Как выбрать индукционную печь. Индукционные нагреватели своими руками. Самодельный индукционный нагреватель: схема Индукционный нагреватель для плавки металла схема

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

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

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

Разновидность индукционных печей — канальные

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

Разновидность индукционных печей — канальные

Современные модели тигельных индукционных печей

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

Разновидность индукционных печей — вакуумная

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

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

По организации процесса могут быть разного действия:

• непрерывного;
• полунепрерывного;
• периодического.

Тигельные устройства

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

Плавильная тигельная индукционная печь промышленного образца

Преимущества тигельные печей:

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

Из недостатков можно выделить низкую температуру шлаков.

Работа промышленной тигельной индукционной печи

По конструкции тигля бывают такие схемы тигельных печей:

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

Отличие самодельного и заводского устройства

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

Конструкция индукционной печи серийного производства

Преимущества

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

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

Особенности работы плит

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

Индукционная панель в доме

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

В результате можно выделить несколько существенных плюсов индукционных плит:

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

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

Конструкция

Классическая индукционная печь имеет такой состав:

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

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

Отопительная система

Примечание: Для организации индукционной печи своими руками в схеме часто используются бюджетные варианты сварочных инверторов. И тут нужно учесть энергопотребление такого оборудования, поэтому для подачи напряжения потребуется кабель сечением 4–6 мм 2 .

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

Регламентируются такие расстояния:

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

Генератор

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

Индуктор

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

Схема организации отопления с применением индукционного котла

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

Охлаждение

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

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

Организация отопления с помощью индукционного котла

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

Безопасность

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

Создание отопительной системы на базе индукционного котла

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

Создаем

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

Создание индукционного котла своими руками

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

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

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

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

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

Итоги

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

В статье рассмотрены схемы промышленных индукционных плавильных печей (канальных и тигельных) и индукционных закалочных установок с питанием от машинных и статических преобразователей частоты.

Схема индукционной канальной печи

Почти все конструкции промышленных индукционных канальных печей выполняются с отъемными индукционными единицами. Индукционная единица представляет собой электропечной трансформатор с футерованным каналом для размещения расплавленного металла. Индукционная единица состоит из следующих элементов, кожуха, магнитопровода, футеровки, индуктора.

Индукционные единицы выполняются как однофазными, так и двухфазными (сдвоенными) с одним или двумя каналами на один индуктор. Индукционная единица подключается ко вторичной стороне (стороне НН) электропечного трансформатора с помощью контакторов, имеющих дугогасящие устройства. Иногда включаются два контактора с параллельно работающими силовыми контактами в главной цепи.

На рис. 1 приведена схема питания однофазной индукционной единицы канальной печи. Реле максимального тока РМ1 и РМ2 служат для контроля и отключения печи при перегрузках и коротких замыканиях.

Трехфазные трансформаторы используются для питания трехфазных или двухфазных печей, имеющих либо общий трехфазный магнитопровод, либо два или три отдельных магнитопровода стержневого типа.

Для питания печи в период рафинирования металла и для поддержания режима холостого хода служат автотрансформаторы для более точного регулирования мощности в период доводки металла до нужного химического состава (при спокойном, без бурления, режиме расплавления), а также для начальных пусков печи при первых плавках, которые проводятся при малом объеме металла в ванне для обеспечения постепенной сушки и спекания футеровки. Мощность автотрансформатора выбирают в пределах 25-30% мощности основного трансформатора.

Для контроля температуры воды и воздуха, охлаждающих индуктор и кожух индукционной единицы, устанавливают электроконтактные термометры, выдающие сигнал при превышении температуры свыше допустимой. Питание печи автоматически отключается при повороте печи для слива металла. Для контроля положения печи служат конечные выключатели, сблокированные с приводом электропечи. У печей и миксеров непрерывного действия при сливе металла и загрузке новых порций шихты отключение индукционных единиц не производится.

Рис. 1. Принципиальная схема питания индукционной единицы канальной печи: ВМ - выключатель мощности, КЛ - контактор, Тр - трансформатор, С - конденсаторная батарея, И - индуктор, ТН1, ТН2 - трансформаторы напряжения, 777, ТТ2 - трансформаторы тока, Р - разъединитель, ПР - предохранители, РМ1, РМ2 - реле максимального тока.

Для обеспечения надежного питания при эксплуатации и в аварийных случаях приводные двигатели механизмов наклона индукционной печи, вентилятора, привод загрузочно-разгрузочных устройств и системы управления питаются от отдельного трансформатора собственных нужд.

Схема индукционной тигельной печи

Промышленные индукционные тигельные печи емкостью более 2 т и мощностью свыше 1000 кВт питаются от трехфазных понижающих трансформаторов с регулированием вторичного напряжения под нагрузкой, подключаемых к высоковольтной сети промышленной частоты.

Печи выполняют однофазными, и для обеспечений равномерной нагрузки фаз сети в цепь вторичного напряжения подключают симметрирующее устройство, состоящее из реактора L с регулированием индуктивности методом изменения воздушного зазора в магнитной цепи и конденсаторной батареи Сс, подключаемых с индуктором по схеме треугольника (см. АРИС на рис. 2). Силовые трансформаторы мощностью 1000, 2500 и 6300 кВ-А имеют 9 - 23 ступени вторичного напряжения с автоматическим регулированием мощности на желаемом уровне.

Печи меньших емкости и мощности питаются от однофазных трансформаторов мощностью 400 - 2500 кВ-А, при потребляемой мощности свыше 1000 кВт также устанавливают симметрирующие устройства, но на стороне ВН силового трансформатора. При меньшей мощности печи и питании от высоковольтной сети 6 или 10 кВ можно отказаться от симметрирующего устройства, если колебания напряжения при включении и выключении печи будут находиться в допустимых пределах.

На рис. 2 приведена схема питания индукционной печи промышленной частоты. Печи снабжаются регуляторами электрического режима АРИР, которые в заданных пределах обеспечивают поддержание напряжения, мощности Рп и cosфи путем изменения числа ступеней напряжения силового трансформатора и подключения дополнительных секций конденсаторной батареи. Регуляторы и измерительная аппаратура размещены в шкафах управления.

Рис. 2. Схема питания индукционной тигельной печи от силового трансформатора с симметрирующим устройством и регуляторами режима печи: ПСН - переключатель ступеней напряжения, С - симметрирующая емкость, L - реактор симметрирующего устройства, С-Ст - компенсирующая конденсаторная батарея, И - индуктор печи, АРИС - регулятор симметрирующего устройства, АРИР - регулятор режима, 1K-NK - контакторы управления емкостью батареи, ТТ1, ТТ2 - трансформаторы тока.

На рис. 3 приведена принципиальная схема питания индукционных тигельных печей от машинного преобразователя средней частоты. Печи оснащены автоматическими регуляторами электрического режима, системой сигнализации «проедания» тигля (для высокотемпературных печей), а также сигнализацией о нарушении охлаждения в водоохлаждаемых элементах установки.

Рис. 3. Схема питания индукционной тигельной печи от машинного преобразователя средней частоты со структурной схемой автоматического регулирования режима плавки: М - приводной двигатель, Г -генератор средней частоты, 1K-NK - магнитные пускатели, ТИ - трансформатор напряжения, ТТ - трансформатор тока, ИП - индукционная печь, С - конденсаторы, ДФ - датчик фазы, ПУ - переключающее устройство, УФР - усилитель-фазорегулятор, 1КЛ, 2КЛ - линейные контакторы, БС - блок сравнения, БЗ - блок защиты, ОВ - обмотка возбуждения, РН - регулятор напряжения.

Схема индукционной закалочной установки

На рис. 4 приведена принципиальная электрическая схема питания индукционного закалочного станка от машинного преобразователя частоты. Помимо источника питания М-Г схема включает в себя силовой контактор К, закалочный трансформатор ТрЗ, на вторичную обмотку которого включен индуктор И, компенсирующую конденсаторную батарею Ск, трансформаторы напряжения и тока ТН и 1TT, 2ТТ, измерительные приборы (вольтметр V, ваттметр W, фазометр) и амперметры тока генератора и тока возбуждения, а также реле максимального тока 1РМ, 2РМ для защиты источника питания от коротких замыканий и перегрузок.

Рис. 4. Принципиальная электрическая схема индукционной закалочной установки: М -приводной двигатель, Г - генератор, ТН, ТТ - трансформаторы напряжения и тока, К - контактор, 1PM, 2РМ, ЗРМ - реле тока, Рк - разрядник, А, V, W - измерительные приборы, ТрЗ - закалочный трансформатор, OВГ -обмотка возбуждения генератора, РР - разрядный резистор, РВ - контакты реле возбуждения, PC - регулируемое сопротивление.

Для питания старых индукционных установок для термообработки деталей используют электромашинные преобразователи частоты - приводной двигатель синхронного или асинхронного типа и генератор средней частоты индукторного типа, в новых индукционных установках - статические преобразователи частоты.

Схема промышленного тиристорного преобразователя частоты для питания индукционной закалочной установки показана на рис. 5. Схема тиристорного преобразователя частоты состоит из выпрямителя, блока дросселей, преобразователя (инвертора), цепей контроля и вспомогательных узлов (реакторов, теплообменников и пр.). По способу возбуждения инверторы выполняются с независимым возбуждением (от задающего генератора) и с самовозбуждением.

Тиристорные преобразователи могут устойчиво работать как с изменением частоты в широком диапазоне (при самонастраивающемся колебательном контуре в соответствии с изменяющимися параметрами нагрузки), так и при неизменной частоте с широким диапазоном изменения параметров нагрузки в связи с изменением активного сопротивления нагреваемого металла и его магнитных свойств (для ферромагнитных деталей).

Рис. 5. Принципиальная схема силовых цепей тиристорного преобразователя типа ТПЧ-800-1: L - сглаживающий реактор, БП - блок пуска, ВА - выключатель автоматический.

Преимуществами тиристорных преобразователей являются отсутствие вращающихся масс, малые нагрузки на фундамент и малое влияние коэффициента использования мощности на снижение КПД, КПД составляет 92 - 94% при полной нагрузке, а при 0,25 снижается только на 1 - 2%. Кроме того, поскольку частота может быть легко изменена в определенном диапазоне, нет необходимости регулирования емкости для компенсации реактивной мощности колебательного контура.

На протяжении многих лет люди проводят плавку металла. Каждый материал имеет свою температуру плавления, достигнуть которую можно только при применении специального оборудования. Первые печи для плавки металла были довольно большими и устанавливались исключительно в цехах крупных организаций. Сегодня современная индукционная печь может устанавливаться в небольших мастерских при налаживании производства ювелирных изделий. Она небольшая, проста в обращении и обладает высокой эффективностью.

Принцип действия

Плавильный узел индукционной печи применяется для нагрева самых различных металлов и сплавов. Классическая конструкция состоит из следующих элементов:

1. Сливной насос .
2. Индуктор, охлаждающийся водой.
3. Каркас из нержавеющей стали или алюминия.
4. Контактная площадка.
5. Подина из жаропрочного бетона.
6. Опора с гидравлическим цилиндром и подшипниковым узлом.

Принцип действия основан на создании вихревых индукционных токов Фуко. Как правило, при работе бытовых приборов подобные токи вызывают сбои, но в этом случае они применяются для нагрева шихты до требуемой температуры. Практически вся электроника во время работы начинает нагреваться. Этот негативный фактор применения электричества используется на полную мощность.

Преимущества устройства

Печь плавильная индукционная стала применяться относительно недавно. На производственных площадках устанавливаются знаменитые мартены, доменные печи и другие разновидности оборудования. Подобная печь для плавки металла обладает следующими преимуществами:

Именно последнее преимущество определяет распространение индукционной печи в ювелирном деле, так как даже небольшая концентрация посторонней примеси может негативно сказаться на полученном результате.

В зависимости от особенностей конструкции выделяют напольные и настольные индукционные печи. Независимо от того, какой именно вариант был выбран, выделяют несколько основных правил по установке:

Во время работы устройство может серьезно нагреваться. Именно поэтому поблизости не должно быть никаких легковоспламеняющихся или взрывчатых веществ. Кроме этого, по технике пожарной безопасности вблизи должен быть установлен пожарный щит .

Широкое применение получили только два типа печи: тигельные и канальные. Они обладают сходными преимуществами и недостатками, отличия заключаются лишь в применяемом методе работы:

Большей популярностью пользуется тигельная разновидность индукционных печей. Это связано с их высокой производительностью и простотой в эксплуатации. Кроме этого, подобную конструкцию при необходимости можно изготовить самостоятельно.

Самодельные варианты исполнения встречаются довольно часто . Для их создания требуются:

1. Генератор.
2. Тигель.
3. Индуктор.

Опытный электрик при необходимости может сделать индуктор своими руками. Этот элемент конструкции представлен обмоткой из медной проволоки. Тигель можно приобрести в магазине, а вот в качестве генератора используется ламповая схема, собранная своими руками батарея их транзисторов или сварочный инвертор.

Использование сварочного инвертора

Печь индукционная для плавки металла своими руками может быть создана при применении сварочного инвертора в качестве генератора. Этот вариант получил самое широкое распространение, так как прилагаемые усилия касаются лишь изготовления индуктора:

1. В качестве основного материала применяется тонкостенная медная трубка. Рекомендуемый диаметр составляет 8-10 см.
2. Трубка изгибается по нужному шаблону, который зависит от особенностей применяемого корпуса.
3. Между витками должно быть расстояние не более 8 мм.
4. Индуктор располагают в текстолитовом или графитовом корпусе.

После создания индуктора и его размещения в корпусе остается только установить на свое место приобретенный тигель.

Подобная схема довольно сложна в исполнении, предусматривает применение резисторов, нескольких диодов, транзисторов различной емкости, пленочного конденсатора, медного провода с двумя различными диаметрами и колец от дросселей. Рекомендации по сборке следующие:

Созданная схема помещается в текстолитовый или графитовый корпус, которые являются диэлектриками. Схема, предусматривающая применение транзисторов , довольно сложна в исполнении. Поэтому браться за изготовление подобной печи следует исключительно при наличии определенных навыков работы.

Печь на лампах

В последнее время печь на лампах создают все реже, так как она требует осторожности при обращении. Применяемая схема проще в сравнении со случаем применения транзисторов. Сборку можно провести в несколько этапов:

Применяемые ламы должны быть защищены от механического воздействия.

Охлаждение оборудования

При создании индукционной печи своими руками больше всего проблем возникает с охлаждением. Это связано со следующими моментами:

1. Во время работы нагревается не только расплавляемый металл, но и некоторые элементы оборудования. Именно поэтому для длительной работы требуется эффективное охлаждение.
2. Метод, основанный на применении воздушного потока, характеризуется низкой эффективностью. Кроме этого, не рекомендуется проводить установку вентиляторов вблизи печи. Это связано с тем, что металлические элементы могут оказывать воздействие на генерируемые вихревые токи.

Как правило, охлаждение проводится при подаче воды. Создать водяной охлаждающий контур в домашних условиях не только сложно, но и экономически невыгодно. Промышленные варианты печи имеют уже встроенный контур, к которому достаточно подключить холодную воду.

Техника безопасности

При использовании индукционной печи нужно соблюдать определенную технику безопасности. Основные рекомендации:

При установке оборудования следует рассмотреть то, как будет проводиться погрузка шихты и извлечение расплавленного металла. Рекомендуется отводить отдельное подготовленное помещение для установки индукционной печи.

Индукционная плита отличается от обычной тем, что разогревает металлическую посуду индуцированными вихревыми токами, создаваемыми высокочастотным магнитным полем. При работе с такой плиткой используют посуду, изготовленную из материала, который бы эффективно поглощал энергию вихревых полей. Например обыкновенная сталь, поэтому посуду для индукционных печей можно проверять магнитом. Но не бойтесь ошибиться в выборе материала - современные индукционные плиты автоматически распознают пригодную посуду и только в этом случае включают генератор.

При этом никакого физического нагрева поверхности не происходит. Можно положить на плиту бумагу - она незагорится, или прикоснуться ладонью и не обжечься. В отличии от микроволновки, нагревающей сам продукт изнутри (жидкость, находящуюся в пище), индукционная плита греет только металл и металлическую посуду, которая, в свою очередь, передаёт тепло еде (что-то похожее на обычную электроплиту).

Принцип работы индукционной плиты показан на рисунке.

1 - посуда,
2 - стеклокерамическая поверхность,
3 - изоляция,
4 - индукционная катушка,
5 - преобразователь частоты,
6 - блок управления.

Под стеклокерамической поверхностью плиты индукционная катушка, по которой протекает электрический ток с частотой около 50 кГц. В днище посуды наводятся токи индукции, которые нагревают её, а заодно и помещенные в посуду продукты. В такой плите нагрев происходит быстрее, чем на газовой или на электрической плите - примерно в полтора раза.

Принципиальная схема индукционной плиты довольно сложная, и может существенно отличаться для различных моделей. Особенно блок электронного управления. Хотя основа - генератор, драйвер на транзисторах средней мощности и выходной биполярный транзистор с изолированным затвором, типа IGBT H20R1202 (IRGP 20B120), который управляет катушкой индуктора, одинакова у всех плит. Несколько электросхем показаны ниже - клик для увеличения.

Самый сложный элемент индукционной плитки - электронный блок управления . Он не просто включает или регулирует мощность генератора, а делает это по специальной программе - вначале на пару минут выведет плиту на максимальную мощность, а когда вода закипит, убавит мощность до заданного уровня. А ещё продвинутые модели имеют инфракрасные сенсоры, контролирующие процесс приготовления пищи. Они следят за температурой сковороды или кастрюли и снижают мощность нагрева по достижении заданной вами температуры. Жарка под термоконтролем исключает возможность воспламенения жира и повреждения сковороды вследствие перегрева. После снятия посуды - плита автоматически отключается.

В настоящее время промышленность выпускает как отдельные небольшие индукционные одноконфорочные плитки, так и большие стационарные, встраиваемые четырёхместные поверхности. Стоимость такой плиты несколько выше, чем обычной, но купив индукционную плиту вы существенно сэкономите на электроэнергии - до 50%, по отзывам людей. А также уменьшаете вероятность порчи посуды и продуктов.

Индукционная печь может использоваться для плавления небольшого количества металла, разделения и очистки драгоценных металлов, для нагрева металлических изделий с целью их закалки или отпуска.

Кроме того, такие печи предлагается использовать для обогрева жилища. Индукционные печи имеются в продаже, но интересней и дешевле изготовить такую печь своими руками.

Принцип действия индукционной печи основан на разогреве материала с помощью вихревых токов.

Для получения таких токов используется так называемый индуктор, который представляет собой катушку индуктивности, содержащую всего несколько витков толстого провода.

Индуктор питается сети переменного тока 50 Гц (иногда через понижающий трансформатор) или от генератора высокой частоты.

Протекающий по индуктору переменный ток генерирует переменное магнитное поле, которое пронизывает пространство. Если в этом пространстве окажется какой-либо материал, то в нем будут наводиться токи, которые начнут нагревать этот материал. Если этот материал – вода, то у нее будет повышаться температура, а если это металл, то через некоторое время он начнет плавиться.

Индукционные печи бывают двух типов:

• печи с магнитопроводом;
• печи без магнитопровода.

Принципиальная разница между двумя этими типами печей состоит в том, что в первом случае индуктор расположен внутри плавящегося металла, а во втором – снаружи. Наличие магнитопровода увеличивает плотность магнитного поля, пронизывающего помещенный в тигель металл, что облегчает его нагревание.

Примером индукционной печи с магнитопроводом является канальная индукционная печь. Схема такой печи включает замкнутый магнитопровод из трансформаторной стали, на котором располагаются первичная обмотка – индуктор и кольцеобразный тигель, в котором располагается материал для плавления. Тигель изготавливается из жаропрочного диэлектрика. Питание такой установки осуществляется от сети переменного тока с частотой 50 Гц или генератора с повышенной частотой 400 Гц.

Такие печи используются для плавления дюраля, цветных металлов или получения высококачественного чугуна.

Большее распространение имеют тигельные печи, не имеющие магнитопровода. Отсутствие в печи магнитопровода приводит к тому, что магнитное поле, создаваемое токами промышленной частоты, сильно рассеивается в окружающем пространстве. И для того, чтобы увеличить плотность магнитного поля в диэлектрическом тигеле с материалом для плавления, необходимо использовать более высокие частоты. При этом считается, что если контур индуктора настроен в резонанс с частотой питающего напряжения, а диаметр тигеля соизмерим с длиной волны резонанса, то в районе тигеля может сконцентрироваться до 75% энергии электромагнитного поля.

Схема изготовления индукционной печи

Как показали исследования, для обеспечения эффективного плавления металлов в тигельной печи желательно, чтобы частота питающего индуктор напряжения превышала резонансную частоту в 2-3 раза. То есть, такая печь работает на второй или третьей частотной гармонике. Кроме того, при работе на таких повышенных частотах происходит лучшее перемешивание сплава, что улучшает его качество. Режим с применением еще больших частот (пятой или шестой гармоники) может использоваться для поверхностной цементации или закалки металла, что связано с появлением скин-эффекта, то есть, вытеснением электромагнитного поля высокой частоты к поверхности заготовки.

Выводы по разделу:

1. Существуют два варианта индукционной печи – с магнитопроводом и без магнитпровда.
2. Канальная печь, относящаяся к первому варианту печей, более сложна по конструкции, но может питаться непосредственно от сети 50 Гц или сети повышенной частоты 400 Гц.
3. Тигельная печь, относящаяся к печам второго типа, более проста по конструкции, но требует для питания индуктора генератора высокой частоты.

Если печь – это отопительный прибор для практических нужд, то камин нужен для декора и уюта. , а также пример порядовки камина с аркой.

О том, как правильно опдойти к выбору электрического котла отопления, читайте .

А здесь вы узнаете, как работает автоматика для газовых котлов отопления. Котлы по способу инсталляции и разновидности энергозависимых систем.

Конструкции и параметры индукционных печей

Канальная

Одним из вариантов изготовления индукционной печи своими руками является канальная.

Для ее изготовления можно использовать обычный сварочный трансформатор, работающий на частоте 50 Гц.

В этом случае вторичную обмотку трансформатора надо заменить кольцевым тигелем.

В такой печи можно плавить до 300-400 г цветных металлов, а потреблять она будет 2-3 кВт мощности. Такая печь будет иметь большой кпд и позволит выплавлять металл высокого качества.

Основной трудностью изготовления канальной индукционной печи своими руками является приобретение подходящего тигеля.

Для изготовления тигеля должен использоваться материал с высокими диэлектрическими свойствами и высокой прочности. Такой как электрофарфор. Но такой материал не просто найти, а еще трудней обработать в домашних условиях.

Тигельная

Важнейшими элементами тигельной печи индукционного типа являются:

• индуктор;
• генератор напряжения питания.

В качестве индуктора для тигельных печей мощностью до 3 кВт можно использовать медную трубку или провод диаметром 10 мм или медную шину сечением 10 мм². Диаметр индуктора может составлять около 100 мм. Число витков от 8 до 10.

При этом существует много модификаций индуктора. Например, его можно выполнить в виде восьмерки, трилистника или иной формы.

В процессе работы индуктор обычно сильно нагревается. В промышленных образцах для индуктора используется водяное охлаждение витков.

В домашних условиях использование такого метода затруднительно, однако индуктор может нормально работать в течение 20-30 минут, что вполне достаточно для домашних работ.

Однако такой режим работы индуктора вызывает появление на его поверхности окалины, что резко уменьшает кпд печи. Поэтому время от времени индуктор приходится заменять на новый. Некоторые специалисты для защиты от перегрева предлагают покрывать индуктор жаропрочным материалом.

Генератор переменного тока высокой частоты – другой важнейший элемент тигельной печи индукционного типа. Можно рассмотреть несколько типов таких генераторов:

• генератор на транзисторе;
• генератор на тиристоре;
• генератор на МОП- транзисторах.

Простейшим генератором переменного тока для питания индуктора является генератор с самовозбуждением, схема которого имеет один транзистор типа КТ825, два резистора и катушку обратной связи. Такой генератор может вырабатывать мощность до 300 Вт, а регулировка мощности генератора осуществляется путем изменения постоянного напряжения источника питания. Источник питания должен обеспечивать ток до 25 А.

Предлагаемый для тигельной печи генератор на тиристоре включает в схему тиристор типа Т122-10-12, динистор КН102Е, ряд диодов и импульсный трансформатор. Тиристор работает в импульсном режиме.

Индукционная печь самостоятельного изготовления

Такие сверхвысокочастотные излучения могут негативно повлиять на здоровье человека. В соответствии с российскими нормами безопасности с высокочастотными колебаниями разрешается работать при плотности потока электромагнитной энергии не более 1-30 мВт/м². Для данного генератора, как показали расчеты, это излучение на расстоянии в 2,5 м от источника достигает 1,5 Вт/м². Такая величина является неприемлемой.

Схема генератора на МОП-транзисторах включает четыре МОП-транзистора типа IRF520 и IRFP450 и представляет собой двухтактный генератор с независимым возбуждением и индуктором, включенным в мостовую схему. В качестве задающего генератора используется микросхема типа IR2153. Для охлаждения транзисторов требуется радиатор не менее 400 см² и воздушный обдув.
Этот генератор может обеспечивать мощность питания до 1 кВт и менять частоту колебаний в пределах от 10 кГц до 10 МГц. Благодаря этому печь, использующая генератор такого типа, может работать как в режиме плавления, так и поверхностного нагрева.

Печь длительного горения может работать на одной закладке от 10 до 20 часов. При изготовлении нужно учитывать особенности конструкции, чтобы она выдавала максимум тепла при минимальных затратах энергии. О том, как правильно собрать печь, читайте на нашем сайте.

Возможно, вам будет интересно узнать о газовых обогревателях для гаража. Каким он должен быть, чтобы обеспечивалось тепло и безопасность, читайте в материале.

Использование для обогрева

Для обогрева жилища печи такого типа, как правило, используются вместе с водогрейным котлом.

Одним из вариантов самодельного водогрейного котла индукционного типа является конструкция, нагревающая трубу с протечной водой с помощью индуктора, получающего питание от сети с помощью ВЧ сварочного инвертора.

Однако, как показывает анализ таких систем, из-за больших потерь энергии электромагнитного поля в диэлектрической трубе кпд подобных систем крайне низок. Кроме того, для обогрева жилища требуется очень большое количество электроэнергии, что делает такой обогрев экономически невыгодным.

Из данного раздела можно сделать выводы:

1. Наиболее приемлемым вариантом изготовленной своими руками индукционной печи является тигельный вариант с генератором питания на МОП-транзисторах.
2. Использование изготовленной своими руками индукционной печи для обогрева дома невыгодно экономически. В этом случае лучше приобрести заводскую систему.

Особенности эксплуатации

Важным вопросом использования печи индукционного типа является безопасность.

Как уже говорилось выше, в печах тигельного типа используются источники питания высокой частоты.

Поэтому при эксплуатации индукционной печи индуктор необходимо располагать вертикально, перед включением печи на индуктор надо надевать заземленный экран. При включенной печи необходимо наблюдать за происходящими в тигле процессами на расстоянии, а после выполнения работ немедленно выключать ее.

При эксплуатации изготовленной своими руками индукционной печи необходимо:

1. Принимать меры для защиты пользователя печью от возможного высокочастотного излучения.
2. Учитывать возможность ожога индуктором.

При работе с печью необходимо учитывать и термическую опасность. Касание горячим индуктором кожи может вызвать сильный ожог.