большей частоты для достижения большей плотности поля. Это связано как раз с отсутствием магнитопровода — слишком большой процент энергии поля рассеивается в пространстве. Для противодействия этому необходимо очень тонко настроить печь:

  • Обеспечить равную частоту контура индукционной установки и напряжения от генератора (при использовании инвертора это сделать легче всего).
  • Подобрать диаметр плавильного тигля таким образом, чтобы он был близок с длиной волны полученного излучения магнитного поля.

Таким образом можно минимизировать потери вплоть до 25% от всей мощности. Для достижения же наилучшего результата рекомендуется выставлять дважды, а то и трижды большую частоту источника переменного тока, чем резонансную. В этом случае диффузия металлов, входящих в состав сплава будет максимальной, а его качество — значительно лучше. Если повышать частоту и дальше, можно добиться эффекта выталкивания высокочастотного поля к поверхности изделия и так провести его закалку.

Вакуумные плавильные печи

Такой вид установок сложно назвать бытовыми, но рассмотреть их стоит из-за того, что вакуумная плавка имеет ряд технологических преимуществ по сравнению с другими видами. По своей конструкции она напоминает тигельную, с тем отличием, что сама печь находится в вакуумной камере. Это позволяет добиваться большей чистоты процесса расплавления металла, понизить его окисляемость в процессе обработки и ускорить процесс, добиваясь значительной экономии электроэнергии.

Кроме того, ограниченность и замкнутость пространства способствует избежать выделения в окружающее пространство вредных испарений плавящихся металлов и сохранять чистоту процесса их обработки. Возможность контролировать состав и процесс обработки также является одним из преимуществ печей этого вида.

Канальные индукционные установки

Ещё один вид промышленных печей, имеющих более широкое применение, чем другие. Их можно использовать не только в качестве плавилен, но и как раздатчики подготовленного материала и смесители нескольких видов сырья. Типовые конструкции таких устройств включают:

  • Наличие ванны, в которой находится сырьё, достигшее или достигающее заданной температуры.
  • Канала, по которому расплавленная масса проходит через магнитное поле.
  • Магнитопровода, обеспечивающего постоянную циркуляцию жидкого металла.
  • Катушки первичной обмотки, которая приводит в действие магнитное поле.

Малейшее размыкание контура, который образуется жидким металлом, магнитопроводом и катушкой приводит к повышению его собственного сопротивления и мгновенному выбросу всей массы сырья из канала. Для противодействия такому явлению внутри канала оставляют «болото» — небольшую массу металла, которая поддерживается в жидком виде.

Преимущества индуктивных печей канального типа:

  • Невысокая цена установок.
  • Экономичность — для поддержания температуры внутри ванны, которая плохо рассеивает тепло, нужно малое количество электроэнергии.
  • Коэффициент полезного действия индуктора при работе очень высок.

Недостатки:

  • Медленное продвижение по каналу расплавленного металла усложняет контроль за его качеством и окислением.
  • Необходимость оставлять некоторое количество сырья внутри понижает качество химического состава следующей загрузки и возможности более тонкого его контроля.
  • Необходимость поддерживания герметичности установки из-за угрозы разрыва магнитного поля и образования вихревого излучения. Сложность поддерживания изолированности при футеровке внутренних стен установки некоторыми составами.

Основные элементы схемы печи

Для того чтобы собрать установку и выполнять работы на ней, необходимо найти подходящую схему индукционной печи и детали для неё. Для поиска последних очень пригодится наличие одного или нескольких ненужных блоков питания от компьютера, так как большинство деталей можно найти в них. Типовая схема простейшей печи с самодельным инвертором будет включать такие элементы, как:

  • Транзисторы-полевики, можно использовать IRFZ46N или аналоги (IRFZ44V, имеющий силу тока на ножке стока в 55 ампер подойдёт даже лучше). Желательно подбирать полевики с максимально возможным значением напряжения пробоя, так они прослужат гораздо дольше.
  • Дроссели, резисторы с сопротивлением 470 Ом (можно использовать один ваттник или два полуваттника, соединённых в схеме последовательно) и девять конденсаторов малой ёмкости (до 1 микрофарада) которые можно выпаять из блока питания.
  • Радиаторы для охлаждения транзисторов — полевики в корпусах типа ТО-220АВ при работе очень горячие и могут взорваться от недостатка отвода тепла от них.
  • Проволока из меди диаметром около миллиметра для создания ферритовых колец и диаметром в 2 миллиметра для создания индуктора.
  • Диоды марок UF4007, 2 штуки, но лучше иметь парочку запасных на случай, если в первый раз соберёте что-то неправильно — они вылетят первыми.
  • Батарею ёмкостью около 8−10 ампер-часов. Такие, как правило, извлекаются из старых источников бесперебойного питания и имеют выходное напряжение в 12 вольт.
  • В качестве тигля можно слепить и обжечь на костре или с помощью горелки глиняный горшочек нужного вам диаметра.

Инвертор для установки собирается по схеме, предложенной С. В. Кухтецким для лабораторных испытаний. Её легко можно найти в интернете. Мощность инвертора, который питается от напряжения в диапазоне 12−35 вольт будет составлять 6 киловатт, а его рабочая частота — 40−80 килогерц, этого будет более чем достаточно для домашних проектов.

Техника безопасности при работе

Так как работа с индукционной печью подразумевает тесный контакт с расплавленным металлом и токами высокой частоты и силы, стоит озаботиться о качественном заземлении установки и надёжных средствах защиты. При этом одежда должна строго соответствовать всем требованиям:

  • Быть изготовленной из плотного неплавящегося и не горящего материала.
  • Базовый защитный костюм должен включать в себя фартук и рукавицы. На ногах по возможности следует носить при работе обувь с прорезиненой подошвой, ступни же и носки должны быть сухими.
  • Для защиты глаз стоит приобрести специальные очки, это убережёт вас от случайного попадания раскалённого куска металла в глаза.

Не стоит забывать и о хорошей вентилируемости помещения, в котором будут работать. Расплавленный металл выбрасывает в воздух химические соединения, которые совсем неполезны для ваших лёгких.

Как работает электрическая варочная панель с индукционными конфорками

риск травматизма во время использования равен нулю.

Все эти плюсы индукционной варочной панели мы рассмотрим по отдельности, но скачала обсудим одно важное достоинство. В актуальных реалиях экономичность эксплуатации электрического оборудования – важный критерий выбора техники. Как узнать, сколько электроэнергии потребляет индукционная панель до ее покупки? Загляните в паспорт устройства или изучите карточку товара в интернет-магазине: производитель, чаще всего, указывает в инструкции не только суммарную потребляемую мощность устройства, но также показатели расхода электроэнергии для каждой конфорки разного типа и размера. Для большинства моделей общее значение находится в диапазоне 3-10 кВт, у обычной электрической плиты – в 3-4 раза выше.

Расход электричества зависит от комплектации: большинство современных индукционных панелей оснащены 2 небольшими нагревателями по 1,2-1,8 кВт и парой мощных конфорок на 2,5-3,7 кВт, диаметр катушек варьируется от 12 до 25 см.

Вреда от приготовления пищи нет и быть не может

Мы говорим о том, что индукционные варочные панели атравматичны из-за низкой температуры нагрева стеклокерамики, но есть ли вред от электромагнитного излучения для здоровья человека? Споры ведутся давно, а в интернете полно дезинформации и мифов о том, что индукция опасна, а длительная эксплуатация техники на основе этого принципа вызывает различного рода заболевания. Поставить точку в вопросе о вреде индукционных варочных поверхностей, опять же, помогут паспортные данные. У большинства бытовых моделей максимальная интенсивность магнитного излучения во включенном состоянии составляет около 120-130 В/м², при этом радиус действия поля не превышает 10 см от источника. Абсолютно безопасными для человека, растений и животных считается значение 20 В/м², уже на расстоянии около полуметра от катушки излучение рассеивается полностью. Делаем вывод: при соблюдении инструкций и грамотном размещении индукционной плиты или варочной панели вреда здоровью от использовании такой техники не будет. Другое дело – бытовой дискомфорт. Частота около 20 кГц не улавливается человеком – в маломощном режиме прибор неудобств не доставит, а более высокие значения могут влиять только на чувствительных людей. Если вы слышите еле различимый шум во время интенсивного нагрузки – купите специальную посуду, чтобы обеспечить более плотное прилегание металла к стеклокерамике.

При работе нет запаха гари

Индукционная конфорка располагается под износостойкой и достаточно прочной поверхностью из стеклокерамики. Материл легко отчищается, а остатки пищи никогда не пригорят к плите или дну посуды. Размер панели может быть разным, но независимо от габаритов и мощности, стеклокерамическая поверхность не нагревается выше 20-60°С – от периферии конфорки к центру. Чистить индукционную плиту лучше специальными средствами микроабразивного типа, но с большинством загрязнений справляется и обычная влажная губка.

Единственное, о чем стоит помнить владельцу такой техники – стеклокерамика боится сахаросодержащих продуктов. Если на поверхность попадут остатки сладких напитков, кусочки десерта или капли варенья – удалите их как можно быстрее. При длительном воздействии глюкозы, материал изготовления индукционной панели теряет часть своих эстетских качеств – на стеклокерамической поверхности образуются мелкие углубления. Если вы не хотите, чтобы сверкающее глянцевое покрытие утратило свой безупречный вид – будьте внимательны.

Четко выдерживают заданный температурный режим

За настройку температурного режима в индукционных плитах и панелях отвечает многоступенчатая регулировка мощности и высокоточный датчик контроля – отдельный для каждой конфорки. Варочные поверхности последнего поколения поддерживают от 10 до 20 ступеней нагрева, а также функцию PowerBoost. Бустер – это специальная опция, которая позволяет одним нажатием кнопки перебросить мощность со вспомогательного нагревателя на доминирующий. Приборы бытовой категории оснащаются, как правило, только одной парой конфорок для интенсивного нагрева, продолжительность работы в режиме бустер зависит от характеристик модели и производителя, в среднем – не дольше пары минут.

Преимущество, которым могут похвастаться все без исключения индукционные панели – высокая точность настройки и контроля температуры. Дело в особенностях конструкции: термодатчик, отвечающий за отслеживание и поддержку заданного температурного режима, расположен в центре конфорки – под стеклокерамической поверхностью. Резистивная теплоотдача от посуды не влияет на точность его измерений, поэтому в процессе готовки вы можете не сомневаться: фактическая температура нагрева индукционной плиты всегда соответствует данным индикации. Раз уж речь зашла о настройках и панели управления, стоит упомянуть еще одно преимущество.

Управление большинством индукционных панелей – сенсорное

Только цифровые системы управления могут обеспечить высокоточный контроль работы индукционных нагревателей, поэтому весь актуальный модельный ряд панелей и плит оснащен сенсорными интерфейсом, как правило, это слайдерные регуляторы. Можно поискать и более дешевые аналоги – варочные поверхности с кнопочными переключателями и модели комбинированного типа, где добавочные газовые конфорки управляются при помощи механических ручек. Если же вы ждете от индукционной панели максимальной функциональности, сенсор – лучший вариант управления.

Функции индукционных панелей

Коротко перечислим базовые возможности актуальных образцов техники и самые полезные функции индукционных варочных панелей нового поколения:

  • PowerBoost, PotBoost, PanBoost или просто бустер – разные названия режима для переброски мощности между вспомогательной и основной конфоркой, который мы уже описали выше;
  • автоматическое распознавание – устройство запустится только при наличии на поверхности посуды из подходящего металла, некоторые модели умеют распознавать форму и размер, подключая обычные зоны нагрева;
  • индикация сохранения тепла – полезная опция для еще более эффективного и рационального использования электроэнергии;
  • таймер напоминания – возможность не переживать о сроках приготовления, указав необходимое время автоматического отключения;
  • Stop Go – программа для быстрого и удобного переключения между разными температурными режимами;
  • ReStart – возможность сохранения параметров готовки и восстановления настроек после отключения техники.

Каждый производитель, в борьбе за внимание покупателя, старается предложить новый оригинальный функционал, а самые популярные европейские бренды постоянно внедряют интересные инновации. Подробнее ознакомиться с возможностями конкретных моделей лучше в каталоге бытовой техники.

Где установить?

Казалось бы ничего сложного: проведите установку встраиваемой техники в столешницу, используя зависимую или независимую систему подключения. Однако, мы уже упоминали ранее, что варочная панель с индукционными нагревателями – это источник электромагнитного излучения. Оно безвредно для человека, но влияет на работу других кухонных приборов. Владельцу стоит учитывать особенности установки и правила подключения такой техники, тщательно продумывая расположение устройства на кухне.

Монтаж индукционной панели лучше проводить на расстоянии около полуметра от других приборов. К списку относятся не только привычные чайники, микроволновые печи, холодильники с посудомойками, но также электрические водонагреватели, измельчители мусора и отопительные приборы с ТЭН. Духовые шкафы, предназначенные для комбинированной установки – исключение, поскольку производители тщательно изолируют электронные компоненты таких моделей от электромагнитного излучения.

Перед подключением индукционной варочной панели позаботьтесь о наличии исправного сетевого оборудования – хорошего фильтра с защитой от скачков напряжения и рабочей розетки. После установки следует провести заземление техники: контакты подсоединяются к специальной клемме (не к батарее или другим кухонным приборам), процедура упрощается за счет наличия в комплектации шины. Только после такой подготовки можно переходить к тестовому запуску.

Какую посуду выбрать для готовки

Принцип работы индукционного нагревателя заключается в создании магнитного поля, которое беспрепятственно проходит через одни материалы и нагревает другие. Лучше всего для варочных панелей купить посуду из металла с подходящими ферромагнитными свойствами – она продается в любом магазине товаров для кухни и промаркирована соответствующим знаком. Можно использовать и обычнее чугунные сковородки или даже кастрюли из стали, правда плохой контакт меду дном и стеклокерамической поверхностью снижает эффективность нагрева. А вот посуда из обычной нержавейка, стекла, алюминия, меди и их сплавов для индукционных панелей не подходит. Она просто не будет намагничиваться.

Изучив общую информацию, переходим к обзору продукции конкретного производителя. В нашем случае – индукционных варочных панелей Миле.

Преимущества техники Miele

Бытовая техника от немецкого бренда получила массу положительных отзывов от рядовых покупателей, а также неоднократно завоевывала награды на престижных выставка по всему миру. Базовые преимущества индукционных варочных панелей Miele – эталонное качество сборки и продолжительная гарантия, стильный дизайн и компактные габариты, удобное управление и простое обслуживание, надежный материал рабочей поверхности и долговечные детали. Среди самых полезных функций:

  • блокиратор интерфейса от детей;
  • наглядная индикация остаточного тепла;
  • зона расширения для посуды любого размера и формы;
  • автоматика закипания, таймер и другие автоматические программы.

Больше полезной информации о возможностях и характеристиках немецких индукционных панелей можно получить в каталоге нашего интернет-магазина фирменной техники Miele. У нас регулярно появляются актуальные новики – следите за ассортиментом.

требуемая схема и принцип работы,

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

Принцип работы индукционной печи

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

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

В быту индукторы стали использоваться сравнительно недавно.

Виды индукционных устройств

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

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

Бытовые печи делятся на две группы:

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

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

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

Схема индукционной печи

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

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

Как сделать индукционную печь своими руками

Для создания эффективного агрегата необходимо учитывать следующие параметры:

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

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

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

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

Преимущества и недостатки индукционных печей

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

Индукционные печи могут иметь как плюсы, так и минусы:

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

Безопасность

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

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

Заключение

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

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Что такое индукция? | Индуктотерм Корп.

Компании группы Inductotherm используют электромагнитную индукцию для плавления, нагрева и сварки в различных отраслях промышленности. Но что такое индукция? И чем он отличается от других способов обогрева?

Для типичного инженера индукция - увлекательный метод нагрева. Наблюдение за тем, как кусок металла в катушке становится вишнево-красным за считанные секунды, может быть удивительным для тех, кто не знаком с индукционным нагревом.Оборудование для индукционного нагрева требует понимания физики, электромагнетизма, силовой электроники и управления технологическими процессами, но основные концепции, лежащие в основе индукционного нагрева, просты для понимания.

Основы

Обнаружил Майкл Фарадей, индукция начинается с катушки из проводящего материала (например, меди). Когда ток течет через катушку, создается магнитное поле внутри и вокруг катушки. Способность магнитного поля выполнять работу зависит от конструкции катушки, а также от величины тока, протекающего через катушку.

Направление магнитного поля зависит от направления протекания тока, поэтому переменный ток через катушку приведет к изменению направления магнитного поля с той же скоростью, что и частота переменного тока. Переменный ток 60 Гц заставит магнитное поле менять направление 60 раз в секунду. Переменный ток 400 кГц вызовет переключение магнитного поля 400 000 раз в секунду.

Когда проводящий материал, заготовка, помещается в изменяющееся магнитное поле (например, поле, генерируемое переменным током), в заготовке будет индуцироваться напряжение (закон Фарадея).Индуцированное напряжение приведет к потоку электронов: току! Ток, протекающий через заготовку, будет идти в направлении, противоположном току в катушке. Это означает, что мы можем контролировать частоту тока в заготовке, контролируя частоту тока в катушке.

Когда ток течет через среду, движение электронов будет сопротивляться. Это сопротивление проявляется в виде тепла (эффект джоулевого нагрева). Материалы, которые более устойчивы к потоку электронов, будут выделять больше тепла, когда через них протекает ток, но, безусловно, можно нагревать материалы с высокой проводимостью (например, медь) с помощью индуцированного тока.Это явление критично для индукционного нагрева.

Что нам нужно для индукционного нагрева?

Все это говорит нам о том, что для индукционного нагрева необходимы две основные вещи:

  1. Изменяющееся магнитное поле
  2. Электропроводящий материал, помещенный в магнитное поле

Чем отличается индукционный нагрев от других методов нагрева?

Есть несколько методов нагрева объекта без индукции.Некоторые из наиболее распространенных промышленных практик включают газовые печи, электрические печи и соляные бани. Все эти методы основаны на передаче тепла продукту от источника тепла (горелки, нагревательного элемента, жидкой соли) посредством конвекции и излучения. Когда поверхность продукта нагревается, тепло передается через продукт за счет теплопроводности.

Продукты с индукционным нагревом не полагаются на конвекцию и излучение для доставки тепла к поверхности продукта. Вместо этого тепло генерируется на поверхности продукта за счет протекания тока.Затем тепло от поверхности продукта передается через продукт за счет теплопроводности. Глубина, на которой тепло генерируется непосредственно с помощью индуцированного тока, зависит от того, что называется электрической опорной глубиной .

Электрическая опорная глубина сильно зависит от частоты переменного тока, протекающего через заготовку. Ток более высокой частоты приведет к меньшей глубине электрического опорного сигнала , а ток более низкой частоты приведет к более глубокому опорному электрическому значению глубины .Эта глубина также зависит от электрических и магнитных свойств детали.

Электрическая опорная глубина диаграммы высоких и низких частот Компании группы

Inductotherm используют преимущества этих физических и электрических явлений, чтобы адаптировать решения для обогрева для конкретных продуктов и приложений. Тщательный контроль мощности, частоты и геометрии змеевика позволяет компаниям группы Inductotherm проектировать оборудование с высоким уровнем управления технологическим процессом и надежностью независимо от области применения.

Индукционная плавка

Для многих процессов плавление - это первый шаг в производстве полезного продукта; индукционная плавка выполняется быстро и эффективно. Изменяя геометрию индукционной катушки, индукционные плавильные печи могут удерживать заряды, размер которых варьируется от объема кофейной кружки до сотен тонн расплавленного металла. Кроме того, регулируя частоту и мощность, компании группы Inductotherm могут обрабатывать практически все металлы и материалы, включая, помимо прочего: железо, сталь и сплавы нержавеющей стали, медь и сплавы на ее основе, алюминий и кремний.Индукционное оборудование разрабатывается индивидуально для каждого приложения, чтобы обеспечить его максимальную эффективность.

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

Индукционная вакуумная плавка

Поскольку индукционный нагрев осуществляется с помощью магнитного поля, заготовка (или нагрузка) может быть физически изолирована от индукционной катушки огнеупором или другой непроводящей средой.Магнитное поле будет проходить через этот материал, чтобы вызвать напряжение в находящейся внутри нагрузке. Это означает, что груз или заготовку можно нагревать в вакууме или в тщательно контролируемой атмосфере. Это позволяет обрабатывать химически активные металлы (Ti, Al), специальные сплавы, кремний, графит и другие чувствительные проводящие материалы.

Индукционный нагрев

В отличие от некоторых методов сжигания, индукционный нагрев точно регулируется независимо от размера партии. Изменение тока, напряжения и частоты через индукционную катушку приводит к точно настроенному инженерному нагреву, идеально подходящему для точных применений, таких как упрочнение, закалка и отпуск, отжиг и другие формы термообработки.Высокий уровень точности важен для критически важных приложений, таких как автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность, волоконная оптика, соединение боеприпасов, закалка проволоки и отпуск пружинной проволоки. Индукционный нагрев хорошо подходит для специальных применений в металлах, включая титан, драгоценные металлы и современные композиты. Точный контроль нагрева, доступный с помощью индукции, не имеет себе равных. Кроме того, при использовании тех же принципов нагрева, что и при нагревании в вакуумных тиглях, индукционный нагрев может осуществляться в атмосфере для непрерывного использования.Например, светлый отжиг трубы и трубы из нержавеющей стали.

Высокочастотная индукционная сварка

Когда индукция осуществляется с использованием высокочастотного (HF) тока, возможна даже сварка. В этом приложении очень малая электрическая опорная глубина может быть достигнута с помощью высокочастотного тока. В этом случае металлическая полоса формируется непрерывно, а затем проходит через набор точно спроектированных валков, единственная цель которых - прижать кромки сформированной полосы друг к другу и создать сварной шов.Непосредственно перед тем, как сформированная полоса достигает комплекта валков, она проходит через индукционную катушку. В этом случае ток течет вниз по геометрической «форме», образованной краями полосы, а не только вокруг внешней стороны сформированного канала. По мере прохождения тока по краям ленты они нагреваются до подходящей температуры сварки (ниже температуры плавления материала). Когда кромки прижимаются друг к другу, весь мусор, оксиды и другие загрязнения вытесняются наружу, что приводит к образованию твердотельного кузнечного шва.

Будущее

С наступлением эры высокотехнологичных материалов, альтернативных источников энергии и необходимости расширения возможностей развивающихся стран уникальные возможности индукции предлагают инженерам и конструкторам будущего быстрый, эффективный и точный метод нагрева.

Как на самом деле работает индукционный нагрев?

Оборудование для индукционного нагрева используется для плавления, нагрева и сварки во многих отраслях промышленности, от производства до литья.До 13% мировой стали используется только в автомобильной промышленности. Но что на самом деле означает индукция и чем она отличается от других методов нагрева?

Индукция - это уникальный метод нагрева. Индукционные печи используют физику, электромагнетизм и управление технологическим процессом для плавки стали. Тем не менее, основные концепции оборудования для индукционного нагрева и принцип его работы на самом деле легко понять.

Как работают индукционные печи?

Индукционный нагрев начинается с катушки из проводящего материала, например меди.Электрический ток проходит через катушку и создает магнитное поле.

Магнитное поле может менять направление в зависимости от направления тока. Переменный ток, который проходит через катушку, вызывает магнитное поле, которое изменяется в том же направлении с той же скоростью, что и ток. Например, магнитное поле будет менять направление 60 раз в секунду, если ток составляет 60 Гц переменного тока.

Как это магнитное поле влияет на заготовку?

Заготовка, помещенная в изменяющееся магнитное поле, вызывает наведенное напряжение в детали.Индуцированное напряжение заставляет электроны течь, называемый током, в направлении, противоположном току в катушке.

Вы можете контролировать частоту тока в заготовке, контролируя частоту тока в катушке. Но как это вызывает жар? Через сопротивление.

Электроны, движущиеся в токе детали, будут иметь некоторое сопротивление. Это сопротивление проявляется в виде тепла. Поэтому, когда у заготовки есть более стойкий ток, она будет выделять больше тепла и допускать индукционный нагрев.

Чем это отличается от других методов нагрева?

Индукционный нагрев - не единственный метод нагрева. В некоторых отраслях промышленности используются газовые печи, электрические печи и соляные бани для нагрева объекта без индукции. Но эти методы основаны на передаче тепла от другого источника тепла.

Индукционный нагрев не зависит от тепла источника для нагрева другого продукта. Он основан на тепле, которое выделяется на поверхности продукта за счет протекания тока, вызванного магнитным полем.

Где я могу найти оборудование для индукционного нагрева рядом со мной?

Если вы ищете индукционную печь для плавления стали, бывшую в употреблении индукционную печь или запасные части, у Amelt есть то, что вам нужно. Чтобы узнать больше о нашем отремонтированном оборудовании и других продуктах оборудования для индукционного нагрева, свяжитесь с Amelt сегодня.

Индукционные печи

- Основы литейных плавильных печей

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

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

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

Индукционные печи без сердечника

Сердцем индукционной печи без сердечника является змеевик, который состоит из полой секции сверхпрочной медной трубки с высокой проводимостью, намотанной в спиральную спираль.Форма катушки заключена в стальную оболочку, а магнитное экранирование используется для предотвращения нагрева поддерживающей оболочки. Для защиты от перегрева змеевик имеет водяное охлаждение, рециркуляцию воды и охлаждение в градирне. Корпус поддерживается на цапфах, на которых печь наклоняется для облегчения разливки.

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

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

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

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

Канальные индукционные печи

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

Канальные индукционные печи

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

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

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

Услуги | Продукты | Оборудование | Преимущества | FAQs
Советы и факты | Ссылки | О литейной фабрике Атлас | Глоссарий литейного производства
Связаться с Atlas Foundry | Карта сайта | Вернуться домой


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

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

Часто задаваемые вопросы | EMSCO, Inc.

Для чего используется индукционная печь?

Индукционные печи используются в литейных цехах для плавки чугуна, стали, меди, алюминия и драгоценных металлов. После расплавления металл выливается из индукционной печи в форму. Когда металл затвердеет, его вынимают из формы. Такой готовый продукт называется «отливкой». Индукционная печь может использоваться в атмосфере или в вакуумной камере.Индукционные печи обладают ключевым преимуществом перед газовыми печами из-за их способности преобразовывать твердый металл в жидкость с меньшим загрязнением (высокая отдача).

Как работает индукционная катушка?

Индукция начинается с катушки из проводящего материала (например, меди). Когда электрический ток течет через катушку, создается магнитное поле внутри и вокруг катушки. Способность магнитного поля выполнять работу зависит от конструкции катушки, а также от силы тока, протекающего через катушку.Энергия от катушки передается металлу внутри тигля, тем самым нагревая металл до желаемой точки.

Что такое литейный завод?

Литейный завод - это завод, который нагревает металл до расплавленного состояния с помощью печи, а затем разливает расплавленный металл в формы для производства металлических отливок. Алюминий и чугун являются примерами металлов, обычно обрабатываемых в литейных цехах. Типы продукции, производимой на литейных заводах, варьируются от чугунных варочных аппаратов до высокотехнологичных компонентов аэрокосмической отрасли.

Что такое индукционная печь без сердечника?

Основным компонентом индукционной печи без сердечника является ее катушка. Змеевик изготовлен из медной трубки с высокой проводимостью и помещен в стальной кожух. Для предотвращения перегрева змеевик имеет водяное охлаждение с помощью системы охлаждения, такой как наша собственная система охлаждения HyprCool® Hybrid Process Cooling Systems. Индукционные печи без сердечника обеспечивают высокий уровень контроля температуры и химического состава металла, а также равномерное распределение тепла благодаря индукционной катушке.Эти характеристики делают индукционные печи без сердечника идеальными для плавки всех марок сталей и чугунов, многих цветных сплавов и переплавки.

Что такое канальная индукционная печь?

Канальные индукционные печи состоят из футерованного огнеупором верхнего кожуха, в котором находится расплавленный металл. Узел индукционного блока, называемый нижним корпусом, прикреплен к верхнему корпусу через горловину для обеспечения плавления или удерживающей способности. Вместе эти компоненты создают трансформатор, в котором контур из расплавленного металла образует вторичную обмотку и получает энергию от индукционной катушки.Петля генерирует тепло, а также магнитное поле, которое заставляет металл циркулировать в верхнем корпусе печи. Эта циркуляция создает благоприятное перемешивающее действие в расплавленном металле. Как правило, канальные индукционные печи используются для плавки или хранения различных сплавов.

Что такое процесс литья металла?

Литье металла - это производственный процесс, выполняемый в литейном цехе. Жидкий металл выливают из плавильной печи в форму, а затем дают ему затвердеть.Когда металл затвердеет, его вынимают из формы. Готовое изделие - отливка.

Из чего сделан литейный ковш?

Литейные ковши изготавливаются из горячекатаной стали (HRS), а затем утрамбовываются или заливаются огнеупорной футеровкой для предотвращения повреждений, когда ковш используется для транспортировки расплавленного металла. Без огнеупорной футеровки расплавленный металл при контакте быстро расплавил бы ковш.

Что такое литье в песчаные формы?

Литье в песчаные формы - это процесс литья металла, в котором в качестве материала формы используется песок.Форма сделана из песка, и расплавленный металл выливается из плавильной печи в форму для изготовления отливки. Термин «литье в песчаные формы» может также относиться к объекту, полученному с помощью процесса литья в песчаные формы.

Является ли расплавленный металл магнитным?

Металл теряет свой магнетизм, не достигнув температуры плавления. Температура Кюри - это температура, при которой определенные материалы теряют свои постоянные магнитные свойства и заменяются наведенным магнетизмом. У разных металлов разные температуры Кюри.Щелкните здесь, чтобы узнать больше о температуре Кюри.

Что такое шлак?

Шлак - это побочный продукт, оставшийся после отделения (плавки) желаемого металла от его сырой руды. Шлак обычно состоит из оксидов металлов и диоксида кремния, но может содержать сульфиды металлов и элементарные металлы. Помимо того, что шлак является побочным продуктом плавки, он может помочь контролировать температуру процесса плавки и может помочь предотвратить повторное окисление конечного жидкого металлического продукта перед разливкой расплавленного металла.

Есть ли разница между литейным цехом и кузницей?

Литейные производства нагревают металлический лом, стружку и другие подобные сплавы до состояния расплавленного жидкого состояния. Этот расплавленный металл выливают в форму для придания желаемой формы. В кузнице нагревают металлические заготовки и слитки, но металл не нагревается до точки плавления. Приложение тепловой и механической энергии к металлу при ковке позволяет изменять форму металла, оставаясь в твердом состоянии.

Что такое металлургия?

Металлургия - это наука о придании металлу желаемых форм или манипулированию его свойствами посредством нагрева, плавления и легирования для достижения желаемой формы и химического состава готового металла.

Что такое выплавка?

Плавка - это процесс. Основное применение плавки - извлечение из руды основного металла, такого как серебро, железо или медь. Вторичная плавка - это процесс удаления примесей из старых материалов и возврата к исходному основному металлу.

Что такое адиабатическое охлаждение?

EMSCO определяет «адиабатический» процесс испарения, при котором сухой воздух поглощает влагу, тем самым понижая его температуру. Этот процесс позволяет нам предварительно охлаждать воздух без затрат на электроэнергию и охлаждать технологическую жидкость с помощью более компактной и более эффективной системы, чем если бы мы использовали воздух с более высокой температурой окружающей среды.Щелкните здесь, чтобы узнать больше об адиабатических системах охлаждения.

Принцип работы индукционной печи без сердечника

- ваше руководство по электрике

В индукционной печи без сердечника стержень отсутствует. А можно использовать тигель более удобной формы.

В этом случае расплавляемая шихта также вторичная обмотка трансформатора. Первичная обмотка наматывается на сам тигель. Вихрь токи, возникающие в заряде, не только нагревают его, но и составляют перемешивающее действие.Это основной принцип работы индукционной печи без сердечника .

Пластины из железа предусмотрены снаружи первичной обмотки для создают путь с низким сопротивлением для потока, а также содержат паразитное поле, которое в противном случае может вызвать сильный ток в опорной стальной конструкции.

Используемая частота зависит от размера без сердечника. индукционная печь. Для печи малой мощности высокая частота порядка Используется 3000 Гц. В то время как для печи большой мощности частоты снижаются. до 600 Гц.Используются полые медные трубки в котором циркулирует холодная вода для снижения содержания меди убытки.

Рабочая мощность коэффициент таких печей очень низкий (от 0,1 до 0,3). Следовательно, статические конденсаторы используются для улучшения коэффициент мощности установки.

Так как коэффициент мощности не остается постоянным во время работы печи, емкость в цепи во время теплового цикла составляет варьировались для поддержания коэффициента мощности примерно равного единице.

Индукционная печь без сердечника в основном используется для выплавка стали и других черных металлов .Доступные емкости различаются от 50 кг до примерно 20 тонн. Начальная стоимость больше по сравнению с дугой печь.

Преимущества индукционных печей без сердечника:

  • Низкие эксплуатационные расходы,
  • Автоматическое перемешивание производства компании eddy токи,
  • низкая эрекция,
  • отсутствие грязи, шума дыма и т. д.
  • меньшее время плавления,
  • простая зарядка и заливка, точный контроль мощность,
  • наиболее подходит для производства высококачественных легированные стали.

Блок питания для индукционных печей без сердечника

Для индукционных печей без сердечника предоставляется источник питания от обычной системы питания, а его частота преобразуется в более высокую значение с помощью осцилляторов. Эти генераторы могут генерировать очень высокую частоту. в порядке мегагерц.

Питание переменного тока повышается трансформатором, а затем исправлено с помощью моста выпрямительная схема. Выпрямленное напряжение подается на генератор, и высокочастотный выход подается на нагретую шихту через выход трансформатор.

Он также известен как вихретоковый нагрев. Материал, который будет подогрев помещен внутри змеевика. Тепло в нагреваемом материале равно производятся вихревыми токами. Потери мощности из-за вихревых токов - вихревые текущая потеря и проявляется в виде тепла.

Нагреваемый металл помещается в высокочастотный токоведущая катушка. Таким образом создается переменное магнитное поле, В металлической детали индуцируются вихревые токи, и в ней выделяется тепло.

Потери на вихревые токи,

W e α (B 2 макс f 2 ) / ρ Вт / м 3 ,

Где, B max = максимальная плотность потока,

f = частота питания,

ρ = удельное сопротивление металлической детали.

Поскольку потери на вихревые токи пропорциональны произведению квадрата частоты питания и квадрата плотности потока, поэтому на контролируя плотность потока и частоту питания, количество тепла может быть контролируется.

Частота может варьироваться от 50 Гц до 8 МГц в зависимости от вид проделанной работы. Часто используется высокочастотный вихретоковый нагрев. для ковки и отжига . Процесс экономичен для непрерывного обогрев.

Преимущества индукционного нагрева

  • Быстро и понятно.
  • Небольшие потери тепла из-за вихревых токов нагревание, поскольку в теле выделяется тепло, которое непосредственно нагревается.
  • Регулировать температуру легко, т. Е. Контролируя частота питания.
  • Тепло может проникнуть в металл поверхность на любую желаемую глубину.

Недостатки индукционного нагрева

  • Это дорогостоящий метод производства высокая температура.
  • Начальная стоимость вихретокового нагрева аппарат высокий.

Индукционный нагрев используется для термической обработки металлов. я.е., отжиг, отпуск, поверхностное упрочнение и т. д.

Спасибо, что прочитали о «принципе работы индукционной печи без сердечника». Чтобы узнать больше, посетите Википедию.

Электрическое отопление | Все сообщения

IHL25K 25 кВт низкочастотная индукционная плавильная печь 1–20 кГц

Примечание. Эта модель доступна только с трехфазным напряжением 460–480 Вольт.

Низкочастотные индукционные нагреватели серии Across International от 1 кГц до 20 кГц подходят для широкого спектра применений, включая глубокое проникновение тепла для процессов полной закалки, ковку стальных стержней, отпуск штамповок, предварительный нагрев для сварки и плавление. металлических партий более 4 фунтов.Они не ограничиваются ферромагнитными материалами, поэтому цветные металлы также могут быть эффективно использованы.

Система состоит из трех основных компонентов: источника питания, компенсирующего конденсатора / трансформатора и индукционной катушки / плавильного тигля. Наши нагреватели автоматически настраиваются на оптимальную резонансную частоту, чтобы достичь наиболее эффективных общих результатов нагрева в соответствии с требованиями наших клиентов, которые включают проникновение тепла, эффективность нагрева, рабочий шум и электромагнитную однородность.Две из наших самых популярных низкочастотных машин - это плавильные печи с плиточным плавильным аппаратом и печи с автоматической подачей стержня для ковки.

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

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

КАК РАБОТАЕТ ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВ

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Как работает плавильная печь?

Плавильные печи используются для перегрева твердых материалов до их разжижения. Часто оборудование для термической обработки используется для изменения поверхностных или внутренних характеристик материалов путем осторожного повышения их температуры.В случае металлов это обычно увеличивает пластичность за счет как твердости, так и прочности. Для этого требуется промышленная печь, способная создавать и поддерживать температуры ниже точки плавления материала.

Плавильная печь, для сравнения, генерирует чрезмерные температуры, которые превышают температуру плавления металла и вызывают разложение его физической структуры, что приводит к ожижению. Этот фазовый переход полностью зависит как от температуры, так и от давления.Некоторые металлы могут существовать в жидком состоянии при температуре окружающей среды, за исключением ртути (Hg) и известных эвтектик, таких как сплавы на основе галлия (Ga-).

Для получения однородной расплавленной смеси плавильная печь должна обеспечивать создание и поддержание необходимых температур в течение длительного периода времени. Существует несколько архитектур плавильных печей, способных выполнять этот процесс. В этом сообщении в блоге Thermcraft рассмотрит некоторые из основных типов плавильных печей, доступных сегодня на рынке.

Купольные плавильные печи

Купольная плавильная печь обычно содержит вертикальную нагревательную камеру в виде шахты, которая заполнена слоями горючего вещества, такого как кокс и известняк. Входные отверстия позволяют воздуху поступать в камеру для облегчения горения, в то время как рабочая дверца обеспечивает легкий доступ к самой нижней части вагранки. Здесь сырье превращается в расплавленную смесь, которую можно периодически экструдировать через носик с откидным дном.

Купольные печи являются предпочтительным инструментом для плавки на заводах по производству черных металлов. Архитектура проста и надежна, но необходимо учитывать дополнительные соображения для безопасной вентиляции и контроля выбросов. Часто верхняя часть вала купола закрывается инновационным фильтром, предназначенным для удаления твердых частиц из газообразных отходов.

Индукционные печи

Индукционные плавильные печи работают по принципиально другому принципу, чем вагранка.В них используются спиральные нагревательные элементы, встроенные в тигель или встроенные в стенки самой камеры нагрева. Они преобразуют электрическую энергию в тепло, которое излучается через материал с выдающейся степенью термической однородности.

Ограничение использования горючего топлива на предприятии, особенно для обычных плавильных операций, означает более безопасную повседневную работу для персонала и компонентов. Индукционные катушки со спиральной намоткой, изготовленные из тугоплавких нагревательных металлов и керамики, увеличивают срок службы и обеспечивают хорошую совместимость с дополнительными элементами управления.Термоциклирование может быть автоматизировано, и могут быть реализованы дополнительные меры контроля для уменьшения образования и выброса токсичных паров металла в печах для плавки металлов.

Плавильные печи от Thermcraft

Thermcraft специализируется на разработке и производстве специального оборудования для термической обработки для требовательных приложений. Мы можем спроектировать плавильные печи для стандартной обработки в литейном производстве или для новых областей исследований и разработок, таких как выращивание кристаллов.

Если вам нужна дополнительная информация о возможностях наших плавильных печей, свяжитесь с нами напрямую.