Încălzitor cu inducție: scheme de do-it-yourself. Încălzirea prin inducție - ce este, principiul său
De la Wikipedia, enciclopedia liberă
Există sau referințe externe în acest articol sau secțiune, dar sursele declarațiilor individuale rămân neclare din cauza lipsei notelor de subsol.
Istoricul încălzirii prin inducțieDescoperirea inducției electromagnetice în 1831 îi aparține lui Faraday. Atunci când un conductor se mișcă în câmpul unui magnet, un EMF este indus în el, la fel ca atunci când un magnet se mișcă, linii de forță care este străbătută de o cale conducătoare. Curentul din circuit se numește indus. Invențiile multor dispozitive se bazează pe legea inducției electromagnetice, inclusiv pe cele determinante - generatoare și transformatoare care generează și distribuie energie electrica, care este baza fundamentală a întregii industrii electrice. În 1841, James Joule (și independent de el, Emil Lenz) a formulat o estimare cantitativă a efectului termic al curentului electric: „Puterea căldurii degajată pe unitatea de volum a mediului în timpul curgerii curentului electric este proporțională cu produsul dintre densitatea curentului electric și mărimea intensității câmp electric„(Legea Joule-Lenz). Acțiune termică curentul indus a dat naștere căutării dispozitivelor de încălzire fără contact a metalelor. Primele experimente privind încălzirea oțelului folosind curent de inducție au fost realizate de E. Colby în SUA. Primul care funcționează cu succes așa-numitul. Cuptorul cu inducție cu canal pentru topirea oțelului a fost construit în 1900 de Benedicks Bultfabrik din Gysing, Suedia. În revista respectabilă de atunci „INGINERUL” din 8 iulie 1904 a apărut celebrul, unde inventatorul suedez inginerul F. A. Kjellin vorbește despre dezvoltarea sa. Cuptorul era alimentat de un transformator monofazat. Topirea a fost efectuată într-un creuzet sub formă de inel, metalul din acesta era înfășurarea secundară a unui transformator alimentat de un curent de 50-60 Hz. Primul cuptor de 78 kW a fost pus în funcțiune pe 18 martie 1900 și s-a dovedit a fi foarte neeconomic, deoarece capacitatea de topire era de numai 270 kg de oțel pe zi. Următorul cuptor a fost fabricat în noiembrie același an cu o capacitate de 58 kW și o capacitate de 100 kg pentru oțel. Cuptorul a prezentat o rentabilitate ridicată, capacitatea de topire a fost de la 600 la 700 kg de oțel pe zi. Cu toate acestea, uzura căptușelii din cauza fluctuațiilor termice s-a dovedit a fi la un nivel inacceptabil, iar schimbările frecvente ale căptușelii au redus eficiența rezultată. Inventatorul a ajuns la concluzia că, pentru performanța maximă de topire, este necesar să se lase o parte semnificativă din topitură în timpul descărcării, ceea ce evită multe probleme, inclusiv uzura căptușelii. Această metodă de topire a oțelului cu un reziduu, care a început să fie numită „mlaștină”, a supraviețuit până în zilele noastre în unele industrii în care se folosesc cuptoare de mare capacitate. În mai 1902, a fost pus în funcțiune un cuptor îmbunătățit semnificativ, cu o capacitate de 1800 kg, scurgerea era de 1000–1100 kg, soldul era de 700–800 kg, puterea era de 165 kW, capacitatea de topire a oțelului putea ajunge până la 4100. kg pe zi! Un astfel de rezultat de consum de energie de 970 kWh/t impresionează prin eficiența sa, care nu este cu mult inferioară productivității moderne de aproximativ 650 kWh/t. Conform calculelor inventatorului, dintr-un consum de putere de 165 kW s-au pierdut 87,5 kW, puterea termică utilă a fost de 77,5 kW, și s-a obținut o eficiență totală foarte mare de 47%. Rentabilitatea este explicată prin designul inelului creuzetului, care a făcut posibilă realizarea unui inductor cu mai multe ture cu curent scăzut și tensiune înaltă - 3000 V. Cuptoarele moderne cu creuzet cilindric sunt mult mai compacte, necesită mai puține investiții de capital, sunt mai ușoare. să funcționeze, echipat cu multe îmbunătățiri peste o sută de ani de dezvoltare a acestora, dar eficiența este crescută nesemnificativ. Adevărat, inventatorul în publicația sa a ignorat faptul că electricitatea este plătită nu pentru puterea activă, ci pentru puterea maximă, care la o frecvență de 50–60 Hz este de aproximativ de două ori mai mare decât puterea activă. Si in cuptoare moderne putere reactiva compensat de o bancă de condensatoare. Cu invenția sa, inginerul F. A. Kjellin a pus bazele dezvoltării cuptoarelor industriale cu canale pentru topirea metalelor neferoase și a oțelului în țările industriale din Europa și America. Tranziția de la cuptoarele cu canal de 50-60 Hz la cuptoarele moderne cu creuzet de înaltă frecvență a durat între 1900 și 1940. Principiul de funcționareÎncălzirea prin inducție este încălzirea materialelor prin curenți electrici care sunt induși de un câmp magnetic alternativ. Prin urmare, aceasta este încălzirea produselor din materiale conductoare (conductoare) de către câmpul magnetic al inductorilor (surse ale unui câmp magnetic alternant). Încălzirea prin inducție se realizează după cum urmează. O piesă de prelucrat conductoare electric (metal, grafit) este plasată în așa-numitul inductor, care este una sau mai multe spire de sârmă (cel mai adesea cupru). Curenți puternici de diferite frecvențe (de la zeci de Hz la câțiva MHz) sunt induși în inductor folosind un generator special, în urma căruia apare un câmp electromagnetic în jurul inductorului. Câmpul electromagnetic induce curenți turbionari în piesa de prelucrat. Curenții turbionari încălzesc piesa de prelucrat sub acțiunea căldurii Joule. Sistemul inductor-marcă este un transformator fără miez, în care inductorul este înfășurarea primară. Piesa de prelucrat este, parcă, o înfășurare secundară, scurtcircuitată. Fluxul magnetic dintre înfășurări se închide în aer. La o frecvență înaltă, curenții turbionari sunt deplasați de câmpul magnetic format de aceștia în straturi subțiri ale suprafeței piesei de prelucrat Δ (efectul pielii), în urma căruia densitatea lor crește brusc, iar piesa de prelucrat este încălzită. Straturile subiacente ale metalului sunt încălzite datorită conductivității termice. Nu curentul este important, ci densitatea mare de curent. În stratul de piele Δ, densitatea de curent crește în de ori față de densitatea de curent din piesa de prelucrat, în timp ce 86,4% din căldura de la eliberarea totală de căldură este eliberată în stratul de piele. Adâncimea stratului de piele depinde de frecvența radiațiilor: cu cât frecvența este mai mare, cu atât stratul de piele este mai subțire. De asemenea, depinde de permeabilitatea magnetică relativă μ a materialului piesei de prelucrat. Pentru fier, cobalt, nichel și aliaje magnetice la temperaturi sub punctul Curie, μ are o valoare de la câteva sute la zeci de mii. Pentru alte materiale (topite, metale neferoase, eutectice lichide cu punct de topire scăzut, grafit, ceramică conductoare de electricitate etc.), μ este aproximativ egal cu unu. Formula pentru calcularea adâncimii pielii în mm: , Unde μ 0 = 4π⋅10 −7 - constantă magnetică H/m, ρ - rezistența electrică specifică a materialului piesei de prelucrat la temperatura de prelucrare, Ohm * m, f- frecvența câmpului electromagnetic generat de inductor, Hz. De exemplu, la o frecvență de 2 MHz, adâncimea pielii pentru cupru este de aproximativ 0,25 mm, pentru fier ≈ 0,001 mm. Inductorul devine foarte fierbinte în timpul funcționării, deoarece își absoarbe propria radiație. În plus, el absoarbe Radiație termala dintr-o piesa de prelucrat fierbinte. Faceți inductori din tuburi de cupru răcit cu apă. Apa este furnizată prin aspirație - aceasta asigură siguranța în cazul unei arsuri sau a unei alte depresuriri a inductorului. Aplicație
Avantaje
Defecte
Încălzire prin levitareDispozitive de încălzire prin inducțieGeneratoare de curent cu inducțieInductorul de încălzire este un inductor care face parte din circuitul oscilator de lucru cu o bancă de condensatoare compensatoare. Construirea circuitului se realizează fie cu ajutorul tuburilor electronice, fie cu ajutorul cheilor electronice semiconductoare. La instalațiile cu o frecvență de funcționare de până la 300 kHz se folosesc invertoare pe ansambluri IGBT sau tranzistoare MOSFET. Astfel de instalații sunt proiectate pentru încălzirea pieselor mari. Pentru încălzirea pieselor mici se folosesc frecvențe înalte (până la 5 MHz, gama undelor medii și scurte), instalații frecventa inalta construit pe tuburi electronice. De asemenea, pentru încălzirea pieselor mici, instalațiile de înaltă frecvență sunt construite pe tranzistoare MOSFET pentru frecvențe de operare de până la 1,7 MHz. Controlul și protejarea tranzistorilor la frecvențe mai mari prezintă anumite dificultăți, așa că setările de frecvență mai înaltă sunt încă destul de costisitoare. Inductorul pentru încălzirea pieselor mici este mic și are o inductanță mică, ceea ce duce la o scădere a factorului de calitate al circuitului oscilator de lucru la frecvențe joase și o scădere a eficienței și, de asemenea, prezintă un pericol pentru oscilatorul principal (la frecvențe joase). , rezistența inductivă a inductorului (bobina circuitului oscilator) este mică și scurtcircuit în bobină (inductor). Factorul de calitate al circuitului oscilator este proporțional cu L / C, circuitul oscilator cu un factor de calitate scăzut este foarte prost „pompat” cu energie. Pentru a crește factorul de calitate al circuitului oscilator, se folosesc două moduri:
Deoarece inductorul funcționează cel mai eficient la frecvențe înalte, încălzirea prin inducție a primit aplicație industrială după dezvoltarea și începerea producției de lămpi puternice generatoare. Înainte de Primul Război Mondial, încălzirea prin inducție era de utilizare limitată. Pe atunci se foloseau ca generatoare mașini de înaltă frecvență (lucrări V.P. Vologdin) sau instalații de descărcare prin scânteie. Circuitul generator poate fi, în principiu, orice (multivibrator, generator RC, generator excitat independent, diverse generatoare de relaxare) care funcționează la o sarcină sub formă de bobină inductor și având suficientă putere. De asemenea, este necesar ca frecvența de oscilație să fie suficient de mare. De exemplu, pentru a „taia” un fir de oțel cu diametrul de 4 mm în câteva secunde, este necesară o putere oscilatoare de cel puțin 2 kW la o frecvență de cel puțin 300 kHz. Schema este selectată după următoarele criterii: fiabilitate; stabilitatea fluctuațiilor; stabilitatea puterii eliberate în piesa de prelucrat; ușurință de fabricație; ușurință de configurare; număr minim de piese pentru a reduce costurile; utilizarea unor piese care în total dau o reducere a greutății și dimensiunilor etc. Timp de multe decenii, un generator inductiv în trei puncte a fost folosit ca generator de oscilații de înaltă frecvență (generator Hartley, generator cu autotransformator părere, circuit pe un divizor de tensiune în buclă inductivă). Acesta este un circuit de alimentare paralel cu autoexcitare pentru anod și un circuit selectiv de frecvență realizat pe un circuit oscilant. A fost folosit cu succes și continuă să fie folosit în laboratoare, ateliere de bijuterii, întreprinderi industriale, precum și în practica amatorilor. De exemplu, în timpul celui de-al Doilea Război Mondial, pe astfel de instalații a fost efectuată întărirea suprafeței rolelor tancului T-34. Trei puncte dezavantaje:
Sub conducerea lui Babat, Lozinsky și alți oameni de știință, au fost dezvoltate circuite generatoare cu două și trei circuite care au o eficiență mai mare (până la 70%) și, de asemenea, țin mai bine frecvența de funcționare. Principiul acțiunii lor este următorul. Datorită utilizării circuitelor cuplate și slăbirii conexiunii dintre ele, o modificare a inductanței circuitului de lucru nu implică o schimbare puternică a frecvenței circuitului de setare a frecvenței. Emițătoarele radio sunt construite după același principiu. Generatoarele moderne de înaltă frecvență sunt invertoare bazate pe ansambluri IGBT sau tranzistoare MOSFET puternice, realizate de obicei conform schemei punte sau semi punte. Funcționează la frecvențe de până la 500 kHz. Porțile tranzistorilor sunt deschise folosind un sistem de control cu microcontroler. Sistemul de control, în funcție de sarcină, vă permite să mențineți automat:
De exemplu, atunci când un material magnetic este încălzit deasupra punctului Curie, grosimea stratului de piele crește brusc, densitatea curentului scade și piesa de prelucrat începe să se încălzească mai rău. De asemenea, proprietățile magnetice ale materialului dispar și procesul de inversare a magnetizării se oprește - piesa de prelucrat începe să se încălzească mai rău. Problema încălzirii prin inducție a pieselor de prelucrat din materiale magnetice: Dacă invertorul pentru încălzire prin inducție nu este un auto-oscilator, nu are un circuit de auto-tuning și funcționează de la un oscilator master extern (la o frecvență apropiată de frecvența de rezonanță a circuitului oscilator „inductor - banca de condensatoare compensatoare”). În momentul în care o piesă de prelucrat din material magnetic este introdusă în inductor (dacă dimensiunile piesei de prelucrat sunt suficient de mari și proporționale cu dimensiunile inductorului), inductanța inductorului crește brusc, ceea ce duce la o scădere bruscă a rezonanței naturale. frecvența circuitului oscilator și abaterea acestuia de la frecvența oscilatorului principal. Circuitul iese din rezonanță cu oscilatorul principal, ceea ce duce la o creștere a rezistenței sale și o scădere bruscă a puterii transmise piesei de prelucrat. Dacă puterea unității este controlată de o sursă de alimentare externă, atunci reacția naturală a operatorului este creșterea tensiunii de alimentare a unității. Când piesa de prelucrat este încălzită până la punctul Curie, proprietățile sale magnetice dispar, frecvența naturală a circuitului oscilator revine la frecvența oscilatorului principal. Rezistența circuitului scade brusc, consumul de curent crește brusc. Dacă operatorul nu are timp să elimine tensiunea de alimentare crescută, unitatea se supraîncălzește și se defectează. Dacă instalația este echipată cu un sistem de control automat, atunci sistemul de control ar trebui să monitorizeze trecerea prin punctul Curie și să reducă automat frecvența oscilatorului principal, ajustând-o la rezonanța cu circuitul oscilator (sau să reducă puterea furnizată dacă frecvența schimbarea este inacceptabilă). Dacă materialele nemagnetice sunt încălzite, atunci cele de mai sus nu contează. Introducerea unei piese de prelucrat din material nemagnetic în inductor practic nu schimbă inductanța inductorului și nu schimbă frecvența de rezonanță a circuitului oscilator de lucru și nu este nevoie de un sistem de control. Dacă dimensiunile piesei de prelucrat sunt mult mai mici decât dimensiunile inductorului, atunci nu modifică foarte mult rezonanța circuitului de lucru. plite cu inducțiePlita cu inductie- aragaz electric de bucatarie, care incalzeste ustensilele metalice cu curenti turbionari indusi creati de un camp magnetic de inalta frecventa, cu frecventa de 20-100 kHz. O astfel de sobă are o eficiență ridicată în comparație cu elementele de încălzire ale sobelor electrice, deoarece se cheltuiește mai puțină căldură pentru încălzirea carcasei și, în plus, nu există o perioadă de accelerare și răcire (când energia generată, dar nu absorbită de vase, este risipită. ). Cuptoare de topire cu inducțieCuptoare de topire cu inducție (fără contact) - cuptoare electrice pentru topirea metalelor, în care încălzirea are loc din cauza curenților turbionari care apar într-un creuzet metalic (și metal), sau numai în metal (dacă creuzetul nu este din metal; această metodă de încălzire este mai eficientă dacă creuzetul este slab izolat). Observatii
Vezi siScrieți o recenzie la articolul „Încălzire prin inducție”LegăturiLiteratură
Un fragment care caracterizează încălzirea prin inducție- Păi, contesă! Ce va fi saute au madere [saute in Madeira] de grouse, ma chere! Am incercat; Am dat o mie de ruble pentru Taraska nu degeaba. Cheltuieli!Se aşeză lângă soţia lui, sprijinindu-şi curajos mâinile pe genunchi şi ciufulindu-şi părul cărunt. - Ce vrei, contesa? - Uite ce, prietene - ce ai murdar aici? spuse ea, arătând spre vestă. „Asta e sot, corect”, a adăugat ea zâmbind. - Iată chestia, conte: am nevoie de bani. Fața ei a devenit tristă. - O, contesă!... Iar contele începu să se frământe, scoțându-și portofelul. - Am nevoie de multe, conte, am nevoie de cinci sute de ruble. Iar ea, scoțând o batistă cambrică, a frecat cu ea vesta soțului ei. - Acum. Hei, cine e acolo? strigă el cu o voce pe care doar oamenii strigă, încrezător că cei pe care îi cheamă se vor grăbi cu capul înainte la chemarea lor. - Trimite-mi pe Mitenka! Mitenka, acel fiu nobil, crescut de conte, care se ocupa acum de toate treburile lui, a intrat în cameră cu pași liniștiți. — Asta e, draga mea, îi spuse contele tânărului respectuos care a intrat. „Adu-mă…”, gândi el. - Da, 700 de ruble, da. Da, uite, să nu aduci așa rupte și murdare ca atunci, ci bune, pentru contesa. — Da, Mitenka, vă rog, curate, spuse contesa, oftând tristă. „Excelența dumneavoastră, când doriți să vi-l livrez?” spuse Mitenka. „Dacă vă rog, nu vă faceți griji, nu vă faceți griji”, a adăugat el, observând că contele începuse deja să respire greu și repede, ceea ce era întotdeauna un semn de furie. - Am fost și am uitat... Vei comanda să livrezi acest minut? - Da, da, atunci adu-l. Dă-i-o contesei. „Ce aur am acest Mitenka”, a adăugat contele zâmbind, când tânărul a plecat. - Nu există imposibil. Nu pot suporta. Totul este posibil. „Ah, bani, numără, bani, câtă durere provoacă în lume!” spuse contesa. „Am mare nevoie de acești bani. — Dumneavoastră, contesă, sunteți o binecunoscută vânătoare, spuse contele și, sărutându-i mâna soției, se întoarse în birou. Când Anna Mikhailovna s-a întors din nou de la Bezukhoy, contesa avea deja bani, toți în hârtie nou-nouță, sub o batistă pe masă, iar Anna Mikhailovna a observat că contesa era cumva tulburată. - Păi, prietene? întrebă contesa. O, în ce stare groaznică se află! Nu-l poți recunoaște, e atât de rău, atât de rău; Am stat un minut și nu am spus două cuvinte... „Annette, pentru numele lui Dumnezeu, nu mă refuza”, a spus deodată contesa roșind, ceea ce era atât de ciudat cu chipul ei de vârstă mijlocie, subțire și importantă, luând bani de sub batistă. Anna Mikhaylovna a înțeles imediat care era problema și s-a aplecat deja să o îmbrățișeze cu dibăcie pe contesa la momentul potrivit. - Iată-l pe Boris de la mine, pentru că a cusut o uniformă... Anna Mihailovna o îmbrățișa deja și plângea. Contesa plângea și ea. Au plâns că sunt prietenoși; și că sunt amabili; și că ele, iubitele tinereții, sunt ocupate cu un subiect atât de scăzut - banii; și că tinerețea lor trecuse... Dar lacrimile amândurora erau plăcute... Contesa Rostova stătea cu fiicele ei și deja cu un număr mare de oaspeți în salon. Contele ia introdus pe oaspeții bărbați în biroul său, oferindu-le colecția de pipe turcești a vânătorului său. Din când în când ieșea și întreba: a venit ea? O așteptau pe Marya Dmitrievna Akhrosimova, supranumită în societate le terrible dragon, [un dragon groaznic], o doamnă renumită nu pentru bogăție, nu pentru onoruri, ci pentru sinceritatea sufletească și simplitatea sinceră a adresei. Maria Dmitrievna cunoștea familia regală, cunoștea toată Moscova și tot Sankt Petersburg, iar ambele orașe, surprinse de ea, râdeau în secret de grosolănia ei, spuneau glume despre ea; totuși toți, fără excepție, o respectau și se temeau de ea. A fost acel moment înainte de o cină în care oaspeții adunați nu încep o conversație lungă în așteptarea unui apel pentru un aperitiv, dar în același timp consideră că este necesar să se agite și să nu tacă pentru a arăta că nu sunt la fel. toţi nerăbdători să se aşeze la masă. Proprietarii aruncă o privire spre ușă și schimbă ocazional priviri între ei. Din aceste priviri, oaspeții încearcă să ghicească pe cine sau ce mai așteaptă: o rudă târzie importantă sau un aliment care nu s-a copt încă. La capătul masculin al mesei conversația devenea din ce în ce mai animată. Colonelul a spus că manifestul de declarare a războiului a fost deja publicat la Petersburg și că copia, pe care o văzuse el însuși, fusese acum predată prin curier comandantului-șef. S-au mutat mesele din Boston, s-au făcut petreceri, iar oaspeții contelui au fost cazați în două sufragerie, o canapea și o bibliotecă. |
7.1.3. ÎNCĂLZIRE prin INDUCȚIE
Perioada inițială.Încălzirea prin inducție a conductorilor se bazează pe fenomen fizic inducția electromagnetică, descoperită de M. Faraday în 1831. Teoria încălzirii prin inducție a început să fie dezvoltată de O. Heaviside (Anglia, 1884), S. Ferranti, S. Thompson, Ewing. Munca lor a stat la baza creării tehnologiei de încălzire prin inducție. Deoarece în timpul încălzirii prin inducție, căldura este eliberată într-un corp conductor - un strat egal cu adâncimea de penetrare a câmpului electromagnetic, atunci există oportunități pentru un control precis al temperaturii pentru a asigura o încălzire de înaltă calitate la productivitate ridicată. Un alt avantaj este incalzirea fara contact.
Cuptoare cu canal de inducție cu canal deschis. Unul dintre primele modele cunoscute ale unui cuptor cu canal de inducție (ICF) a fost propus de S. Ferranti (Italia) în 1887. Cuptorul avea un canal ceramic, iar bobinele inductoare plate erau plasate deasupra și dedesubtul acestui canal. În 1890 E.A. Colby (SUA) a propus un design de cuptor în care inductorul acoperă canalul circular din exterior.
Primul cuptor industrial cu miez de oțel și inductor plasat în interiorul canalului (Fig. 7.7) a fost creat în 1900 de Kjellin (Suedia). Putere cuptor 170 kW, capacitate pana la 1800 kg, frecventa 15 Hz. Alimentat de un generator special de subfrecvență, care este necesar datorită factorului de putere scăzut. Până în 1907, 14 astfel de cuptoare erau în funcțiune.
Orez. 7.7. Schiță a unui cuptor cu inducție cu canal deschis proiectat de Kjelly 1 - canal; 2 - inductor; 3 - circuit magnetic
În 1905, Röcheling-Rodenhauser (Germania) a proiectat cuptoare cu canal multifazic (cu două și trei inductori), în care canalele sunt conectate la o baie, alimentată de o rețea de 50 Hz. În proiectele ulterioare ale cuptoarelor, canalele închise au fost folosite și pentru topirea metalelor neferoase. În 1918, W. Ron (Germania) a construit un ICP cu vid similar cuptorului Kjellin (presiune 2–5 mm Hg), care a făcut posibilă obținerea unui metal cu proprietăți mecanice mai bune.
Datorită unui număr de avantaje ale cuptoarelor cu canal închis, dezvoltarea cuptoarelor cu canal deschis a stagnat. Cu toate acestea, s-au făcut încercări de a folosi astfel de cuptoare pentru topirea oțelului.
În anii 30 în SUA pentru retopirea deșeurilor din oțel inoxidabil a fost folosit un ICP monofazat cu o capacitate de 6 tone cu canal deschis si alimentat de un generator cu o putere de 800 kW si o frecventa de 8,57 Hz. Cuptorul a fost operat într-un proces duplex cu un cuptor cu arc. În anii 1940 și 1950, ICP-urile cu canal deschis au fost folosite în Italia pentru topirea oțelului cu o capacitate de 4-12 tone, fabricat de Tagliaferri. În viitor, utilizarea unor astfel de cuptoare a fost abandonată, deoarece acestea erau inferioare ca caracteristici față de cuptoarele de topire a oțelului cu creuzet cu arc și inducție.
Cuptoare cu canal de inducție cu canal închis. Din 1916, au început să fie dezvoltate ICP-uri experimentale și apoi comerciale cu canal închis. O serie de ICP-uri cu un canal închis a fost dezvoltată de Ajax-Watt (SUA). Acestea sunt cuptoare monofazate cu arbore cu canal vertical pentru topirea aliajelor de cupru-zinc cu o capacitate de 75 și 170 kVA și o capacitate de 300 și 600 kg. Ele au stat la baza dezvoltării unui număr de firme.
În aceiași ani, în Franța au fost fabricate cuptoare cu arbore cu o unitate de inducție trifazată orizontală (capacitate 150, 225 și 320 kW). În Anglia, General Electric Limited a propus o modificare a cuptorului cu două canale per inductor, cu dispunerea lor asimetrică, care face ca topitura să circule și să reducă supraîncălzirea.
Cuptoarele de la E. Russ (Germania) au fost produse cu două și trei canale per inductor (versiuni verticale și orizontale). E. Russ a propus și proiectarea unei unități de inducție dublă (IE) conectată la două faze.
În URSS, în anii 1930, ICP-uri similare cu cuptoarele Ajax-Watt au început să fie produse la Uzina Electrică din Moscova. În anii 1950, OKB „Elektropech” a dezvoltat cuptoare pentru topirea cuprului și aliajelor acestuia cu o capacitate de 0,4–6,0 tone, apoi 16 tone. În 1955, un ICP pentru topirea aluminiului cu o capacitate de 6 t.
În anii 1950 în SUA şi Europa de Vest ICP-urile au devenit utilizate pe scară largă ca mixere în topirea fontei în procesul duplex cu o cupolă sau un cuptor cu arc electric. Pentru a crește puterea și a reduce supraîncălzirea metalului în canal, au fost dezvoltate modele IE cu mișcare unidirecțională a topiturii (Norvegia). În același timp, au fost dezvoltate IE-uri detașabile. În anii 1970, Ajax Magnetermic a dezvoltat IE gemene, care ating în prezent 2000 kW. Dezvoltari similare au fost realizate in VNIIETO in aceiasi ani. În dezvoltarea ICP tipuri variate a participat activ N.V. Veselovsky, E.P. Leonova, M.Ya. Stolov și alții.
În anii 1980, dezvoltarea ICP în țara noastră și în străinătate a avut ca scop extinderea domeniilor de aplicare și extinderea capacităților tehnologice, de exemplu, utilizarea ICP pentru producerea țevilor din metale neferoase prin tragere din topitură.
Cuptoare cu creuzet cu inducție. Deoarece cuptoarele cu creuzet cu inducție de capacitate redusă (ITF) pot funcționa eficient numai la frecvențe de peste 50 Hz, crearea lor a fost oprită din cauza lipsei surselor de alimentare adecvate - convertoare de frecvență. Cu toate acestea, în 1905-1906. un număr de firme și inventatori au propus și brevetat ITP, acestea includ firma „Schneider - Creso” (Franța), O. Zander (Suedia), Gerden (Anglia). Totodată, designul ITP-ului a fost elaborat de A.N. Lodygin (Rusia).
Primul ITP industrial cu un generator de scânteie de înaltă frecvență a fost dezvoltat în 1916 de către E.F. Northrup (SUA). Din 1920, aceste cuptoare sunt produse de Ajax Electrothermia. În același timp, ITP alimentat de un eclator rotativ a fost dezvoltat de J. Ribot (Franța). Firma „Metropolitan - Vickers” a creat ITP de înaltă și industrială frecvență. În locul generatoarelor de scântei s-au folosit convertoare de mașini cu o frecvență de până la 3000 Hz și o putere de 150 kVA.
V.P. Vologdin în 1930–1932 a creat ITP industrial cu o capacitate de 10 și 200 kg, alimentat de un convertor de frecvență al mașinii. În 1937, a construit și un ITP alimentat de un generator de lampă. În 1936 A.V. Donskoy a dezvoltat un cuptor cu inducție universal cu un generator de lampă cu o putere de 60 kVA.
În 1938, pentru alimentarea ITP (putere 300 kW, frecvență 1000 Hz), compania Brown-Boveri a folosit un invertor bazat pe o supapă de mercur multianodă. Începând cu anii 60, invertoarele cu tiristoare au fost folosite pentru alimentarea instalațiilor cu inducție. Odată cu creșterea capacității ITP, a devenit posibilă utilizarea eficientă a sursei de alimentare cu curent de frecvență industrială.
În anii 1940 și 1960, OKB „Elektropech” a dezvoltat mai multe tipuri de IHF: frecvență crescută pentru topirea aluminiului cu o capacitate de 6 tone (1959), fontă cu o capacitate de 1 tonă (1966). În 1980, la o fabrică din Baku a fost fabricat un cuptor cu o capacitate de 60 de tone pentru topirea fontei (proiectat de VNIIETO sub licență de la Brown-Boveri). E.P. Leonova, V.I. Kryzental, A.A. Prostyakov și alții.
În 1973, Ajax Magnetermic, împreună cu laboratorul de cercetare al General Motors, a dezvoltat și pus în funcțiune un cuptor continuu orizontal cu creuzet pentru topirea fontei cu o capacitate de 12 tone și o putere de 11 MW.
Începând cu anii 1950, au început să se dezvolte tipuri speciale topirea prin inducție a metalelor:
vid într-un creuzet ceramic;
vid în pervaz;
vid într-un creuzet rece;
într-un creuzet electromagnetic;
în stare suspendată;
folosind încălzirea combinată.
Cuptoarele cu inducție în vid (VIP) până în 1940 au fost folosite doar în condiții de laborator. În anii 1950, unele firme, în special Hereus, au început să dezvolte VIP industrial, a cărei capacitate unitară a început să crească rapid: 1958 - 1–3 tone, 1961–5 tone, 1964–15–27 tone, 1970–60 În 1947, MosZETO a fabricat primul cuptor cu vid cu o capacitate de 50 kg, iar în 1949 a început producția de masă de VIP cu o capacitate de 100 kg. La mijlocul anilor '80, asociația de producție Sibelektroterm, bazată pe evoluțiile VNIIETO, producea VIP-uri modernizate cu o capacitate de 160, 600 și 2500 kg pentru topirea oțelurilor speciale.
Topirea prin inducție a aliajelor reactive în cuptoare cu craniu și cuptoare cu un creuzet de cupru răcit cu apă (rece) a început să fie utilizată în anii '50. Un cuptor cu un craniu sub formă de pulbere a fost dezvoltat de N.P. Glukhanov, R.P. Zhezherin și alții în 1954 și un cuptor cu un craniu monolit - M.G. Kogan în 1967. Ideea topirii prin inducție într-un creuzet rece a fost propusă încă din 1926 în Germania de către Siemens-Halske, dar nu și-a găsit aplicație. În 1958, în IMET, împreună cu Institutul de Cercetare All-Rusian al Curenților de Înaltă Frecvență. V.P. Vologdin (VNI-ITVCH) sub conducerea A.A. Vogel a efectuat experimente pe topirea prin inducție titan într-un creuzet rece.
Dorința de a reduce contaminarea cu metale și pierdere de căldurăîntr-un creuzet rece a dus la utilizarea forțelor electromagnetice pentru a împinge metalul departe de pereți, adică la crearea unui „creuset electromagnetic” (L.L. Tir, VNIIETO, 1962)
Topirea metalelor în stare suspendată pentru a obține metale foarte pure a fost propusă în Germania (O. Muck) încă din 1923, dar nu s-a răspândit din cauza lipsei surselor de energie. În anii 1950, această metodă a început să se dezvolte în multe țări. În URSS, angajații VNIITVCH au lucrat mult în această direcție sub conducerea A.A. Vogel.
Topirea ICP și ICP a încălzirii combinate a început să fie utilizată începând cu anii 50, inițial folosind arzătoare cu petrol și gaz, de exemplu, ICP pentru topit așchii de aluminiu (Italia) și ICP pentru fontă (Japonia). Ulterior, cuptoarele cu creuzet cu inducție cu plasmă s-au răspândit, de exemplu, o serie de cuptoare pilot dezvoltate de VNIIETO în 1985, cu o capacitate de 0,16–1,0 tone.
Instalații pentru călirea suprafeței prin inducție. Primele experimente privind întărirea suprafeței prin inducție au fost efectuate în 1925 de V.P. Vologdin la inițiativa inginerului uzinei Putilov N.M. Belyaev, care au fost considerate nereușite, deoarece la acea vreme se străduiau prin întărire. În anii 30 V.P. Vologdin și B.Ya. Romanovii au reluat această lucrare și în 1935 au primit brevete pentru călire folosind curenți de înaltă frecvență. În 1936 V.P. Vologdin și A.A. Vogel a primit un brevet pentru un inductor pentru întărirea angrenajelor. V.P. Vologdin și personalul său au dezvoltat toate elementele instalației de călire: un convertor de frecvență rotativ, bobine și transformatoare (Fig. 7.8).
Orez. 7.8. Instalație de călire pentru călire progresivă
1 - produs intarit; 2 - inductor; 3 - transformator de călire; 4 - convertor de frecvență; 5 - condensator
Din 1936, G.I. Babat și M.G. Lozinsky de la uzina „Svetlana” (Leningrad) a investigat procesul de întărire prin inducție folosind frecvențe înalte atunci când este alimentat de un generator de lampă. Din 1932, întărirea cu curent de frecvență medie a început să fie introdusă de către TOKKO (SUA).
În Germania în 1939 G.V. Zeulen a efectuat călirea suprafeței arborilor cotit la fabricile AEG. În 1943, K. Kegel a propus formă specială sârmă inductivă pentru călirea angrenajului.
Utilizarea pe scară largă a călirii suprafețelor a început la sfârșitul anilor 1940. De-a lungul celor 25 de ani din 1947, VNIITVCH a dezvoltat peste 300 de dispozitive de călire, inclusiv o linie automată pentru călirea arborilor cotit și o instalație de călire a șinelor de cale ferată pe toată lungimea (1965). În 1961, prima instalație pentru călirea angrenajelor din oțel cu întărire scăzută a fost lansată la uzina de automobile care poartă numele. Likhachev (ZIL) (tehnologie dezvoltată de K.Z. Shepelyakovsky).
Una dintre direcțiile de dezvoltare a tratamentului termic prin inducție în anul trecut tehnologii pentru călirea și călirea mărfurilor tubulare petroliere și conductelor de gaz cu diametru mare (820–1220 mm), construcția de bare de armare, precum și călirea șinelor de cale ferată.
Prin instalatii de incalzire. Utilizarea încălzirii prin inducție a metalelor în diverse scopuri, cu excepția topirii, în prima etapă a fost de natură exploratorie. În 1918 M.A. Bonch-Bruevich, iar apoi V.P. Vologdin a folosit curenți de înaltă frecvență pentru a încălzi anozii tuburilor de electroni în timpul evacuării (degazării). La sfârșitul anilor 30, în laboratorul fabricii Svetlana, au fost efectuate experimente privind utilizarea încălzirii prin inducție la o temperatură de 800–900 ° C la prelucrarea unui arbore de oțel cu un diametru de 170 și o lungime de 800 mm. pe un strung. A fost folosit un generator cu tuburi cu o putere de 300 kW și o frecvență de 100–200 kHz.
Din 1946, în URSS au început lucrările privind utilizarea încălzirii prin inducție în tratamentul sub presiune. În 1949, la ZIL (ZIS) a fost dat în funcțiune primul încălzitor de forjare. Funcționarea primei forje cu inducție a fost începută la uzina de mașini mici din Moscova (MZMA, mai târziu AZLK) în 1952. O instalație interesantă cu două frecvențe (60 și 540 Hz) pentru încălzirea țaglelor de oțel (secțiune - pătrat 160x160 mm) pentru presiune tratamentul a fost lansat în Canada în 1956 O configurație similară a fost dezvoltată la VNIITVCH (1959). Frecvența industrială este folosită pentru încălzire până la punctul Curie.
În 1963, VNIITVCH a fabricat un încălzitor de plăci (dimensiuni 2,5x0,38x1,2 m) cu o putere de 2000 kW la o frecvență de 50 Hz pentru producția de rulare.
În 1969, la uzina metalurgică a corporației siderurgice Maclaut. (SUA) a folosit încălzirea prin inducție a plăcilor de oțel cu o greutate de aproximativ 30 de tone (dimensiuni 7,9x0,3x1,5 m) folosind șase linii de producție (18 bobine de frecvență industriale cu o capacitate totală de 210 MW).
Inductoarele aveau o formă specială care asigura încălzirea uniformă a plăcii. Lucrări privind utilizarea încălzirii prin inducție în metalurgie au fost efectuate și la VNIIETO (P.M. Chaikin, S.A. Yaitskov, A.E. Erman).
La sfârșitul anilor 1980, în URSS, încălzirea prin inducție era folosită în aproximativ 60 de fierărie (în primul rând în fabricile de tractoare auto și industria de apărare) cu o capacitate totală de încălzitoare cu inducție de până la 1 milion kW.
Incalzire la temperatura joasa la frecventa industriala.În 1927–1930 la una dintre uzinele de apărare Ural au început lucrările de încălzire prin inducție la o frecvență industrială (N.M. Rodigin). În 1939, acolo funcționau cu succes instalații de încălzire prin inducție destul de puternice pentru tratarea termică a produselor din oțel aliat.
TsNIITmash (V.V. Alexandrov) a efectuat, de asemenea, lucrări privind utilizarea frecvenței industriale pentru tratamentul termic, încălzirea pentru plantare etc. Sub conducerea A.V. Donskoy. În Institutul de Cercetare a Betonului Armat (NIIZhB), Institutul Politehnic Frunze și alte organizații, s-au lucrat la tratarea termică în anii 60-70. produse din beton armat folosind încălzirea prin inducție la o frecvență de 50 Hz. VNIIETO a dezvoltat, de asemenea, o serie de instalatii industrialeîncălzire la temperatură joasă în scopuri similare. Evoluțiile MPEI (A.B. Kuvaldin) în domeniul încălzirii prin inducție a oțelului feromagnetic au fost utilizate în instalații de încălzire a pieselor de suprafață, tratarea termică a oțelului și betonului armat, încălzirea reactoarelor chimice, matrițe etc. (anii 70–80).
Zona de topire de înaltă frecvență a semiconductorilor. Metoda de topire a zonei a fost propusă în 1952 (W.G. Pfann, SUA). Lucrările la topirea zonei fără creuzet de înaltă frecvență au început în țara noastră în 1956, iar la VNIITVCH s-a obținut un monocristal de siliciu cu diametrul de 18 mm. Au fost create diverse modificări ale instalațiilor de tip „Crystal” cu un inductor în interiorul camerei de vid (Yu.E. Nedzvetsky). În anii 1950, la uzina Platinopribor (Moscova), împreună cu Institutul de Stat al Metalelor Rare (Giredmet), au fost fabricate instalații pentru topirea în zonă verticală fără creuzet a siliciului cu un inductor în afara camerei de vid (tub de cuarț). Începutul producției în serie a instalațiilor Kristall pentru creșterea monocristalelor de siliciu datează din 1962 (la Taganrog ZETO). Diametrul monocristalelor obținute a ajuns la 45 mm (1971), iar mai târziu la peste 100 mm (1985)
Topirea de înaltă frecvență a oxizilor. La începutul anilor 60, F.K. Monfort (SUA) a efectuat topirea oxizilor într-un cuptor cu inducție (creșterea monocristalelor de ferite folosind curenți de înaltă frecvență - frecvențe radio). În același timp, A.T.Chapman și G.V. Clark (SUA) a propus o tehnologie pentru topirea unui bloc de oxid policristalin într-un creuzet rece. În 1965, J. Ribot (Franţa) a obţinut topituri de oxizi de uraniu, toriu şi zirconiu folosind frecvenţe radio. Topirea acestor oxizi are loc la temperaturi mari ah (1700–3250 °C) și, prin urmare, este necesară o sursă mare de energie.
În URSS, tehnologia topirii de înaltă frecvență a oxizilor a fost dezvoltată la Institutul de Fizică al Academiei de Științe a URSS (A.M. Prokhorov, V.V. Osiko). Echipamentul a fost dezvoltat de VNIITVCH și Institutul Electrotehnic din Leningrad (LETI) (Yu.B. Petrov, A.S. Vasiliev, V.I. Dobrovolskaya). Uzinele Kristall pe care le-au creat în 1990 aveau o capacitate totală de peste 10.000 kW și produceau sute de tone de oxizi de înaltă puritate pe an.
Încălzire cu plasmă de înaltă frecvență. Fenomenul unei descărcări de înaltă frecvență într-un gaz este cunoscut încă din anii 1980. În 1926–1927 J.J. Thomson (Anglia) a arătat că o descărcare fără electrod într-un gaz este creată de curenți induși, iar J. Townsend (Anglia, 1928) a explicat descărcarea într-un gaz prin acțiunea unui câmp electric. Toate aceste studii au fost efectuate la presiuni reduse.
În 1940–1941 G.I. Babat de la uzina Svetlana a observat o descărcare de plasmă în timpul degazării tuburilor de electroni folosind încălzirea de înaltă frecvență, apoi a primit pentru prima dată o descărcare la presiunea atmosferică.
În anii 1950, în diferite țări s-au efectuat lucrări asupra plasmelor de înaltă frecvență (T. B. Reid, J. Ribot, G. Barkhoff și alții). În URSS, acestea s-au desfășurat de la sfârșitul anilor 50 la Institutul Politehnic din Leningrad (A.V. Donskoy, S.V. Dresvin), MPEI (M.Ya. Smelyansky, S.V. Kononov), VNITVCh (I.P. Dashkevich ) și altele. Descărcări în diferite gaze , au fost studiate proiectele plasmatronilor și tehnologiile cu utilizarea lor. Au fost create torțe cu plasmă de înaltă frecvență cu camere de cuarț și metal (pentru putere de până la 100 kW) răcite cu apă (create în 1963).
În anii 80, torțe cu plasmă de înaltă frecvență cu o putere de până la 1000 kW la frecvențe de 60 kHz - 60 MHz au fost folosite pentru a produce sticlă de cuarț ultrapură, dioxid de titan pigmentat, materiale noi (de exemplu, nitruri și carburi), pulberi ultrafine ultrapure și descompunerea substanțelor toxice.
Din cartea Istoria ingineriei electrice autor Echipa de autori7.1.1. ÎNCĂLZIRE REZISTIVĂ Perioada inițială. Primele experimente asupra conductoarelor de încălzire cu curent electric datează din secolul al XVIII-lea. În 1749, B. Franklin (SUA), în timp ce studia descărcarea unui borcan din Leyden, a descoperit încălzirea și topirea sârmelor metalice, iar mai târziu, conform lui
Din cartea autorului7.1.2. ÎNCĂLZIREA ARC ELECTRIC Perioada inițială. În 1878–1880 W. Siemens (Anglia) a efectuat o serie de lucrări care au stat la baza creării cuptoarelor cu arc de încălzire directă și indirectă, inclusiv un cuptor cu arc monofazat cu o capacitate de 10 kg. Li s-a cerut să folosească un câmp magnetic pentru
Din cartea autorului Din cartea autorului7.7.5. ÎNCĂLZIREA PLASMĂ Perioada inițială. Începutul lucrărilor la încălzirea cu plasmă datează din anii 1920. Termenul „plasmă” în sine a fost introdus de I. Langmuir (SUA), iar conceptul de „cvasi-neutru” – de W. Schottky (Germania). În 1922, X. Gerdien și A. Lotz (Germania) au efectuat experimente cu plasmă obținută de
Din cartea autorului7.1.6. ÎNCĂLZIRE ELECTRONICĂ Perioada inițială. Tehnologia de încălzire cu fascicul de electroni (topirea și rafinarea metalelor, prelucrarea dimensională, sudarea, tratamentul termic, acoperirea prin evaporare, tratarea suprafețelor decorative) se bazează pe realizările fizicii,
Din cartea autorului7.1.7. ÎNCĂLZIRE LASER Perioada inițială. Laserul (abrevierea engleză Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) a fost creat în a doua jumătate a secolului XX. și a găsit unele aplicații în tehnologia electrică.Ideea procesului de emisie stimulată a fost exprimată de A. Einstein în 1916. În anii 40, V.A.
Topirea metalului prin inducție este utilizată pe scară largă în diverse industrii: metalurgie, inginerie, bijuterii. cuptor simplu tip de inducție pentru a topi metalul acasă, îl puteți asambla singur.
Încălzirea și topirea metalelor în cuptoarele cu inducție au loc datorită încălzirii interne și modificărilor rețelei cristaline a metalului atunci când curenții turbionari de înaltă frecvență trec prin ele. Acest proces se bazează pe fenomenul de rezonanță, în care curenții turbionari au o valoare maximă.
Pentru a provoca curgerea curenților turbionari prin metalul topit, acesta este plasat în zona de acțiune a câmpului electromagnetic al inductorului - bobina. Poate fi sub formă de spirală, figura opt sau trefoil. Forma inductorului depinde de dimensiunea și forma piesei de prelucrat încălzite.
Bobina inductorului este conectată la o sursă de curent alternativ. În cuptoarele industriale de topire se folosesc curenți industriali de frecvență de 50 Hz; pentru topirea unor volume mici de metale în bijuterii se folosesc generatoare de înaltă frecvență, deoarece sunt mai eficiente.
feluri
Curenții turbionari sunt închiși de-a lungul unui circuit limitat de câmpul magnetic al inductorului. Prin urmare, încălzirea elementelor conductoare este posibilă atât în interiorul bobinei, cât și din partea sa exterioară.
- Prin urmare, cuptoarele cu inducție sunt de două tipuri:
- canal, în care canalele situate în jurul inductorului sunt recipientul pentru topirea metalelor, iar miezul este situat în interiorul acestuia;
- creuzet, folosesc recipient special- un creuzet din material termorezistent, de obicei detasabil.
cuptor cu canal prea general și proiectat pentru volume industriale de topire a metalelor. Este folosit la topirea fontei, aluminiului și a altor metale neferoase.
cuptor cu creuzet destul de compact, este folosit de bijutieri, radioamatori, un astfel de cuptor poate fi asamblat cu propriile mâini și folosit acasă.
Dispozitiv
- Un cuptor de casă pentru topirea metalelor are un design destul de simplu și constă din trei blocuri principale plasate într-o carcasă comună:
- alternator de înaltă frecvență;
- inductor - înfășurare în spirală de sârmă sau tub de cupru;
- creuzet.
Crezetul este plasat într-un inductor, capetele înfășurării sunt conectate la o sursă de curent. Când curentul trece prin înfășurare, în jurul acesteia ia naștere un câmp electromagnetic cu un vector variabil. Într-un câmp magnetic, apar curenți turbionari, direcționați perpendicular pe vectorul său și trecând printr-o buclă închisă în interiorul înfășurării. Acestea trec prin metalul plasat în creuzet, în timp ce îl încălzesc până la punctul de topire.
Avantajele cuptorului cu inducție:
- încălzirea rapidă și uniformă a metalului imediat după pornirea instalației;
- directivitatea încălzirii - numai metalul este încălzit și nu întreaga instalație;
- viteză mare de topire și omogenitate a topiturii;
- nu are loc evaporarea componentelor de aliere ale metalului;
- instalația este ecologică și sigură.
Un invertor de sudură poate fi folosit ca generator al unui cuptor cu inducție pentru topirea metalului. De asemenea, puteți asambla generatorul conform diagramelor de mai jos cu propriile mâini.
Cuptor pentru topirea metalului pe un invertor de sudare
Acest design este simplu și sigur, deoarece toate invertoarele sunt echipate cu protecție internă la suprasarcină. Întregul ansamblu al cuptorului în acest caz se reduce la realizarea unui inductor cu propriile mâini.
De obicei, se realizează sub formă de spirală dintr-un tub de cupru cu pereți subțiri cu un diametru de 8-10 mm. Se indoaie dupa un sablon de diametrul dorit, asezand spirele la o distanta de 5-8 mm. Numărul de spire este de la 7 la 12, în funcție de diametrul și caracteristicile invertorului. Rezistența totală a inductorului trebuie să fie astfel încât să nu provoace un supracurent în invertor, altfel va fi declanșat de protecția internă.
Inductorul poate fi montat într-o carcasă din grafit sau textolit și în interior poate fi instalat un creuzet. Puteți pune pur și simplu inductorul pe o suprafață rezistentă la căldură. Carcasa nu trebuie să conducă curent, altfel circuitul de curent turbionar va trece prin ea și puterea instalației va fi redusă. Din același motiv, nu se recomandă plasarea obiectelor străine în zona de topire.
Când se lucrează de la invertor de sudare corpul lui trebuie să fie împământat! Priza și cablajul trebuie să fie dimensionate pentru curentul absorbit de invertor.
Sistemul de încălzire al unei case private se bazează pe funcționarea unei sobe sau a unui cazan, performanta ridicatași o durată lungă de viață neîntreruptă, care depinde atât de marca și instalarea dispozitivelor de încălzire în sine, cât și de instalare corectășemineu.
veti gasi recomandari de alegere cazan cu combustibil solid, iar în următorul - familiarizați-vă cu tipurile și regulile:
Cuptor cu inducție cu tranzistori: circuit
Există multe diferite căi asamblați cu propriile mâini. O schemă destul de simplă și dovedită a unui cuptor pentru topirea metalului este prezentată în figură:
- Pentru a asambla instalația cu propriile mâini, veți avea nevoie de următoarele piese și materiale:
- două tranzistoare cu efect de câmp de tip IRFZ44V;
- două diode UF4007 (puteți folosi și UF4001);
- rezistență 470 Ohm, 1 W (puteți lua două conectate în serie de 0,5 W fiecare);
- condensatoare cu film pentru 250 V: 3 bucăți cu o capacitate de 1 microfarad; 4 bucăți - 220 nF; 1 bucată - 470 nF; 1 bucată - 330 nF;
- sarma de infasurare de cupru in izolatie email Ø1,2 mm;
- sarma de infasurare de cupru in izolatie email Ø2 mm;
- două inele de la șocuri luate de la o sursă de alimentare a computerului.
Secvență de asamblare făcută de tine:
- Tranzistoarele cu efect de câmp sunt montate pe radiatoare. Deoarece circuitul devine foarte fierbinte în timpul funcționării, radiatorul trebuie să fie suficient de mare. Le puteți instala și pe un radiator, dar apoi trebuie să izolați tranzistoarele de metal folosind garnituri și șaibe din cauciuc și plastic. Pinout-ul tranzistorilor cu efect de câmp este prezentat în figură.
- Este necesar să faceți două sufocare. Pentru fabricarea lor, firul de cupru cu diametrul de 1,2 mm este înfășurat în jurul inelelor luate de la sursa de alimentare a oricărui computer. Aceste inele sunt realizate din fier feromagnetic sub formă de pulbere. Acestea trebuie înfășurate de la 7 la 15 spire de sârmă, încercând să mențină distanța dintre spire.
- Condensatorii enumerați mai sus sunt asamblați într-o baterie cu o capacitate totală de 4,7 microfaradi. Conectarea condensatoarelor - paralel.
- Înfășurarea inductorului este realizată din sârmă de cupru cu diametrul de 2 mm. Se înfășoară 7-8 spire de înfășurare pe un obiect cilindric potrivit pentru diametrul creuzetului, lăsând capete suficient de lungi pentru a se conecta la circuit.
- Conectați elementele de pe placă în conformitate cu diagrama. O baterie de 12 V, 7,2 A/h este folosită ca sursă de alimentare. Curentul consumat în funcționare este de aproximativ 10 A, capacitatea bateriei în acest caz este suficientă pentru aproximativ 40 de minute.Dacă este necesar, corpul cuptorului este realizat din material rezistent la căldură, de exemplu, textolit.Puterea dispozitivului poate fi schimbată prin modificarea numărului de spire ale înfăşurării inductorului şi a diametrului acestora.
Încălzitor cu inducție pentru topirea metalului: video
Cuptor cu inducție cu lampă
Un cuptor cu inducție mai puternic pentru topirea metalelor poate fi asamblat manual pe tuburi vidate. Schema dispozitivului este prezentată în figură.
Pentru a genera curent de înaltă frecvență, se folosesc 4 lămpi de fascicul conectate în paralel. Un tub de cupru cu un diametru de 10 mm este folosit ca inductor. Unitatea este echipată cu un condensator trimmer pentru reglarea puterii. Frecvența de ieșire este de 27,12 MHz.
Pentru a asambla circuitul aveți nevoie de:
- 4 tuburi de vid - tetrode, puteți folosi 6L6, 6P3 sau G807;
- 4 choke pentru 100 ... 1000 μH;
- 4 condensatoare la 0,01 uF;
- lampă indicatoare cu neon;
- condensator de reglaj.
Asamblarea dispozitivului cu propriile mâini:
- Un inductor este realizat dintr-un tub de cupru, îndoindu-l sub formă de spirală. Diametrul spirelor este de 8-15 cm, distanța dintre spire este de minim 5 mm. Capetele sunt cositorite pentru lipirea circuitului. Diametrul inductorului trebuie să fie cu 10 mm mai mare decât diametrul creuzetului plasat în interior.
- Puneți inductorul în carcasă. Poate fi realizat dintr-un material neconductiv termorezistent, sau din metal, asigurand izolarea termica si electrica fata de elementele circuitului.
- Cascadele de lămpi sunt asamblate conform schemei cu condensatoare și șocuri. Cascadele sunt conectate în paralel.
- Conectați o lampă indicatoare cu neon - aceasta va semnala pregătirea circuitului pentru funcționare. Lampa este adusă în carcasa de instalare.
- Un condensator de reglare de capacitate variabilă este inclus în circuit, mânerul său este afișat și pe carcasă.
Pentru toți iubitorii de delicatese afumate la rece, vă sugerăm să învățați cum să faceți rapid și ușor un afumător cu propriile mâini și să vă familiarizați cu instrucțiunile foto și video pentru realizarea unui generator de fum afumat la rece.
Răcire circuit
Instalațiile industriale de topire sunt echipate cu un sistem răcire forțată apă sau antigel. Răcirea cu apă la domiciliu va necesita costuri suplimentare, comparabile ca preț cu costul instalației de topire a metalelor în sine.
Răcirea cu aer cu un ventilator este posibilă cu condiția ca ventilatorul să fie suficient de îndepărtat. În caz contrar, înfășurarea metalică și alte elemente ale ventilatorului vor servi ca circuit suplimentar pentru închiderea curenților turbionari, ceea ce va reduce eficiența instalației.
Elementele circuitelor electronice și ale lămpii sunt, de asemenea, capabile să se încălzească activ. Pentru racirea lor, sunt prevazute calorifere cu caldura.Măsuri de securitate a muncii
- Principalul pericol în timpul funcționării este riscul de arsuri de la elementele încălzite ale instalației și metalul topit.
- Circuitul lămpii include elemente cu tensiune înaltă, așa că trebuie introdus caz închis, eliminând atingerea accidentală a elementelor.
- Câmpul electromagnetic poate afecta obiectele care se află în afara carcasei dispozitivului. Prin urmare, înainte de muncă, este mai bine să vă îmbrăcați fără elemente metalice, eliminați dispozitivele complexe din zona de acoperire: telefoane, camere digitale.
Un cuptor de topire a metalelor de uz casnic poate fi folosit și pentru a încălzi rapid elementele metalice, de exemplu, atunci când sunt cositorite sau modelate. Caracteristicile instalatiilor prezentate pot fi ajustate sarcina specifica, modificând parametrii inductorului și semnalul de ieșire al grupurilor electrogene - astfel puteți obține eficiența maximă a acestora.
Aparatele care se încălzesc cu electricitate mai degrabă decât cu gaz sunt sigure și convenabile. Astfel de încălzitoare nu produc funingine și mirosuri neplăcute, ci consumă un numar mare de electricitate. O modalitate excelentă de ieșire este să asamblați un încălzitor cu inducție cu propriile mâini. Acest lucru economisește bani și contribuie la bugetul familiei. Există multe scheme simple conform cărora inductorul poate fi asamblat independent.
Pentru a facilita înțelegerea circuitelor și asamblarea corectă a structurii, ar fi util să ne uităm în istoria electricității. Metode de încălzire structuri metalice bobinele de curent electromagnetic sunt utilizate pe scară largă în fabricarea industrială a aparatelor de uz casnic - cazane, încălzitoare și sobe. Se pare că puteți face un încălzitor cu inducție funcțional și durabil cu propriile mâini.
Principiul de funcționare a dispozitivelor
Principiul de funcționare a dispozitivelor
Celebrul om de știință britanic din secolul al XIX-lea Faraday a petrecut 9 ani cercetări pentru a transforma undele magnetice în electricitate. În 1931, s-a făcut în sfârșit o descoperire, numită inductie electromagnetica. Înfășurarea de sârmă a bobinei, în centrul căreia se află un miez metalic magnetic, creează un câmp magnetic sub puterea curentului alternativ. Sub acțiunea fluxurilor vortex, miezul se încălzește.
O nuanță importantă este că încălzirea va avea loc dacă curentul alternativ care alimentează bobina schimbă vectorul și semnul câmpului la frecvențe înalte.
Descoperirea lui Faraday a început să fie folosită atât în industrie, cât și în fabricarea de motoare și încălzitoare electrice de casă. Prima turnătorie bazată pe un inductor vortex a fost deschisă în 1928 în Sheffield. Mai târziu, după același principiu, atelierele fabricilor au fost încălzite, iar pentru încălzirea apei, suprafete metalice cunoscătorii au asamblat inductorul cu propriile mâini.
Schema dispozitivului de atunci este valabilă astăzi. Un exemplu clasic este un cazan cu inducție, care include:
- miez metalic;
- cadru;
- izolație termică.
Greutate mai ușoară, dimensiuni mai mici și eficiență mai mare sunt obținute prin tuburile subțiri de oțel care formează baza miezului. LA gresie de bucatarie inductorul este o bobină aplatizată situată lângă plită.
Caracteristicile circuitului de accelerare a frecvenței curentului sunt următoarele:
- frecvența industrială de 50 Hz nu este potrivită pentru dispozitivele de casă;
- conectarea directă a inductorului la rețea va duce la zumzet și încălzire scăzută;
- încălzirea eficientă se efectuează la o frecvență de 10 kHz.
Asamblare dupa scheme
Oricine este familiarizat cu legile fizicii poate asambla un încălzitor inductiv cu propriile mâini. Complexitatea dispozitivului va varia de la gradul de pregătire și experiența maestrului.
Există multe tutoriale video, în urma cărora poți crea un dispozitiv eficient. Este aproape întotdeauna necesar să utilizați următoarele componente de bază:
- sârmă de oțel cu diametrul de 6-7 mm;
- sârmă de cupru pentru inductor;
- plasă metalică (pentru a ține firul în interiorul carcasei);
- adaptoare;
- țevi pentru caroserie (din plastic sau oțel);
- invertor de înaltă frecvență.
Acest lucru va fi suficient pentru a asambla o bobină de inducție cu propriile mâini și ea este cea care se află în centrul încălzitor de apă instantaneu. După pregătire elementele necesare puteți merge direct la procesul de fabricație al dispozitivului:
- tăiați firul în segmente de 6-7 cm;
- acoperiți interiorul țevii cu o plasă metalică și umpleți firul până sus;
- în mod similar închideți deschiderea țevii din exterior;
- înfășurați firul de cupru în jurul carcasei de plastic de cel puțin 90 de ori pentru bobină;
- introduceți structura în sistemul de încălzire;
- folosind un invertor, conectați bobina la electricitate.
Este recomandabil să puneți mai întâi la pământ invertorul și să pregătiți antigel sau apă.
Conform unui algoritm similar, puteți asambla cu ușurință un cazan cu inducție, pentru care ar trebui:
- tăiați semifabricate dintr-o țeavă de oțel de 25 pe 45 mm cu un perete nu mai gros de 2 mm;
- sudați-le împreună, conectându-le cu diametre mai mici;
- sudați capacele de fier până la capete și găuriți țevile filetate;
- faceți un suport pentru o sobă cu inducție sudând două colțuri pe o parte;
- introduceți plita în suport din colțuri și conectați-l la rețea;
- adăugați lichid de răcire în sistem și porniți încălzirea.
Multe inductori funcționează la o putere nu mai mare de 2 - 2,5 kW. Astfel de încălzitoare sunt proiectate pentru o cameră de 20 - 25 m². Dacă generatorul este folosit într-un service auto, îl puteți conecta la un aparat de sudură, dar Este important să luați în considerare anumite nuanțe:
- Ai nevoie de AC, nu DC ca un invertor. Aparat de sudura va trebui să investigați prezența punctelor în care tensiunea nu are direcție directă.
- Numărul de spire la un fir cu o secțiune transversală mai mare este selectat printr-un calcul matematic.
- Va fi necesară răcirea elementelor de lucru.
Crearea de corpuri sofisticate
Este mai dificil să faci o instalație de încălzire HDTV cu propriile mâini, dar este supusă radioamatorilor, deoarece pentru a o colecta vei avea nevoie de un circuit multivibrator. Principiul de funcționare este similar - curenții turbionari care decurg din interacțiunea umpluturii metalice din centrul bobinei și propriul câmp magnetic puternic încălzește suprafața.
Proiectare instalatii HDTV
Deoarece chiar și bobinele mici produc un curent de aproximativ 100 A, acestea vor trebui conectate cu o capacitate de rezonanță pentru a echilibra forța de inducție. Există 2 tipuri de circuite de lucru pentru încălzirea HDTV la 12 V:
- conectat la rețea.
- electrice vizate;
- conectat la rețea.
În primul caz, o instalație mini HDTV poate fi asamblată într-o oră. Chiar și în absența unei rețele de 220 V, puteți folosi un astfel de generator oriunde, dar dacă aveți baterii auto ca surse de energie. Desigur, nu este suficient de puternic pentru a topi metalul, dar este capabil să se încălzească până la temperaturile ridicate necesare pentru lucrări fine, de exemplu, încălzirea cuțitelor și șurubelnițelor pentru de culoare albastră. Pentru a-l crea, trebuie să achiziționați:
- tranzistoare cu efect de câmp BUZ11, IRFP460, IRFP240;
- baterie auto de la 70 A/h;
- condensatoare de înaltă tensiune.
Curentul sursei de alimentare de 11 A se reduce la 6 A in timpul procesului de incalzire datorita rezistentei metalului, dar ramane nevoia unor fire groase care sa reziste la un curent de 11-12 A pentru a evita supraincalzirea.
Al doilea circuit pentru o instalație de încălzire prin inducție într-o carcasă din plastic este mai complex, bazat pe driverul IR2153, dar este mai convenabil să construiți o rezonanță de 100k peste regulator. Este necesar să controlați circuitul printr-un adaptor de rețea cu o tensiune de 12 V sau mai mult. Unitatea de alimentare poate fi conectată direct la rețeaua principală de 220 V folosind o punte de diode. Frecvența de rezonanță este de 30 kHz. Următoarele elemente vor fi necesare:
- miez de ferită 10 mm și sufocă 20 de spire;
- tub de cupru ca bobină HDTV de 25 de spire pe dorn 5–8 cm;
- condensatoare 250 V.
Încălzitoare vortex
O instalație mai puternică, capabilă să încălziți șuruburile la galben, poate fi asamblată după o schemă simplă. Dar în timpul funcționării, generarea de căldură va fi destul de mare, așa că este recomandat să instalați radiatoare pe tranzistoare. De asemenea, veți avea nevoie de un șoc, pe care îl puteți împrumuta de la sursa de alimentare a oricărui computer și de următoarele materiale auxiliare:
- sârmă feromagnetică de oțel;
- fir de cupru 1,5 mm;
- tranzistoare cu efect de câmp și diode pentru tensiune inversă de la 500 V;
- diode zener cu o putere de 2-3 W cu un calcul de 15 V;
- rezistențe simple.
În funcție de rezultatul dorit, înfășurarea firului pe baza de cupru este de la 10 la 30 de spire. Urmează asamblarea circuitului și pregătirea bobinei de bază a încălzitorului din aproximativ 7 spire de sârmă de cupru de 1,5 mm. Se conectează la circuit și apoi la electricitate.
Meșterii care sunt familiarizați cu sudarea și operarea unui transformator trifazat se pot îmbunătăți în continuare Eficiența dispozitivului reducând în același timp greutatea și dimensiunea. Pentru a face acest lucru, trebuie să sudați bazele a două țevi, care vor servi atât ca miez, cât și ca încălzitor, și să sudați două țevi în corp după înfășurare pentru a furniza și îndepărta lichidul de răcire.
Concentrându-vă pe scheme, puteți asambla rapid inductori de diferite capacități pentru încălzirea apei, metalelor, încălzirea unei case, a unui garaj și a unui service auto. De asemenea, este necesar să ne amintim regulile de siguranță pentru funcționarea eficientă a încălzitoarelor de acest tip, deoarece o scurgere de lichid de răcire de la un dispozitiv de casă poate duce la un incendiu.
Există anumite condiții pentru organizarea muncii:
- distanța dintre boilerul cu inducție, pereți, aparate electrice trebuie să fie de cel puțin 40 cm și este mai bine să vă retrageți la 1 m de podea și tavan;
- cu ajutorul unui manometru și al unui dispozitiv de eliberare a aerului este prevăzut un sistem de securitate în spatele conductei de evacuare;
- pentru a utiliza dispozitive de preferință în circuite închise cu circulație forțată a lichidului de răcire;
- este posibilă aplicarea în conducte de plastic.
Auto-asamblarea generatoarelor cu inducție va fi ieftină, dar nu gratuită, deoarece aveți nevoie de suficiente componente calitate bună. Dacă o persoană nu are cunoștințe și experiență speciale în inginerie radio și sudare, atunci nu ar trebui să asamblați independent un încălzitor pentru suprafata mare, deoarece puterea de încălzire nu va depăși 2,5 kW.
in orice caz autoasamblare inductorul poate fi văzut ca autoeducație și formare avansată a proprietarului casei în practică. Puteți începe cu dispozitive mici conform schemelor simple și, deoarece principiul de funcționare în dispozitivele mai complexe este același, se adaugă doar elemente suplimentare și convertoare de frecvență, va fi ușor și destul de bugetar să îl stăpânești în etape.
In contact cu
Descrierea metodei
Încălzirea prin inducție este încălzirea materialelor prin curenți electrici care sunt induși de un câmp magnetic alternativ. Prin urmare, aceasta este încălzirea produselor din materiale conductoare (conductoare) de către câmpul magnetic al inductorilor (surse ale unui câmp magnetic alternant). Încălzirea prin inducție se realizează după cum urmează. O piesă de prelucrat conductoare electric (metal, grafit) este plasată în așa-numitul inductor, care este una sau mai multe spire de sârmă (cel mai adesea cupru). Curenți puternici de diferite frecvențe (de la zeci de Hz la câțiva MHz) sunt induși în inductor folosind un generator special, în urma căruia apare un câmp electromagnetic în jurul inductorului. Câmpul electromagnetic induce curenți turbionari în piesa de prelucrat. Curenții turbionari încălzesc piesa de prelucrat sub acțiunea căldurii Joule (vezi legea Joule-Lenz).
Sistemul inductor-marcă este un transformator fără miez, în care inductorul este înfășurarea primară. Piesa de prelucrat este o înfășurare secundară scurtcircuitată. Fluxul magnetic dintre înfășurări se închide în aer.
La o frecvență înaltă, curenții turbionari sunt deplasați de câmpul magnetic format de aceștia în straturi subțiri de suprafață ale piesei de prelucrat Δ (efect de suprafață), în urma cărora densitatea lor crește brusc, iar piesa de prelucrat este încălzită. Straturile subiacente ale metalului sunt încălzite datorită conductivității termice. Nu curentul este important, ci densitatea mare de curent. În stratul de piele Δ, densitatea de curent scade în e ori față de densitatea curentului de pe suprafața piesei de prelucrat, în timp ce 86,4% din căldură este eliberată în stratul de piele (din degajarea totală de căldură. Adâncimea stratului de piele depinde de frecvența radiației: cu cât frecvența este mai mare, cu atât este mai subțire). stratul de piele.Depinde și de permeabilitatea magnetică relativă μ a materialului piesei de prelucrat.
Pentru fier, cobalt, nichel și aliaje magnetice la temperaturi sub punctul Curie, μ are o valoare de la câteva sute la zeci de mii. Pentru alte materiale (topite, metale neferoase, eutectice lichide cu punct de topire scăzut, grafit, electroliți, ceramică conductoare de electricitate etc.), μ este aproximativ egal cu unu.
Formula pentru calcularea adâncimii pielii în mm:
,Unde μ 0 = 4π 10 −7 este constanta magnetică H/m și ρ - rezistenta electrica specifica a materialului piesei de prelucrat la temperatura de prelucrare.
De exemplu, la o frecvență de 2 MHz, adâncimea pielii pentru cupru este de aproximativ 0,25 mm, pentru fier ≈ 0,001 mm.
Inductorul devine foarte fierbinte în timpul funcționării, deoarece își absoarbe propria radiație. În plus, absoarbe radiația de căldură de la o piesă fierbinte. Ei fac inductori din tuburi de cupru răcite cu apă. Apa este furnizată prin aspirație - aceasta asigură siguranța în cazul unei arsuri sau a unei alte depresuriri a inductorului.
Aplicație
- Topirea, lipirea și sudarea metalelor fără contact ultra-curate.
- Obținerea de prototipuri de aliaje.
- Îndoirea și tratarea termică a pieselor mașinii.
- Afaceri cu bijuterii.
- Prelucrarea pieselor mici care pot fi deteriorate de încălzirea cu flacără sau arc.
- Întărirea suprafeței.
- Întărirea și tratarea termică a pieselor de formă complexă.
- Dezinfectarea instrumentelor medicale.
Avantaje
- Încălzirea de mare viteză sau topirea oricărui material conductor electric.
- Încălzirea este posibilă în atmosferă de gaz protectoare, într-un mediu oxidant (sau reducător), într-un lichid neconductor, în vid.
- Încălzirea prin pereții unei camere de protecție din sticlă, ciment, materiale plastice, lemn - aceste materiale absorb radiațiile electromagnetice foarte slab și rămân reci în timpul funcționării instalației. Se încălzește numai materialul electric conductiv - metal (inclusiv topit), carbon, ceramică conductoare, electroliți, metale lichide etc.
- Datorită forțelor MHD emergente, metalul lichid este amestecat intens, până la menținerea în suspensie în aer sau gaz protector - așa se obțin aliaje ultrapure în cantități mici (topirea prin levitare, topirea în creuzet electromagnetic).
- Întrucât încălzirea se realizează prin radiație electromagnetică, nu există nicio poluare a piesei de prelucrat de către produsele de ardere ai pistolului în cazul încălzirii cu flacără cu gaz sau de materialul electrodului în cazul încălzirii cu arc. Plasarea probelor într-o atmosferă de gaz inert și o viteză mare de încălzire va elimina formarea de calcar.
- Ușurință în utilizare datorită dimensiunii reduse a inductorului.
- Inductorul poate fi realizat într-o formă specială - acest lucru va face posibilă încălzirea uniformă a părților unei configurații complexe pe întreaga suprafață, fără a duce la deformarea sau neîncălzirea locală a acestora.
- Este ușor de realizat încălzire locală și selectivă.
- Deoarece cea mai intensă încălzire are loc în straturile superioare subțiri ale piesei de prelucrat, iar straturile de dedesubt sunt încălzite mai ușor datorită conductivității termice, metoda este ideală pentru întărirea suprafeței pieselor (miezul rămâne vâscos).
- Automatizare ușoară a echipamentelor - cicluri de încălzire și răcire, control și menținere a temperaturii, alimentare și îndepărtare a pieselor de prelucrat.
Defecte
- Complexitatea crescută a echipamentelor, necesită personal calificat pentru a instala și repara.
- În cazul unei slabe coordonări a inductorului cu piesa de prelucrat, este necesară o putere de încălzire mai mare decât în cazul utilizării elementelor de încălzire, arcuri electrice etc. pentru aceeași sarcină.
Centrale termice prin inducție
La instalațiile cu o frecvență de funcționare de până la 300 kHz se folosesc invertoare pe ansambluri IGBT sau tranzistoare MOSFET. Astfel de instalații sunt proiectate pentru încălzirea pieselor mari. Pentru încălzirea pieselor mici se folosesc frecvențe înalte (până la 5 MHz, gama undelor medii și scurte), se construiesc instalații de înaltă frecvență pe tuburi electronice.
De asemenea, pentru încălzirea pieselor mici, instalațiile de înaltă frecvență sunt construite pe tranzistoare MOSFET pentru frecvențe de operare de până la 1,7 MHz. Controlul și protejarea tranzistorilor la frecvențe mai mari prezintă anumite dificultăți, așa că setările de frecvență mai înaltă sunt încă destul de costisitoare.
Inductorul pentru încălzirea pieselor mici are dimensiuni mici și inductanță mică, ceea ce duce la o scădere a factorului de calitate al circuitului rezonant de lucru la frecvențe joase și o scădere a eficienței și, de asemenea, prezintă un pericol pentru oscilatorul principal (factorul de calitate al circuitului rezonant este proporțional cu L / C, circuitul rezonant cu un factor de calitate scăzut este prea bun „pompat” cu energie, formează un scurtcircuit în inductor și dezactivează oscilatorul principal). Pentru a crește factorul de calitate al circuitului oscilator, sunt utilizate două moduri:
- creșterea frecvenței de funcționare, ceea ce duce la complexitatea și costul instalației;
- utilizarea de inserții feromagnetice în inductor; lipirea inductorului cu panouri din material feromagnetic.
Deoarece inductorul funcționează cel mai eficient la frecvențe înalte, încălzirea prin inducție a primit aplicație industrială după dezvoltarea și începerea producției de lămpi puternice generatoare. Înainte de Primul Război Mondial, încălzirea prin inducție era de utilizare limitată. Pe atunci se foloseau ca generatoare mașini de înaltă frecvență (lucrări V.P. Vologdin) sau instalații de descărcare prin scânteie.
Circuitul generator poate fi, în principiu, orice (multivibrator, generator RC, generator excitat independent, diverse generatoare de relaxare) care funcționează la o sarcină sub formă de bobină inductor și având suficientă putere. De asemenea, este necesar ca frecvența de oscilație să fie suficient de mare.
De exemplu, pentru a „taia” un fir de oțel cu diametrul de 4 mm în câteva secunde, este necesară o putere oscilatoare de cel puțin 2 kW la o frecvență de cel puțin 300 kHz.
Schema este selectată după următoarele criterii: fiabilitate; stabilitatea fluctuațiilor; stabilitatea puterii eliberate în piesa de prelucrat; ușurință de fabricație; ușurință de configurare; număr minim de piese pentru a reduce costurile; utilizarea unor piese care în total dau o reducere a greutății și dimensiunilor etc.
Timp de multe decenii, un generator inductiv în trei puncte a fost folosit ca generator de oscilații de înaltă frecvență (generator Hartley, generator cu feedback autotransformator, un circuit bazat pe un divizor de tensiune în buclă inductivă). Acesta este un circuit de alimentare paralel cu autoexcitare pentru anod și un circuit selectiv de frecvență realizat pe un circuit oscilant. A fost folosit cu succes și continuă să fie folosit în laboratoare, ateliere de bijuterii, întreprinderi industriale, precum și în practica amatorilor. De exemplu, în timpul celui de-al Doilea Război Mondial, pe astfel de instalații a fost efectuată întărirea suprafeței rolelor tancului T-34.
Trei puncte dezavantaje:
- Eficiență scăzută (mai puțin de 40% atunci când utilizați o lampă).
- O abatere puternică de frecvență în momentul încălzirii pieselor de prelucrat din materiale magnetice deasupra punctului Curie (≈700С) (modificări μ), care modifică adâncimea stratului de piele și schimbă în mod imprevizibil modul de tratament termic. Atunci când se tratează termic părți critice, acest lucru poate fi inacceptabil. De asemenea, instalațiile RF puternice trebuie să funcționeze într-o gamă îngustă de frecvențe permise de Rossvyazokhrankultura, deoarece, cu ecranare slabă, sunt de fapt transmițătoare radio și pot interfera cu transmisiile de televiziune și radio, serviciile de coastă și de salvare.
- Când semifabricatele sunt schimbate (de exemplu, de la mai mici la cele mai mari), inductanța sistemului inductor-blank se schimbă, ceea ce duce și la o modificare a frecvenței și adâncimii stratului de piele.
- La schimbarea inductoarelor cu o singură tură cu cele cu mai multe ture, cu altele mai mari sau mai mici, se modifică și frecvența.
Sub conducerea lui Babat, Lozinsky și alți oameni de știință, au fost dezvoltate circuite generatoare cu două și trei circuite care au o eficiență mai mare (până la 70%) și, de asemenea, păstrează mai bine frecvența de funcționare. Principiul acțiunii lor este următorul. Datorită utilizării circuitelor cuplate și slăbirii conexiunii dintre ele, o modificare a inductanței circuitului de lucru nu implică o schimbare puternică a frecvenței circuitului de setare a frecvenței. Emițătoarele radio sunt construite după același principiu.
Generatoarele moderne de înaltă frecvență sunt invertoare bazate pe ansambluri IGBT sau tranzistoare MOSFET puternice, realizate de obicei conform schemei punte sau semi punte. Funcționează la frecvențe de până la 500 kHz. Porțile tranzistorilor sunt deschise folosind un sistem de control cu microcontroler. Sistemul de control, în funcție de sarcină, vă permite să mențineți automat
a) frecventa constanta
b) putere constantă eliberată în piesa de prelucrat
c) randament maxim.
De exemplu, atunci când un material magnetic este încălzit deasupra punctului Curie, grosimea stratului de piele crește brusc, densitatea curentului scade și piesa de prelucrat începe să se încălzească mai rău. Proprietățile magnetice ale materialului dispar, de asemenea, și procesul de inversare a magnetizării se oprește - piesa de prelucrat începe să se încălzească mai rău, rezistența la sarcină scade brusc - acest lucru poate duce la „distanțarea” generatorului și defecțiunea acestuia. Sistemul de control monitorizează trecerea prin punctul Curie și crește automat frecvența cu o scădere bruscă a sarcinii (sau reduce puterea).
Observatii
- Inductorul trebuie plasat cât mai aproape de piesa de prelucrat, dacă este posibil. Acest lucru nu numai că crește densitatea câmpului electromagnetic în apropierea piesei de prelucrat (proporțional cu pătratul distanței), dar crește și factorul de putere Cos(φ).
- Creșterea frecvenței reduce dramatic factorul de putere (proporțional cu cubul frecvenței).
- Când materialele magnetice sunt încălzite, căldură suplimentară este de asemenea eliberată datorită inversării magnetizării; încălzirea lor până la punctul Curie este mult mai eficientă.
- La calcularea inductorului, este necesar să se țină cont de inductanța anvelopelor care duc la inductor, care poate fi mult mai mare decât inductanța inductorului în sine (dacă inductorul este realizat sub forma unei singure ture a unui mic diametrul sau chiar o parte dintr-o tură - un arc).
- Uneori, transmițătoare radio puternice dezafectate erau folosite ca generator de înaltă frecvență, unde circuitul antenei a fost înlocuit cu un inductor de încălzire.
Vezi si
Legături
Literatură
- Babat G. I., Svenchansky A. D. Cuptoare electrice industriale. - M .: Gosenergoizdat, 1948. - 332 p.
- Burak Ya. I., Ogirko I. V.Încălzirea optimă a unei carcase cilindrice cu caracteristici ale materialului dependente de temperatură // Mat. metode si fiz.-mekh. câmpuri. - 1977. - V. 5. - S. 26-30.
- Vasiliev A.S. Generatoare de lampi pentru incalzire de inalta frecventa. - L.: Mashinostroenie, 1990. - 80 p. - (Biblioteca termistului de înaltă frecvență; Numărul 15). - 5300 de exemplare. - ISBN 5-217-00923-3
- Vlasov V.F. Curs de inginerie radio. - M .: Gosenergoizdat, 1962. - 928 p.
- Izyumov N. M., Linde D. P. Fundamentele ingineriei radio. - M .: Gosenergoizdat, 1959. - 512 p.
- Lozinsky M. G. Aplicație industrială a încălzirii prin inducție. - M .: Editura Academiei de Științe a URSS, 1948. - 471 p.
- Utilizarea curenților de înaltă frecvență în electrotermie / Ed. A. E. Slukhotsky. - L.: Mashinostroenie, 1968. - 340 p.
- Slukhotsky A. E. Inductori. - L.: Mashinostroenie, 1989. - 69 p. - (Biblioteca termistului de înaltă frecvență; Numărul 12). - 10.000 de exemplare. -