Forni a induzione che lavorano con i metalli: principio di funzionamento, schema del dispositivo fatto in casa, regole di sicurezza

Sviluppati oltre un secolo fa, i forni a induzione fanno parte della nostra vita quotidiana. Ciò è stato possibile grazie allo sviluppo dell'elettronica. Crescita esplosiva della potenza dei controller realizzati sulla base di semiconduttori di silicio e comparsa nella vendita diffusa transistor in grado di fornire un'elevata potenza (diversi kilowatt) negli ultimi anni hanno acquisito il carattere valanghe. Tutto ciò ha dato all'umanità prospettive incredibilmente grandi nello sviluppo di installazioni in miniatura, paragonabili in potenza ai dispositivi industriali del prossimo passato.

Uso e struttura del dispositivo

L'uso di forni a induzione in casa evita la comparsa di fuochi nella stanza fiamma libera ed è un metodo abbastanza efficace di fusione e riscaldamento controllato di metalli e leghe. Ciò è dovuto al fatto che il metallo si riscalda, si riscalda e si scioglie non sotto l'influenza dell'alta temperatura bruciatori, e facendo passare attraverso se stessi correnti ad alta frequenza, stimolando il movimento attivo delle particelle nella struttura Materiale.

È diventato possibile apparire nella vita di tutti i giorni:

• Forni ad induzione a condotto compatto, in cui è possibile fondere il metallo e creare vari prodotti mediante colata e strutture, purificare varie leghe preziose da impurità e prodotti di tempra, conferendo loro ulteriore forza.
• Caldaie ad acqua calda, la cui efficienza è già ben oltre i limiti delle caldaie convenzionali.
• Cucine, non solo più sicure di quelle a gas dal punto di vista operativo caratteristiche, ma anche più efficace di alcuni forni a microonde nell'area del riscaldamento e del mantenimento degli alimenti la sua temperatura.
• Fonderie a crogiolo, che hanno guadagnato il maggior numero di ammiratori tra le persone impegnate nell'autoproduzione e nella riparazione di dispositivi elettrici.

Inoltre, stanno diventando sempre più diffuse le stufe elettriche a induzione, che funzionano non solo con materiale conduttivo. Il loro dispositivo è leggermente diverso dai forni a induzione convenzionali, poiché si basa sul riscaldamento per induzione elettrica di un materiale che non conduce corrente (sono anche chiamati dielettrici) tra le piastre del condensatore, cioè i suoi conduttori di diversa polarità. Allo stesso tempo, le temperature raggiunte non sono molto elevate (circa 80-150 gradi Celsius), quindi tali impianti vengono utilizzati per fondere la plastica o riscaldarla.

Caratteristiche del design e principio di funzionamento

Un forno a induzione funziona sulla base della formazione di correnti elettriche parassite in esso. Per questo, viene utilizzato un induttore costituito da spire di un filo spesso, a cui viene fornita una sorgente di corrente alternata. È la corrente alternata che forma un campo magnetico che cambia continuamente a seconda della frequenza della corrente. Provoca anche il trasferimento di queste correnti alla sostanza posta all'interno della bobina, insieme a una grande quantità di calore. In questo caso anche il più comune inverter di saldatura può fungere da generatore.

Esistono due tipi di forni ad induzione:

1. Con un nucleo magnetico, la cui particolarità è la posizione dell'induttore all'interno del volume di metallo che può essere fuso.
2. Senza nucleo magnetico - quando l'induttore è all'esterno.

Il design con la presenza di un circuito magnetico viene utilizzato, ad esempio, nei forni a canale. Usano un circuito magnetico metallico non aperto (il più delle volte in acciaio), all'interno del quale sono presenti un crogiolo per la fusione e un induttore, che formano il circuito di avvolgimento primario. Il materiale per il crogiolo può essere grafite, argilla refrattaria o qualsiasi altro materiale non conduttivo con adeguata resistenza al calore. Il metallo che deve essere fuso viene posto al suo interno. Questi sono, di regola, tutti i tipi di leghe di metalli non ferrosi, duralluminio e ghisa.

Il generatore di un tale forno deve fornire frequenza della corrente alternata entro 400 hertz. È anche possibile utilizzare una rete elettrica convenzionale al posto di un generatore e alimentare il forno utilizzando una corrente con una frequenza a 50 hertz, ma in questo caso la temperatura di riscaldamento sarà più bassa e per le leghe più refrattarie tale installazione non lo è andrà bene.

I forni a crogiolo, che non hanno un circuito magnetico nella loro progettazione, sono diventati molto più diffusi tra gli appassionati. Usano correnti di frequenza molto più elevata per ottenere una maggiore densità di campo. Ciò è dovuto proprio all'assenza di un circuito magnetico: troppa energia del campo viene dissipata nello spazio. Per contrastare questo, è necessario mettere a punto il forno:

• Garantire la stessa frequenza del circuito di induzione e la tensione dal generatore (quando si utilizza un inverter, questo è più facile da fare).
• Selezionare il diametro del crogiolo di fusione in modo che sia vicino alla lunghezza d'onda della radiazione ricevuta del campo magnetico.

In questo modo è possibile ridurre al minimo le perdite fino al 25% della potenza totale. Per ottenere il miglior risultato, si consiglia di impostare due o anche tre volte la frequenza della sorgente AC rispetto a quella risonante. In questo caso, la diffusione dei metalli che compongono la lega sarà massima e la sua qualità sarà molto migliore. Se aumenti la frequenza e oltre, puoi ottenere l'effetto di spingere il campo ad alta frequenza sulla superficie del prodotto e quindi spegnerlo.

Forni di fusione sotto vuoto

Questo tipo di installazione difficilmente può essere definito domestico, ma vale la pena considerarli a causa del fatto che la fusione sotto vuoto presenta numerosi vantaggi tecnologici rispetto ad altri tipi. Per il suo design, assomiglia a un crogiolo, con la differenza che il forno stesso si trova in una camera a vuoto. Ciò consente di ottenere una maggiore purezza del processo di fusione del metallo, ridurre la sua ossidabilità durante la lavorazione e accelerare il processo, ottenendo un notevole risparmio energetico.

Inoltre, lo spazio limitato e chiuso aiuta ad evitare il rilascio di vapori nocivi di metalli in fusione nello spazio circostante e a mantenere la purezza del processo della loro lavorazione. La capacità di controllare la composizione e il processo di lavorazione è anche uno dei vantaggi di questo tipo di forno.

Unità di induzione del condotto

Un altro tipo di forni industriali più utilizzati di altri. Possono essere utilizzati non solo come fonderie, ma anche come distributori di materiale preparato e miscelatori di diversi tipi di materie prime. I progetti tipici per tali dispositivi includono:

• La presenza di un bagno in cui è presente una materia prima che ha raggiunto o sta raggiungendo una determinata temperatura.
• Il canale attraverso il quale la massa fusa passa attraverso il campo magnetico.
• Un circuito magnetico che fornisce una circolazione costante di metallo liquido.
• Bobina di avvolgimento primario che guida un campo magnetico.

La minima apertura del circuito, che è formato dal metallo liquido, dal nucleo magnetico e dalla bobina, porta ad un aumento della propria resistenza e all'espulsione istantanea dell'intera massa di materie prime dal canale. Per contrastare questo fenomeno, all'interno del canale viene lasciata una "palude", una piccola massa di metallo, che viene mantenuta allo stato liquido.

Vantaggi dei forni induttivi a canale:

• Basso costo degli impianti.
• Economico: per mantenere la temperatura all'interno del bagno, che non dissipa bene il calore, è necessaria una piccola quantità di elettricità.
• L'efficienza dell'induttore durante il funzionamento è molto elevata.

Svantaggi:

• Il lento movimento del metallo fuso attraverso il canale rende difficile controllarne la qualità e l'ossidazione.
• La necessità di lasciare all'interno una certa quantità di materie prime abbassa la qualità della composizione chimica della carica successiva e la possibilità di un suo controllo più fine.
• La necessità di mantenere la tenuta dell'impianto a causa della minaccia di rottura del campo magnetico e della formazione di radiazioni a vortice. Difficoltà a mantenere l'isolamento durante il rivestimento delle pareti interne dell'impianto con alcuni composti.

Gli elementi principali dello schema del forno

Per assemblare l'installazione ed eseguire lavori su di essa, è necessario trovare un circuito del forno a induzione adatto e parti per esso. Per trovare quest'ultimo, è molto utile avere uno o più alimentatori non necessari da un computer, poiché la maggior parte dei dettagli può essere trovata in essi. Un tipico schema di un semplice forno con un inverter fatto in casa includerà elementi come:

• Transistor di campo, è possibile utilizzare IRFZ46N o analoghi (IRFZ44V, che ha un'intensità di corrente di 55 ampere alla gamba di drenaggio, è ancora meglio). Si consiglia di selezionare i lavoratori sul campo con il valore massimo possibile della tensione di rottura, quindi dureranno molto più a lungo.
• Induttanze, resistori con una resistenza di 470 Ohm (puoi usare un watt o due mezzi watt, collegati in circuito in serie) e nove condensatori di piccola capacità (fino a 1 microfarad) che possono essere evaporati dall'unità nutrizione.
• Radiatori per il raffreddamento dei transistor: gli operatori sul campo nei casi TO-220AV sono molto caldi durante il funzionamento e possono esplodere a causa della mancanza di rimozione del calore da essi.
• Un filo di rame con un diametro di circa un millimetro per creare anelli di ferrite e un diametro di 2 millimetri per creare un induttore.
• Diodi delle marche UF4007, 2 pezzi, ma è meglio averne un paio di riserva nel caso in cui si raccolga qualcosa di sbagliato per la prima volta: voleranno fuori per primi.
• Una batteria con una capacità di circa 8-10 amperora. Questi sono solitamente presi da vecchi gruppi di continuità e hanno una tensione di uscita di 12 volt.
• Come crogiolo, puoi modellare e bruciare sul fuoco o con un bruciatore una pentola di terracotta del diametro richiesto.

L'inverter per l'installazione è assemblato secondo lo schema proposto da S. v. Kukhtetsky per i test di laboratorio. Si trova facilmente su Internet. La potenza dell'inverter, che è alimentato da una tensione nell'intervallo 12-35 volt, sarà di 6 kilowatt e la sua frequenza operativa sarà di 40-80 kilohertz, questo sarà più che sufficiente per i progetti domestici.

Sicurezza sul lavoro

Poiché lavorare con un forno a induzione comporta uno stretto contatto con il metallo fuso e le correnti alta frequenza e resistenza, vale la pena prendersi cura della messa a terra di alta qualità dell'installazione e dei mezzi affidabili protezione. In questo caso, gli abiti devono rispettare rigorosamente tutti i requisiti:

• Essere fatto di materiale denso, non consumabile e non combustibile.
• La tuta protettiva di base dovrebbe includere un grembiule e guanti. Quando possibile, dovresti indossare scarpe con suole in gomma ai piedi, mentre i piedi e le calze dovrebbero essere asciutti.
• Per proteggere i tuoi occhi, dovresti acquistare occhiali speciali, questo ti eviterà di ottenere accidentalmente un pezzo di metallo rovente nei tuoi occhi.

Non dimenticare la buona ventilazione della stanza in cui lavoreranno. Il metallo fuso rilascia nell'aria composti chimici dannosi per i polmoni.