Schéma a princíp fungovania indukčnej pece

Vyvinuté pred viac ako storočím, indukčné pece pevne vstupujú do nášho každodenného života. To sa stalo možné vďaka vývoju elektroniky. Výbušný nárast výkonu regulátorov na báze kremíkových polovodičov a vzhľad širokého predaja tranzistorov schopných poskytnúť veľké sily (niekoľko kilowattov) v posledných rokoch získal charakter lavíny. To všetko dalo ľudstvu neuveriteľne veľké vyhliadky vo vývoji miniatúrnych inštalácií, porovnateľných v silách s priemyselnými zariadeniami bezprostrednej minulosti.

Používanie a budovanie zariadenia

Použitie indukčných pecí v domácnosti umožňuje vyhnúť sa vzniku otvorených požiarov v miestnosti a je dosť účinným spôsobom tavenia a riadeného ohrevu kovov a zliatin. To je spôsobené tým, že sa kov ohrieva, zohrieva a roztaví nie pod vplyvom vysokoteplotných horákov, ale prechádzajú cez seba vysokofrekvenčné prúdy, ktoré stimulujú aktívny pohyb častíc v štruktúre materiálu.

V každodennom živote sa stalo možné:

• Kompaktné indukčné pece, v ktorých je možné roztaviť kovy a vytvoriť rôzne výrobky a štruktúry, vyčistiť rôzne drahé zliatiny od nečistôt a temperovať výrobky, čím im dodávajú ďalšiu silu.
• Kotly na vodu, ktorých účinnosť je už ďaleko za hranice bežných kotlov.
• Dosky na varenie, ktoré sú nielen bezpečnejšie ako plyn pre výkon, ale aj efektívnejšie ako niektoré mikrovlnné rúry v oblasti vykurovania potravín a udržiavania ich teploty.
• Taviace kelímky, ktoré získali najväčšiu fanfáru medzi ľuďmi zaoberajúcimi sa vlastnou výrobou a opravou elektrických zariadení.

Navyše sa stávajú bežnejšie elektrické indukčné pece, ktoré pracujú nielen s vodivým materiálom. Ich zariadenie sa mierne odlišuje od bežných indukčných pecí, pretože je založené na zahrievaní elektrickým indukčným materiálom, ktorý nevedie prúd (nazýva sa to aj dielektrika) medzi kondenzátorovými doskami, to znamená, jeho závery s rôznou polaritou. Dosiahnuteľné teploty nie sú veľmi veľké (asi 80-150 stupňov Celzia), takže takéto inštalácie sa používajú na tavenie plastu alebo jeho tepelné spracovanie.

Vlastnosti návrhu a princípu činnosti

Indukčná pec pracuje na základe vytvárania vortexových elektrických prúdov v nej. Za týmto účelom sa používa cievka s indukčnosťou pozostávajúca zo zvitkov tlustého drôtu, ku ktorému je dodávaný zdroj striedavého prúdu. Striedavý prúd tvorí neustále sa meniace magnetické pole v závislosti od aktuálnej frekvencie. Takisto spôsobuje prenos týchto prúdov na látku umiestnenú vo vnútri cievky spolu s veľkým množstvom tepla. Generátor v tomto prípade môže pôsobiť aj na najbežnejší zvárací invertor.

Existujú dva typy indukčných pecí:

1. S magnetickým jadrom, ktorého znakom je umiestnenie induktora vo vnútri objemu kovu, ktorý sa môže roztaviť.
2. Bez magnetického obvodu - keď je induktor vonku.

Konštrukcia s prítomnosťou magnetického obvodu sa používa napríklad v kanálových peciach. Používajú magnetické jadro z nemastného kovu (najčastejšie - oceľové), v ktorom je kelímok na tavenie a induktor, ktorý tvorí primárny vinutý reťaz. Ako materiál pre téglik, grafit, žiaruvzdornú hlinku alebo iný nevodivý materiál s vhodnou tepelnou odolnosťou sa môže použiť. Umiestňuje kov, ktorý treba roztaviť. To spravidla platí pre všetky druhy zliatin z neželezných kovov, duralu a liatiny.

Generátor takej pece musí poskytnúť Frekvencia AC v medziach 400 hertzov. Existujú aj možnosti použitia konvenčnej elektrickej siete namiesto generátora a napájania pece s prúdom 50 hertzov, ale v tomto prípade bude teplota vykurovania nižšia a pre viac žiaruvzdorné zliatiny toto nastavenie nebude fungovať.

Pece s kelímkom, ktoré nemajú magnetický obvod vo svojom dizajne, sa stali oveľa rozšírenejšími medzi nadšencami. Používajú prúdy oveľa vyššej frekvencie na dosiahnutie vyššej hustoty poľa. Je to práve kvôli absencii magnetického obvodu - príliš veľa energie v poli je rozptýlená vo vesmíre. Aby to bolo možné vyriešiť, je potrebné jemne doladiť pec:

• Zabezpečte rovnakú frekvenciu slučky indukčnej inštalácie a napätia z generátora (to je najjednoduchšie pri meničoch).
• Vyberte priemer taviaceho téglika tak, aby bol blízko vlnovej dĺžky prijímaného žiarenia z magnetického poľa.

Týmto spôsobom môžu byť straty minimalizované až do výšky 25% celkovej výkonnosti. Pre dosiahnutie čo najlepšieho výsledku odporúčame nastaviť dvojnásobnú, alebo dokonca trojnásobnú frekvenciu zdroja striedavého prúdu než rezonančnú frekvenciu. V tomto prípade bude difúzia kovov, ktoré tvoria zliatinu, maximálna a jej kvalita je oveľa lepšia. Pokiaľ zvyšujete frekvenciu, môžete dosiahnuť účinok tlačenia vysokofrekvenčného poľa na povrch výrobku a tak jeho vytvrdnutie.

Vákuové taviace pece

Tento typ inštalácie je ťažké nazývať domácnosť, ale zvážte ich vzhľadom na skutočnosť, že tavenie vo vákuu má v porovnaní s inými typmi niekoľko technologických výhod. Svojím dizajnom sa podobá tégliku, s tým rozdielom, že samotná pec je vo vákuovej komore. To vám umožňuje dosiahnuť väčšiu čistotu procesu tavenia kovov, znížiť jeho oxidovateľnosť počas spracovania a urýchliť proces, čím dosiahnete značné úspory energie.

Navyše, obmedzený a uzavretý priestor pomáha zabrániť uvoľňovaniu škodlivých výparov z taviacich kovov do okolitého priestoru a udržať proces ich spracovania čistý. Schopnosť riadiť kompozíciu a spôsob spracovania je tiež jednou z výhod pecí tohto typu.

Vedené indukčné jednotky

Iný typ priemyselných pecí, ktoré majú širšiu aplikáciu ako ostatné. Môžu sa používať nielen ako hutníc, ale aj ako distribútori pripravených materiálov a miešačov viacerých druhov surovín. Typické konštrukcie takýchto zariadení zahŕňajú:

• Prítomnosť kúpeľa, v ktorom surovina dosiahne alebo dosiahne vopred stanovenú teplotu.
• Kanál, cez ktorý roztavená hmotnosť prechádza magnetickým poľom.
• Magnetický obvod zabezpečujúci konštantnú cirkuláciu tekutého kovu.
• Cievky primárneho vinutia, ktoré poháňajú magnetické pole.

Najmenšie otvorenie okruhu, ktorý je tvorený kvapalným kovom, magnetickým jadrom a cievkou, vedie k zvýšeniu vlastného odporu a okamžitému uvoľneniu celej hmotnosti suroviny z kanála. Na potlačenie takéhoto javu sa vnútri kanála ponecháva "bažina" - malá hmotnosť kovu, ktorá sa udržiava v kvapalnej forme.

Výhody indukčných pecí typu kanála:

• Nízka cena zariadení.
• Ekonomická - pre udržanie teploty vo vnútri kúpeľa, ktorý nerozpúšťa teplo, potrebujete malé množstvo elektriny.
• Účinnosť induktora počas prevádzky je veľmi vysoká.

nevýhody:

• Pomalý pokrok pozdĺž kanála roztaveného kovu komplikuje kontrolu nad jeho kvalitou a oxidáciou.
• Potreba ponechať určité množstvo surovín vnútri znižuje kvalitu chemického zloženia ďalšieho nákladu a možnosť jeho jemnejšieho ovládania.
• Potreba udržiavať tesnosť zariadenia kvôli hrozbe roztrhnutia magnetického poľa a vzniku vortexového žiarenia. Obtiažnosť zachovania izolácie počas obloženia vnútorných stien inštalácie niektorými formuláciami.

Základné prvky okruhu pece

Na zostavenie jednotky a vykonanie práce na nej je potrebné nájsť vhodný okruh pre indukčnú pec a jej časti. Ak chcete nájsť druhú, je veľmi užitočné mať jeden alebo niekoľko zbytočných zdrojov napájania z počítača, pretože väčšina detailov sa dá nájsť v nich. Typická schéma jednoduchej pece s vlastným meničom bude obsahovať také prvky ako:

• Tranzistory-poľovníci, môžete použiť IRFZ46N alebo analógov (IRFZ44V, majú silu prúdu na úpätí odtoku 55 ampér je ešte lepší). Odporúča sa vybrať terénnych pracovníkov s maximálnym možným poruchovým napätím, takže budú trvať oveľa dlhšie.
• Tlmivky, odporové rezistory s odporom 470 ohmov (môžete použiť jednu alebo dve polovičky vopred napojené v sérii) a deväť kondenzátorov s malou kapacitou (až 1 mikrofarad), ktoré je možné odstrániť z napájacieho zdroja.
• Radiátory pre chladiace tranzistory - poľovníci v type TO-220AV sú počas prevádzky veľmi horúce a môžu explodovať kvôli nedostatku tepla z nich.
• Medený drôt s priemerom približne jedného milimetra na vytvorenie feritových krúžkov a priemer 2 milimetre na vytvorenie induktora.
• Diódy značiek UF4007, 2 kusy, ale je lepšie mať pár náhradných v prípade, že ste prvýkrát zhromaždili niečo zlé - budú najskôr lietať.
• Kapacita batérie je približne 8-10 hodín. Takéto pravidlá sa zvyčajne odoberajú zo starých neprerušiteľných zdrojov energie a majú výstupné napätie 12 voltov.
• Ako kelímok môžete spáliť a spáliť na oheň alebo pomocou horáka hlinený hrniec s priemerom, ktorý potrebujete.

Invertor pre inštaláciu je zostavený podľa schémy, ktorú navrhol SV Kuktecký pre laboratórne testy. Môžete ho ľahko nájsť na internete. Výkon meniča, ktorý je napájaný napätím v rozmedzí 12-35 voltov, bude 6 kilowattov a jeho prevádzkový kmitočet je 40-80 kilohertz, to bude viac ako dosť pre domáce projekty.

Bezpečnosť pri práci

Keďže práca s indukčnou pecou zahŕňa tesný kontakt s roztaveným kovom a prúdy vysokej frekvencie a výkonu, stojí za to zaoberať sa uzemnením zariadenia a spoľahlivou ochranou. V tomto prípade musí oblečenie prísne spĺňať všetky požiadavky:

• Mali by byť vyrobené z hutného netaviacich a nehorľavých materiálov.
• Základný ochranný oblek by mal obsahovať zásteru a palčiaky. Pri práci s pogumovanou podrážkou by ste mali nosiť topánky, nohy a ponožky by mali byť suché.
• Ak chcete ochrániť oči, kupujte si špeciálne okuliare, ktoré vás ochránia pred náhodným prechodom do očí.

Nezabudnite na dobré vetranie miestnosti, ktoré bude fungovať. Roztavený kov hodí do ovzdušia chemické zlúčeniny, ktoré sú úplne nepotrebné pre vaše pľúca.