Kuidas teha DIY induktsioonkütteseadet? Induktsioonahjude skeemid Induktsioonisulatusskeemi arvutamine

Kodumajapidamises kasutatav induktsioonpliit võib kodu kergesti soojendada. Tööstuses kasutatakse neid seadmeid erinevate metallide sulatamisel. Lisaks võivad nad osaleda osade kuumtöötlemisel ja nende kõvenemisel. Induktsioonahju peamine eelis on kasutusmugavus. Lisaks on neid lihtne hooldada ega vaja perioodilist kontrolli, mis on väga oluline.

Selle seadme installimiseks ei pea te absoluutselt eraldama eraldi tuba... Nende seadmete jõudlus on väga hea. See on suuresti tingitud asjaolust, et disainis ei ole osi, mis on mehaaniliselt kulunud. Üldiselt on induktsioon-tüüpi ahjud inimeste tervisele ohutud ja ei kujuta töötamise ajal ohtu.

Kuidas see töötab?

Induktsioonahju töö algab generaatori vahelduvvoolu varustamisega. Samal ajal läbib see spetsiaalse induktiivpooli, mis asub konstruktsiooni sees. Järgmisena kasutatakse seadmes kondensaatorit. Selle peamine ülesanne on võnkeringi moodustamine. Sel juhul häälestatakse kogu süsteem töösagedusele. Ahi induktiivpool tekitab vahelduva magnetvälja. Sel ajal tõuseb seadme pinge 200 V -ni.

Süsteemil on ahela lõpuleviimiseks ferromagnetiline südamik, kuid see pole kõikidele mudelitele paigaldatud. Seejärel interakteerub magnetväli toorikuga ja tekitab võimsa voolu. Lisaks toimub elektrit juhtiva elemendi induktsioon ja tekib sekundaarpinge. Sel juhul tekib kondensaatoris pöörisvool. Vastavalt Joule-Lenzi seadusele annab see oma energia induktiivpoolile. Selle tulemusena kuumeneb toorik ahjus.

Kodused induktsioonahjud

Isetegemise induktsioonahi valmistatakse rangelt vastavalt joonistele vastavalt ohutuseeskirjadele. Seadme korpus tuleks valida alumiiniumsulamist. Konstruktsiooni ülaosas tuleks ette näha suur ala. Selle paksus peab olema vähemalt 10 mm. Tiigli pakkimiseks kasutatakse kõige sagedamini terasest malli. Sula metalli tühjendamiseks on vaja tila kujulist voodriõõnt. Sellisel juhul peab struktuuril olema polsterdusala.

Sektsioonide jaoks on malli kohale paigaldatud isoleeriv tugi. Pöördlaager asub otse selle all. Induktori jahutamiseks peab ahjus olema liitmik. Pinge antakse seadmele silla kaudu, mis asub seadme põhjas. Mahuti kallutamiseks peab isetehtud induktsioonahjus olema eraldi käigukast. Sellisel juhul on kõige parem teha käepide, nii et metalli oleks võimalik käsitsi tühjendada.

Ettevõtte "Termolit" ahjud

Selle kaubamärgi metalli sulatamiseks mõeldud induktsioonahjudel on vastuvõetav muunduri võimsus. Samal ajal võib mudelite kaamerate võimsus olla väga erinev. Metalli keskmine sulamiskiirus on 0,4 t / h. Sellisel juhul kõigub toitevõrgu nimipinge umbes 0,3 V. Vee tarbimine induktsioon-tüüpi ahjus sõltub jahutussüsteemist. Tavaliselt on see parameeter 10 m3 / h. Samal ajal on spetsiifiline energiatarve üsna suur.

"Termolit TM1" ahju omadused

Selle sulatusahju (induktsioon) kogumaht on 0,03 tonni. Sellisel juhul on muunduri võimsus ainult 50 kW ja keskmine sulamiskiirus on 0,04 tonni tunnis. Toitepinge peab olema vähemalt 0,38 V. Selle mudeli jahutusvee tarbimine on ebaoluline. See on suuresti tingitud seadme väikesest võimsusest.

Puuduste hulgas tuleks esile tõsta suurt elektritarbimist. Keskmiselt kulub ahju töötunni kohta umbes 650 kW. Selle mudeli sagedusmuundur kuulub klassi "TFC-50". Üldiselt on "Termolit TM1" ökonoomne seade, kuid nõrga jõudlusega.

Induktsioonahi "TG-2"

Seeria "TG" induktsioon -sulatusahjusid toodetakse kambri mahutavusega 0,6 tonni. Seadme nimivõimsus on 100 kW. Samal ajal on tund pideva töö jaoks võimalik sulatada 0,16 tonni värvilisi metalle. Seda mudelit toidab võrk, mille pinge on 0,3 V.

Induktsioon-tüüpi ahju "TG-2" veetarbimine on üsna märkimisväärne ja keskmiselt kulub kuni 10 kuupmeetrit vedelikku töötunni kohta. Kõik see on tingitud käigukasti intensiivse jahutamise vajadusest. Positiivne külg on mõõdukas elektritarbimine. Tavaliselt tarbitakse kuni 530 kW elektrienergiat töötunni kohta. TG-2 mudeli sagedusmuundur on paigaldatud klassi TFC-100.

Ahjud "Thermo Pro"

Selle ettevõtte seadmete peamised modifikatsioonid on induktsioon-sulatusahjud "SAT 05", "SAK-1" ja "SOT 05". Nende keskmine sulamistemperatuur on 900 kraadi. Samal ajal kõigub seadmete võimsus 150 kW ümber. Lisaks tuleb märkida nende head jõudlust. Värviliste metallide tund aega töötamiseks võib sulatada 80 kg. Samal ajal on paljud "Thermo Pro" mudelid valmistatud kitsalt sihitud kasutamiseks. Mõned on mõeldud eranditult alumiiniumiga töötamiseks, teised aga plii või tina sulatamiseks.

Muudatus "SAT 05"

See induktsioonahi on mõeldud alumiiniumi sulatamiseks. Selle seadme võimsus on täpselt 20 kW. Samal ajal võib ühe töötunni jooksul läbida kuni 20 kg metalli. Kambri mahutavus mudelis "SAT 05" on 50 kg ja sagedusmuundur kuulub "TFC" klassi.

Seadme akud on kondensaatoritüüpi. Konstruktsiooni alumises osas on tootjal spetsiaalne vesijahutusega kaabel. Selles mudelis on juhtpaneel. Muu hulgas tuleb märkida ahju "SAT 05" suurt komplekti. See sisaldab kõiki paigaldustarvikuid ja kasutusdokumente.

Ahju parameetrid "SAK-1"

Seda induktsioonahju kasutatakse kõige sagedamini plii ja tina sulatamiseks. Mõnel juhul on vase paigaldamine lubatud, kuid tootlikkus langeb oluliselt. keskmine temperatuur sulamine kõigub 1000 kraadi ümber, selle seadme võimsus on 250 kW. Tundi pidevaks tööks on võimalik läbida kuni 400 kg värvilisi metalle. Samal ajal võimaldab seadmete võimsus laadida kuni 1000 kg materjali. Toitepinge on 0,3 kV.

Vee tarbimine mudeli "SAK-1" jahutamiseks on ebaoluline. Ahi tarbib umbes 10 kuupmeetrit vedelikku tunnis. Spetsiifiline energiatarve on samuti väike ja ulatub 530 kW -ni. Selle konstruktsiooni sagedusmuundurit pakub kaubamärk "TFC-400". Üldiselt osutus SAK-1 mudel ökonoomseks ja hõlpsasti kasutatavaks.

Mudeli "SAK 05" ülevaade

Metallide sulatamiseks mõeldud induktsioonahjud "SAK 05" on suure võimsusega - 0,5 tonni. Samal ajal on söötmismuunduri võimsus 400 kW. Selle ahju sulamise töökiirus on üsna kõrge. Seadme nimipinge on 0,3 kV. Vee tund töötamiseks kulub süsteemi jahutamiseks umbes 11 kuupmeetrit. Samuti tuleb märkida, et energiatarve on märkimisväärne ja ulatub 530 kW -ni. Seadme sagedusmuundur kuulub klassi "TFC-400". Samal ajal on see võimeline pumpama maksimaalset temperatuuri kuni 800 kraadi. Induktsioonahi "SAK 05" on ette nähtud eranditult alumiiniumi ja pronksi sulatamiseks. Soojusvahetuskapi paigaldab kaubamärgi "IM" tootja. Samuti tuleb märkida mugav kaugjuhtimispult. Alarm ja hüdraulikajaam süsteemis on saadaval.

Muuhulgas sisaldab standardkomplekt turbokummide komplekti ja paigaldustarvikuid. Üldiselt osutus mudel "SAK 05" üsna kaitstud ja saate seda kasutada ilma tervist ohustamata. See saavutati suuresti tänu vardadele, mis on kinnitatud hüdrosilindrite külge. Samal ajal metall praktiliselt ei pritsiks. Sageduse otsene reguleerimine töö ajal toimub automaatrežiimis. Selles keskpinge mudelis kasutatakse kondensaatoreid.

Kõige täiuslikum kütteliik on selline, kus soojust tekitatakse otse kuumutatud kehas. See kuumutusmeetod on väga hästi läbi viidud elektrivoolu kaudu keha kaudu. Kuid otsene - soojendusega keha lülitamine elektriahelasse ei ole alati võimalik tehnilistel ja praktilistel põhjustel.

Nendel juhtudel saab täiuslikku kuumutamist teostada induktsioonkuumutusega, mille käigus soojendatakse ka soojendusega korpuses endas, mis välistab tarbetu, tavaliselt suure energiatarbimise ahju seintes või muudes kütteelementides. Seetõttu on vaatamata suurenenud ja kõrge sagedusega voolude tekitamise suhteliselt madalale kasutegurile induktsioonkuumutamise kogutõhusus sageli suurem kui.

Induktsioonimeetod võimaldab ka mittemetallist kehasid kiiresti kuumutada ühtlaselt kogu nende paksuse ulatuses. Selliste kehade halb soojusjuhtivus välistab nende sisemiste kihtide kiire kuumutamise võimaluse tavapärasel viisil, see tähendab väljastpoolt soojuse tarnimisega. Induktsioonmeetodi puhul tekib soojust ühtemoodi nii välimistes kui ka sisemistes kihtides ning võib tekkida isegi viimase ülekuumenemise oht, kui väliskihtide vajalikku soojusisolatsiooni ei tehta.

Induktsioonkuumutamise eriti väärtuslik omadus on võimalus, et kuumutatud kehas on väga suur energiakontsentratsioon, mida on lihtne täpselt doseerida. On võimalik saada ainult sama energiatiheduse järjekord, kuid seda kuumutusmeetodit on raske kontrollida.

Induktsioonkuumutuse omadused ja tuntud eelised on loonud laialdased võimalused selle kasutamiseks paljudes tööstusharudes. Lisaks võimaldab see luua uut tüüpi konstruktsioone, mis pole tavapäraste kuumtöötlusmeetodite puhul üldse teostatavad.

Füüsiline protsess

Induktsioonahjudes ja -seadmetes eraldub soojust elektrit juhtivas kuumutatud korpuses vahelduva elektromagnetvälja poolt indutseeritud voolude mõjul. Seega toimub siin otsene kuumutamine.

Metallide induktsioonkuumutamine põhineb kahel füüsilised seadused: ja Joule-Lenzi seadus. Sisse on pandud metallkorpused (toorikud, osad jne), mis erutavad neis keeriset. Induktsiooni EMF määratakse magnetvoo muutumise kiiruse järgi. Induktsiooni EMF -i toimel voolavad kehades pöörisvoolud (suletud kehade sees), eraldades soojust. See EMF tekitab metallis, nende voolude eralduv soojusenergia on metalli kuumutamise põhjus. Induktsioonkuumutus on otsene ja kontaktivaba. See võimaldab teil saavutada temperatuuri, mis on piisav kõige tulekindlamate metallide ja sulamite sulatamiseks.

Intensiivne induktsioonkuumutamine on võimalik ainult kõrge intensiivsusega ja sagedusega elektromagnetväljades, mis tekitavad spetsiaalsed seadmed- induktiivpoolid. Induktorid saavad toite 50 Hz võrgust (tööstusliku sagedusega seadmed) või üksikutest toiteallikatest - keskmise ja kõrge sagedusega generaatoritest ja muunduritest.

Madala sagedusega kaudse induktsioonkuumutamise seadmete lihtsaim induktor on isoleeritud juht (piklik või rullitud), mis on paigutatud metallist toru või asetatakse selle pinnale. Kui vool voolab läbi juhi-induktiivpooli, indutseeritakse torus küttetorud. Soojus torust (see võib olla ka tiigel, anum) kantakse üle kuumutatud keskkonda (toru kaudu voolav vesi, õhk jne).

Induktsioonkuumutamine ja metallide karastamine

Kõige laialdasemalt kasutatav metallide otsene induktsioonkuumutamine keskmistel ja kõrgetel sagedustel. Selleks kasutatakse spetsiaalse disainiga induktiivpoolid. Induktor kiirgab, mis langeb kuumutatud kehale ja sureb selles välja. Neeldunud laine energia muundatakse kehas soojuseks. Kütmisefektiivsus on seda suurem, mida lähemal on kiirguse tüüp elektromagnetiline laine(lame, silindriline jne) keha kuju suhtes. Seetõttu kütmiseks lamedad kehad kasutage lamedaid induktiivpoolid, silindrilised toorikud - silindrilised (solenoid) induktiivpoolid. V üldine juhtum neil võib olla keeruline kuju, kuna on vaja koondada elektromagnetiline energia soovitud suunas.

Induktsioonienergia sisendiks on võime reguleerida voolutsooni ruumilist asukohta.

Esiteks voolavad pöörisvoolud induktiivpooliga kaetud piirkonnas. Kuumutatakse ainult seda kehaosa, mis on induktiivpooliga magnetühenduses, olenemata keha üldisest suurusest.

Teiseks sõltub pöörisvoolu ringluse tsooni sügavus ja seega ka energia vabastamise tsoon muude tegurite hulgas induktiivvoolu sagedusest (suureneb madalatel sagedustel ja väheneb sagedusega).

Energia ülekande efektiivsus induktiivpoolt kuumutatud voolule sõltub nende vahelise lõhe suurusest ja suureneb koos selle vähenemisega.

Induktsioonkuumutamist kasutatakse terasetoodete pinnakõvenemiseks, kuumutamise teel plastide deformatsiooniks (sepistamine, stantsimine, pressimine jne), metalli sulatamiseks, kuumtöötlemiseks (lõõmutamine, karastamine, normaliseerimine, karastamine), keevitamiseks, pindamiseks, metalli jootmiseks.

Kütmiseks kasutatakse kaudset induktsioonkuumutust tehnoloogilised seadmed(torustikud, mahutid jne), vedelate ainete kuumutamine, katete, materjalide (näiteks puit) kuivatamine. Induktsioonkütteseadmete kõige olulisem parameeter on sagedus. Iga protsessi jaoks (pinna kõvenemine, kuumutamise kaudu) on optimaalne sagedusvahemik, mis pakub parimaid tehnoloogilisi ja majanduslikke näitajaid. Induktsioonkuumutamiseks kasutatakse sagedusi 50 Hz kuni 5 MHz.

Induktsioonkuumutuse eelised

1) Elektrienergia ülekandmine otse kuumutatud korpusesse võimaldab juhtivate materjalide otsest kuumutamist. Samal ajal suureneb kuumutamiskiirus võrreldes kaudse toimega rajatistega, kus toodet kuumutatakse ainult pinnalt.

2) Elektrienergia ülekandmine otse kuumutatud korpusesse ei vaja kontaktseadmeid. See on mugav automatiseeritud liinitootmise tingimustes, kasutades vaakumit ja kaitsevahendeid.

3) Pinnaefekti nähtuse tõttu vabaneb kuumutatud toote pinnakihis maksimaalne võimsus. Seetõttu tagab karastamise ajal induktsioonkuumutamine toote pinnakihi kiire kuumutamise. See võimaldab saavutada suhteliselt viskoosse keskosaga detaili kõrge pinnakareduse. Induktsioonpinna kõvenemine on kiirem ja ökonoomsem kui teised pinna kõvendamise meetodid.

4) Induktsioonkuumutamine parandab enamikul juhtudel tootlikkust ja parandab töötingimusi.

Induktsioon -sulatusahjud

Induktsioonahju või -seadet võib vaadelda omamoodi trafona, milles esmane mähis (induktiivpool) on ühendatud vahelduvvooluallikaga ja kuumutatud korpus ise toimib sekundaarmähisena.

Induktsioon -sulatusahjude tööprotsessi iseloomustab vedela metalli elektrodünaamiline ja termiline liikumine vannis või tiiglis, mis aitab kaasa metalli tootmisele, mis on koostiselt ühtlane ja ühtlane temperatuur kogu ruumala ulatuses, samuti madala metallisisaldusega jäätmed (mitu korda vähem kui kaarahjudes).

Induktsioon-sulatusahjusid kasutatakse valandite, sealhulgas vormitud, valmistamiseks terasest, malmist, värvilistest metallidest ja sulamitest.

Induktsioon -sulatusahjud võib jagada tööstuslike sageduskanalitega ja tööstuslike, keskmise ja kõrgsageduslike tiiglahjudega.

Induktsioonkanali ahi on trafo, tavaliselt võimsussagedusel (50 Hz). Trafo sekundaarmähis on sulametalli mähis. Metall on ümbritsetud rõngakujulise tulekindla kanaliga.

Peamine magnetvoog indutseerib kanali metallis EMF -i, EMF tekitab voolu, vool soojendab metalli, seetõttu on induktsioonikanali ahi sarnane lühisrežiimis töötava trafoga.

Kanaliahjude induktiivpoolid on valmistatud pikisuunalisest vasktorust, see on vesijahutusega, kolde kivi kanaliosa jahutatakse ventilaatorist või tsentraliseeritud õhusüsteemist.

Kanali induktsioonahjud on mõeldud pidevaks tööks haruldaste üleminekutega ühelt metalliklassilt teisele. Kanali induktsioonahjusid kasutatakse peamiselt alumiiniumi ja selle sulamite, aga ka vase ja mõnede selle sulamite sulatamiseks. Teised ahjude seeriad on spetsialiseerunud segistiteks vedela raua, värviliste metallide ja sulamite hoidmiseks ja ülekuumenemiseks enne valamisvormidesse valamist.

Induktsioonitiigli ahju töö põhineb juhtiva laengu elektromagnetilise energia neeldumisel. Puur asetatakse silindrilise mähise sisse - induktiivpool. Elektrilisest vaatepunktist on induktsioontiigli ahi lühisega õhutrafo, mille sekundaarmähis on juhtiv laeng.

Induktsioon -tiigliahjusid kasutatakse peamiselt metallide sulatamiseks vormitud valamiseks perioodilises töörežiimis, aga ka olenemata töörežiimist teatud sulamite, näiteks pronkside sulatamiseks, mis mõjutavad ebapiisavalt kanaliahjude voodrit.

Induktsioonkuumutamise põhimõte seisneb elektrijuhtiva kuumutatud objekti neeldunud elektromagnetvälja energia muundamises soojusenergiaks.

Induktsioonkütteseadmetes tekitab elektromagnetvälja induktiivpool, mis on mitme pöördega silindriline mähis (solenoid). Induktiivpooli läbib vahelduv elektrivool, mille tagajärjel tekib induktiivpooli ümber ajas muutuv vahelduv magnetväli. See on esimene Maxwelli esimese võrrandi kirjeldatud elektromagnetvälja energia muundamine.

Kuumutatav objekt asetatakse induktiivpooli sisse või selle kõrvale. Induktori tekitatud magnetilise induktsiooni vektori ajas muutuv voog tungib kuumutatud objekti ja indutseerib elektriväli... Selle välja elektriliinid asuvad magnetvoo suunaga risti asetseval tasapinnal ja on suletud, see tähendab, et kuumutatud objekti elektriväljal on keerise iseloom. Elektrivälja mõjul tekivad vastavalt Ohmi seadusele juhtivusvoolud (pöörisvoolud). See on elektromagnetvälja energia teine ​​teisendus, mida kirjeldab teine ​​Maxwelli võrrand.

Kuumutatud objektis muundatakse indutseeritud vahelduva elektrivälja energia pöördumatult soojuseks. See energia termiline hajumine, mille tulemuseks on objekti kuumutamine, on määratud juhtivusvoolude (pöörisvoolude) olemasoluga. See on kolmas elektromagnetvälja energia muundamine ja selle muundamise energia suhet kirjeldab Lenz-Joule'i seadus.

Kirjeldatud elektromagnetvälja energia muundamised võimaldavad:
1) kandke induktiivpooli elektrienergia üle kuumutatud objektile ilma kontakte kasutamata (erinevalt takistusahjudest)
2) soojuse eraldamiseks otse kuumutatud esemesse (nn "sisemise kütteallikaga ahi" prof N.V. välise kütteallikaga ahjude terminoloogias).

Kuumutatava objekti elektrivälja tugevust mõjutavad kaks tegurit: magnetvoo suurus, st objekti läbivate (või kuumutatud objekti külge kinnitatud) jõujoonte arv ja toite sagedus. vool, st kuumutatud objektiga ühendatud magnetvoo muutuste sagedus (ajas).

See võimaldab teostada kahte tüüpi induktsioonkütteseadmeid, mis erinevad nii konstruktsiooni kui ka tööomaduste poolest: induktsioonpaigaldised südamikuga ja ilma südamikuta.

Vastavalt tehnoloogilisele otstarbele jagunevad induktsioonkütteseadmed sulatusahjudeks metallide sulatamiseks ja kütteseadmeteks kuumtöötlemiseks (karastamine, karastamine), toorikute kuumutamiseks enne plastilist deformatsiooni (sepistamine, stantsimine), keevitamiseks, kõvajoodisega jootmiseks ja pindamiseks, keemiliseks ja termiliseks töötlemiseks. tooted jne.

Vastavalt induktsioonkütteseadet varustava voolu muutumise sagedusele eristatakse neid:
1) tööstusliku sagedusega (50 Hz) seadmed, mis saavad toitevõrgust otse või alandatrafode kaudu;
2) kõrgema sagedusega (500–10000 Hz) seadmed, mida toidavad elektrimasinad või pooljuhtsagedusmuundurid;
3) kõrgsageduslikud seadmed (66 000–440 000 Hz ja üle selle), mida toidavad elektroonilised torugeneraatorid.

Põhilised induktsioonkütteseadmed

Sulatusahjus (joonis 1) surutakse profileeritud vasktorust valmistatud silindriline mitme pöördega induktiivpool suletud südamikule, mis on valmistatud elektrilisest lehtterasest (lehe paksus 0,5 mm). Induktiivpooli ümber asetatakse tulekindel keraamiline vooder kitsa rõngakujulise kanaliga (horisontaalne või vertikaalne), kus asub vedel metall. Eeltingimus töö on suletud elektrit juhtiv rõngas. Seetõttu on üksikute tükkide sulatamine võimatu kõva metall sellises ahjus. Ahju käivitamiseks on vaja kanal täita mõne teise ahju vedela metalli osaga või jätta osa vedelast metallist eelmisest sulamisest (ahju jääkvõimsus).

Joonis 1. Induktsioonikanali ahju skeem: 1 - indikaator; 2 - metall; 3 - kanal; 4 - magnetiline ahel; F on peamine magnetvoog; Ф 1р ja Ф 2р - lekke magnetvoog; U 1 ja I 1 - pinge ja vool induktiivahelas; I 2 - juhtivusvool metallis

Induktsioonikanali ahju terasest magnetsüdamikus on suur töötav magnetvoog suletud ja ainult väike osa induktiivpooli tekitatud magnetvoost suletakse õhu kaudu lekkevoo kujul. Seetõttu töötavad sellised ahjud edukalt tööstusliku sagedusega (50 Hz).

Praegu seal suur number selliste ahjude tüübid ja konstruktsioonid, mis on välja töötatud VNIIETO-s (ühefaasiline ja mitmefaasiline ühe ja mitme kanaliga, erineva kujuga vertikaalsete ja horisontaalsete suletud kanalitega). Neid ahjusid kasutatakse värviliste metallide ja suhteliselt madala sulamistemperatuuriga sulamite sulatamiseks, samuti kvaliteetse malmi tootmiseks. Malmi sulatamisel kasutatakse ahju kas rahakarbina (segistina) või sulatusüksusena. Konstruktsioonid ja spetsifikatsioonid kaasaegsed induktsioonikanali ahjud on antud erialakirjanduses.

Coreless induktsioonküttesüsteemid

Sulatusahjus (joonis 2) on sulatatav metall keraamilises tiiglis, mis on asetatud silindrilise mitme pöördega induktiivpooli sisse. valmistatud vasest profileeritud torust, mille kaudu jahutusvesi juhitakse. Lisateavet induktiivpooli konstruktsiooni kohta saate.

Terasüdamiku puudumine suurendab lekke magnetvoogu järsult; tiiglis oleva metalli külge kinnitatud magnetiliste jõujoonte arv on äärmiselt väike. See asjaolu nõuab elektromagnetvälja varieerumissageduse (ajas) vastavat suurendamist. Seetõttu on tiiglite induktsioonahjude tõhusaks tööks vaja varustada neid vastavate voolu muundurite suurenenud ja mõnel juhul ka kõrge sagedusega vooludega. Sellistel ahjudel on väga madal looduslik võimsustegur (cos φ = 0,03-0,10). Seetõttu on reaktiivse (induktiivse) võimsuse kompenseerimiseks vaja kasutada kondensaatoreid.

Praegu on VNIIETO -s välja töötatud mitut tüüpi tiiglite induktsioonahjusid vastavate suurusvahemike kujul (võimsuse osas) kõrge, suurenenud ja tööstusliku sagedusega terase sulatamiseks (IST tüüp).

Riis. 2. Induktsioontiigli ahju seadme skeem: 1 - induktiivpool; 2 - metall; 3 - tiiglis (nooled näitavad vedela metalli ringluse trajektoori elektrodünaamiliste nähtuste tagajärjel)

Tiiglahjude eelised on järgmised: otse metallist eralduv soojus, metalli kõrge ühtlus keemilise koostise ja temperatuuri osas, metalli saasteallikate puudumine (lisaks tiigli voodrile), lihtne juhtimine ja reguleerimine sulamisprotsess, hügieenilised töötingimused. Lisaks sellele iseloomustavad tiigliga induktsioonahjusid: suurem tootlikkus tänu suurele erilisele (võimsuse ühiku kohta) küttevõimsusele; võime sulatada tahket laengut, jätmata eelmisest sulamisest metalli (erinevalt kanaliahjudest); voodri väike mass võrreldes metalli massiga, mis vähendab soojusenergia kogunemist tiigli vooderdisse, vähendab ahju termilist inertsust ja muudab seda tüüpi sulatusahjud äärmiselt mugavaks perioodiliseks tööks koos sulamiste vaheliste vaheaegadega, eelkõige masinaehitusettevõtete vormitud valukodade jaoks; ahju kompaktsus, mis võimaldab tööruumi lihtsalt isoleerida keskkonda ja sulatada vaakumis või antud koostisega gaasikeskkonnas. Seetõttu kasutatakse metallurgias laialdaselt vaakuminduktsioon -tiigliahjusid (tüüp ISV).

Koos induktsioontiigliga ahjude eelistega kaasnevad järgmised puudused: suhteliselt külmade räbu olemasolu (räbu temperatuur on madalam kui metalli temperatuur), mis raskendab rafineerimisprotsesside läbiviimist kõrgel temperatuuril sulatamisel. -kvaliteetsed terased; keerulised ja kallid elektriseadmed; voodri madal takistus järskude temperatuurikõikumiste tõttu, mis on tingitud tiiglivoodri väikesest termilisest inertsist ja vedela metalli erosiooniefektist elektrodünaamiliste nähtuste ajal. Seetõttu kasutatakse selliseid ahjusid legeeritud jäätmete sulatamiseks, et vähendada elementide raiskamist.

Viited:
1. Egorov A.V., Morzhin A.F. Elektriahjud (terase tootmiseks). M.: "Metallurgia", 1975, 352 lk.

Artiklis käsitletakse tööstuslike induktsioon -sulatusahjude (kanal ja tiigel) ning masina- ja staatiliste sagedusmuundurite toitega induktsioonkõvendite paigaldamise skeeme.

Induktsioonikanali ahju skeem

Peaaegu kõik tööstusliku induktsioonikanali ahjude konstruktsioonid on valmistatud eemaldatavate induktsiooniseadmetega. Induktsioonseade on elektriahju trafo, millel on vooderdatud kanal sulametalli mahutamiseks. Induktsioonüksus koosneb järgmistest elementidest, korpusest, magnetahelast, vooderdist, induktiivpoolist.

Induktsioonseadmed on valmistatud ühefaasiliste ja kahefaasiliste (kahekordsete) ühe või kahe kanaliga induktiivpooli kohta. Induktsiooniseade on ühendatud elektriahju trafo teisese küljega (LV pool), kasutades kaare summutamisseadmetega kontaktoreid. Mõnikord lülitatakse sisse kaks kontaktorit, mille toitekontaktid töötavad paralleelselt põhiahelas.

Joonisel fig. 1 on näidatud kanaliahi ühefaasilise induktsiooniseadme toiteplokk. Ülevoolu releed PM1 ja PM2 kasutatakse ahju juhtimiseks ja väljalülitamiseks ülekoormuste ja lühiste korral.

Kolmefaasilisi trafosid kasutatakse kolmefaasiliste või kahefaasiliste ahjude toiteks, millel on kas ühine kolmefaasiline magnetahel või kaks või kolm eraldi südamikutüüpi magnetahelat.

Autotransformaatoreid kasutatakse ahju toiteks metalli rafineerimise ajal ja ooterežiimi säilitamiseks, et võimsust täpsemalt reguleerida metalli soovitud viimistlusperioodil. keemiline koostis(vaikse, mullita sulamisrežiimiga), samuti ahju esialgseks käivitamiseks esimeste sulamiste ajal, mis viiakse läbi väikese koguse metalliga vannis, et tagada voodri järkjärguline kuivamine ja paagutamine. Autotrafo võimsus valitakse 25–30% piires põhitrafo võimsusest.

Induktiivpooli ja induktsiooniseadme korpuse vee ja õhu jahutamise temperatuuri reguleerimiseks on paigaldatud elektrikontaktiga termomeetrid, mis annavad märku, kui temperatuur ületab lubatud väärtust. Ahi lülitub metalli tühjendamiseks ahju väljalülitamisel automaatselt välja. Ahju asendi juhtimiseks kasutatakse elektriahju ajamiga blokeeritud piirlüliteid. Pideva tööga ahjudes ja segistites ei lülitata induktsiooniseadmeid välja, kui metall tühjendatakse ja laaditakse uued osad laengust.

Riis. 1. Skemaatiline diagramm kanaliahju induktsiooniseadme toide: VM - toitelüliti, KL - kontaktor, Tr - trafo, C - kondensaatoripank, I - induktiivpool, TN1, TN2 - pingetrafod, 777, TT2 - voolutrafod, R - lahutaja , PR - kaitsmed, PM1, PM2 - ülevoolu relee.

Usaldusväärse toiteallika tagamiseks töö ajal ja hädaolukordades saavad induktsioonahju kallutusmehhanismide, ventilaatori, laadimis- ja mahalaadimisseadmete ajami ning juhtimissüsteemi ajamid eraldi abitrafo.

Induktsioontiigli ahju skeem

Tööstuslikud induktsioontiigliga ahjud, mille võimsus on üle 2 tonni ja võimsus üle 1000 kW, saavad toite kolmefaasilistest alandatrafodest, millel on koormuse all sekundaarpinge reguleerimine ja mis on ühendatud tööstusliku sagedusega kõrgepingevõrguga.

Ahjud on ühefaasilised ja võrgufaaside ühtlase koormuse tagamiseks on sekundaarpinge ahelaga ühendatud tasakaalustusseade, mis koosneb induktiivsuse reguleerimisega reaktorist L, muutes magnetilise ahela õhuvahe ja kondensaatoripanga Cc, ühendatud induktiivpooliga kolmnurga kujul (vt ARIS joonisel 2). Jõutrafodel võimsusega 1000, 2500 ja 6300 kV -A on 9–23 sammu sekundaarpinget koos automaatse võimsuse juhtimisega soovitud tasemel.

Väiksema võimsuse ja võimsusega ahjud saavad toidet ühefaasilistest trafodest võimsusega 400-2500 kV-A, võimsusega üle 1000 kW, samuti on paigaldatud tasakaalustusseadmed, kuid võimsustrafo HV poolel. Väiksema ahju võimsuse ja toiteallikaga kõrgepingevõrgust 6 või 10 kV on võimalik balunist loobuda, kui pinge kõikumised ahju sisselülitamisel ja väljalülitamisel on lubatud piirides.

Joonisel fig. 2 näitab tööstusliku sagedusega induktsioonahju toiteahelat. Ahjud on varustatud elektrirežiimi ARIR regulaatoritega, mis ettenähtud piirides tagavad pinge, võimsuse Pp ja cosfi säilimise, muutes jõutrafo pingesammude arvu ja ühendades kondensaatoripanga täiendavaid sektsioone. Regulaatorid ja mõõteriistad asuvad juhtkappides.

Riis. 2. Induktsioontiigli ahju toiteahel tasakaalustusseadme ja ahjurežiimi regulaatoritega jõutrafost: PSN - pingeastmelüliti, C - tasakaalustusmahtuvus, L - balunreaktor, C -St - kompenseeriv kondensaatoripank, I - ahjuinduktor , ARIS - tasakaalustusseadme regulaator, ARIR - režiimiregulaator, 1K -NK - aku mahtuvuse juhtkontaktorid, TT1, TT2 - voolutrafod.

Joonisel fig. 3 on skemaatiliselt kujutatud induktsioon -tiigliahjude toiteallikat keskmise sagedusega masina muundurist. Ahjud on varustatud elektrirežiimi automaatregulaatoritega, tiigli “söömise” häiresüsteemiga (kõrgtemperatuuriliste ahjude puhul), samuti häirega jahutuse rikkumise kohta seadme vesijahutusega elementides.

Riis. 3. Masina keskmise sagedusmuunduri induktsioontiigli ahju toiteahel koos sulamisrežiimi automaatse reguleerimise struktuuriskeemiga: M - ajamimootor, G - keskmise sagedusega generaator, 1K -NK - magnetkäivitid, TI - pingetrafo, TT - voolutrafo, IP - induktsioonahi, C - kondensaatorid, DF - faasiandur, PU - lülitusseade, UVR - faasiregulaatori võimendi, 1KL, 2KL - kontaktkontaktid, BS - võrdlusüksus, BZ - kaitseüksus, ОВ - ergastus mähis, RN - pingeregulaator.

Induktsioonkõvastumise tehase skeem

Joonisel fig. 4 on skemaatiline diagramm induktsioonkarastusmasina toiteallikast masina sagedusmuundurist. Väljaspool allikat toiteallikas M-G vooluahel sisaldab võimsuskontaktorit K, karastavat trafot TZ, mille sekundaarmähisele on ühendatud induktiivpool I, kompenseeriv kondensaatoripank CK, pinge- ja voolutrafod TN ja 1TT, 2TT, mõõteriistad (voltmeeter V, vattmeeter W, faasimõõtur) ja generaatori voolu ja ergastusvoolu ampermeetrid, samuti ülevoolu releed 1RM, 2RM, et kaitsta toiteallikat lühise ja ülekoormuse eest.

Riis. 4. Induktsioonkõvendi skemaatiline elektriskeem: M - ajamimootor, G - generaator, VT, TT - pinge- ja voolutrafod, K - kontaktor, 1PM, 2PM, ZRM - voolurelee, Pk - piiraja, A, V, W - mõõteseadmed, ТЗ - karastav trafo, OVG - generaatori ergastusmähis, PP - tühjendustakistus, РВ - ergutusrelee kontaktid, PC - reguleeritav takistus.

Osade kuumtöötlemiseks kasutatavate vanade induktsiooniseadmete toiteks kasutatakse elektrimasinate sagedusmuundureid - sünkroon- või asünkroonset ajamimootorit ja induktiivpooli tüüpi keskmise sagedusega generaatoreid, uutes induktsioonipaigaldistes - staatilisi sagedusmuundureid.

Joonisel fig. 5. Türistori sagedusmuunduri ahel koosneb alaldist, õhuklapist, muundurist (inverterist), juhtimisahelatest ja abiseadmetest (reaktorid, soojusvahetid jne). Vastavalt ergastusmeetodile valmistatakse invertereid sõltumatu ergastusega (peageneraatorist) ja iseergastusega.

Türistormuundurid võivad töötada stabiilselt nii sageduse muutumisega laias vahemikus (isereguleeruva võnkeringiga vastavalt muutuvatele koormusparameetritele) kui ka konstantse sagedusega, kus koormusparameetrite muutuste tõttu on palju erinevaid muutusi kuumutatud metalli aktiivne takistus ja selle magnetilised omadused (ferromagnetiliste osade puhul).

Riis. 5. TPCh -800-1 tüüpi türistormuunduri toiteahelate skemaatiline diagramm: L - silumisreaktor, BP - stardiplokk, VA - automaatne kaitselüliti.

Türistormuundurite eelised on pöörlevate masside puudumine, väikesed koormused vundamendile ja väike energiatarbimise mõju efektiivsuse vähenemisele, kasutegur on 92–94% täiskoormusel ja 0,25 juures väheneb see ainult 1-2%. Lisaks, kuna sagedust saab teatud vahemikus hõlpsasti muuta, ei ole võnkeringi reaktiivvõimsuse kompenseerimiseks vaja mahtuvust reguleerida.

Induktsioonkütteseadmed töötavad põhimõttel „magnetismist voolu genereerimine”. Spetsiaalses mähises tekitatakse suure võimsusega vahelduv magnetväli, mis tekitab suletud juhis pöörisvoolusid.

Induktsioonpliitide suletud juht on metallist köögitarbed, mida soojendavad pöörised elektrivoolud. Üldiselt ei ole selliste seadmete tööpõhimõte keeruline ja kui teil on vähe teadmisi füüsikast ja elektrist, siis koguge induktsioonkütteseade oma kätega ei ole raske.

Järgmisi seadmeid saab valmistada iseseisvalt:

1. Seadmed kütmiseks küttekatlas.
2. Mini ahjud metallide sulatamiseks.
3. Plaadid toidu valmistamiseks.

Oma kätega induktsioonpliit tuleb valmistada järgides kõiki nende seadmete kasutamise eeskirju ja eeskirju. Kui inimesele ohtlik elektromagnetkiirgus eraldub väljaspool keha külgsuunas, siis on sellise seadme kasutamine rangelt keelatud.

Lisaks tekitab pliidi kujundamisel suuri raskusi pliidipõhja materjali valimine, mis peab vastama järgmistele nõuetele:

1. Ideaalne elektromagnetilise kiirguse juhtimiseks.
2. Mitte juhtiv.
3. Talub kõrge temperatuuri koormust.

Kodumajapidamises kasutatavatel induktsioonpliitidel kasutatakse kodus valmistatud kallist keraamikat induktsioonpliit, sellisele materjalile on üsna raske leida väärt alternatiivi. Seetõttu peaksite alustuseks kavandama midagi lihtsamat, näiteks metallide kõvendamiseks mõeldud induktsioonahju.

Tootmisjuhend

Joonised

Pilt 1. Elektriskeem induktsioonkütteseade
Joonis 2. Seade. Joonis 3. Lihtsa induktsioonkütteseadme skemaatiline diagramm

Ahju valmistamiseks vajate järgmisi materjale ja tööriistu:

• jootma;
• tekstoliitplaat.
• mini puur.
• raadioelemendid.
• termopasta.
• keemilised reaktiivid plaadi söövitamiseks.

Lisamaterjalid ja nende omadused:

1. Spiraali valmistamiseks, mis kiirgab kuumutamiseks vajalikku vahelduvat magnetvälja, on vaja ette valmistada tükk vasktorust läbimõõduga 8 mm ja pikkusega 800 mm.
2. Võimsad võimsustransistorid on omatehtud induktsioonmasina kõige kallim osa. Sagedusgeneraatori ahela paigaldamiseks peate ette valmistama 2 sellist elementi. Nendel eesmärkidel sobivad järgmiste kaubamärkide transistorid: IRFP-150; IRFP-260; IRFP-460. Vooluahela valmistamisel kasutatakse 2 identset loetletud väljatransistorit.
3. Võnkeringi tootmiseks vajate keraamilisi kondensaatoreid võimsusega 0,1 mF ja tööpingega 1600 V. Selleks, et mähis tekiks suure võimsusega vahelduvvool, on vaja 7 sellist kondensaatorit.
4. Sellise induktsiooniseadme kasutamisel, muutuvad väljatransistorid väga kuumaks ja kui nendega pole ühendatud alumiiniumisulamist radiaatoreid, siis mõne sekundi pärast maksimaalse võimsusega töötamist need elemendid ebaõnnestuvad. Transistorid tuleks jahutusradiaatoritele asetada õhukese termopasta kihi kaudu, vastasel juhul on sellise jahutuse efektiivsus minimaalne.
5. Dioodid induktsioonkütteseadmes kasutatavad seadmed peavad olema ülikiired. Selle vooluahela jaoks kõige sobivamad dioodid: MUR-460; UF-4007; TEMA - 307.
6. Ahelas 3 kasutatavad takistid: 10 kOhm võimsusega 0,25 W - 2 tk. ja 440 oomi võimsusega 2 vatti. Zeneri dioodid: 2 tk. tööpingega 15 V. Zeneri dioodide võimsus peab olema vähemalt 2 W. Rulli toite klemmidega ühendamiseks kasutatakse induktsiooniga.
7. Kogu seadme toiteks vajate toiteallikat võimsusega kuni 500 vatti. ja pinge 12 - 40 V. Saate seda seadet toita autoakust, kuid selle pinge korral ei saa te kõrgeima võimsuse näitu.

Elektroonilise generaatori ja mähise valmistamise protsess ise võtab natuke aega ja toimub järgmises järjestuses:

1. Vasktoru tehakse spiraal läbimõõduga 4 cm.Spiraali tegemiseks tuleks vasktoru kruvida 4 cm läbimõõduga lameda pinnaga vardale.Spiraalil peaks olema 7 pööret, mis ei tohi puutuda. Paigaldusrõngad on joodetud toru 2 otsa, et ühendada need transistori radiaatoritega.
2. Trükkplaat on valmistatud vastavalt skeemile. Kui on võimalik tarnida polüpropüleenist kondensaatoreid, siis tänu sellele, et sellistel elementidel on minimaalsed kaod ja stabiilne töö pinge kõikumiste suurte amplituudide korral, töötab seade palju stabiilsemalt. Vooluahela kondensaatorid on paigaldatud paralleelselt, moodustades vaskspiraaliga võnkeringi.
3. Metallküte tekib mähise sees pärast vooluahela ühendamist toiteallika või akuga. Metalli kuumutamisel on vaja tagada vedrumähiste lühise puudumine. Kui kuumutatud metall puudutab mähise 2 pööret korraga, ebaõnnestuvad transistorid koheselt.

Nüansid

1. Metallide kuumutamise ja karastamise katsete läbiviimisel, induktsioonmähise sees võib temperatuur olla märkimisväärne ja 100 kraadi Celsiuse järgi. Seda kütteefekti saab kasutada tarbevee soojendamiseks või kodu kütmiseks.
2. Kütteseade, mida arutati eespool (joonis 3), maksimaalse koormuse korral on see võimeline andma mähise sees oleva magnetilise energia kiirgust, mis on võrdne 500 W -ga. Sellest võimsusest ei piisa suure koguse vee soojendamiseks ning suure võimsusega induktsioonmähise ehitamiseks on vaja valmistada vooluring, milles on vaja kasutada väga kalleid raadioelemente.
3. Eelarveline lahendus vedeliku induktsioonkuumutamise korraldamiseks, on mitme eespool kirjeldatud seadme kasutamine järjestikku. Samal ajal peaksid spiraalid olema samal joonel ja neil ei tohiks olla ühist metalljuhti.
4. Nagukasutatakse roostevabast terasest toru läbimõõduga 20 mm. Toru külge “keeratakse” mitu induktsioonmähist, nii et soojusvaheti jääb mähise keskele ega puutu kokku selle mähistega. Nelja sellise seadme samaaegsel sisselülitamisel on küttevõimsus umbes 2 kW, mis on juba piisav vedeliku hetkeliseks kuumutamiseks väikese veeringlusega kuni väärtusteni, mis võimaldavad seda struktuuri kasutada sooja maja varustamine väikese majaga.
5. Kui ühendate sellise kütteelemendi hästi isoleeritud paagiga, mis asub kütteseadme kohal, on tulemuseks katlasüsteem, milles vedelikku kuumutatakse roostevaba toru sees, kuumutatud vesi tõuseb üles ja asemele tuleb külmem vedelik.
6. Kui maja pindala on märkimisväärne, siis saab induktsioonmähiste arvu suurendada 10 tükini.
7. Sellise katla võimsust saab hõlpsasti reguleerida. keerates või lubades spiraale. Mida rohkem sektsioone samaaegselt sisse lülitatakse, seda suurem on sel viisil töötava kütteseadme võimsus.
8. Sellise mooduli toiteks vajate võimsat toiteallikat. Kui inverter on saadaval keevitusmasin alalisvool, siis on võimalik sellest valmistada vajaliku võimsusega pingemuundur.
9. Tulenevalt asjaolust, et süsteem töötab pideva elektrivooluga, mis ei ületa 40 V, on sellise seadme töö suhteliselt ohutu, peamine on varustada generaatori toiteahelas kaitsmekarp, mis lühise korral lülitab süsteemi pingest välja, välistades sellega tulekahju võimalus.
10. Seega saate korraldada maja "tasuta" kütmise., tingimusel, et paigaldatakse induktsiooniseadmete toiteallikaks laetavad patareid, mille laadimine toimub päikese ja tuule energia abil.
11. Patareid tuleb ühendada osadeks 2, jadaühendusega. Selle tulemusena on sellise ühendusega toitepinge vähemalt 24 V. See tagab katla töö suure võimsusega. Lisaks vähendab jadaühendus vooluahelat ja pikendab aku kasutusaega.

1. Ekspluateerimine omatehtud seadmed induktsioonkuumutus, ei võimalda alati välistada inimestele kahjuliku elektromagnetilise kiirguse levikut, seetõttu tuleks induktsioonkatel paigaldada mitteeluruumi ja varjestada tsingitud terasega.
2. Elektriga töötamisel kohustuslik tuleb järgida ohutusnõudeid ja see kehtib eriti vahelduvvooluvõrkude kohta, mille pinge on 220 V.
3. Eksperimendina saab teha pliidiplaat toidu valmistamiseks vastavalt artiklis näidatud skeemile, kuid seda seadet ei soovitata puuduste tõttu pidevalt kasutada ise tehtud varjestades seda seadet, võib seetõttu inimkeha kokku puutuda kahjuliku elektromagnetkiirgusega, mis võib tervist kahjustada.