Indukční pece pracující s kovy: princip činnosti, schéma domácího zařízení, bezpečnostní pravidla

Indukční trouby, vyvinuté před více než sto lety, jsou součástí našeho každodenního života. To bylo možné díky rozvoji elektroniky. Explozivní růst výkonu regulátorů vyrobených na bázi křemíkových polovodičů a výskyt v širokém prodeji tranzistory schopné poskytovat vysoký výkon (několik kilowattů) v posledních letech získaly charakter laviny. To vše dalo lidstvu neuvěřitelně velké vyhlídky ve vývoji miniaturních instalací, výkonově srovnatelných s průmyslovými zařízeními blízké minulosti.

Použití a struktura zařízení

Použití indukčních pecí v domácnosti zabrání vzniku ohnisek v místnosti otevřeným plamenem a je poměrně efektivní metodou tavení a řízeného ohřevu kovů a slitiny. To je způsobeno skutečností, že kov se zahřívá, zahřívá a taje ne pod vlivem vysoké teploty hořáky a tím, že jimi procházejí vysokofrekvenční proudy, stimulují aktivní pohyb částic ve struktuře materiál.

Bylo možné objevit se v každodenním životě:

• Kompaktní potrubní indukční pece, ve kterých můžete tavit kov a vytvářet různé výrobky odléváním a konstrukce, čistí různé drahé slitiny od nečistot a temperovacích produktů, čímž je dodatečně síla.
• Teplovodní kotle, jejichž účinnost je již daleko za hranicemi běžných kotlů.
• Sporáky na vaření, které jsou nejen provozně bezpečnější než plynové charakteristik, ale také účinnější než některé mikrovlnné trouby v oblasti ohřevu pokrmů a jejich údržby jeho teplotu.
• Kelímkové tavírny, které si získaly nejvíce příznivců mezi lidmi zabývajícími se samovýrobou a opravami elektrických zařízení.

Navíc se stále více rozšiřují elektrická indukční kamna, která pracují nejen s vodivým materiálem. Jejich zařízení se mírně liší od konvenčních indukčních pecí, protože je založeno na ohřevu elektrickou indukcí materiálu, který nevede proud (nazývají se také dielektrika) mezi deskami kondenzátoru, tedy jeho vývody různé polarity. Zároveň dosahované teploty nejsou příliš vysoké (asi 80-150 stupňů Celsia), proto se takové instalace používají k tavení plastu nebo jeho ohřevu.

Konstrukční vlastnosti a princip činnosti

Indukční pec funguje na bázi vzniku vířivých elektrických proudů v ní. K tomu se používá induktor sestávající ze závitů tlustého drátu, ke kterému je napájen zdroj střídavého proudu. Právě střídavý proud tvoří magnetické pole, které se neustále mění v závislosti na aktuální frekvenci. Vyvolává také přenos těchto proudů na látku umístěnou uvnitř cívky spolu s velkým množstvím tepla. V tomto případě může i ten nejobyčejnější svařovací invertor fungovat jako generátor.

Existují dva typy indukčních pecí:

1. S magnetickým jádrem, jehož zvláštností je umístění induktoru uvnitř objemu kovu, který lze roztavit.
2. Bez magnetického jádra - když je induktor venku.

Provedení s přítomností magnetického obvodu se používá např. u kanálových pecí. Používají neotevřený kovový (nejčastěji ocelový) magnetický obvod, uvnitř kterého je tavný kelímek a induktor, které tvoří primární obvod vinutí. Materiálem pro kelímek může být grafit, žáruvzdorný jíl nebo jakýkoli jiný nevodivý materiál s vhodnou tepelnou odolností. Do ní je umístěn kov, který je třeba roztavit. Jedná se zpravidla o všechny druhy slitin neželezných kovů, dural a litinu.

Generátor takové pece musí zajistit frekvence střídavého proudu do 400 hertzů. Místo generátoru je také možné použít klasickou elektrickou síť a pec napájet proudem o frekvenci při 50 Hz, ale v tomto případě bude teplota ohřevu nižší a pro žáruvzdornější slitiny taková instalace není udělám.

Mnohem více se mezi nadšenci rozšířily kelímkové pece, které ve své konstrukci nemají magnetický obvod. Používají proudy mnohem vyšší frekvence k dosažení vyšší hustoty pole. To je způsobeno právě absencí magnetického obvodu - příliš mnoho energie pole se rozptýlí v prostoru. Abyste tomu zabránili, je nutné troubu doladit:

• Zajistěte stejnou frekvenci indukčního obvodu a napětí z generátoru (při použití invertoru je to nejjednodušší).
• Průměr tavícího kelímku zvolte tak, aby se blížil vlnové délce přijímaného záření magnetického pole.

Tímto způsobem lze minimalizovat ztráty až o 25 % celkového výkonu. Pro dosažení co nejlepšího výsledku se doporučuje nastavit dvojnásobnou až trojnásobnou frekvenci střídavého zdroje než rezonančního. V tomto případě bude difúze kovů, které tvoří slitinu, maximální a její kvalita bude mnohem lepší. Pokud zvýšíte frekvenci a dále, můžete dosáhnout efektu vytlačení vysokofrekvenčního pole na povrch výrobku a tím jej uhasit.

Vakuové tavicí pece

Tento typ instalace lze jen stěží nazvat domácím, ale stojí za to je zvážit, protože vakuové tavení má oproti jiným typům řadu technologických výhod. Svým provedením připomíná kelímek, s tím rozdílem, že samotná pec je ve vakuové komoře. To umožňuje dosáhnout větší čistoty procesu tavení kovu, snížit jeho oxidovatelnost při zpracování a urychlit proces, čímž se dosáhne významných úspor energie.

Omezený a uzavřený prostor navíc pomáhá zamezit uvolňování škodlivých par tavených kovů do okolního prostoru a zachovat čistotu procesu jejich zpracování. Možnost kontroly složení a procesu zpracování je také jednou z výhod tohoto typu pece.

Potrubí indukční jednotky

Další typ průmyslových pecí, které se používají více než jiné. Lze je využít nejen jako tavírny, ale také jako rozdělovače připraveného materiálu a mísiče více druhů surovin. Mezi typické konstrukce takových zařízení patří:

• Přítomnost lázně, ve které je surovina, která dosáhla nebo dosahuje dané teploty.
• Kanál, kterým roztavená hmota prochází magnetickým polem.
• Magnetický obvod, který zajišťuje stálou cirkulaci tekutého kovu.
• Primární vinutí cívky, která pohání magnetické pole.

Sebemenší otevření okruhu, který je tvořen tekutým kovem, magnetickým jádrem a cívkou, vede ke zvýšení vlastního odporu a okamžitému vyvržení celé masy surovin z kanálu. Aby se tomuto jevu zabránilo, je uvnitř kanálu ponechána "bažina" - malá hmota kovu, která je udržována v kapalném stavu.

Výhody kanálových indukčních pecí:

• Nízké náklady na instalace.
• Ekonomické - pro udržení teploty uvnitř vany, která špatně odvádí teplo, potřebujete malé množství elektřiny.
• Účinnost induktoru během provozu je velmi vysoká.

Nevýhody:

• Pomalý pohyb roztaveného kovu kanálem ztěžuje kontrolu jeho kvality a oxidace.
• Nutnost ponechat uvnitř určité množství surovin snižuje kvalitu chemického složení další vsázky a možnost její jemnější kontroly.
• Nutnost zachování těsnosti instalace kvůli hrozbě prasknutí magnetického pole a vzniku vířivého záření. Potíže s udržením izolace při obložení vnitřních stěn instalace některými sloučeninami.

Hlavní prvky okruhu pece

Aby bylo možné instalaci sestavit a provést na ní práce, je nutné najít vhodný obvod indukční pece a jeho díly. K nalezení druhého je velmi užitečné mít jeden nebo více nepotřebných napájecích zdrojů z počítače, protože v nich lze nalézt většinu podrobností. Typické schéma jednoduché trouby s domácím invertorem bude obsahovat prvky jako:

• Polní tranzistory, můžete použít IRFZ46N nebo analogové (IRFZ44V, který má proudovou sílu 55 ampér na drenážní noze, je ještě lepší). Terénní pracovníky je vhodné vybírat s maximální možnou hodnotou průrazného napětí, vydrží tak mnohem déle.
• Tlumivky, rezistory s odporem 470 Ohm (můžete použít jeden watt nebo dva půlwatty, zapojené v obvod v sérii) a devět malokapacitních kondenzátorů (až 1 mikrofarad), které lze z jednotky odpařit výživa.
• Radiátory pro chlazení tranzistorů - terénní pracovníci v pouzdrech TO-220AV jsou během provozu velmi horké a mohou explodovat kvůli nedostatečnému odvodu tepla z nich.
• Měděný drát o průměru asi milimetr pro vytvoření feritových kroužků a o průměru 2 milimetry pro vytvoření induktoru.
• Diody značek UF4007, 2 kusy, ale je lepší mít pár náhradních pro případ, že bys napoprvé něco špatně sebral - vyletí jako první.
• Baterie s kapacitou cca 8-10 ampérhodin. Ty jsou obvykle převzaty ze starých nepřerušitelných zdrojů napájení a mají výstupní napětí 12 voltů.
• Jako kelímek můžete formovat a vypalovat na ohni nebo hořákem hliněný hrnec požadovaného průměru.

Invertor pro instalaci je sestaven podle schématu navrženého S. PROTI. Kukhtetsky pro laboratorní testy. Dá se snadno najít na internetu. Výkon střídače, který je napájen z napětí v rozsahu 12-35 voltů, bude 6 kilowattů a jeho pracovní frekvence bude 40-80 kilohertzů, což bude pro domácí projekty více než dost.

Bezpečnost při práci

Protože práce s indukční pecí zahrnuje úzký kontakt s roztaveným kovem a proudy vysoká frekvence a síla, stojí za to postarat se o kvalitní uzemnění instalace a spolehlivé prostředky ochrana. V tomto případě musí oblečení přísně splňovat všechny požadavky:

• Být vyroben z hutného, ​​nekonzumovatelného a nehořlavého materiálu.
• Základní ochranný oblek by měl obsahovat zástěru a rukavice. Kdykoli je to možné, měli byste na nohou nosit boty s pogumovanou podrážkou, zatímco nohy a ponožky by měly být suché.
• Chcete-li chránit své oči, měli byste si zakoupit speciální brýle, které vás ochrání před náhodným vniknutím rozžhaveného kousku kovu do očí.

Nezapomeňte na dobré větrání místnosti, ve které budou pracovat. Roztavený kov uvolňuje do vzduchu chemické sloučeniny, které nejsou dobré pro vaše plíce.