Індукційна піч своїми руками: принцип дії, конструкції, параметри, використання для обігріву

Індукційна піч своїми руками: принцип дії, конструкції, параметри, використання для обігріву

Індукційна піч може використовуватися для плавлення невеликої кількості металу, розділення і очищення дорогоцінних металів, для нагріву металевих виробів з метою їх гарту або відпустки.

Крім того, такі печі пропонується використовувати для обігріву житла. Індукційні печі є у продажу, але цікавіше і дешевше виготовити таку піч своїми руками.

Зміст

  • 1 Принцип дії
  • 2 Конструкції і параметри індукційних печей
    • 2.1 Канальна
    • 2.2 Тигельна
  • 3 Використання для обігріву
  • 4 Особливості експлуатації
  • 5 Висновок
  • 6 Відео на тему

Принцип дії

Принцип дії індукційної печі заснований на розігріві матеріалу з допомогою вихрових струмів.

Для отримання таких струмів використовується так званий індуктор, який представляє собою котушку індуктивності, що містить всього кілька витків товстого дроту.

Індуктор живиться від мережі змінного струму 50 Гц (іноді через понижуючий трансформатор) або від генератора високої частоти.

Протікає по індуктора змінний струм генерує змінне магнітне поле, яке пронизує простір. Якщо в цьому просторі виявиться який-небудь матеріал, то в ньому будуть наводитися струми, які почнуть нагрівати цей матеріал. Якщо цей матеріал – вода, то у неї буде підвищуватися температура, а якщо це метал, то через деякий час він почне плавитися.

Індукційні печі бувають двох типів:

  • печі з магнітопроводом;
  • печі без магнітопровода.

Принципова різниця між двома цими типами печей полягає в тому, що в першому випадку індуктор розташований всередині плавкого металу, а в другому – зовні. Наявність магнітопровода збільшує щільність магнітного поля, що пронизує поміщений в тигель метал, що полегшує його нагрівання.

Індукційна піч своїми руками: принцип дії, конструкції, параметри, використання для обігріву

Індукційний нагрівач

Прикладом індукційній печі з магнітопроводом є канальна індукційна піч. Схема такої печі включає замкнутий магнітопровід з трансформаторної сталі, на якому розташовуються первинна обмотка – індуктор і кільцеподібний тигель, в якому розташовується матеріал для плавлення. Тигель виготовляється з жароміцного діелектрика. Харчування такої установки здійснюється від мережі змінного струму з частотою 50 Гц або генератора з підвищеною частотою 400 Гц.

Такі печі використовуються для плавлення дюралю, кольорових металів або отримання високоякісного чавуну.

Більше поширення мають тигельні печі, не мають магнітопровода. Відсутність у печі магнітопровода призводить до того, що магнітне поле, утворене струмами промислової частоти, сильно розсіюється в навколишньому просторі. І для того, щоб збільшити щільність магнітного поля в діелектричному тиглі з матеріалом для плавлення, необхідно використовувати більш високі частоти. При цьому вважається, що якщо контур індуктора настроєний у резонанс з частотою живлячої напруги, а діаметр тигеля порівняємо з довжиною хвилі резонансу, то в районі тигеля може сконцентруватися до 75% енергії електромагнітного поля.

Індукційна піч своїми руками: принцип дії, конструкції, параметри, використання для обігріву

Схема виготовлення індукційної печі

Як показали дослідження, для забезпечення ефективного плавлення металів в тигельної печі бажано, щоб частота живлячої індуктор напруги перевищувала резонансну частоту в 2-3 рази. Тобто, така піч працює на другий або третій частотної гармоніці. Крім того, при роботі на таких підвищених частотах перемішування відбувається краще сплаву, що покращує його якість. Режим з застосуванням ще більших частот (п’ятої або шостої гармоніки) може використовуватися для поверхневої цементації або загартування металу, що пов’язано з появою скін-ефекту, тобто, витісненням електромагнітного поля високої частоти до поверхні заготовки.

Висновки по розділу:

  • Існують два варіанти індукційної печі – з магнітопроводом і без магнитпровда.
  • Канальна піч, відноситься до першого варіанту печей, більш складна по конструкції, але може живитися безпосередньо від мережі 50 Гц або мережі підвищеної частоти 400 Гц.
  • Тигельна піч, відноситься до печей другого типу, більш проста по конструкції, але вимагає для живлення індуктора генератора високої частоти.
  • Конструкції і параметри індукційних печей

    Канальна

    Індукційна піч своїми руками: принцип дії, конструкції, параметри, використання для обігрівуОдним з варіантів виготовлення індукційної печі своїми руками є канальна.

    Для її виготовлення можна використовувати звичайний зварювальний трансформатор, що працює на частоті 50 Гц.

    У цьому випадку вторинну обмотку трансформатора треба замінити кільцевим тигелем.

    У такій печі можна плавити до 300-400 г кольорових металів, а вона буде споживати 2-3 кВт потужності. Така піч буде мати великий ккд і дозволить виплавляти метал високої якості.

    Основною трудністю виготовлення канальної індукційної печі своїми руками є придбання відповідного тигеля.

    Для виготовлення тигеля має використовуватися матеріал з високими діелектричними властивостями і високої міцності. Такий як электрофарфор. Але такий матеріал не просто знайти, а ще важче обробити в домашніх умовах.

    Тигельна

    Найважливішими елементами тигельної печі індукційного типу є:

    • індуктор;
    • генератор напруги живлення.

    В якості індуктора для тигельних печей потужністю до 3 кВт можна використовувати мідну трубку або дріт діаметром 10 мм або мідну шину перетином 10 мм2. Діаметр індуктора може становити близько 100 мм. Число витків від 8 до 10.

    При цьому існує багато модифікацій індуктора. Наприклад, його можна виконати у вигляді вісімки, трилисника або іншої форми.

    Індукційна піч своїми руками: принцип дії, конструкції, параметри, використання для обігрівуУ процесі роботи індуктор зазвичай сильно нагрівається. У промислових зразках для індуктора використовується водяне охолодження витків.

    У домашніх умовах використання такого методу важко, однак індуктор може нормально працювати протягом 20-30 хвилин, що цілком достатньо для домашніх робіт.

    Однак такий режим роботи індуктора викликає поява на його поверхні окалини, що різко зменшує ккд печі. Тому час від часу індуктор доводиться заміняти на новий. Деякі фахівці для захисту від перегріву пропонують покривати індуктор жароміцним матеріалом.

    Генератор змінного струму високої частоти – інший найважливіший елемент тигельної печі індукційного типу. Можна розглянути кілька типів таких генераторів:

    • генератор на транзисторі;
    • генератор на тиристорі;
    • генератор на МОП – транзисторах.

    Найпростішим генератором змінного струму для живлення індуктора є генератор із самозбудженням, схема якого має один транзистор типу КТ825, два резистора і котушку зворотного зв’язку. Такий генератор може виробляти потужність 300 Вт, а регулювання потужності генератора здійснюється шляхом зміни постійної напруги джерела живлення. Джерело живлення повинен забезпечувати струм до 25 А

    Пропонований для тигельної печі генератор на тиристорі включає в схему тиристор типу Т122-10-12, діністор КН102Е, ряд діодів і імпульсний трансформатор. Тиристор працює в імпульсному режимі.

    Проведений аналіз схеми показав, що в такій схемі є досить потужні паразитні коливання на частотах, близьких до 120 МГц.

    Індукційна піч своїми руками: принцип дії, конструкції, параметри, використання для обігріву

    Індукційна піч самостійного виготовлення

    Такі надвисокочастотні випромінювання можуть негативно вплинути на здоров’я людини. У відповідності з російськими нормами безпеки з високочастотними коливаннями дозволяється працювати при щільності потоку електромагнітної енергії не більше 1-30 мВт/м2. Для даного генератора, як показали розрахунки, це випромінювання на відстані 2,5 м від джерела досягає 1,5 Вт/м2. Така величина є неприйнятною.

    Схема генератора на МОП-транзисторах включає чотири МДН-транзистора типу IRF520 і IRFP450 і являє собою двотактний генератора з незалежним збудженням і індуктором, включеним в мостову схему. В якості задаючого генератора використовується мікросхема типу IR2153. Для охолодження транзисторів потрібно радіатор не менше 400 см2 і повітряний обдув.
    Цей генератор може забезпечувати потужність живлення до 1 кВт і змінювати частоту коливань у межах від 10 кГц до 10 МГц. Завдяки цьому піч, використовує генератор такого типу, може працювати як в режимі плавлення, так і поверхневого нагрівання.

    Використання для обігріву

    Індукційна піч своїми руками: принцип дії, конструкції, параметри, використання для обігрівуДля обігріву житла печі такого типу, як правило, використовуються разом з водогрійним котлом.

    Одним з варіантів саморобного опалювального котла індукційного типу є конструкція, що нагріває трубу з протечной водою з допомогою індуктора, що одержує харчування від мережі з допомогою ВЧ зварювального інвертора.

    Однак, як показує аналіз таких систем, з-за великих втрат енергії електромагнітного поля в діелектрику трубі ккд подібних систем вкрай низький. Крім того, для обігріву житла потрібно дуже велику кількість електроенергії, що робить такий обігрів економічно невигідним.

    З даного розділу можна зробити висновки:

  • Найбільш прийнятним варіантом виготовленого своїми руками індукційної печі є тигельний варіант з генератором живлення на МОП-транзисторах.
  • Використання виготовленого своїми руками індукційної печі для обігріву будинку невигідно економічно. В цьому випадку краще придбати заводську систему.
  • Особливості експлуатації

    Важливим питанням використання печі індукційного типу є безпека.

    Як вже говорилося вище, в печах тигельного типу використовуються джерела живлення високої частоти.

    При цьому, генератори, виготовлені своїми руками, можуть випромінювати паразитні високочастотні коливання, які можуть принести певну шкоду здоров’ю людини.

    Тому при експлуатації індукційної печі індуктор необхідно розташовувати вертикально, перед включенням печі на індуктор треба надягати заземлений екран. При включеній печі необхідно спостерігати за подіями в тиглі процесами на відстані, а після виконання робіт негайно виключати її.

    При експлуатації виготовленого своїми руками індукційної печі необхідно:

  • Вживати заходів для захисту користувача піччю від можливого високочастотного випромінювання.
  • Враховувати можливість опіку індуктором.
  • При роботі з піччю необхідно враховувати і термічну небезпека. Дотик гарячих індуктором шкіри може викликати сильний опік.

    Висновок

  • Для виготовлення індукційної печі своїми руками краще вибрати варіант тигельної печі, яка має більш просту конструкцію, але вимагає для живлення напруга високої частоти.
  • Із запропонованих схем генератора високої частоти найбільш прийнятною є схема на МОП-транзисторах, що забезпечує потужність в 1 кВт і дозволяє регулювати частоту генерації.
  • При роботі з індукційної піччю, виготовленого своїми руками, необхідно звертати увагу на захист від паразитного високочастотного випромінювання і опіків індуктором.
  • Використання індукційних печей у водогрійних котлах для обігріву будинку економічно невигідно.
  • Відео на тему

    Сподобалася стаття? Поділитися з друзями: