Этот тип конденсатора не предназначен для тех же целей, что и контур индукционного нагревателя. Однако этот тип конденсатора показал себя вполне удовлетворительно при резонансной частоте 160 кГц. Рекомендуется использовать фильтр электромагнитных помех.
Индукционный нагреватель
Новая серия индукционных нагревателей (6-е поколение) теперь доступна для продажи. Вся серия SWP была обновлена:
- — среднечастотные индукционные нагреватели (СЧ) с рабочей частототй 6-10 кГц;
- — высокочастотные индукционные нагреватели (ВЧ) с рабочей частотой 15-30, 30-60 или 50-120 кГц.
Среднечастотные индукционные нагреватели предназначены для плавки металлов и нагрева поковок диаметром от 50 мм. Низкая частота обеспечивает равномерный нагрев заготовки по всему объему.
Высокочастотные индукционные нагреватели позволяют производить индукционную сварку, индукцию (ковку) путем нагрева заготовок и закалку заготовок на глубину 3-5 мм (с помощью специального закалочного трансформатора). ВЧ установки чаще всего используются для упрочнения разверткой и позволяют получить упрочняющий слой толщиной 1-2 мм. ВЧ индукционные установки также могут использоваться для сварки или пайки твердых сплавов.
Семейство индукционных нагревателей SWP дополнено новой, современной четырехходовой плитой управления. Известно, что высокочастотное оборудование чувствительно к условиям эксплуатации и требует определенного опыта. Новая компьютерная плата устраняет ошибки, которые могут возникнуть на предприятии. Она контролирует все рабочие параметры, включая входное напряжение/ток, температуру охлаждающей жидкости и короткое замыкание индукции, что позволяет вовремя отключить установку, чтобы предотвратить перегорание внутренней электроники. Кроме того, используются новые IGBT-модули серии KT.
Все агрегаты оснащены сенсорным экраном. Это новшество расширяет возможности индукционных блоков и позволяет осуществлять внешнее управление (4-20мА, 0-10В, 0-5В, RS485), подключать внешние пирометры и термопары. Устройство также может быть запрограммировано на различные режимы работы с помощью сенсорного экрана. В новом дизайне корпуса также предусмотрены воздушный выключатель и кнопка аварийного останова. Опционально прибор может быть оснащен конвекционным охлаждением.
Модернизированные индукционные нагреватели уже можно заказать.
Индукционный нагреватель — это электрический нагревательный прибор, работающий за счет изменения потока магнитной индукции в замкнутом проводящем контуре. Это явление называется электромагнитной индукцией. Вы хотите узнать, как работает индукционный нагреватель? ZAVOD RR — это торговый портал, на котором вы найдете информацию о нагревателях.
- Вихревые индукционные нагреватели
- Индукционные нагреватели металла
- Электрический индукционный нагреватель
- Среднечастотные индукционные нагреватели
- Высокочастотные индукционные нагреватели
- Сверхвысокочастотные индукционные нагреватели
- Кузнечные индукционные нагреватели
- Индукционные нагреватели валов
- Индукционные нагреватели труб
- Пирометр для контроля нагрева
- Принцип работы индукционных нагревателей
- Преимущества индукционных нагревателей
- Ремонт индукционных нагревателей
- Видео работы индукционных среднечастотных нагревателей
Вихревые индукционные нагреватели
Индукционные катушки могут нагреть любой металл. Нагреватели на основе транзисторов имеют высокий КПД более 95% и заменили более чем 60% КПД индукционных нагревателей на основе трубок.
Вихревые индукционные нагреватели для бесконтактного нагрева не имеют потерь при согласовании резонанса рабочих параметров оборудования с параметрами выходного резонансного контура. Вихревые нагреватели, оснащенные транзисторами, способны полностью автоматически анализировать и настраивать выходную частоту.
Индукционные нагреватели металла
Нагревательные элементы для индукционного нагрева металлов характеризуются бесконтактной работой благодаря диодному полю. Различные типы нагревательных элементов проникают в металл на определенную глубину, которая составляет от 0,1 до 10 см в зависимости от выбранной частоты:
- высокая частота;
- средняя частота;
- сверхвысокая частота.
Индукционные нагреватели металла позволяют не только обрабатывать детали на открытом пространстве, но и размещать нагреваемый объект в изолированных камерах, где может быть создана любая среда, а также вакуум.
Как работает индукционный нагреватель?
Процесс индукционного нагрева основан на известном физическом принципе, при котором заготовка помещается в магнитное поле кольцеобразного индуктора для ее деформации в горячее состояние. Такая катушка питается переменным током с частотой, намного превышающей обычную частоту (50 или 60 Гц).
Принцип работы индукционного нагревателя заключается в следующем. Биполярные токи (также называемые токами Фуко), генерируемые в электромагнитном поле, нагревают металл. Прямой контакт между заготовкой и нагревательным элементом не требуется, важно лишь, чтобы индуктивный элемент равномерно покрывал поверхность нагреваемого металла. С помощью трансформатора система подключается к генератору, который обеспечивает необходимую мощность и частоту.
При индукционном нагреве температура поверхностных слоев может быть повышена относительно быстро. Для нагрева шарика сечением 35-40 мм и длиной 140….150 мм требуется около 20-25 секунд.
Примерное соответствие между оптимальной частотой тока и площадью поперечного сечения круглого прутка приведено в таблице.
| Диаметр, мм | 20…40 | 40…60 | 60…80 | 80…100 | 100…120 |
| Частота, кГц | 100…40 | 40…10 | 10…4 | 4…1 | 1…0,5 |
Использование индукционного нагрева менее выгодно для металлических полос, чем для круглых прутков, поскольку расстояние между внутренним диаметром катушки и металлом непостоянно.
Как правило, используется частота 10 кГц и выше, чтобы эффективность индукционного нагрева достигла максимума. Частота регулируется по мере необходимости:
- требуемой производительности нагрева;
- температуры нагреваемого металла;
- размеров поперечного сечения.
Промышленные установки индукционных катушек оснащены устройствами для автоматической загрузки и выгрузки нагретых деталей. Это необходимо для того, чтобы время между нагревом и пластической деформацией металла было как можно меньше.
Время нагрева стальных деталей невелико: для сечения 20 мм оно составляет всего 10 с, так что потери металла на окалину незначительны.
Индукционный нагреватель своими руками
Известно несколько конструкций индукторов на основе сварочного инвертора, принцип действия которых может быть использован для возбуждения бифуркаций Фуко в металле.
Конструкция импровизированного индуктора заключается в следующем. Во-первых, необходимо изготовить прочный корпус для удержания нагреваемой заготовки. Корпус должен быть закален, чтобы он не деформировался под воздействием возможных вибраций. Еще лучше использовать азотирование: В этом случае есть два преимущества — дополнительное увеличение твердости за счет более полного превращения остаточного аустенита в мартенсит и улучшение скин-эффекта за счет более сильного протекания тока по внешней стороне заготовки. Прочность оценивается сцинтилляторным тестом.
Следующий шаг — изготовление нагревательной спирали. Она изготавливается из индивидуально изолированных проводов: В этом случае потери энергии минимальны. Достаточно и медной трубки — она имеет большую площадь поверхности, на которой индуцируются токи, а сам индуктор практически не нагревается благодаря высокой электропроводности меди.
После подключения змеевика к системе водяного охлаждения и проверки системы насоса змеевик готов к использованию.
Рабочая схема
Нагреватель состоит из следующих компонентов:
- Инверторный блок, рассчитанный на напряжение 220…240 В, при токе не менее 10 А.
- Трёхпроводная кабельная линия (один провод – заземляющий) с нормально разомкнутым переключателем.
- Система водяного охлаждения (крайне желательно использовать очистные фильтры для воды).
- Набор катушек, отличающихся внутренними диаметрами и длиной (при ограниченных объёмах работ можно обойтись и одной катушкой).
- Нагревающий блок (можно применить модуль на силовых транзисторах, которые выпускаются китайскими фирмами Infineon или IGBT).
- Демпферная цепь с несколькими конденсаторами Semikron.
Высокочастотный генератор такой же, как и у основного индуктора. Важно, чтобы его рабочие характеристики полностью соответствовали описанным в предыдущих разделах.
После сборки устройство заземляется, а нагревательный индуктор подключается к источнику питания инвертора с помощью соединительных кабелей.
Примерные рабочие характеристики импровизированного индуктивного нагревателя металла:
- Наибольшая температура нагрева, ° С – 800.
- Минимальная мощность инвертора – 2 кВА.
- Продолжительность включения ПВ, не менее – 80.
- Рабочая частота, кГц (регулируемая) — 1,0…5,0.
- Внутренний диаметр катушки, мм – 50.
Следует отметить, что для такой индукции требуется специально подготовленное рабочее место — бак для сточной воды, насос, надежное заземление.
Индукционный нагреватель металла + схема
Технология индукционного нагрева становится все более популярной благодаря своим многочисленным преимуществам в практическом использовании. Причем этот способ металлообработки привлекателен не столько для промышленности, сколько для частных домовладений. Однако предпосылки для создания систем на основе материалов в этих двух случаях совершенно разные. В отличие от промышленности, в частных домах требуется относительно небольшая мощность, простая конструкция и доступный материал. В данном случае мы описываем схему индукционного нагревателя с выходной мощностью 1600 Вт, который можно использовать в домашних хозяйствах. Это пример того, как построить индукционный нагреватель для бытового использования.
- 1 Принцип технологии индукционный нагрев
- 2 Схема индукционного простого нагревателя мощностью 1600 Вт
- 2.1 Регулировка частоты, катушка индуктивности, мощность
- 2.2 Модуль резонансного конденсатора
- 2.3 Предупреждение о мерах безопасности
- 2.4 Видео: индукционный нагреватель сварочным инвертором
- 2.4.1 Заключительный штрих
Принцип технологии индукционный нагрев
Физически принцип работы индукционного нагревателя довольно прост. Катушка, состоящая из проводника тока, генерирует высокочастотное магнитное поле. Когда металлический предмет помещается в катушку, по нему течет ток. В результате объект сильно нагревается.
Обычно параллельно индукционной катушке устанавливается резонансный конденсатор. Это делается для компенсации индуктивного свойства катушки. Резонансный контур, образованный элементами катушка-конденсатор, возбуждается с собственной резонансной частотой. Значение тока возбуждения значительно меньше значения тока, протекающего через индукционную катушку.
Схема индукционного простого нагревателя мощностью 1600 Вт
Приведенную здесь схему, вероятно, следует рассматривать как экспериментальную установку. Тем не менее, она является функциональной конструкцией. Основные преимущества схемы:
- относительная простота,
- доступность деталей,
- лёгкость сборки.
Схема индукционного нагревателя (показана ниже) работает по принципу «двойного полумоста», дополненного четырьмя силовыми транзисторами с изолированным затвором из серии IGBT (STGW30NC60W). Транзисторы управляются микросхемой IR2153 (драйвер полумоста с самоконтактом).
Двойной полумост может обеспечить ту же мощность, что и полный мост, но драйвер затвора тактируемого полумоста имеет более простую структуру и поэтому проще в использовании. Мощный двойной диод, такой как STTH200L06TV1 (2x 120A), действует как встречно-параллельная диодная схема.
Достаточно диодов с гораздо меньшей мощностью (30A). Если вы планируете использовать транзисторы серии IGBT со встроенными диодами (например, STGW30NC60WD), от этого варианта можно отказаться.
Рабочая частота резонанса устанавливается с помощью потенциометра. Наличие резонанса определяется по наибольшей яркости светодиодов.
Конечно, всегда есть возможность построить более сложный драйвер. В целом, оптимальным решением представляется использование автоматической настройки. Это часто используется в профессиональных схемах индукционного нагрева, но текущая схема явно теряет фактор простоты в случае такой модернизации.
Регулировка частоты, катушка индуктивности, мощность
Схема индукционного нагрева предусматривает регулировку частоты в диапазоне около 110-210 кГц. Однако схема управления требует вспомогательного напряжения 14-15 В, которое поступает от небольшого адаптера (переключатель позволяет выбрать прерывистый или нормальный вариант).
Выход контура индукционного нагрева подключается к рабочей цепи катушки через адаптерный дроссель L1 и разделительный трансформатор. Дроссель имеет 4 витка провода в сердечнике диаметром 23 см, разделительный трансформатор состоит из 12 витков биполярного провода, намотанного на сердечнике диаметром 14 см.
При указанных параметрах выходная мощность индукционного нагревателя составляет около 1600 Вт. Однако мы не исключили возможности увеличения мощности до более высоких значений.
Рабочая катушка индукционного нагревателя изготовлена из проволоки диаметром 3,3 мм. Лучшим материалом для катушки является медная трубка, для которой можно использовать простую систему водяного охлаждения. Индукционная катушка имеет виток:
- 6 витков намотки,
- диаметр 24 мм,
- высоту 23 мм.
Типичным явлением для этого элемента цепи является то, что он сильно нагревается при работе системы. Это необходимо учитывать при выборе материала.
Индукционный нагреватель – устройство и принцип работы
Принцип индукционного нагрева широко используется сегодня не только в огромных плавильных печах на сталелитейных заводах, но и в довольно компактных устройствах для бытового использования.
В этой статье я хотел бы объяснить принцип работы этого прибора и показать, как использовать его в домашних условиях. Итак, давайте начнем.
Принцип работы индукционного нагревателя
Принцип работы заключается в следующем: Заготовка, находящаяся внутри индуктора, нагревается под действием индуктируемого в ней кругового тока.
Индуктор представляет собой катушку, через которую протекает переменный ток. Это генерирует высокочастотное переменное электромагнитное поле.
Поле, создаваемое катушкой, воздействует непосредственно на проводящий материал, в котором индуцируется замкнутый ток высокой плотности. Это приводит к нагреву E и дальнейшему плавлению заготовки.
Это явление уже было открыто М. Фарадеем в 1931 году, когда он описал явление электромагнитной индукции.
Переменное магнитное поле создает переменную ЭДС в проводнике, через который оно проходит. А этим проводником может быть, например, обмотка трансформатора, сердечник трансформатора или любой кусок металла.
И оказывается, что наведенная ЭЭД в замкнутой обмотке или в магнитопроводе запускает процесс нагрева.
Таким образом, индукционный нагреватель — это, по сути, не что иное, как трансформатор с короткозамкнутой вторичной обмоткой, состоящей из одного витка.
Поскольку внутреннее сопротивление заготовки довольно низкое, даже самого малого индуктированного биполярного тока достаточно для создания повышенной плотности тока. Это, в свою очередь, берет на себя задачу нагрева и плавления заготовки.
Первая печь канального типа была введена в эксплуатацию в Швеции в 1900 году. Эта установка работала на переменном токе с частотой 50-60 Герц. КПД этой установки также составлял чуть менее 50 %.
Современные печи представляют собой бесстержневые трансформаторы, состоящие из нескольких витков толстой медной трубы. Внутри трубки циркулирует активный теплоноситель.
На эту медную трубку подается переменный ток с повышенной частотой от нескольких килогерц до нескольких мегагерц. Уровень частоты напрямую зависит от материала, который необходимо нагреть и расплавить.
Такая высокая частота используется потому, что при таких значениях на поверхности нагретой трубки наблюдается явление биполярного смещения тока. Это явление называется скин-эффектом.
И кажется, что нагреватели, о которых идет речь, — это всего лишь крупные агрегаты, устанавливаемые на заводах в больших цехах, и трудно представить такие агрегаты у себя дома.
Домашний индукционный нагреватель
Но прогресс не стоит на месте, и сейчас в магазинах появились компактные индукционные нагреватели, один из которых я купил для эксперимента.
Его внешние размеры довольно скромные: 55х40х20 мм. Питается он от источника 5-12 вольт с максимальным током 5 ампер.
Другими словами, этот «малыш» может потреблять максимум 60 Вт. Но вы можете задаться вопросом, зачем он вообще нужен дома?
На самом деле, существует довольно много способов использования такого устройства в домашних условиях.
Первый, который приходит на ум, — это нагрев застрявших гаек для их откручивания.
Варианты самодельных устройств
Существует несколько способов сделать нагреватель в домашних условиях. Самый дешевый способ — сделать его из электроплиты и полипропиленовой трубы. Инверторный нагреватель сложен в изготовлении, но достаточно мощный.
Нагревательный элемент из трубы
В этой разработке спиральный индуктор, встроенный в плиту, удаляется, а на его месте сооружается новая конструкция. Для ее изготовления понадобится полипропиленовая труба длиной 0,5 м и диаметром 4 см, магнитный элемент, 5 текстолитовых стержней, проводники для подключения к сети отопления. Также понадобится рулон провода сечением 2 мм², покрытый стекловолоконной изоляцией (такой кабель часто используется в сварочных трансформаторах), и металлические губки для посудомоечной машины.
Последовательность действий по сборке прибора:
- В трубку помещают магнит и заполняют ее мочалками (вместо них допустимо применение порубленной проволоки).
- Монтируют отводы, снабженные резьбой.
- Вдоль корпуса наклеивают стерженьки, на которые наматывают провод, покрытый стеклоизолом.
- Разбирают варочную панель и снимают с нее заводской индуктор, исполненный в виде плоской спирали. На его место устанавливают подготовленную конструкцию.
Нагревателем в данном устройстве являются металлические губки, которые помещаются в переменное поле катушки. При работе на максимальной мощности с параллельно идущей водой плита нагревается до 15-20 °C. Поскольку используемые для изготовления конструкции плитки обычно имеют мощность не более 2000 Вт, полученное устройство подходит для обогрева жилых помещений площадью до 25 м².
Эффективность устройства можно повысить, объединив его со сварочным аппаратом, но эта задача сопряжена с некоторыми трудностями. Во-первых, устройство необходимо разобрать и найти точки в цепи, которые еще не были исправлены. Причина в том, что аппарат вырабатывает постоянный ток, а нагревателю для работы необходим переменный ток. Во-вторых, следует использовать кабели большей толщины (например, эмалированную медь диаметром 1,5 мм) и рассчитать необходимое количество витков. Наконец, в устройство должен быть встроен механизм охлаждения.
Сборка индукционного котла
При таком решении плитку не нужно демонтировать. Вместо этого мастеру нужно сварить котел по своим размерам. Возьмите стальную профильную трубу толщиной 2 мм с отверстием 2 x 4 см. Она должна быть предварительно изготовлена по ширине плитки. Сварить трубки по длине, выравнивая короткие стороны. Торцевые части закрываются сверху и снизу железными пластинами. В них просверливаются отверстия и устанавливаются резьбовые муфты. Также необходимо приварить несколько уголков, чтобы получилась полка для каменки.
Устройство должно быть окрашено термостойкой эмалью. После сушки и закрепления котел монтируется на стену и встраивается в систему отопления. Котел помещают в гнездо с уголками и подключают к электросети. Затем агрегат заполняют теплоносителем, удаляют воздушные массы и нагревают индукционный элемент.
Советы по безопасности
Агрегаты такого типа широко используются не только для обогрева помещений, но и для плавильных печей. Основной проблемой самодельных индукционных установок является отсутствие узлов, обеспечивающих контроль температурных показателей и давления, а также взрывозащиту. Поэтому при эксплуатации таких установок необходимо соблюдать осторожность.
Перед вводом котла в эксплуатацию необходимо проверить, заполнена ли полость теплоносителем. Без регулярного охлаждения жидкости полимерный кожух начнет плавиться. Это приводит к деформации и полному выходу системы из строя. Также существует риск выпадения раскаленного металла из плавящегося корпуса. В этом случае необходимо заменить некоторые компоненты устройства.
Устройство подключается к электросети отдельным кабелем от распределительной панели. Контакты должны быть покрыты изоляционным материалом. Если в конструкцию входит сварочный аппарат, его инвертор должен быть заземлен. Кабель, используемый для этой функции, должен иметь диаметр 4-6 мм. Рекомендуется установить на входе клапан сброса давления для предотвращения чрезмерного нагрева системы при отсутствии воды.
Выводы и рекомендации
Если в вашем доме уже есть индукционный нагреватель, вы можете захотеть сделать свой собственный. Стоимость покупки индукционного нагревателя высока и сопоставима с ценой электрического обогревателя. Мощность некоторых моделей достигает 10 кВт, в то время как в домашних условиях можно сделать установку с показателем мощности более 2,5 кВт, только если вы владеете соответствующей мощностью (хотя бы сможете смонтировать схему частотного преобразователя). Кроме того, перед установкой убедитесь в отсутствии щелей и отверстий, через которые может вытекать жидкость из теплогенератора: такое явление может стать причиной пожара.
Простой индукционный нагреватель, рассчитанный на небольшую площадь, легко установить без специальной подготовки. Более мощные и эффективные варианты, например, со сварочным аппаратом или двумя печатными платами, требуют от производителя опыта в радиоэлектронике. Создание таких устройств требует приобретения дополнительных элементов управления для обеспечения безопасности.
