Индукционная печь своими руками. Изготовление индукционной печи своими руками. Тигельные индукционные печи

Выплавка металла индукционным способом активно применяется в различных отраслях, например машиностроении, металлургическом и ювелирном производстве. Материал нагревается под воздействием электрического тока, что позволяет использовать тепло с максимальной эффективностью. На крупных фабриках для этого имеются специальные промышленные агрегаты, тогда как в домашних условиях можно собрать простенькую и небольшую индукционную печь своими руками.

Подобные печи популярны на производстве

Самостоятельная сборка печи

В интернете и журналах представлено множество технологий и схематичных описаний этого процесса, но при выборе стоит остановиться на какой-то одной модели, наиболее эффективной в работе, а также доступной и лёгкой в выполнении.

Самодельные плавильные печки имеют довольно простую конструкцию и обычно состоят лишь из трёх основных частей, помещённых в крепкий корпус. К ним относятся:

• элемент, генерирующий переменный ток высокой частоты;
• спиралевидная деталь, созданная из медной трубки или толстой проволоки, называемая индуктором;
• тигель – ёмкость, в которой будет осуществляться прокаливание или плавка, изготовленная из огнеупорного материала.

Конечно, такое оборудование нечасто используют в быту, ведь не все мастера нуждаются в подобных агрегатах. Но технологии, встречающиеся в этих приспособлениях, присутствуют в бытовой технике, с которой многие люди имеют дело практически каждый день. Сюда можно отнести микроволновки, электрические духовки и индукционные плиты. Своими руками по схемам можно изготовить разное оборудование, если имеются необходимые знания и умения.

В этом видео вы узнаете из чего состоит данная печь

Нагрев в подобной технике осуществляется благодаря индукционным вихревым токам. Повышение температуры происходит мгновенно в отличие от других приспособлений аналогичного предназначения.

Например, индукционные плиты обладают КПД в 90%, а газовые и электрические не могут похвастаться этим значением, оно составляет лишь 30-40% и 55-65%, соответственно. Однако у ТВЧ плит есть недостаток: для их эксплуатации придётся подготовить специальную посуду.

Конструкция из транзисторов

Существует множество различных схем по сборке индукционных плавилен в домашних условиях. Простая и проверенная печь из полевых транзисторов собирается довольно легко, многие мастера, знакомые с основами радиотехники, справятся с её изготовлением по схеме, представленной на рисунке. Для создания установки нужно подготовить следующие материалы и детали:

• два транзистора IRFZ44V;
• медные провода (для обмотки) в изоляции из эмали, толщиной 1,2 и 2 мм (по одной штуке);
• два колечка от дросселей, их можно снять с блока питания старого компьютера;
• один резистор 470 Ом на 1 Вт (можно последовательно соединить два по 0,5 Вт);
• два диода UF4007 (спокойно заменяются на модель UF4001);
• плёночные конденсаторы по 250 Вт - одна штука ёмкостью 330 нФ, четыре - 220 нФ, три - 1 мкФ, 1 штука - 470 нФ.

Перед сборкой подобной печи не забываем про инструмент

Сборка происходит по схематическому рисунку, также рекомендуется сверяться с пошаговой инструкцией, это убережёт от ошибок и порчи элементов. Создание индукционной плавильной печи своими руками производится по следующему алгоритму:

1. Транзисторы помещают на довольно большие радиаторы. Дело в том, что схемы могут сильно греться во время работы, поэтому так важно подобрать детали подходящего размера. Все транзисторы можно разместить и на одном радиаторе, но в таком случае придётся изолировать их, избавив от соприкосновения с металлом. В этом помогут шайбы и прокладки из пластика и резины. Правильная распиновка транзисторов показана на картинке.
2. Затем приступают к изготовлению дросселей, их понадобится две штуки. Для этого берут медную проволоку 1,2 миллиметра в диаметре и обматывают ею кольца, взятые с блока питания. В состав этих элементов входит ферромагнитное железо в виде порошка, поэтому необходимо сделать не меньше 7-15 витков, оставляя между ними небольшое расстояние.
3. Полученные модули собирают в одну батарею с ёмкостью 4,6 мкФ, конденсаторы соединяют параллельно.
4. Медную проволоку толщиной 2 мм используют для обмотки индуктора. Её оборачивают 7-8 раз вокруг любого предмета цилиндрической формы, его диаметр должен соответствовать размеру тигля. Лишнюю проволоку обрезают, но оставляют довольно длинные концы: они понадобятся для подключения к другим деталям.
5. Все элементы соединяют на плате, как показано на рисунке.

При необходимости можно соорудить корпус для агрегата, в этих целях используют только термостойкие материалы, например текстолит. Мощность аппарата можно регулировать, для чего достаточно поменять количество витков проволоки на индукторе и их диаметр.

Есть несколько вариации индукционной печи, которую можно собрать

С графитовыми щётками

Главный элемент этой конструкции собирают из графитовых щёток, пространство между которыми заполняют гранитом, измельчённым до порошкового состояния. Затем готовый модуль соединяют с понижающим трансформатором. При работе с подобным оборудованием можно не опасаться удара током, так как оно не испытывает необходимости в использовании 220 вольт.

Технология изготовления индуктивной печи из графитовых щёток:

1. Сначала собирают корпус, для этого огнеупорный (шамотный) кирпич размером 10×10×18 см укладывают на плитку, способную переносить высокую температуру. Готовый бокс оборачивают асбестокартоном. Чтобы придать этому материалу необходимую форму, его достаточно смочить небольшим количеством воды. Размер основы напрямую зависит от мощности трансформатора, используемого в конструкции. При желании бокс можно покрыть проволокой из стали.
2. Отличным вариантом для графитных печей станет трансформатор мощностью 0,063 кВт, взятый от сварочного аппарата. Если он рассчитан на 380 В, то в целях обеспечения безопасности можно подвергнуть его обмотке, хотя многие опытные радиотехники считают, что от этой процедуры можно отказаться без какого-либо риска. Однако рекомендуется обвить трансформатор тонким алюминием, чтобы готовый аппарат не нагревался во время работы.
3. На дно короба устанавливают глиняную подложку, чтобы жидкий металл не растекался, после чего в бокс помещают графитовые щётки и гранитный песок.

Главным преимуществом подобных приборов считается высокая температура плавления, которая способна изменить агрегатное состояние даже палладия и платины. К недостаткам можно отнести слишком быстрый нагрев трансформатора, а также небольшую площадь печи, которая не позволит выплавить больше 10 г металла за один раз. Поэтому каждый мастер должен понимать, что если прибор собирается для обработки больших объёмов, то лучше изготовить печь иной конструкции.

Прибор на лампах

Мощную печку для плавки можно собрать из электронных лампочек. Как видно на схеме, для получения высокочастотного тока нужно параллельно соединить лучевые лампы. Вместо индуктора в этом приборе используют трубку из меди диаметром 10 мм. Также конструкцию оснащают подстроечным конденсатором, чтобы иметь возможность регулировать мощность печи. Для сборки нужно подготовить:

• четыре лампы (тетроды) L6, 6П3 или Г807;
• подстроечный конденсатор;
• 4 дросселя на 100-1000 мкГн;
• неоновую лампочку-индикатор;
• четыре конденсатора на 0,01 мкФ.

Для начала медной трубке придают форму спирали - это будет индуктор прибора. При этом между витками оставляют расстояние не менее 5 мм, а их диаметр должен составлять 8-15 см. Концы спирали обрабатывают для прикрепления к схеме. Толщина получившегося индуктора должна быть больше, чем у тигля (его помещают внутрь), на 10 мм.

Готовую деталь размещают в корпусе. На его изготовление следует использовать материал, который обеспечит электро- и термоизоляцию начинки прибора. Затем из ламп, дросселей и конденсаторов собирают каскад, как показано на рисунке, последние соединяют в прямую линию.

Пришло время подключать неоновый индикатор: он нужен, чтобы мастер мог узнавать о готовности прибора к работе. Эту лампочку выводят на корпус печи вместе с ручкой конденсатора переменной ёмкости.

Оборудование охлаждающей системы

Промышленные агрегаты для плавления металла оснащены специальными системами охлаждения на антифризе или воде. Для оборудования этих важных установок в самодельных ТВЧ печках потребуются дополнительные затраты, из-за чего сборка может существенно ударить по кошельку. Поэтому лучше обеспечить бытовой агрегат более дешёвой системой, состоящей из вентиляторов.

Воздушное охлаждение этими устройствами возможно при их удалённом расположении от печи. В противном случае металлическая обмотка и детали вентилятора могут послужить контуром для замыкания вихревых токов, что существенно снизит эффективность оборудования.

Ламповые и электронные схемы также склонны активно нагреваться во время работы агрегата. Для их охлаждения обычно используют теплоотводящие радиаторы.

Правила использования

Опытным радиотехникам сборка индукционной печи по схемам своими руками может показаться лёгким занятием, поэтому прибор будет готов довольно быстро, а мастер захочет испробовать своё творение в деле. Стоит помнить, что при работе с самодельной установкой важно соблюдать технику безопасности и не забывать об основных угрозах, которые могут возникнуть во время эксплуатации инерционной печи:

1. Жидкий металл и нагревательные элементы приспособления могут стать причиной сильных ожогов.
2. Ламповые схемы состоят из деталей с высоким напряжением, поэтому во время сборки агрегата их необходимо поместить в закрытый бокс, исключив таким образом вероятность случайного прикосновения к этим элементам.
3. Электромагнитное поле способно оказывать влияние даже на те вещи, что находятся вне короба установки. Поэтому перед включением прибора нужно убрать подальше все сложнотехнические устройства, такие как мобильные телефоны, цифровые фотоаппараты, MP3 плееры, а также снять все металлические украшения. Опасности подвергаются также люди с кардиостимуляторами: им ни в коем случаем нельзя пользоваться таким оборудованием.

Эти печи можно использовать не только для плавки, но и для быстрого нагрева металлических предметов при формовке и лужении. Меняя выходной сигнал установки и параметры индуктора, можно настроить прибор для конкретной задачи.

Для плавки небольших объёмов железа пойдут самодельные печки, эти эффективные устройства способны работать от обычных розеток. Прибор не занимает много места , его можно расположить на рабочем столе в мастерской или гараже. Если человек умеет читать простенькие электрические схемы, то ему не нужно приобретать подобное оборудование в магазине, ведь он сможет собрать небольшую печку своими руками всего за несколько часов.

Радиолюбители давно выяснили, что можно изготовить индукционные печи для плавки металла своими руками. Эти простые схемы помогут сделать твч установку для домашнего использования. Однако все описанные конструкции правильней будет назвать лабораторными инверторами Кухтецкого, так как самостоятельно собрать полноценную печку этого типа просто невозможно.

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

Устройство индукционной печи

Печь состоит из 3 элементов:

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

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

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

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

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

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

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

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

Будь первым, оставь комментарий

Мастера своего дела: производим плавильную печь

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

Строим самостоятельно печь для плавки

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

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

Сооружение настольной печи

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

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

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

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

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

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

Кадмий при плавке выгорает с образованием ядовитого дыма желтого цвета.

При работе с установкой нужно соблюдать технику безопасности:

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

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

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

Схема индукционной печи

Параметры индукционной печи

Комментариев пока нет!

Как правильно собрать индукционную печь?

В помощь ремонтнику

Вашему обзору предлагаем для самостоятельного ремонта электрические схемы электроплит!

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

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

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

Подключение узлов Мечта 8:

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

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

5.Электра 1002

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

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

Нюансы ремонта электрических панелей Бош Самсунг Электролюкс

Замена конфорки плиты своими руками

Оглавление:

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

Расплавить небольшой кусок железа можно в самостоятельно собранной индукционной печи.

Как сделать тигель или плавильную печь своими руками

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

Принцип работы индукционной печи

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

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

Схема индукционной печи

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

Параметры индукционной печи

Эффективная работа данного устройства зависит от следующих параметров:

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

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

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

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

Особенности эксплуатации индуктора

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

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

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

Самодельная плавильная тигельная электрическая печь.

EN

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

Плавилка

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

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

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

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

Блок управления

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

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

Тигельная печь: варианты конструкции, изготовление своими руками

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

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

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

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

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

Трансформатор.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Второй слой футеровки. Пропил для верхнего вывода нагревателя.

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

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

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

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

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

Как собрать индукционную печь – схемы и инструкции

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

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

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

Индукционные печи. Технология плавки в индукционных печах

ИНДУКЦИОННЫЕ ТИГЕЛЬНЫЕ ПЕЧИ.

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

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

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

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

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

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

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

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

Печь для плавки алюминия

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

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

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

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

3. Нейтральная (на основе оксидов Al2O3или CrO2)

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

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

ИНДУКЦИОННЫЕ КАНАЛЬНЫЕ ПЕЧИ.

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

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

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

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

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

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

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:

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:

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:

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:

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:

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.

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.

Домашняя индукционная печь справляется с плавкой относительно небольших порций металла. Однако такой горн не нуждается ни в дымоходе, ни в мехах, подкачивающих воздух в зону плавки. А всю конструкцию подобной печи можно разместить на письменном столе. Поэтому разогрев с помощью электрической индукции является оптимальным способом плавки металлов в домашних условиях. И в этой статье мы рассмотрим конструкции и схемы сборки подобных печей.

Как устроена индукционная печь – генератор, индуктор и тигель

В заводских цехах можно встретить канальные индукционные печи для плавки цветных и черных металлов. У этих установок очень высокая мощность, задаваемая внутренним магнитопроводом, который повышает плотность электромагнитного поля и температуру в тигле печи.

Однако канальные конструкции расходуют большие порции энергии и занимают много места, поэтому в домашних условиях и небольших мастерских применяется установка без магнитопровода – тигельная печь для плавки цветного/черного металла. Такую конструкцию можно собрать даже своими руками, ведь тигельная установка состоит из трех основных узлов:

• Генератора, выдающего переменный ток с высокими частотами, которые необходимы для повышения плотности электромагнитного поля в тигле. Причем, если диаметр тигля можно будет сопоставить с длинной волны частоты переменного тока, то такая конструкция позволит трансформировать в тепловую энергию до 75 процентов электричества, потребляемого установкой.
• Индуктора – медной спирали, созданной на основе точного просчета не только диаметра и количества витков, но и геометрии проволоки, используемой в этом процессе. Контур индуктора должен быть настроен на усиление мощности в результате возникновения резонанса с генератором, а точнее с частотой питающего тока.
• Тигля – тугоплавкого контейнера, в котором и происходит вся плавильная работа, инициируемая за счет возникновения в структуре металла вихревых токов. При этом диаметр тигля и прочие габариты этого контейнера определяются строго по характеристикам генератора и индуктора.

Такую печь может собрать любой радиолюбитель. Для этого ему нужно найти правильную схему и запастить материалами и деталями. Перечень всего этого вы сможете найти ниже по тексту.

Из чего собирают печи – подбираем материалы и детали

В основе конструкции самодельной тигельной печи лежит простейший лабораторный инвертор Кухтецкого. Схема этой установки на транзисторах имеет следующий вид:

На основе этого рисунка-схемы вы сможете собрать индукционную печь, используя следующие компоненты:

• два транзистора – желательно полевого типа и марки IRFZ44V;
• медный провод диаметром 2 миллиметра;
• два диода марки UF4001, еще лучше - UF4007;
• два дроссельных кольца – их можно извлечь из старого блока питания от десктопа;
• три конденсатора емкостью по 1 мкФ каждый;
• четыре конденсатора емкостью по 220нФ каждый;
• один конденсатор с емкостью 470 нФ;
• один конденсатор с емкостью 330 нФ;
• один резистор на 1 ватт (или 2 резистора по 0,5 ватта каждый), рассчитанный на сопротивление 470 Ом;
• медный провод диаметром 1,2 миллиметра.

Кроме того, вам понадобится пара радиаторов – их можно снять со старых материнских плат или кулеров для процессоров, и аккумуляторная батарея емкостью не менее 7200 мАч от старого источника бесперебойного питания на 12 В. Ну а емкость-тигель в данном случае фактически не нужна – в печи будет плавиться прутковый металл, который можно удерживать за холодный торец.

Пошаговая инструкция для сборки – несложные операции

Распечатайте и повесьте над рабочим столом чертеж лабораторного инвертора Кухтецкого. После этого разложите все радиодетали по сортам и маркам и разогрейте паяльник. Закрепите два транзистора на радиаторах. А если вы будете работать с печью дольше 10-15 минут подряд, закрепите на радиаторах кулеры от компьютера, подключив их к рабочему блоку питания. Схема распиновки транзисторов из серии IRFZ44V выглядит следующим образом:

Возьмите медную проволоку на 1,2 миллиметра и намотайте на ее на ферритовые кольца, сделав по 9-10 витков. В итоге у вас получатся дроссели. Расстояние между витками определяется диаметром кольца, исходя из равномерности шага. В принципе все можно сделать "на глаз", варьируя число витков в пределах от 7 до 15 оборотов. Соберите батарею из конденсаторов, соединяя все детали параллельно. В итоге у вас должна получиться батарея на 4,7 мкФ.

Теперь сделайте индуктор из медной 2-миллиметровой проволоки. Диаметр витков в этом случае может равняться диаметру фарфорового тигля или 8-10 сантиметрам. Число витков не должно превышать 7-8 штук. Если в процессе испытаний мощность печи покажется вам недостаточной – переделайте конструкцию индуктора, меняя диаметр и число витков. Поэтому на первых парах контакты индуктора лучше сделать не паянными, а разъемными. Далее соберите все элементы на плате из текстолита, опираясь на чертеж лабораторного инвертора Кухтецкого. И подключите к контактам питания аккумулятор на 7200 мАч. Вот и все.