Induktionsöfen, die mit Metallen arbeiten: Funktionsprinzip, hausgemachtes Gerätediagramm, Sicherheitsregeln

Vor über einem Jahrhundert entwickelt, sind Induktionsöfen aus unserem täglichen Leben nicht mehr wegzudenken. Möglich wurde dies durch die Entwicklung der Elektronik. Explosives Wachstum der Leistung von Controllern auf Basis von Silizium-Halbleitern und der Auftritt im breiten Verkauf Transistoren, die in den letzten Jahren eine hohe Leistung (mehrere Kilowatt) erbringen können, haben den Charakter Lawinen. All dies gab der Menschheit unglaublich große Perspektiven bei der Entwicklung von Miniaturanlagen, die in ihrer Leistung mit Industriegeräten der nahen Vergangenheit vergleichbar sind.

Verwendung und Aufbau des Gerätes

Die Verwendung von Induktionsöfen im Haushalt vermeidet das Auftreten von Herden im Raum offene Flamme und ist eine ziemlich effektive Methode zum Schmelzen und kontrollierten Erhitzen von Metallen und Legierungen. Dies liegt daran, dass sich das Metall nicht unter dem Einfluss von hoher Temperatur erwärmt, erwärmt und schmilzt Brenner, und indem sie hochfrequente Ströme durch sich selbst leiten, stimulieren sie die aktive Bewegung von Partikeln in der Struktur Material.

Es wurde möglich, im Alltag aufzutreten:

• Kompakte Kanalinduktionsöfen, in denen Sie Metall schmelzen und verschiedene Produkte durch Gießen herstellen und Strukturen, reinigen verschiedene Edellegierungen von Verunreinigungen und vergüten Produkte, um ihnen zusätzliche Stärke.
• Warmwasserboiler, deren Wirkungsgrad bereits weit über die Grenzen konventioneller Kessel liegt.
• Kochherde, die nicht nur betriebssicherer sind als Gasherde Eigenschaften, aber auch effektiver als einige Mikrowellenherde im Bereich des Erhitzens von Lebensmitteln und des Aufbewahrens seine Temperatur.
• Tiegelschmelzen, die die meisten Bewunderer unter den Menschen gefunden haben, die sich mit der Eigenherstellung und Reparatur von Elektrogeräten beschäftigen.

Zudem finden immer mehr Elektro-Induktionsherde Verwendung, die nicht nur mit leitfähigem Material arbeiten. Ihr Gerät unterscheidet sich geringfügig von herkömmlichen Induktionsöfen, da es auf der Erwärmung eines nicht stromleitenden Materials durch elektrische Induktion basiert (sie werden auch Dielektrika genannt). zwischen Kondensatorplattend.h. seine Leitungen unterschiedlicher Polarität. Gleichzeitig sind die erreichten Temperaturen nicht sehr hoch (ca. 80-150 Grad Celsius), daher werden solche Anlagen verwendet, um Kunststoff zu schmelzen oder zu erhitzen.

Konstruktionsmerkmale und Funktionsprinzip

Ein Induktionsofen arbeitet auf der Grundlage der Bildung von Wirbelströmen darin. Dazu wird ein Induktor verwendet, der aus Windungen eines dicken Drahtes besteht, dem eine Wechselstromquelle zugeführt wird. Es ist der Wechselstrom, der ein Magnetfeld bildet, das sich abhängig von der Stromfrequenz ständig ändert. Es provoziert auch die Übertragung dieser Ströme auf die Substanz, die sich in der Spule befindet, zusammen mit einer großen Wärmemenge. In diesem Fall kann selbst der gewöhnlichste Schweißinverter als Generator fungieren.

Es gibt zwei Arten von Induktionsöfen:

1. Mit einem Magnetkern, dessen Besonderheit die Lage des Induktors innerhalb des schmelzbaren Metallvolumens ist.
2. Ohne Magnetkern - wenn der Induktor draußen ist.

Die Ausführung mit Vorhandensein eines Magnetkreises wird beispielsweise in Rinnenöfen verwendet. Sie verwenden einen ungeöffneten Magnetkreis aus Metall (meistens Stahl), in dem sich ein Schmelztiegel und ein Induktor befinden, die den Primärwicklungskreis bilden. Das Material für den Tiegel kann Graphit, feuerfester Ton oder irgendein anderes nichtleitendes Material mit geeigneter Hitzebeständigkeit sein. Darin wird das zu schmelzende Metall eingebracht. Dies sind in der Regel alle Arten von NE-Metalllegierungen, Duraluminium und Gusseisen.

Der Generator eines solchen Ofens muss liefern Wechselstromfrequenz innerhalb von 400 Hertz. Es ist auch möglich, anstelle eines Generators ein konventionelles Stromnetz zu verwenden und den Ofen mit einem Strom mit einer Frequenz zu betreiben bei 50 Hertz, aber in diesem Fall ist die Heiztemperatur niedriger und für feuerfestere Legierungen ist eine solche Installation nicht möglich Wird besorgt.

Tiegelöfen, die keinen magnetischen Kreis in ihrer Konstruktion haben, haben sich unter Enthusiasten stark verbreitet. Sie verwenden Ströme mit viel höherer Frequenz, um eine höhere Felddichte zu erreichen. Dies liegt gerade an dem Fehlen eines magnetischen Kreises - zu viel der Feldenergie wird im Raum dissipiert. Um dem entgegenzuwirken, ist eine Feinabstimmung des Backofens erforderlich:

• Auf gleiche Frequenz des Induktionskreises und der Spannung vom Generator achten (bei Verwendung eines Wechselrichters ist dies am einfachsten).
• Den Durchmesser des Schmelztiegels so wählen, dass er nahe an der Wellenlänge der empfangenen Strahlung des Magnetfelds liegt.

Auf diese Weise können Verluste um bis zu 25 % der Gesamtleistung minimiert werden. Um das beste Ergebnis zu erzielen, wird empfohlen, die Frequenz der Wechselstromquelle auf das Doppelte oder sogar Dreifache der Resonanzfrequenz einzustellen. In diesem Fall ist die Diffusion der Metalle, aus denen die Legierung besteht, maximal und ihre Qualität wird viel besser. Wenn Sie die Frequenz und weiter erhöhen, können Sie den Effekt erzielen, das Hochfrequenzfeld an die Oberfläche des Produkts zu drücken und es so zu löschen.

Vakuumschmelzöfen

Diese Art der Installation kann kaum als heimisch bezeichnet werden, ist jedoch eine Überlegung wert, da das Vakuumschmelzen gegenüber anderen Typen eine Reihe von technologischen Vorteilen bietet. Er ähnelt in seiner Konstruktion einem Tiegel, mit dem Unterschied, dass sich der Ofen selbst in einer Vakuumkammer befindet. Dies ermöglicht eine höhere Reinheit des Metallschmelzprozesses, eine Verringerung seiner Oxidationsfähigkeit während der Verarbeitung und eine Beschleunigung des Prozesses, wodurch erhebliche Energieeinsparungen erzielt werden.

Darüber hinaus trägt der begrenzte und geschlossene Raum dazu bei, die Freisetzung von schädlichen Dämpfen von schmelzenden Metallen in den umgebenden Raum zu vermeiden und die Reinheit des Prozesses ihrer Verarbeitung zu erhalten. Die Möglichkeit, die Zusammensetzung und den Verarbeitungsprozess zu kontrollieren, ist auch einer der Vorteile dieses Ofentyps.

Kanalinduktionsgeräte

Eine andere Art von Industrieöfen, die weiter verbreitet sind als andere. Sie können nicht nur als Schmelzer, sondern auch als Verteiler von aufbereitetem Material und Mischer verschiedener Arten von Rohstoffen verwendet werden. Typische Designs für solche Geräte sind:

• Das Vorhandensein eines Bades, in dem sich ein Rohstoff befindet, der eine bestimmte Temperatur erreicht hat oder erreicht.
• Der Kanal, durch den die Schmelze durch das Magnetfeld fließt.
• Ein magnetischer Kreis, der für eine konstante Zirkulation von flüssigem Metall sorgt.
• Primärwicklungsspule, die ein Magnetfeld antreibt.

Die geringste Öffnung des Stromkreises, der durch das flüssige Metall, den Magnetkern und die Spule gebildet wird, führt zu einer Erhöhung des eigenen Widerstands und einem sofortigen Auswerfen der gesamten Rohstoffmasse aus dem Kanal. Um diesem Phänomen entgegenzuwirken, wird im Kanal ein "Sumpf" belassen - eine kleine Metallmasse, die in flüssigem Zustand gehalten wird.

Vorteile von induktiven Rinnenöfen:

• Niedrige Installationskosten.
• Sparsam - um die Temperatur im Bad zu halten, die die Wärme nicht gut ableitet, benötigen Sie eine geringe Menge Strom.
• Der Wirkungsgrad des Induktors im Betrieb ist sehr hoch.

Nachteile:

• Die langsame Bewegung des geschmolzenen Metalls durch den Kanal macht es schwierig, seine Qualität und Oxidation zu kontrollieren.
• Die Notwendigkeit, eine bestimmte Menge an Rohstoffen im Inneren zu belassen, verringert die Qualität der chemischen Zusammensetzung der nächsten Charge und die Möglichkeit ihrer Feinsteuerung.
• Die Notwendigkeit, die Dichtheit der Installation aufgrund des drohenden Bruchs des Magnetfelds und der Bildung von Wirbelstrahlung aufrechtzuerhalten. Schwierigkeiten, die Isolierung aufrechtzuerhalten, wenn die Innenwände der Installation mit einigen Verbindungen ausgekleidet werden.

Die Hauptelemente des Ofenschemas

Um die Anlage zusammenbauen und daran arbeiten zu können, ist es notwendig, einen geeigneten Induktionsofenkreislauf und Teile dafür zu finden. Um letzteres zu finden, ist es sehr nützlich, ein oder mehrere unnötige Netzteile von einem Computer zu haben, da die meisten Details darin zu finden sind. Ein typisches Diagramm eines einfachen Ofens mit einem selbstgebauten Wechselrichter enthält Elemente wie:

• Feldtransistoren können Sie IRFZ46N oder Analoga verwenden (IRFZ44V, die am Drain-Bein eine Stromstärke von 55 Ampere hat, ist noch besser). Es ist ratsam, Außendienstmitarbeiter mit dem maximal möglichen Wert der Durchbruchspannung auszuwählen, damit sie viel länger halten.
• Drosseln, Widerstände mit einem Widerstand von 470 Ohm (Sie können ein Watt oder zwei halbe Watt verwenden, angeschlossen in Reihenschaltung) und neun Kleinkondensatoren (bis 1 Mikrofarad), die aus dem Gerät verdampft werden können Ernährung.
• Kühler zum Kühlen von Transistoren - Außendienstmitarbeiter in TO-220AV-Gehäusen werden während des Betriebs sehr heiß und können aufgrund mangelnder Wärmeabfuhr explodieren.
• Ein Kupferdraht mit einem Durchmesser von etwa einem Millimeter zur Herstellung von Ferritringen und einem Durchmesser von 2 Millimetern zur Herstellung eines Induktors.
• Dioden der Marken UF4007, 2 Stück, aber es ist besser, ein paar Ersatzdioden zu haben, falls Sie zum ersten Mal etwas falsch sammeln - sie fliegen zuerst heraus.
• Eine Batterie mit einer Kapazität von etwa 8-10 Amperestunden. Diese werden meist alten unterbrechungsfreien Stromversorgungen entnommen und haben eine Ausgangsspannung von 12 Volt.
• Als Tiegel können Sie auf einem Feuer oder mit einem Brenner einen Tontopf mit dem gewünschten Durchmesser formen und brennen.

Der Wechselrichter für die Installation wird nach dem von S vorgeschlagenen Schema montiert. V. Kukhtetsky für Labortests. Es ist leicht im Internet zu finden. Die Leistung des Wechselrichters, der mit einer Spannung im Bereich von 12 bis 35 Volt betrieben wird, beträgt 6 Kilowatt und seine Betriebsfrequenz beträgt 40 bis 80 Kilohertz, dies ist mehr als genug für Heimprojekte.

Sicherheit bei der Arbeit

Da das Arbeiten mit einem Induktionsofen engen Kontakt mit geschmolzenem Metall und Strömen erfordert hohe Frequenz und Stärke, es lohnt sich, auf die hochwertige Erdung der Installation und zuverlässige Mittel zu achten Schutz. In diesem Fall muss die Kleidung alle Anforderungen strikt erfüllen:

• Aus dichtem, nicht verbrauchbarem und nicht brennbarem Material bestehen.
• Der Basisschutzanzug sollte eine Schürze und Handschuhe beinhalten. Wenn möglich, sollten Sie Schuhe mit gummierten Sohlen an den Füßen tragen, während Füße und Socken trocken sein sollten.
• Um Ihre Augen zu schützen, sollten Sie eine spezielle Brille kaufen, damit Sie nicht versehentlich ein glühendes Metallstück in Ihre Augen bekommen.

Vergessen Sie nicht die gute Belüftung des Raums, in dem sie arbeiten. Das geschmolzene Metall gibt chemische Verbindungen in die Luft ab, die für Ihre Lunge nicht gut sind.