Схема индукционной печи на тиристорах: Простая индукционная печь на одноключевом несимметричном инверторе — Литейный цех

Содержание

Простая индукционная печь своими руками по схеме

Индукционная печь — это словосочетание хорошо знакомо тем, чья профессия косвенно или напрямую связана с металлургией. Ведь именно в таких печах осуществляется процесс плавки металла.

Принцип работы индукционной печи — это процесс получения тепла от электричества, вырабатываемого переменным магнитным полем. В печах индукционного типа происходит преобразование энергии по схеме электромагнитная-электрическая-тепловая.

Индукционные печи подразделяются по видам:

— канальные;

— тигельные.

Для канального типа печей характерно расположение индуктора с сердечником внутри металла.
В тигельной — индуктор располагается вокруг металла.

У индукционных печей имеется целый ряд преимуществ по сравнению с другими печками или котлами:

— моментальный разогрев;
— фокусировка энергии;
— безопасность и экологическая чистота устройства;
— отсутствие угара;
— большие возможности в выборе емкости, рабочей частоты.

В промышленности такие печи используют для плавки чугуна и стали, меди и алюминия, а также драгоценных металлов. Эти печи имеют различную емкость и частоту.
Именно принцип работы индукционной печи привел к созданию известной всем нам в быту микроволновой печи.

Индукционная печь


Собираем индукционную печь самостоятельно по схеме

При наличии специальной электрической схемы для этого устройства, вполне реально сделать ее своими руками. Вам необходим высокочастотный генератор с частотой колебаний 27,12 МГц.

Схема собирается на 4-х электронных лампах(тетрадах), нужна также нелегкая лампа для сигнализации о готовности к началу работы.

Особенностью такой индукционной печи, собранной своими руками по такой схеме, будет то, что ручка конденсатора находится снаружи. А, самое главное, что часть металла, расположенная в катушке, расплавится очень быстро даже в устройстве с малой мощностью.

Индукционная печь своими руками — схема


Прежде, чем собрать индукционную печь своими руками, надо прояснить, от каких факторов зависит скорость плавки металла:

— от скорости теплопередачи;

— от мощности генератора;

— от вихревых потерь и потерь на гистерезисе;

— от частоты.

Используйте лампы высокой мощности, но не более 4 штук. Питание печи будет происходить от сети 220В с выпрямителем. Если вы будете использовать печь для плавки металла, используйте графитовые щётки, если для обогрева — нихромовую спираль.

Собрать индукционную печь своими руками несложно и экономически выгодно. Ее можно применять для обогрева гаража, дачи или как дополнительный источник обогрева своего жилища.

Посмотрите видео

Читайте также:

Делаем индукционные котлы отопления своими руками

Муфельная печь: особенности конструкции, собираем сами

Индукционная печь своими руками из микроволновки

Индукционная печь может использоваться для плавления небольшого количества металла, разделения и очистки драгоценных металлов, для нагрева металлических изделий с целью их закалки или отпуска.

Кроме того, такие печи предлагается использовать для обогрева жилища. Индукционные печи имеются в продаже, но интересней и дешевле изготовить такую печь своими руками.

Принцип действия

Для получения таких токов используется так называемый индуктор, который представляет собой катушку индуктивности, содержащую всего несколько витков толстого провода.

Индуктор питается сети переменного тока 50 Гц (иногда через понижающий трансформатор) или от генератора высокой частоты.

Протекающий по индуктору переменный ток генерирует переменное магнитное поле, которое пронизывает пространство. Если в этом пространстве окажется какой-либо материал, то в нем будут наводиться токи, которые начнут нагревать этот материал. Если этот материал – вода, то у нее будет повышаться температура, а если это металл, то через некоторое время он начнет плавиться.

Индукционные печи бывают двух типов:

  • печи с магнитопроводом;
  • печи без магнитопровода.

Принципиальная разница между двумя этими типами печей состоит в том, что в первом случае индуктор расположен внутри плавящегося металла, а во втором – снаружи. Наличие магнитопровода увеличивает плотность магнитного поля, пронизывающего помещенный в тигель металл, что облегчает его нагревание.

Примером индукционной печи с магнитопроводом является канальная индукционная печь. Схема такой печи включает замкнутый магнитопровод из трансформаторной стали, на котором располагаются первичная обмотка – индуктор и кольцеобразный тигель, в котором располагается материал для плавления. Тигель изготавливается из жаропрочного диэлектрика. Питание такой установки осуществляется от сети переменного тока с частотой 50 Гц или генератора с повышенной частотой 400 Гц.

Такие печи используются для плавления дюраля, цветных металлов или получения высококачественного чугуна.

Большее распространение имеют тигельные печи, не имеющие магнитопровода. Отсутствие в печи магнитопровода приводит к тому, что магнитное поле, создаваемое токами промышленной частоты, сильно рассеивается в окружающем пространстве. И для того, чтобы увеличить плотность магнитного поля в диэлектрическом тигеле с материалом для плавления, необходимо использовать более высокие частоты.

При этом считается, что если контур индуктора настроен в резонанс с частотой питающего напряжения, а диаметр тигеля соизмерим с длиной волны резонанса, то в районе тигеля может сконцентрироваться до 75% энергии электромагнитного поля.

Схема изготовления индукционной печи

Как показали исследования, для обеспечения эффективного плавления металлов в тигельной печи желательно, чтобы частота питающего индуктор напряжения превышала резонансную частоту в 2-3 раза. То есть, такая печь работает на второй или третьей частотной гармонике. Кроме того, при работе на таких повышенных частотах происходит лучшее перемешивание сплава, что улучшает его качество. Режим с применением еще больших частот (пятой или шестой гармоники) может использоваться для поверхностной цементации или закалки металла, что связано с появлением скин-эффекта, то есть, вытеснением электромагнитного поля высокой частоты к поверхности заготовки.

Выводы по разделу:

  1. Существуют два варианта индукционной печи – с магнитопроводом и без магнитпровда.
  2. Канальная печь, относящаяся к первому варианту печей, более сложна по конструкции, но может питаться непосредственно от сети 50 Гц или сети повышенной частоты 400 Гц.
  3. Тигельная печь, относящаяся к печам второго типа, более проста по конструкции, но требует для питания индуктора генератора высокой частоты.

Если печь – это отопительный прибор для практических нужд, то камин нужен для декора и уюта. Камин своими руками: пошаговая инструкция по сборке, а также пример порядовки камина с аркой.

О том, как правильно опдойти к выбору электрического котла отопления, читайте тут.

А здесь https://microklimat.pro/otopitelnoe-oborudovanie/kotly/avtomatika-dlya-gazovyx.html вы узнаете, как работает автоматика для газовых котлов отопления. Котлы по способу инсталляции и разновидности энергозависимых систем.

Конструкции и параметры индукционных печей

Канальная

Одним из вариантов изготовления индукционной печи своими руками является канальная.

Для ее изготовления можно использовать обычный сварочный трансформатор, работающий на частоте 50 Гц.

В этом случае вторичную обмотку трансформатора надо заменить кольцевым тигелем.

В такой печи можно плавить до 300-400 г цветных металлов, а потреблять она будет 2-3 кВт мощности. Такая печь будет иметь большой кпд и позволит выплавлять металл высокого качества.

Основной трудностью изготовления канальной индукционной печи своими руками является приобретение подходящего тигеля.

Для изготовления тигеля должен использоваться материал с высокими диэлектрическими свойствами и высокой прочности. Такой как электрофарфор. Но такой материал не просто найти, а еще трудней обработать в домашних условиях.

Тигельная

Важнейшими элементами тигельной печи индукционного типа являются:

  • индуктор;
  • генератор напряжения питания.

В качестве индуктора для тигельных печей мощностью до 3 кВт можно использовать медную трубку или провод диаметром 10 мм или медную шину сечением 10 мм².

Диаметр индуктора может составлять около 100 мм. Число витков от 8 до 10.

При этом существует много модификаций индуктора. Например, его можно выполнить в виде восьмерки, трилистника или иной формы.

В процессе работы индуктор обычно сильно нагревается. В промышленных образцах для индуктора используется водяное охлаждение витков.

В домашних условиях использование такого метода затруднительно, однако индуктор может нормально работать в течение 20-30 минут, что вполне достаточно для домашних работ.

Однако такой режим работы индуктора вызывает появление на его поверхности окалины, что резко уменьшает кпд печи. Поэтому время от времени индуктор приходится заменять на новый. Некоторые специалисты для защиты от перегрева предлагают покрывать индуктор жаропрочным материалом.

Генератор переменного тока высокой частоты – другой важнейший элемент тигельной печи индукционного типа. Можно рассмотреть несколько типов таких генераторов:

  • генератор на транзисторе;
  • генератор на тиристоре;
  • генератор на МОП- транзисторах.

Простейшим генератором переменного тока для питания индуктора является генератор с самовозбуждением, схема которого имеет один транзистор типа КТ825, два резистора и катушку обратной связи. Такой генератор может вырабатывать мощность до 300 Вт, а регулировка мощности генератора осуществляется путем изменения постоянного напряжения источника питания. Источник питания должен обеспечивать ток до 25 А.

Предлагаемый для тигельной печи генератор на тиристоре включает в схему тиристор типа Т122-10-12, динистор КН102Е, ряд диодов и импульсный трансформатор. Тиристор работает в импульсном режиме.

Проведенный анализ схемы показал, что в такой схеме имеются достаточно мощные паразитные колебания на частотах, близких к 120 МГц.

Индукционная печь самостоятельного изготовления

Такие сверхвысокочастотные излучения могут негативно повлиять на здоровье человека. В соответствии с российскими нормами безопасности с высокочастотными колебаниями разрешается работать при плотности потока электромагнитной энергии не более 1-30 мВт/м².

Для данного генератора, как показали расчеты, это излучение на расстоянии в 2,5 м от источника достигает 1,5 Вт/м². Такая величина является неприемлемой.

Схема генератора на МОП-транзисторах включает четыре МОП-транзистора типа IRF520 и IRFP450 и представляет собой двухтактный генератор с независимым возбуждением и индуктором, включенным в мостовую схему. В качестве задающего генератора используется микросхема типа IR2153. Для охлаждения транзисторов требуется радиатор не менее 400 см² и воздушный обдув.
Этот генератор может обеспечивать мощность питания до 1 кВт и менять частоту колебаний в пределах от 10 кГц до 10 МГц. Благодаря этому печь, использующая генератор такого типа, может работать как в режиме плавления, так и поверхностного нагрева.

Печь длительного горения может работать на одной закладке от 10 до 20 часов. При изготовлении печи длительного горения своими руками нужно учитывать особенности конструкции, чтобы она выдавала максимум тепла при минимальных затратах энергии.

О том, как правильно собрать печь, читайте на нашем сайте.

Возможно, вам будет интересно узнать о газовых обогревателях для гаража. Каким он должен быть, чтобы обеспечивалось тепло и безопасность, читайте в этом материале.

Использование для обогрева

Для обогрева жилища печи такого типа, как правило, используются вместе с водогрейным котлом.

Одним из вариантов самодельного водогрейного котла индукционного типа является конструкция, нагревающая трубу с протечной водой с помощью индуктора, получающего питание от сети с помощью ВЧ сварочного инвертора.

Однако, как показывает анализ таких систем, из-за больших потерь энергии электромагнитного поля в диэлектрической трубе кпд подобных систем крайне низок. Кроме того, для обогрева жилища требуется очень большое количество электроэнергии, что делает такой обогрев экономически невыгодным.

Из данного раздела можно сделать выводы:

  1. Наиболее приемлемым вариантом изготовленной своими руками индукционной печи является тигельный вариант с генератором питания на МОП-транзисторах.
  2. Использование изготовленной своими руками индукционной печи для обогрева дома невыгодно экономически. В этом случае лучше приобрести заводскую систему.

Особенности эксплуатации

Как уже говорилось выше, в печах тигельного типа используются источники питания высокой частоты.

При этом, генераторы, изготовленные своими руками, могут излучать паразитные высокочастотные колебания, которые могут принести определенный вред здоровью человека.

Поэтому при эксплуатации индукционной печи индуктор необходимо располагать вертикально, перед включением печи на индуктор надо надевать заземленный экран. При включенной печи необходимо наблюдать за происходящими в тигле процессами на расстоянии, а после выполнения работ немедленно выключать ее.

При эксплуатации изготовленной своими руками индукционной печи необходимо:

  1. Принимать меры для защиты пользователя печью от возможного высокочастотного излучения.
  2. Учитывать возможность ожога индуктором.

Заключение

  1. Для изготовления индукционной печи своими руками лучше выбрать вариант тигельной печи, которая имеет более простую конструкцию, но требует для питания напряжение высокой частоты.
  2. Из предложенных схем генератора высокой частоты наиболее приемлемой является схема на МОП-транзисторах, обеспечивающая мощность в 1 кВт и позволяющая регулировать частоту генерации.
  3. При работе с индукционной печью, изготовленной своими руками, необходимо обращать внимание на защиту от паразитного высокочастотного излучения и ожогов индуктором.
  4. Использование индукционных печей в водогрейных котлах для обогрева дома экономически невыгодно.

Видео на тему

На протяжении многих лет люди проводят плавку металла. Каждый материал имеет свою температуру плавления, достигнуть которую можно только при применении специального оборудования. Первые печи для плавки металла были довольно большими и устанавливались исключительно в цехах крупных организаций. Сегодня современная индукционная печь может устанавливаться в небольших мастерских при налаживании производства ювелирных изделий. Она небольшая, проста в обращении и обладает высокой эффективностью.

Принцип действия

Плавильный узел индукционной печи применяется для нагрева самых различных металлов и сплавов. Классическая конструкция состоит из следующих элементов:

  1. Сливной насос.
  2. Индуктор, охлаждающийся водой.
  3. Каркас из нержавеющей стали или алюминия.
  4. Контактная площадка.
  5. Подина из жаропрочного бетона.
  6. Опора с гидравлическим цилиндром и подшипниковым узлом.

Принцип действия основан на создании вихревых индукционных токов Фуко. Как правило, при работе бытовых приборов подобные токи вызывают сбои, но в этом случае они применяются для нагрева шихты до требуемой температуры. Практически вся электроника во время работы начинает нагреваться. Этот негативный фактор применения электричества используется на полную мощность.

Преимущества устройства

Печь плавильная индукционная стала применяться относительно недавно. На производственных площадках устанавливаются знаменитые мартены, доменные печи и другие разновидности оборудования. Подобная печь для плавки металла обладает следующими преимуществами:

  1. Применение принципа индукции позволяет делать оборудование компактным. Именно поэтому не возникает проблем с их размещением в небольших помещениях. Примером можно назвать доменные печи, которые могут устанавливаться исключительно в подготовленных помещениях.
  2. Результаты проведенных исследований указывают на то, что КПД составляет практически 100%.
  3. Высокая скорость плавки. Высокий показатель КПД определяет то, что на разогрев металла уходит намного меньше времени, если сравнивать с другими печами.
  4. Некоторые печи при плавке могут привести к изменению химического состава металла. Индукционная занимает первое место по чистоте расплава. Создаваемые токи Фуко проводят нагрев заготовки изнутри, за счет чего исключается вероятность попадания в состав различных примесей.

Именно последнее преимущество определяет распространение индукционной печи в ювелирном деле, так как даже небольшая концентрация посторонней примеси может негативно сказаться на полученном результате.

Рекомендации по размещению печи

В зависимости от особенностей конструкции выделяют напольные и настольные индукционные печи. Независимо от того, какой именно вариант был выбран, выделяют несколько основных правил по установке:

  1. При работе оборудования на электросеть оказывается высокая нагрузка. Для того чтобы исключить вероятность возникновения короткого замыкания по причине износа изоляции, при установке должно быть проведено качественное заземление.
  2. Конструкция имеет водяной охлаждающий контур, который исключает вероятность перегрева основных элементов. Именно поэтому следует обеспечивать надежный подъем воды.
  3. Если проводится установка настольной печи, то следует уделить внимание устойчивости используемого основания.
  4. Печь для плавки металла представлена сложным электрическим прибором, при установке которого нужно соблюдать все рекомендации производителя. Особое внимание уделяется параметрам источника питания, который должен соответствовать модели аппарата.
  5. Не стоит забывать о том, что вокруг печи должно быть довольно много свободного пространства. Во время работы даже небольшой по объему и массе расплав может случайно выплеснуться из формы. При температуре более 1000 градусов Цельсия он нанесет непоправимый вред различным материалам, а также может стать причиной возгорания.

Во время работы устройство может серьезно нагреваться. Именно поэтому поблизости не должно быть никаких легковоспламеняющихся или взрывчатых веществ. Кроме этого, по технике пожарной безопасности вблизи должен быть установлен пожарный щит.

Разновидности оборудования

Широкое применение получили только два типа печи: тигельные и канальные. Они обладают сходными преимуществами и недостатками, отличия заключаются лишь в применяемом методе работы:

  1. В тигельный тип печи приходится проводить загрузку каждой порции шихты отдельно. Принцип работы устройства заключается в следующем: металл загружается внутрь индуктора, после расплавки он сливается и проводится загрузка новой порции. Как правило, подобная модель приобретается для небольших мастерских, когда работа ведется с небольшим количеством сырья.
  2. Канальные отличаются тем, что позволяют проводить плавку металла непрерывно. Конструкция позволяет проводить погрузку новой порции металла и слив уже расплавленного во время работы. Недостатком можно назвать лишь то, что трудности возникают на момент слива, так как канал слива должен быть заполнен.

Большей популярностью пользуется тигельная разновидность индукционных печей. Это связано с их высокой производительностью и простотой в эксплуатации. Кроме этого, подобную конструкцию при необходимости можно изготовить самостоятельно.

Самодельные варианты исполнения встречаются довольно часто. Для их создания требуются:

Опытный электрик при необходимости может сделать индуктор своими руками. Этот элемент конструкции представлен обмоткой из медной проволоки. Тигель можно приобрести в магазине, а вот в качестве генератора используется ламповая схема, собранная своими руками батарея их транзисторов или сварочный инвертор.

Использование сварочного инвертора

Печь индукционная для плавки металла своими руками может быть создана при применении сварочного инвертора в качестве генератора. Этот вариант получил самое широкое распространение, так как прилагаемые усилия касаются лишь изготовления индуктора:

  1. В качестве основного материала применяется тонкостенная медная трубка. Рекомендуемый диаметр составляет 8—10 см.
  2. Трубка изгибается по нужному шаблону, который зависит от особенностей применяемого корпуса.
  3. Между витками должно быть расстояние не более 8 мм.
  4. Индуктор располагают в текстолитовом или графитовом корпусе.

После создания индуктора и его размещения в корпусе остается только установить на свое место приобретенный тигель.

Применение транзисторов

Подобная схема довольно сложна в исполнении, предусматривает применение резисторов, нескольких диодов, транзисторов различной емкости, пленочного конденсатора, медного провода с двумя различными диаметрами и колец от дросселей. Рекомендации по сборке следующие:

  1. При применении рассматриваемой схемы конструкция будет сильно нагреваться. Именно поэтому следует использовать эффективное охлаждение.
  2. Приобретенные конденсаторы собираются в одну схему для получения батареи.
  3. В качестве основы для индуктора применяются дроссельные кольца. На них наматывается ранее приобретенная медная трубка диаметром около 1 мм. Количество витков определяет то, какой мощностью будет самодельная печь. Рекомендуемый диапазон от 7 до 15 витков.
  4. На предмет цилиндрической формы наматывается вторая медная трубка, диаметр которой должен быть около 2 мм. Стоит учитывать, что концы этой трубки следует оставлять большими, так как они будут использоваться для подключения к источнику питания.
  5. В качестве источника питания можно использовать аккумулятор с мощностью 12 В.

Созданная схема помещается в текстолитовый или графитовый корпус, которые являются диэлектриками. Схема, предусматривающая применение транзисторов, довольно сложна в исполнении. Поэтому браться за изготовление подобной печи следует исключительно при наличии определенных навыков работы.

Печь на лампах

В последнее время печь на лампах создают все реже, так как она требует осторожности при обращении. Применяемая схема проще в сравнении со случаем применения транзисторов. Сборку можно провести в несколько этапов:

  1. В качестве генератора тока применяются 4 лучевые лампы, которые соединяются при параллельном подключении.
  2. Применяемая проволока из меди должна соединяться по спирали. Создаваемые витки должны иметь диаметр от 8 до 16 см, расстояние между ними не менее 5 миллиметров. Стоит учитывать, что понадобится довольно большое количество проволоки, так как внутри витков должен поместиться тигель.
  3. Создаваемая спираль помещается в корпус из материала, который не проводит электрический ток.
  4. Повысить эффективность схемы можно при дополнительном подключении подстроечного конденсатора.

Применяемые ламы должны быть защищены от механического воздействия.

Охлаждение оборудования

При создании индукционной печи своими руками больше всего проблем возникает с охлаждением. Это связано со следующими моментами:

  1. Во время работы нагревается не только расплавляемый металл, но и некоторые элементы оборудования. Именно поэтому для длительной работы требуется эффективное охлаждение.
  2. Метод, основанный на применении воздушного потока, характеризуется низкой эффективностью. Кроме этого, не рекомендуется проводить установку вентиляторов вблизи печи. Это связано с тем, что металлические элементы могут оказывать воздействие на генерируемые вихревые токи.

Как правило, охлаждение проводится при подаче воды. Создать водяной охлаждающий контур в домашних условиях не только сложно, но и экономически невыгодно. Промышленные варианты печи имеют уже встроенный контур, к которому достаточно подключить холодную воду.

Техника безопасности

При использовании индукционной печи нужно соблюдать определенную технику безопасности. Основные рекомендации:

  1. Нагреваемый металл может иметь очень высокую температуру. Попадание даже одной расплавленной капли на кожу может привести к серьезной травме. Именно поэтому при работе следует быть осторожным, использовать защитную одежду.
  2. Производители промышленного оборудования в паспорте указывают довольно много различных параметров, среди которых отметим радиус воздействия электромагнитного поля. Стоит учитывать, что электроника, которая попала в этот радиус, может работать неправильно, а при длительном нахождении и вовсе выйдет из строя.
  3. При выборе защитной одежды следует отдавать предпочтение варианту без металлических элементов.

При установке оборудования следует рассмотреть то, как будет проводиться погрузка шихты и извлечение расплавленного металла. Рекомендуется отводить отдельное подготовленное помещение для установки индукционной печи.

Link: что применённый UHU феррит при нагреве более 450 градусов будет стремится к парамагнетику, что уменьшает эффективность преобразования СВЧ энергии в тепловую
Странное слово "эффективность"
Если мы говорим о КПД преобразовании эл-енергии в тепловую, для нагрева и плавки металлов, то токи Фуко, возникающие в переменном магнитном поле, всего лишь одна из составляющих.
На самом деле, основная "разогревающая" сила, обыкновенный закон Ома.
Индуктор, для заготовки воздушный трансформатор, вторичкой которого является, металл внутри индуктора–короткозамкнутый виток. Есть еще-ффект близости.
КПД, прежде всего зависит от проводимости индуктора и нагреваемого материала.
При медном индукторе (а других не встречал) и меди, серебре, золоте-КПД самый низкий, меньше 50%.
Но это только вначале нагрева, так-как индуктор охлаждается и имеет температуру не более 60гр, а металл внутри нагревается, то при 300град, КПД выше 60% и повышается с температурой, с учетом скин-эффекта и маленького отношения нагреваемой массы, к основной-это происходит "практически игновенно".
Самое смешное-тема "Индукционная плавилная печ из микроволновки." не имеет решения
Индукционный нагрев—в поле индуктора.
Волновод в СВЧ-печке, наверное ближе к конденсатору?

Благодарю всех участников темы за обсуждение интересной задачи и полученный в процессе личный опыт. Кстати успешный. ИМХО получившийся девайс оказался менее эффективный, чем в случае с муфельной печью. Как говорится: кто хотел добиться – добился, кто хотел потрепаться – потрепался. Жаль, что тема умерла.
З.Ы. Дали попробовать графитовый тигель. ВЕЩЬ.
Всем удачи.

По Дискавери показывали перца (учёного), дак он в микроволновке стекло сварил прямо в онлайне, а это гораздо более 1000 градусов.
Значит взял он большую керамическую миску, засыпал её дно толчёным древесным углём, поставил в неё маленький керамический тигель с компонентами для плавки стекла, накрыл керамической крышкой. Затем всё это дело засыпал опять-же толчёным углём и накрыл сверху тоже керамической крышкой.
Эту "матрёшку" он засунул в микроволновку и включил. Сколько времени он ждал- я не помню, но когда он оттуда вытащил своё хозяйство и открыл верхнюю крышку, то оказалось внутри температура была очень высокой. Причём чем ближе к центру, тем горячее. Если внешний слой угля был еле красным, то внутренние слои, вместе с маленьким тигелем были доведены до белого каления. А всё содержимое в маленьком тигеле сплавилось в обыкновенное силикатное стекло.

Так что всё гениальное просто. Если уж стекло в микроволновке сварить можно, то медь расплавить и подавно.
СВЧ излучение раскаляет угольный порошок, а уже сам уголь греет тигель.

МП-40: Так что всё гениальное просто. Если уж стекло в микроволновке сварить можно, то медь расплавить и подавно.

Просто, да не очень! Чтобы расплавить стекло с помощью ЭМ-поля, достаточно его даже немного размягчить, а дальше оно начнёт разогреваться за счёт появления собственной электропроводности (свойство всех полупроводников и диэлектриков, заключающееся в усилении электропроводности с ростом температуры). Поэтому у учёного "перца" в центре "матрёшки" температура и была выше.

В случае с медью этот фокус не прокатит, т.к. она имеет очень высокую электропроводность, и ЭМ-поле от неё просто отражается, а металл при этом не нагревается.

Есть опыт (можно даже проверить самому) где стеклянную трубочку включают в цепь лампочки 100 ватт. После этого греют трубку на спиртовке. Лампочка начинает светиться,увеличивая яркость -ток растет.

Далее спиртовку убирают , а трубка разогревается уже от проходящего тока. Через 10 минут трубка расплавляется посередине ицепь разрывается.

Угольный порошок можете взять из микрофона . И не забывайте, что порошок при распылении в воздухе взрывоопасен. Достаточно искры и ..

Я для фейеррверка размешал порошок в одеколоне и распылил все это дело у открытого огня. Вспыхивает хорошо.

AZUS6: можно даже проверить самому

Я делал, смотрится. У стекла не электронная, а ионная проводимость.

Вообще-то в любой книжке типа "Практические советы" наряду с рекомендациями полиовки древесины приводится практически одна и таже схема на 4-х 6П3С или Г807. Настраивоется в резонанс од нагрузкой, но кроме как нагреть отв6ртку и расплавить кусок припоя вряд ли она на что-либо способно. У меня в лаборатории два типа приборов, которые плавят металлосодержащие пробы в присутствии флюсующих добавок. Так вот ЛАМПЫ и там и там с пятилитровое пластмассовое ведо, всё сплошь в катушках, в одной индукционной печи – медный индуктор с водяным охлаждением, как в предидущей сноске да и кондёры ни на каком рынке не сыщешь. И вся эта промышленная катушечно- ламповая мощчь максимум что может – расплавить 1-2 грамма металла. А если вы собираетесь минилитейку – то домашнее доменное производство, как сравнительно недавно в Китае, или электросталеплавильное производство, где, грубо говоря, металл плавится электрической дугой. Смотрите, чтоб счётчик не улетел. У нас, например, АЭС подсобляет.

NIK123: . И вся эта промышленная катушечно- ламповая мощчь максимум что может – расплавить 1-2 грамма металла. А если вы собираетесь минилитейку – то домашнее доменное производство, как сравнительно недавно в Китае, или электросталеплавильное производство, где, грубо говоря, металл плавится электрической дугой. Смотрите, чтоб счётчик не улетел. У нас, например, АЭС подсобляет.
Рекомендую просветиться www. mexel.narod.ru

Только это не чистая индукционка – потому как греет графитовый тигель, поэтому рабочая частота фиксирована, как и загоняемая в индуктор мощность. В индукционках, что плавят металл в непроводящих тиглях сложнее все ибо параметры индуктора зависят от того сколько, какого металла и какой температуры в индукторе, потому частота рабочая плавает.

Форум про радио — сайт, посвященный обсуждению электроники, компьютеров и смежных тем.

Установки индукционного нагрева, ТВЧ установки, кузнечные и закалочные комплексы :: История развития индукционного нагрева :: Заказ по телефону +7-499-6413840

Статья подготовлена с использованием материалов международной конференции APIH-05 Actual probIems of induction heating (research and applications), в частности статьи А. Мюльбауэр, А. Васильев, «Краткая история техники индукционного нагрева и плавки»

1. Обстоятельства предопределившие появление индукционного нагрева

К обстоятельствам предопределившим появление индукционного нагрева относятся великие открытия в области электротехники это, во - первых, открытие М. Фарадеем (1791 - 1867 г.) электромагнитной индукции. «При движении проводника в поле магнита в нем наводится ЭДС, или что тоже при движении магнита вокруг проводящего контура». Этот ток называется индуцированным. Причем, если магнит вносится в контур - то в нем индуцируется ток одного направления, а если магнит выносится, то возникает ток другого направления. Открытие Фарадея подтолкнуло к новым научным результатам в области электротехники. Окончательное теоретическое обоснование взаимодействия электромагнитного поля со средой дал Джеймс Керк Максвелл (1831 - 1879 г.). Именно Максвелл положил начало современной электродинамике. Идеи Максвелла и Фарадея были подтверждены трудами Г. Эрстеда, который в 1820 г. обнаружил вокруг проводника с током магнитное поле и А. Ампером который открыл эффект механического притяжения и отталкивания у проводников, по которым протекают токи. Ом дал описание связи электрического тока с сопротивлением проводника, получив всем известные соотношения. Математическую связь между силой тока, сопротивлением проводника сформулировал Джеймс Джоуль (1818 - 1889 г. ) в 1840 г. (Закон Джоуля). Опираясь на эти законы В. Симене в 1866 г. обосновал принцип электрического генератора и двигателя, положив начало электромашиностроению. Несколько позже Н. Тесла (1856 - 1943 г.) открыл явления бегущего вращающегося электромагнитного поля и создал в 1880 г. первый генератор двухфазного тока, он вплотную подошел к конструкциям многофазного переменного тока, разработал первый трансформатор и получил высоковольтный источник напряжения на высокой частоте, что в дальнейшем привело к появлению мощных генераторов переменного тока и обеспечило развитие электронагрева. Ч. Стейнметц (1856 - 1923 г.) осуществил практические рекомендации, использующие принцип индуцирования тока в проводящей среде обмотками (катушками), питаемыми от источника переменного тока.

2. Индукционные системы в металлургии, обработка металлов

До индукционных систем появились электронагревательные устройства, осуществляющие контактный нагрев на частотах 50 - 60 Гц. На этих же частотах появились первые канальные печи для плавки металлов. Вслед за открытием радио были созданы первые источники тока высокой частоты. Осуществились идеи, выдвинутые ранее и связанные с нагревом металла внутри соленоида. Дальнейшее улучшение источников тока высокой частоты привело к эффективному внедрению индукционных тигельных печей и средств высокочастотной обработки.

 

2.1. Как все начиналось

В 1887 г. С. Ферранти предложил первую конструкцию индукционной тигельной печи. Плавка осуществлялась в тигле в виде кольца, металл, находящийся в тигле представлял вторичную обмотку трансформатора, питающегося током 50 - 60 Гц. Первые опыты по использованию тока высокой частоты были сделаны Е. Колби в США, но частота тока была низкой, а мощность небольшой и опыты окончились неудачно. Можно сказать, что первую успешно работающую печь для плавки стали, построил в Швеции F. А. Kjellin (рис.1.) в 1900 г. на фирме Benedicks Bultfabrik.

Рис. 1. Первая канальная печь построенная Kjellin

Она питалась от однофазного трансформатора, емкость печи составляла 50 кг. стали и потребляемая энергия 7 кВт час/тонн. Именно Kjellin можно считать отцом открытых промышленных канальных печей для плавки цветных металлов и стали. Попытки сделать индукционные тигельные печи промышленного типа до ХХ века не увенчались успехом из-за отсутствия источников тока. Можно назвать инженера Саладина - фирма Societe Schneider Cie. Creusot (Франция), получившего патент на высокочастотную печь в 1905 г.

В Германии А. Debuch использовал импульсный дуговой генератор для питания тигля небольшого размера, он расплавил 20 грамм олова в тигле в течении 2 минут однако все исследования были прерваны войной 1914 г.

Одновременно с работами по проектированию печей для плавки металла начиная с 1900 г. появляются интенсивные исследования в области применения электронагрева для термообработки стали. Особенно уже в то время стоял вопрос упрочнения автомобильных деталей и в первую очередь коленчатых валов, их упрочнение проводилось термохимическим способом, что часто оказывалось не совсем эффективным. Идея применения электронагрева высказывалась неоднократно, но успеха не имела из-за отсутствия в первую очередь источников тока высокой частоты и необходимой теории. Однако в США интенсивно работал в 1920 г. Dr. Е. Northrup над проблемой применения термообработки стальных изделий в машиностроении. В том же 1920 г. он получил патент на использование так называемого фокус - индуктора. Интенсивное развитие автомобилестроения в США и Германии привело к необходимости новых методов упрочнения коленчатых и распределительных валов. Вперед вырвалась фирма ТОССО (штат Огайо), Кливленд и в Германии AJAX ELECTROTCHERМIC CORPORAТION. Большие работы велись также в Трентоне, Нью - Джерси США. В 1930 г. аналогичные работы начались в СССР в Ленинграде. Первые опыты по высокочастотной закалке в СССР начал проф. Вологдин ВЛ. Еще в 1925 г. он провел первые эксперименты по высокочастотной закалке стали, но они оказались неудачными, не было получено равномерности нагрева и особенно не были изучены свойства сталей при нагреве и охлаждении. Однако через 9 лет ВЛ. Вологдин вместе с инженером В.И. Романовым провели успешные опыты по высокочастотной закалке деталей автомашин.

2.2 Плавка индукционным методом

Время от 1900 по 1945 гг.

Переход от канальных печей к современным в.ч. тигельным печам длился с 1900 - 1940 гг. В начале начинают развиваться канальные печи с закрытым каналом (рис.2.). Еще в 1905г. была создана печь для плавки стали в Volklingen (Германия) с двойным ярмом магнитопровода (фирма Rochling - Rodenhauser). Увеличение мощности в канальных печах привело к появлению эффекта бурного перемешивания, т.к. сочетания низкой частоты и больших токов содействовало росту электродинамических усилий и появлению пинч эффекта. Эти явления были изучены Р. Вагу (Франция), Е. Nortlllup и С. Hering в США. Решение проблем нашел J. Wyatt, работающий в Ajax Metal Corporation, который в 1915 году предложил заостренный в виде буквы «V» канал, расположенный ниже пода печи (рис.3). Это сделало возможным борьбу против пинч эффекта за счет гидростатического давления расплава. Однако надо заметить что печи, предложенные Kjellin явились базой для последующего усовершенствования канальных печей. В 1916 г. фирма Ajax Electric Furnace основала производство и продажу канальных индуктивных печей для плавки латуни и бронзы и их сплавов.

В 1928 г. Е. Russ начал эксплуатировать канальные печи плавки чугуна, используя duplex process. Однако, несмотря на внедрение канальных печей, процесс требовал применения новых по тому времени типов печей и ими оказались тигельные высокочастотные печи. В США Е. Northrup профессор физики Принстонского Университета в 1916 г. спроектировал и запустил в Палмеровской лаборатории первую высокочастотную тигельную печь, получающую питание от искрового генератора 20 КГц первый грант за этот тип печи он получил в 1918 г. В этой же лаборатории проф. Northrup создал также целый ряд изобретений в области электронагрева, который широко известен, как, например Ajax - Northrup - HF fumaces (рис.4.) плавильная установка 20 кВт, однофазная и 60 кВт, трехфазная.

Рис. 2. Печь фирмы фирмы Rochling Rodenhauser

Рис.3. Среднечастотная печь фирмы Ajax - Wyatt с каналом V – образной формы

Рис. 4. Ранний вариант высокочастотной печи Northrup

Northrup публикует работы посвященные решению проблем индукционного нагрева на высоких частотах в 1919,1920 и 1921 гг., а особенно обращает внимание на бессердечниковые индукционные печи. Эти работы показывают на большой прогресс в области высокочастотного нагрева и излагают основы теории и применения метода индукционных нагревательных систем. В 1920 г. организуется Ajax Electrothermic Corporation. Эта фирма становится ведущей в области бессердечниковых индукционных печей. Профессор Northrup остается работать в Принстоне и целиком переходит на руководство компанией (A.E.C.), где работал долгие годы с большим успехом. Активность (A.E.C.) приводит к появлению предприятий за пределами СIПА (Образуется Ливанская Сталеплавильная компания в 1930 г.). Во Франции в 1920 г. М. Ribaud начал независимо от Northrup руководит выпуском печей и искровых генераторов на частоты тока от 50 кГц до 100 кГц для плавки нескольких кг. металла. В Европе первые высокочастотные плавильные системы, снабженные вращающимися машинными генераторами (конверторами) появились в 1925 г. Институте Кайзера Вильгельма в Дюссельдорфе - Германия (KWI). Исследователи KWI, начали работы по освоению новых методов плавки и пришли к выводу, что преимущество электрических печей будет только тогда когда ненадежный искровой генератор будет заменен более экономичным машинным генератором незатухающих колебаний. В 1926 г. F. Wever и Wilhelm Fischer опубликовали глубокое исследование работы бессердечниковых печей и результаты расчетов, подтвержденные экспериментами и компания Hirsch - Kupfer and Messingwerke смонтировала первую плавильную установку с вращающимся генератором 100 кВт для плавки никеля и бронзы. В 1926 г. появилась первая сталеплавильная тигельная печь на 300 кг., питаемая от машинного генератора 2000 Гц и 150 кВА на сталеплавильном заводе Dorrenberg Company Runderoth. Новым направлением явилось появление индукционной вакуумной печи в Германии. Надо отметить, что Е. Northrup в США создал прототип вакуумной индукционной печи в 1920 г. С другой стороны W. Rоhn запустил это направление в Германии, что позволило основать фирму Heraeus Vacuum melting facility в 1923 г.

В тридцатых годах признание преимущества применения металлургических печей индукционного типа стало очевидным. Большие работы были развернуты на фирме ASEA в Швеции и Германии, к этим работам присоединились компании Otto Junker и Вrown Boveri.

До настоящего времени ничего не говорил ось о работах в этой области русских ученых. Здесь необходимо упомянуть имя Валентина Петровича Вологдина, который создал целую серию электромашинных высокочастотных преобразователей от 10 - 100кВт в диапазоне частот 2 - 20 кГц. Подробно о вкладе русских ученых мы остановимся во второй части доклада.

Итак, в середине 30 годов теоретические основы электромагнитных индукционных систем, подкрепленные экспериментами, сформировали основные знания в этой области. Позже увеличиваются размеры плавильных и нагревательных устройств, совершенствуются способы футеровки, увеличивается мощность в единице объема и емкость печей. Усовершенствуются методы расчета печей, которые позволили говорить об индустрии печестроения. Были сформулированы фундаментальные принципы работы, конструирования и эксплуатации. В эти же годы (около 1930 г.) фирма Ajax - Wyatt применяла канальные индукционные печи для получения алюминиевых сплавов при консультации М. Тата, сначала в Европе. Затем Тата покидает Европу и переносит свою деятельность в США (1940 г.). Он вступает в Ajax - Tata - Wyatt, начиная играть большую роль в металлургии. Фирма преобразуется в объединение Ajax Engineering Corporation были основаны в 1941 г. во главе с М. Тата. Тата продолжает исследования в области перемешивания металла в канальных печах, это приводит к изобретению индукторов с однонаправленными токами. Первый большой заказ из 30 печей для плавки алюминия, был отправлен в Россию.

Этот период знаменуется переходом автомобильной промышленности к использованию алюминия и отказом от применения цинка. Литейный завод Hirsch - Kupfer und Messingwerke в Finow (Германия) был полностью переведен на электрические печи. В нем насчитывалось 27 Ajax - Wyatt печей и 4 высокочастотные безсердечниковые печи в действии. В том же году Russ Company (Германии) начала эксплуатацию канальных печей с вертикальными каналами для Франции для поставки высококачественной стали. Там же в 1932 г. была испытана индукционная тигельная печь Dоrrеnberg - Company и годом позже Siemens и Halske демонстрируют 4 тонную тигельную печь на высокой частоте на выставке Heat exhibition в Essen. Другая 4 тонная печь была введена в действие в 1934 г. у Krupp AG и в Deutsche Edelstahlwerke в Богемии и работала очень хорошо. Таким образом, в тридцатые годы были фактически завершены первые исследования по бессердечниковым тигельным печам. В 1934 г. в Швеции L. Dreyfus сконструировал бессердечниковую печь с применением двух частот в которой однофазный ток средней частоты был для плавления а многофазный для перемешивания и внесения прибавок с использованием того же индуктора.

Поскольку Швеция в годы войны испытывала трудности в высококачественном угле, то ASE увеличила производство электропечей, в 1944 г. фирма строит 8 тонную печь средней частоты 1700 кВт 725 Гц для собственных нужд. Это продвинуло вперед работы по освоению серий электропечей и сделало ASEA ведущей в области рассмотренного типа печей. Содружество с фирмой М. Тата позволило расширить производство тигельных печей в США, все эти фирмы совместно с фирмой Otto Junker (Германия) можно считать пионерами в области этого типа печей.

Время после 1945 г.

В это время ASEA является также лидирующей фирмой в области индукционных канальных печей особенно после хороших усовершенствований в 1959 г. их конструкции и методов управления плавкой.

Рис. 5. Цилиндрическая канальная индукционная печь фирмы ASEA

Около 60 индукторов с мощностью 1100 кВт были использованы, а для двух канальных печей применив еще большие мощности. В 1965 г. ASE достигает уровня 125 тонной канальной печи для Chrysler в США оборудованной 4 сдвоенными единицами 1100 кВт в индукторе для плавки и выдержки железа. В конце 60 годов появляются новые цилиндрические печи для выдержки, имеющие уменьшенные тепловые потери. Это позволило улучшить эксплуатационные свойства и увеличить срок службы футеровки. В 1981 - 84 был сделан большой шаг в конструкции индукторов для печей с сдвоенным каналом который свободен от засорения, имеет меньшие потери. В 1985 г. была сделана печь на 32 тонны с 4 индукторами для плавки алюминия для пивных канистр (фирма Granges Aluminium Швеция). В 1988 году компания ASEA и ВВС сливаются и образуют компанию АВВ, которая начинает выпуск нового поколения печей. Специальные тиристорные преобразователи обеспечивают контроль мощности. Ясно, что с точки зрения экономики выгодно увеличивать мощность и производительность печи в единице. В Германии линия по производству частотных печей достигают 120 т. чугуна при уровне мощностей достигает 3000 кВт.

В США после 1945 г. главным образом две компании определяли развитие индукционных плавильных печей. Это Ajax Magnethermic Сотрогапоп и начиная с середины 1950 г. Inductotherm Corporation.

В 1959 г. Ajax Electric Furnace Company и Ajax Engineering Company были объединены с Magnethermic Corporation и 2002 г. становятся Ajax Magnethermic Corporation и основываются Ajax ТОССО Magnethermic. Эти объединения становятся главными поставщиками индукционных нагревателей и плавильного оборудования, в основном, больших мощностей, в том числе канальных индукционных печей с «Jet Flow» индукторами. Эти плавильные печи делают удобным литье металла вместе с отходами.

Наконец компания TOCCO Ajax переходит барьер мощности 8000 кВт и является лидером по производству самых больших канальных печей. В Германии после войны компания Otto Junker и Brown Bowery (ВВС) начинают успешное освоение индукционных тигельных печей на 50 - 60 кг. Эти печи первоначально использовали для плавки чугуна, но затем для стали и цветных металлов. Начиная с 1950 г. темп производства шаг за шагом увеличивается, увеличивается мощность, плотность энергии и К.П.Д. В 1964 г. ВВС получает заказ из США для самой большой тигельной печи для плавки чугуна с возможностью выдержки металла при мощности 21000 кВт (рис. 6) с емкостью от 60 тонн и выше. Автомобильная промышленность нуждается в высококачественном железе. Этот тип печей оказался наиболее выгодным, чем другие типы по своей простоте и эффективности. Установленная плотность энергии была самая высокая, эти цифры колеблются от 250 кВт/т до 350 к8т/т. В 1977 г. пускается завод с двумя 30 - тонными печами на 8000 кВт, включая устройство для предварительного разогрева, транспортных средств, тиристорные преобразователи.

Рис.6. Среднечастотная тигельная печь емкостью 60 т. мощностью 21000 кВт

В то время тиристоры становятся дешевыми и именно в эти годы применение инверторов позволило выбирать частоты тока согласно размеров печей. Так для больших печей удобная частота была 250 Гц, а для малых печей частота была гораздо больше. Правильный выбор частоты позволял быстро и эффективно вести плавку. В 80- х годах увеличивается высота печи, т. к. увеличивается частота от 50 до 250 Гц, при этом удается поддерживать движение ванны в печи таким же, как и при 50 Гц. Плотность мощности в расплаве доходит до 2.24х350 кВт/т = 787кВт/т. Согласно соотношению между движением расплава и частотой тока возможно доведение удельной мощности до 1000 кВт/т и такие печи могли бы быть построены в это время. В Германии в конце 80-х годов в ВВС созданы печи для серого железа один экземпляр 6 тонн и мощность 6 МВт другая 12 тонн 9.3 МВт на частоте 250 Гц. Высокие печи требуют четкого управления процессом и высокой точности. В тот же самый период ASEA в Швеции активно развивает производство печей. В 1956 г. компания поставила 2 вакуумные печи емкостью 2 тонны для компании Utica Drop и Forge Corp. в США. Эти печи для плавки использовали ток с частотой 890 Гц, а для перемешивания 30 Гц. Вместе с тем увеличивается потребность в сплавах содержащих алюминий, и это при водит К увеличению температур и к вакуумным плавкам. В 1961 г. ASEA представил 5.5 т. с частотой 600 Гц и 3400 кВт, плотность мощности достигла 618 кВт/т. Годом позже в 1965 г.ASEA демонстрирует 20 т. печь 4400 кВт. Это была самая большая печь того времени. Все время идет наращивание мощности и емкости печей, увеличивается к.п.д. и мощность инверторов средней частоты с возможностью выбора частоты привела к полному отказу от машинных генераторов. В это же время была изготовлена самая большая печь на 18000 кВт для плавки карбида железа емкостью 63 тонны на промышленной частоте. В 1992 г. АВВ сделают мощную печь, практически избавленную от шума, 2 печи по 12 тонн 9.5 МВт и 250 Гц каждая имеют плотность энергии 790 кВт для Daimler Benz в Мангейне Германия.

В 1992 г. в АВВ создана двойная печь с питанием от одного источника и в то же время с возможностью контроля каждой печи. Начиная с 1953 г. Henry М. Rowan создает Inductortherm company и становится в США лидером по выпуску печей от 15 кВт и выше (тигельные) до 42000 кВт (канальная). Уделяется большое внимание автоматике и системам контроля.

Современные плавильные установки представляют собой системы, встраиваемые на металлургические заводы в автоматические линии с контролем всех процессов от загрузки до разлива (рис. 7).

Рис. 7. Схема управления процессом плавки тигельной печи фирмы АВВ

2.3.Индукционный нагрев для термообработки

Фактически индукционные системы для термообработки привлекли внимание ученых и инженеров с 1930 - х годов. Для этого необходимо было иметь источники питания высокой частоты тока и разработанную теорию поведения металла в электромагнитном поле, с учетом изменения параметра металла, (удельного сопротивления, магнитной проницаемости) и подойти к вопросу выбора частоты. Как уже упоминалось, первые теоретические положения были полностью сформулированы для случая металлических образцов, помещенные в соленоид питаемых переменным током. Это было сделано в 1918 г. Е. F. Northrup. Это были первые шаги в индукционном нагреве для термообработки. Развитие автомобилестроения подтолкнуло развитие этого типа термообработки. Особенно узким участком было производство коленчатого вала автомобиля.

Рис. 8. Индуктор фирмы ТОССО для закалки шеек коленчатого вала: А - деталь подвергающаяся закалке, В - две полу -цилиндрические части индуктора, С - камера закалочного душа, D - подводящие охлаждение штуцера

В США (ТОККО) Ohio Crankshaft Corporation сконцентрировало свои усилия на проблеме технологии в. ч. индукционной закалки подшипников и шейки коленчатых валов и его щек. Эти проекты начались в 1930 г. при индукционной закалке основным компонентов является индуктор. РИС.8 показывает основные КОНСТРУКЦИЙ Тоссо (авторы Deneen и Dunn) на рис. 9 и рис. 10 представлены усовершенствованные варианты систем, позволяющих избежать ненадежного токового разъема частей индуктора.

Рис. 9. Индуктор фирмы ТОССО с водоохлаждаемым спреером

Рис. 10. Первый экспериментальный индуктор фирмы Elotherm

Основной трудностью конструкции индукторов для закалки коленчатого и распределительного валов двигателей было получение равномерной структуры после термообработки в следствии невозможности вращательного движения в индукторе шеек коленчатого вала и несимметричной формы кулачков распределительного вала. Эти работы велись в США, Германии и России. Они предусматривали разные варианты петлевого индуктора с перемещением индуктора вместе с вращением вала, и, наконец, с вариантами бестоковой связи двух петель (верхний и нижний) с введением электромагнитной связи между ними.

3. Развитие высокочастотной техники в России

Рис. 11. Первый электротехнический ВУЗ ЛЭТИ

Можно сказать, что электрические цепи и электромагнитные поля в конце XIX в. стали предметом пристально го внимания русских инженеров. Этому способствовал широкий обмен мнений между интеллигентными слоями русского общества и соответствующими слоями Англии, Франции, Германии, Италии и других стран. Особенно большим событием в жизни России явилось изобретение радио А.С. Поповым. Вокруг изобретения А.С. Попова образовалась группа ученых энтузиастов, среди них особенно выделялся молодой инженер ВЛ. Вологдин.

Именно использование электромагнитного излучения для передачи информации послужило мощным толчком для прикладных направлений в науке и производстве. Вологдин окончил очень престижный в это время Технологический институт в Петербурге по направлению механические системы, но еще в студенческие годы увлекся электротехникой и даже вместе с профессором Боргманом (автор известных во всем мире учебников по физике) создал в Технологическом институте электротехнологическую лабораторию.

В России уже в 1900 г. были сконструированы линии беспроволочного телеграфа между островами Готланд и Кутсоа в Балтийском море. Создание этой станции позволило эффективно спасти броненосец «Генерал - адмирал Апраксин», а затем ледокол «Ермак» спас финских рыбаков, унесенных на льдине, а радиотелеграф помог разыскать их. Все эти события привели к тому, что В.П. Вологдин получил задание на оснащение русского флота радиопередающими устройствами. Именно в эти годы ВЛ. Вологдин сконструировал серийный машинный генератор 1000 Гц 2кВт для питания радиостанций флота. Конструкция индукторного генератора с безобмоточным ротором и разнесенными полюсами оказалась самой надежной в этом классе электрических машин.

В дальнейшем ВЛ. Вологдин сосредоточил свои работы в области радиотехники. Он сконструировал серию умножителей частоты, целую серию электромашинных генераторов высокой частоты. К 1913 ВЛ. Вологдин уже запустил производство генераторов с частотой до 20 кГц и мощностью до 10 кВт. Интересно, что работа ВЛ. Вологдина была высоко оценена известным американским автором электромашинных генераторов Александерсеном, который признал, что генераторы ВЛ. Вологдина лучше предложенных им. Широкую известность получила деятельность после революции В.Л. Вологдина в Нижегородской лаборатории, этой лаборатории был поручен весь цикл работ в области радиопередающих устройств. Дальнейшие работы привели Вологдина к комплексным системам электромашинный генератор - умножитель частоты, что позволило получить частоты до 120 кГц. Будучи энтузиастом электромашинной техники, В.П. Вологдин также внимательно следил за развитием электронных ламп.

Расцвет электронной техники привел В. П. Вологдина к работе в области выпрямителей. До сих пор во всех монографиях мира приводится каскадная схема выпрямления В. П. Вологдина. Тем не менее, В. П. Вологдин ищет новые пути применения высоких частот, генерируемых машинными генераторами. В период с 1925-1935г. В. П. Вологдин проводит активные работы в области индукционных печей для плавки цветных металлов. И когда на главном автомобильном гиганте СССР (ЗИС) встал вопрос о термообработке шеек коленчатого вала и кулачкового распределительного вала Вологдин предложил применить индукционный нагрев.

Исторический прием в 1936 г. В. П. Вологдина у главы тяжелой промышленности г. Орджоникидзе привел к необыкновенному размаху работ в области поверхностной индукционной закалки токами высокой частоты. В 1935 г. деятельность В. П. Вологдина прочно связывается с Электротехническим институтом в Ленинграде. С этих лет в ЛЭТИ возникает школа высокочастотной электротермии, функционирующая до сих пор.

Работы в области воздействия высокочастотных электромагнитных полей на металлы и диэлектрики, начиная с середины 30-х годов, распространились на громадное число заводов. В первую очередь это были автомобильные, авиационные, судостроительные и военные заводы. Большую роль сыграла монография В. П. Вологдина, вышедшая в 1939 г. «Поверхностная закалка индукционным методом». Заметную роль сыграли заводские лаборатории, в первую очередь лаборатория ЗИЛ - руководитель профессор К. З. Шепеляковский, предложивший использовать специальные сорта стали с быстрой прокаливаемостью. Была также создана лаборатория ТВЧ на Горьковском автомобильном заводе (инженеры Натанзон и Положинцев), одновременно с вопросами индукционного нагрева занялись профессор Г.И.. Бабат (Москва) известный своими обширными изобретениями, и М. Г. Лозинский, работающий в институте Машиноведения АНСССР.

В годы войны расширился круг людей, занимающихся высокочастотной закалкой. Этому способствовало перебазирование ведущих заводов центра СССР на восток и слияние их с уже существующими на этих местах заводами. Ярким примером является работа эвакуированной из Ленинграда лаборатории ВЛ. Вологдина в Челябинск, где работали коллективы Челябинского тракторного, Кировского (Путиловского), ленинградского заводов. Десятки танков были выпущены только в Челябинске с применением термообработки т.в.ч. деталей танка. Аналогичная картина была на авиационных заводах (Саратов, Ташкент и Омск). В 1943 г. вышло постановление о при суждении престижной Сталинской премии в области науки и техники в СССР. Эта высокая премия была вручена В.П. Вологдину, Г.И. Бабату (1911-1961 гг.), М.Г. Лозинскому (1909-1970 гг.) и инженеру Б.Н.Романову. Последние три работали на оборонных заводах СССР. По поводу этой премии, врученной в тяжелые годы войны необходимо остановиться особо. Во-первых, это было официальное признание значения направления - индукционный высокочастотный нагрев с целью упрочнения стали, во-вторых, в числе авторов были названы специалисты, имеющие разный подход и к теории и к практике индукционного нагрева. Это привело к серьезному конфликту между учеными, но, тем не менее, способствовало развитию индукционного нагрева. Как пример можно привести точку зрения на выбор частоты тока. Г.И. Бабат и М. Г. Лозинский были сторонниками применения очень высоких частот тока требующих высоковольтных ламповых генераторов. В.П. Вологдин, опираясь на труды металловедов и математиков, и учитывая марки сталей, применяемых в то время, пришел к противоположному выводу для определения частот для закалки крупных деталей. Эти частоты тока могли быть генерированы за счет индукторных генераторов.

Точка зрения В.П.Вологдина оказалась в то время правильной. Необходимо отметить и профессор Г.И.Бабат и профессор М.Г. Лозинский явились авторами крупных монографий посвященных теоретическим вопросам индукционного нагрева это «Индукционный нагрев и его промышленное применение» Москва 1965 г. автор Г.И. Бабат ., «Промышленное применение индукционного нагрева» Москва 1957 г. автор М. Г.Лозинский, посвященная памяти ВЛ. Вологдина. Вместе с этим упомянем монографию ВЛ. Вологдина «Поверхностная индукционная закалка» 1947 г. Рукопись этой книги была во время войны в Минске захвачена фашистскими войсками в 1941 г. и была рассмотрена в управлении Геринга с резолюцией последнего о срочном переводе.

После войны лаборатория ТВЧ возвращается в Ленинград в Ленинградский Электротехнический Институт им. В.И. Ульянова (Ленина). Все усилия страны были направлены на возрождении разрушенного войной народного хозяйства.

Именно в эти годы ВЛ. Вологдин добивается преобразования лаборатории ЛЭТИ в самостоятельный институт. Приказом И.В. Сталина в 1947 г. был открыт существующий до сих пор институт токов высокой частоты, носящий после смерти его создателя его имя. В эти же годы ВП. Вологдин получает первым золотую медаль имени А.С. Попова за заслуги в области радиотехники. Вместе с ним этой награды были удостоены академик А.И. Берг академик А.П. Минц профессор Б.А. Введенский.

В 1947 г. в ЛЭТИ была создана кафедра высокочастотной техники, выпустившая за все годы своего существования более 1500 инженеров в области высокочастотной электротермии, 20 докторов и более 150 кандидатов технических наук. Открытия ВНИИТВЧ способствовали развитию науки в областях высокочастотной обработки металлов, диэлектриков и полупроводников, созданию теоретических основ высокочастотной электротермии. В 1952 г. за успешное внедрение индукционного нагрева в кузнечное производство коллективу ученых ЛЭТИ в ВНИИТВЧ (В. П. Вологдин, А. Н. Шамов, В. Н. Богданов, С. Н. Перовский) была при суждена вторая Сталинская премия.

Благодаря ВНИИТВЧ и ЛЭТИ возникли научные центры по подготовке специалистов в области высокочастотного нагрева в Свердловске (Уральский Политехнический Институт), Самаре (Самарский Технический Университет), Новосибирске (Новосибирский Технический Университет), Красноярске (Красноярский Технический Университет). Создание этих кафедр связано (в Свердловске) с именем проф. Н. М. Родигина - автора теории нагрева металлов индукционным методом на низких частотах, проф. Э. Я. Раппопорта (в Самаре) известного работами в области автоматизации систем индукционного нагрева, проф. Чередниченко В. С. (в Новосибирске), имеющего большой опыт в создании специальных индукционных печей. Отдельно развивалась кафедра электротермических установок в МЭИ (Москва). Ее организатор - Свенчанский А.Д. специалист в области печей сопротивления. В настоящее время перечисленные кафедры вместе с ВНИИТВЧ создали крупные направления в области индукционного нагрева.

Индукционные печи презентация, доклад

Текст слайда:

При пропускании тока через индуктор в металле , находящемся в тигле, индуцируются мощные вихревые токи, что обеспечивает нагрев и плавление металла. Для уменьшения потерь тепла, печь имеет съемный свод .
Тигель изготавливают из кислых (кварцит) или основных (магнезитовый порошок) огнеупоров. Для выпуска плавки печь наклоняют в сторону сливного ж?лоба.
Под действием электромагнитного поля индуктора при плавке происходит интенсивная циркуляция жидкого металла, что способствует ускорению химических реакций, получению однородного по химическому составу металла, быстрому всплыванию неметаллических включений, выравниванию температуры.
В индукционных печах выплавляют сталь и сплавы из легированных отходов методом переплава, или из чистого шихтового железа и скрапа с добавкой ферросплавов методом сплавления.
После расплавления шихты на поверхность металла загружают шлаковую смесь для уменьшения тепловых потерь металла и уменьшения угара легирующих элементов, защиты его от насыщения газами.
При плавке в кислых печах, после расплавления и удаления плавильного шлака, наводят шлак из боя стекла . Для окончательного раскисления перед выпуском металла в ковш вводят ферросилиций, ферромарганец и алюминий.
В основных печах раскисление проводят смесью из порошкообразной извести, кокса, ферросилиция, ферромарганца и алюминия.
В основных печах выплавляют высококачественные легированные стали с высоким содержанием марганца, титана, никеля, алюминия, а в печах с кислой футеровкой – конструкционные, легированные другими элементами стали.
В печах можно получать стали с незначительным содержанием углерода и безуглеродистые сплавы, так как нет науглероживающей среды.
При вакуумной индукционной плавке индуктор, тигель, дозатор шихты и изложницы, помещают в вакуумные камеры. Получают сплавы высокого качества с малым содержанием газов, неметаллических включений и сплавы, легированные любыми элементами.

СПОСОБ РАБОТЫ

На второй стадии, когда получен расплав металла, начинается этап легирования и коррекции химического состава металла. Рассматриваемая СЭПСЧ позволяет осуществить перераспределение мощности по секциям индуктора, иными словами, произвести фокусировку мощности в отдельных зонах тигля печи и обеспечить различные виды активного перемешивания металла.

назад

СХЕМА

Укриндуктор индукционные печи - Тиристорные преобразователи

Назначение: индуктивный нагрев деталей, закалка деталей, плавка чёрных и цветных металлов

   Применяется я в индукционных плавильных печах для плавки чёрных и цветных металлов, а также в индукционных установках для закалки или нагрева металлических деталей способом индуктивного нагрева.


Основные характеристики преобразователей частоты :
- Тиристорные преобразователи частоты основаны на тиристорах – превосходно подходят для построения индукционных закалочных систем и плавильных комплексов. Электронная начинка от европейских производителей тиристорных преобразователей частоты последнего поколения;
- Мощность и частота отслеживаются автоматически ;
- Невысокая стоимость;
- Хорошаянадёжность преобразователя.


Тиристорные преобразователи сделаны на электронных цифровых платах управления. Главные платы управления - разработка ведущего мирового производителя тиристорных преобразователей частоты для индукционных плавильных комплексов. Эти платы управления обеспечивают мягкий пуск, и высокую отказоустойчивость в работе при постоянном температурном контроле. В качестве элементной базы применяются электронные компоненты последнего поколения. Электронная схема, по которой собираются тиристорные преобразователи - собственная уникальная разработка нашего завода-изготовителя, одного из ведущих мировых производителей тиристорных преобразователей.

 

Модель номинальная мощность, кВт напряжение, В частота, Гц
входной ток, А выходной ток, А
 выходная нааряжение, В
 габариты, мм вес, кг
KGPS 1-2. 5/100 100  380, 3-ф
1-2,5
 170 180 750
620x680x1630 200
KGPS 1-6/125-50 125-50
 380, 3-ф 1-6
200-80
225-90 750 720x780x1800 300
KGPS 1-6/250-100 250-100  380, 3-ф 1-6
425-170
450-180 750 820x780x1800 400
KGPS 1-6/500-200 500-200
 380, 3-ф 1-6
850-340
900-360 750 820x780x1800 500
KGPS 1-2. 5/160 160
 380, 3-ф 1-2,5
270
380 750  920x930x2080 600
KGPS 1-2.5/250 250
 380, 3-ф 1-2,5
420 450 750 1520x880x2060 700
KGPS 1-2. 5/500 500
 380, 3-ф 1-2,5
850 900 750 1520x880x2060 800
KGPS 0.5-2.5/750 750
 380, 3-ф 0,5-2,5
1250
1350 750 1520x880x2060 950
KGPS 0. 2-0.5/1000 1000
 380, 3-ф 0,2-0,5
1650
1800 750
3800x1000x2000 1170
KGPS 0.5-1/750 750 660, 3-ф 0,5-1
800 850 1200 3800x1000x2000 1350
KGPS 0. 2-0.5/1000 1000 660, 3-ф 0,2-0,5
1050  1150 1200  н.д. н.д.
KGPS 0.2-0.5/1500 1500 660, 3-ф 0,2-0,5
1550  1700 1200
 н. д.  н.д.
KGPS 0.2-0.5/2500 2500 660, 6-ф 0,2-0,5 1300  2850 1200
 н.д.  н.д.
KGPS 0.2-0.5/3000 3000 660, 6-ф 0,2-0,5  1550  3400 1200
 н. д. н.д.
KGPS 0.2-0.5/4000 4000 750, 6-ф 0,2-0,5  1650  3600 1350  н.д. н.д.
KGPS 0.2-0.5/5000 5000 750, 6-ф 0,2-0,5  2050  4500 1350
 н. д. н.д.
KGPS 0.2-0.5/6000 6000 950, 6-ф 0,2-0,5  2150  4700 1500  н.д. н.д.
KGPS 0.2-0.5/8000 8000 950, 6-ф 0,2-0,5  2850  6300 1500  н. д. н.д.
KGPS 0.2-0.5/10000 10000 950, 12-ф 0,2-0,5  1800  7850 1500  н.д. н.д.
KGPS 0.2-0.5/12000 12000 950, 12-ф 0,2-0,5  2150 9400
1500  н. д. н.д.

  Мы предлагаем Вам выбрать всё необходимое оборудование для производства. На нашем портале Вы сможете приобрести качественные и надежные тиристорные преобразователи частоты по самым оптимальным ценам.
  Преобразователь частоты служит для изменения постоянного или переменного тока одной частоты в переменный ток другой частоты. Самые мощные преобразователи частоты применяются в установках индукционного нагрева.
  Применение частоты, которая отличается от стандартной частоты в промышленном производстве, помогает использовать электроэнергию с большей эффективностью, позволяет обеспечить необходимый режим для работы индукционных установок.
  Инверторы работают в трёх режимах: в режиме длительной работы, в режиме перезагрузки и в пусковом режиме. Режим длительной работы соответствует номинальной мощности инвертора. В режиме перезагрузки инвертор способен отдавать мощность, которая может превышать номинальную в полтора раза. В пусковом режиме инвертор отдает повышенную мощность в течение нескольких долей секунды, чтобы обеспечить запуск электродвигателей.   Тиристорный преобразователь частоты состоит из управляющей части и электрического привода. В составе схем электрического привода находятся тиристор и транзистор, которые работают в определенном режиме. Управляющая часть содержит микропроцессор, который отвечает за основную задачу – управление и за целый ряд дополнительных задач – контроль, диагностику и защиту.
  Выделяют два класса преобразователей частоты, в зависимости от принципа работы и структурных составляющих электрического привода: с непосредственной связью и с промежуточным звеном постоянного тока, который явно выражен. Наиболее широко используется преобразователь частоты с явно выраженным звеном постоянного тока.
  Тиристорные преобразователи частоты применяются в индукционных установках, которые используются для термической обработки и нагрева металла. Тиристорный преобразователь частоты – это одна из главных составных частей любой индукционной установки. От него зависит работа индукционной установки в целом и результат всего технологического процесса.
  Индукционные установки, в которых используются тиристорные преобразователи частоты, имеют целый ряд преимуществ. Одним из главных достоинств тиристорных преобразователей частоты обычно считается малый расход электроэнергии, что связано с повышенным КПД (до 98%), относительно других преобразователей. Немаловажным является и то, что регулирование мощности работы во время технологического процесса можно осуществлять с помощью изменения частоты управления тиристорами. Тиристорные преобразователи частоты способны работать с большими напряжениями и токами, что позволяет расширить сферу их применения. Тиристорные преобразователи частоты используются в области промышленного производства и в электроприводе транспорта. Преобразователи частоты на тиристорах, мощных полупроводниковых приборах, выдерживают импульсные воздействия и продолжительную нагрузку, что определяет их надежность, а это – самое главное.
 

Плавильная индукционная печь GWJ 0.25-250-1 AE

Плавильная индукционная печь емкостью 250кг по стали и чугуну на преобразователе 250кВт. Отличное соотношение емкости к мощности, как следствие - высокая скорость плавки. Идеальный вариант для небольших и средних литейных производств.

Производительность

Материал корпуса

Устройство наклона

Количество узлов

Производство наших плавильных печей

 

 

Комплектация плавильной печи

В состав плавильного комплекса входит:

  • Плавильный узел - 1 или 2 шт.
  • Тиристорный преобразователь частоты (Шкаф управления) - 1 шт.
  • Конденсаторная батарея - 1 шт.
  • Комплект водоохлаждаемых кабелей - 1 или 2 шт.
  • Шаблон футеровки - 1 или 2 шт.
  • Редуктор наклона и опора - 1 или 2 шт.
  • Пульт управления наклоном - 1 шт.
  • Комплект ЗИП - 1 шт.
  • Паспорт и руководство по эксплуатации - 1 шт.
  • Гарантийный талон - 1 шт.
  • Копия сертификата иди декларации соответствия - 1 шт.

 

Плавильный узел

Плавильная печь может состоять как из одного, так и из двух узлов. При подключении одного плавильного узла отсутсвуют какие-либо переключатели. Подключение происходит "напрямую" через конденсаторную батарею к преобразователю. В случае с двумя узлами есть несколько рабочих схем.

При первой схеме второй узел остается резервным и используется в случаях проведения работ на первом узле. Подключение второго узла осуществляется либо переключателем, либо вручную перебросом контактов.

Другая схема позволяет работать на двух плавильных узлах практически одновременно. Пока один узел работает в режиме подогрева, второй осуществляет слив расплава. Данная схема имеет другой преобразователь, более высокую цену и требования к обслуживанию.

 

Шкаф управления

Управление и настройка печи осуществляется с помощью тиристорного преобразователя частоты (ТПЧ). Данный шкаф управления имеет классическую схему преобразования напряжения: блок выпрямителя, основанный на тиристорах KP, блок инвертора, основанный на тиристорах KE.

Шкаф управления подключается к питанию 380В, 50Гц. На выходе подключается к конденсаторной батарее и плавильному узлу, образующих контур. Имеет защиты от перегрузок и скачков, регуляторы мощности и частоты, индикаторы напряжения, тока, частоты и мощности.

 

Конденсаторная батарея

Колебалельный контур плавильного комплекса состоит из плавильного узла и конденсаторной батареи. Электротермические конденсаторы подключаются медными шинами и образуют батарею имеющий определенные характеристики: напряжение, мощность, частоту и емкость.

При работе вся конструкция нагревается, поэтому каждый конденсатор имеет подключение к воде, а сама конденсаторная батарея оснащается коллектором. Конденсаторные батареи имеют определенный ресурс, который зависит от самих конденсаторов и режима работы. Возможна замена как отдельных конденсаторов, так и всей батареи.

 

Редуктор наклона, кабель и пульт управления

В комплект к печи также входят: редуктор наклона с опорой, водоохлаждаемый кабель и пульт управления наклоном. Редуктор наклона имеет электродвигатель и колесо ручного наклона. Управление редуктором осуществляется кнопками на пульте управления.

Водоохлаждаемые кабели определенной длины подключаются к медной шине и плавильному узлу. Они позволяют производить безопасный наклон печи, и осуществляют подачу воды для охлаждения индуктора.

 

Схема плавильного участка на базе печи GW 0.25-250-1 AE

Комплектация с одним плавильным узлом

Плавильный узел устанавливается в центре, подключается водоохлаждамыми кабелями к конденсаторной батарее на уровне или под уровнем пола. Коммуникации к преобразователю также пролегают на уровне или под уровнем пола. Преобразователь рекомендуется изолировать в отдельное помещение для предотвращения попадания пыли и искр. Пульт управления наклоном устанавливается рядом с печью для контроля слива.

 

Комплектация с двумя плавильными узлами

Плавильные узлы устанавливается по бокам от пульта управления. Подключаются водоохлаждамыми кабелями к конденсаторной батарее на уровне или под уровнем пола. Коммуникации к преобразователю также пролегают на уровне или под уровнем пола. Преобразователь рекомендуется изолировать в отдельное помещение для предотвращения попадания пыли и искр. Пульт управления наклоном устанавливается рядом с печами для контроля слива.

 

Станция охлаждения, градирня

Плавильный комплекс требует постоянного охлаждения всех узлов: тиристорного преобразователя, в состав которого входят охладители тиристоров, реактор; конденсаторной батареи и плавильного узла.

Охлажление осуществляется станцией охлаждения закрытого типа (градирней). За счет постоянной циркуляции воды по теплообменнику, его орошению, а также принудительному обдуву, станция охлаждения всегда в автоматическом режиме контролирует температуру внутри контура.

Подбор станции осуществляется по мощности плавильного комплекса, количеству элементов, требуемых охлаждения, а также производительности самой градирни. Станция не входит в комплект плавильного комплекса.

 


Другие модели

  • В наличии на центральном складе
  • Доставка от 2 дней по России любой транспортной компанией
  • Поставка оборудования от 40 дней до вашего склада
  • Поставка запчастей от 15 дней до пункта выдачи (Москва, Екатеринбург, Новосибирск)

Сертификаты качества и гарантия

Выбор источников питания для индукционного нагрева

26 февраля 2015

ВЫБОР ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ ДЛЯ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА.

Лебедев А.В.

ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева», г. Саранск

Большое количество типов и моделей источников питания разрабатывается таким образом, чтобы они оптимально соответствовали практически бесконечному многообразию потребностей, возникающих при индукционном нагреве. Специфика применения индукционного нагрева в каждом конкретном случае определяет частоту, мощность и другие параметры, такие как напряжение, ток, коэффициент мощности или добротность. Частота является очень важным параметром индукционного нагрева, так как она напрямую определяет глубину проникновения тока в заготовку и, как следствие, глубину и геометрию нагреваемого слоя. Таким образом, при проектировании элементов источников питания в первую очередь должна быть определена рабочая частота. Компоненты источников питания должны быть спроектированы для функционирования с соответствующими ограничениями, обеспечивающими высокую надежность их работы на требуемой частоте. Инверторная схема, которая преобразует постоянный ток в переменный, строится на полупроводниковых ключевых элементах, таких как тиристоры и транзисторы. Для больших мощностей и низких частот чаще всего используются мощные тиристоры. Для низких мощностей и частот выше 25 кГц используются транзисторы, поскольку они могут переключаться с высокими скоростями и малыми потерями. Генераторы на электронных лам пах были широко распространены в течение многих лет в устройствах, работающих на частотах выше 300 кГц. Однако ламповые генераторы имеют низкий коэффициент полезного действия (от 55 до 60%; у транзисторных инверторов КПД составляет 85-93%). Электронные лампы характеризуются ограниченным сроком работы (обычно от 2000 до 4000 часов) и являются дорогостоящими элементами генератора. Высокие рабочие напряжения (около 10 000 В) требуют для эксплуатации ламп повышенных мер безопасности (характерным для работы транзисторов в инверторах является напряжение 1000 В или менее). Эта отрицательная особенность вакуумных ламп привела к резкому увеличению использования транзисторных источников питания для индукционного нагрева на частотах менее 1 МГц.

Существуют зоны, в которых может использоваться несколько типов ключевых элементов.

Мощность, необходимая для конкретного процесса индукционного нагрева, зависит от объема нагреваемого металла, степени нагрева и эффективности процесса. Небольшие области, нагреваемые на малую глубину, могут потребовать малой мощности (1-2 кВт), в то время как для нагрева быстро перемещающейся в индукторе стальной полосы до температуры выше точки Кюри может потребоваться мощность, исчисляемая мегаваттами. На вход обычно подается трехфазное напряжение от 220 до 575 В частотой 50 (60) Гц. Первый блок называется конвертером переменного тока в постоянный или выпрямителем. Этот блок может обеспечивать фиксированное постоянное напряжение, регулируемое постоянное напряжение или регулируемый постоянный ток. Второй блок называется инвертором или генератором и предназначен для преобразования постоянного тока в однофазный переменный ток. Третий блок называется блоком согласования и предназначен для приведения напряжения на выходе инвертора к величине, необходимой для эффективного функционирования индуктора. Блок управления сравнивает сигнал с выхода системы с управляющим сигналом и регулирует выходное напряжение выпрямителя, фазу или частоту инвертора, тем самым обеспечивая подходящий режим нагрева.

Конфигурации и типы инверторов.

Наиболее распространенной конфигурацией инвертора является мостовая преобразовательная структура . Ее часто называют мост «Н», так как она состоит из четырех плеч, которые содержат ключевые элементы (тиристоры или транзисторы). Выход располагается на перекладине буквы «Н» (диагональ моста), так что при разомкнутых ключах S1 и S2 ток течет справа налево. Когда ключи S1 и S2 замкнуты, а ключи S3 и S4 разомкнуты, ток течет в противоположном направлении слева направо. Поскольку этот процесс повторяется, происходит генерирование переменного тока, частота которого определяется скоростью переключения вентилей.

Так называемый полумостовой инвертор состоит только из двух ключевых элементов и двух фильтрующих конденсаторов. Выходная цепь подключается между общими точками ключевых элементов и конденсаторов. Поочередная коммутация ключевых элементов обеспечивает протекание через выходную цепь переменного тока.

Подключение источника постоянного тока (DC) . Эта конфигурация используется вместо мостовой, когда требуется пониженное выходное напряжение или выходная мощность.

Инвертор напряжения характеризуется использованием фильтрующей емкости на входе инвертора и последовательно соединенной выходной цепью. К инверторам напряжения относится, например, источник питания Inductoheat Starpower 6 [1], используемый при индукционном нагреве для генерирования рабочих частот от 90 Гц до 1 МГц и выше. Тиристоры могут использоваться для коммутации тока на частотах ниже 10 кГц. На частотах от 10 до 50 кГц обычно используются IGBT-транзисторы. На частотах выше 50 кГц из-за высокой скорости коммутации предпочтительны транзисторы MOSFET. Транзисторам не требуется время на восстановление запирающих свойств, и поэтому они могут работать на резонансной частоте.

Работа при резонансе означает, что коэффициент мощности выходной цепи равен единице и максимальная мощность передается из цепи постоянного напряжения (тока) в нагрузку. Для управления мощностью в этом случае применяется регулируемый источник постоянного напряжения.

Для индукционного нагрева больших слябов, полос или болванок обычно требуются низкая частота и высокая мощность. Низкая частота обеспечивает большую глубину проникновения вихревых токов в заготовку. Большая глубина проникновения позволяет уменьшить время цикла нагрева и сделать более интенсивным прогрев сердцевины заготовки, улучшая однородность распределения температур. Тиристоры способны работать как ключи на высоких напряжениях и очень больших токах, но они требуют приложения обратного напряжения для обеспечения требуемого времени восстановления запирающих свойств. Это время восстановления, необходимое для нормальной работы тиристоров, обычно увеличивается для мощных тиристоров, рассчитанных на большие токи, и уменьшается для маломощных тиристоров. Отсюда следует, что чем ниже рабочая частота, тем выше мощность, которая может быть реализована с применением тиристоров.

В низкочастотных инверторах напряжения обычно используются полумостовые инверторные структуры . Тиристоры включаются поочередно, сначала в одном плече моста, потом во втором. Включение тиристоров в определенное время осуществляется за счет системы управления, которая обеспечивает подачу импульсов управления на очередной тиристор, когда ток последовательно включенной нагрузки проходит через ноль. Ток нагрузки после этого протекает через встречно параллельные диоды.

Для обеспечения необходимого времени восстановления тиристорный инвертор напряжения всегда работает на частотах ниже резонансной частоты нагрузки. Когда частота коммутации тиристоров много меньше резонансной, полное сопротивление нагрузки велико и выходная мощность мала. Когда частота коммутации становится близкой к резонансной, полное сопротивление нагрузки уменьшается и выходная мощность возрастает. Управление выходной мощностью в этом случае осуществляется за счет изменения частоты работы тиристоров инверторного моста. В данном случае нет необходимости в регулировке выходной мощности по входному напряжению инвертора. Это позволяет использовать неуправляемый мостовой выпрямитель, что, в свою очередь, обеспечивает высокий входной косинус (до 0,95) инвертора при питании от сети во всем диапазоне изменения выходных мощностей инвертора. КПД источников питания этого типа более 90%, а для низкочастотных мощных источников питания – до 95%.

Популярной разновидностью инвертора напряжения для индукционного нагрева является инвертор с коммутирующими индуктивностью и емкостью, включенными в диагональ моста. Нагрузочный параллельный контур при этом включается последовательно с коммутирующими элементами. Параметры коммутирующих индуктивности и емкости выбираются так, чтобы резонансная частота была выше частоты, на которой инвертор с нагрузкой, настроенные на эту частоту, работали с минимально допустимым током моста, позволяющим выделять на нагрузке необходимую мощность. Очень важной особенностью этого типа инверторов является то, что последовательная цепь коммутирующих элементов отделяет мост от нагрузки. Такое построение схемы защищает инвертор от аварий в нагрузочной цепи, вызванных короткими замыканиями или дугообразованием, а также неправильным согласованием инвертора с нагрузкой, что делает эту схему одной из самых устойчивых среди тиристорных источников питания, применяемых для индукционного нагрева. Вторая особенность этой схемы реализуется при настройке коммутирующих элементов на третью гармонику. Источник питания в этом случае способен обеспечивать выделение полной мощности в параллельном нагрузочном контуре либо на основной частоте, либо на ее третьей гармонике. Схемы инвертора напряжения с коммутирующими индуктивностью и емкостью, включенными в диагональ моста, используются, например, в семействе источников питания типа Inductoheat Statipower 5 [3] и выполняются на тиристорах в качестве силовых ключей и нерегулируемом источнике питания постоянного напряжения. Регулирование выходной мощности достигается изменением рабочей частоты инвертора по отношению к резонансной частоте параллельного нагрузочного контура.

Инверторы тока характеризуются использованием источника регулируемого напряжения с последовательно включенным дросселем на входе. Этот дроссель обычно обладает большой индуктивностью и присоединяется на вход инверторного моста, на выходе
Мостовой инвертор тока Осциллограммы токов и напряжений инвертора тока на частотах выше резонансной которого включен параллельный резонансный нагрузочный контур.

Выпускается большое количество моделей инверторов тока, которые обеспечивают работу индукционных установок в диапазоне частот от 90 Гц до 1 МГц. Тиристоры обычно используются на частотах до 10 кГц, а транзисторы — на более высоких частотах.

В случае, когда в качестве силовых ключей используются тиристоры, инвертор тока должен работать на частоте выше той, что является резонансной для параллельного нагрузочного контура. Семейства источников питания для индукционного нагрева TG и ТС производства Radyne Ltd. выполнены по этой схеме и эксплуатируются с 1970 года [4].

Проведя сопоставление с рассмотренным выше инвертором напряжения, подчеркнем, что в инверторе тока напряжение на мосту имеет синусоидальную форму, а ток через мост прямоугольную. Напряжение на выходе выпрямителя после фильтрации дросселем большой величины LDC (рис. 10) напоминает выходное напряжение неуправляемого выпрямителя. Это напряжение отрицательно от момента времени коммутации тиристора до момента, пока напряжение на нагрузке не станет равным 0. Рассматриваемое время должно быть достаточно большим, для того чтобы обеспечить необходимое время восстановления запирающих свойств тиристора. Время, когда эти напряжения отрицательны, предоставляется тиристорам для восстановления запирающих свойств. Регулировка мощности осуществляется фазным управлением выпрямителя для получения изменяемого постоянного напряжения на входе инверторного моста. Частота коммутаций тиристоров инвертора также делается переменной, что позволяет осуществлять частотное регулирование выходной мощности наряду с регулированием по входному напряжению преобразовательного моста. Это согласует требуемый высокий коэффициент мощности, потребляемой от сети, с уровнем мощности, который при регулировании всегда меньше, чем номинальная выходная мощность. Инвертор тока обычно непосредственно подключается к параллельному нагрузочному контуру без выходного трансформатора. Это делает инверторы такого типа особенно подходящими для работы на высокодобротную нагрузку.

Для инверторов тока, работающих на частотах выше 10 кГц, благодаря своим низким потерям при переключениях в качестве силовых ключей используются транзисторы, которым не требуется время для восстановления запирающих свойств. В этом случае инвертор может работать на частоте резонанса параллельного нагрузочного колебательного контура (рис. 11). Когда транзисторы T l и Т2 открыты, а ТЗ и Т4 закрыты, входное напряжение равно напряжению на нагрузке, а напряжение на транзисторах равно нулю.

Переключения при нулевом напряжении минимизируют коммутационные потери в транзисторах и, следовательно, позволяют поднять частоту инвертирования. При совпадении частоты инвертирования с частотой собственных колебаний параллельного нагрузочного контура (частотное регулирование мощности не применяется) выходная мощность должна изменяться регулированием входного тока инвертора. Это достигается использованием одного из типов регулируемых источников постоянного напряжения, описанных ранее. Например, один из таких источников Statitron 3, который производится фирмой Inducto Elphiac (Бельгия), реализован на MOSFET-транзисторах, которые устанавливаются в инверторе тока. Источник обеспечивает работу на частотах от 15 до 600 кГц при мощности до I МВт [5].

В инверторах другого типа, которые широко используются для индукционного нагрева на частотах от 10 до 30 кГц, применяется только один тиристор (или несколько включенных последовательно). Такой инвертор называется чоппером или четвертьмостом. На рис. 12 показана упрощенная силовая схема чоппера. Эта схема относится к инверторам тока, так как на ее входе последовательно с источником питания устанавливается дроссель большой величины. В отличие от традиционных мостовых схем, чоппер применяется с последовательным подключением выходных нагрузочных цепей. Когда тиристор включен, ток течет от источника постоянного напряжения через дроссель большой величины и через последовательно включенный с нагрузкой компенсирующий конденсатор,
перезаряжающийся через индуктор. Первая полуволна протекающего через нагрузку тока формируется во время горения тиристора, вторая полуволна — во время горения диода. Форма результирующего тока нагрузки близка к синусоидальной. Именно частота определяет глубину проникновения вихревых токов в деталь при индукционном нагреве. Изменение рабочей частоты инвертора позволяет регулировать выходную мощность и, следовательно, использовать нерегулируемый источник постоянного напряжения.

Экономические аспекты.

При рассмотрении пригодности каждого типа источников питания для индукционного нагрева принимаются во внимание начальная стоимость, стоимость эксплуатации или общая эффективность, надежность, ремонтопригодность, гибкость при настройке, потребность в охлаждающей жидкости и электрический КПД.

Начальная стоимость важна, но не является решающим фактором. При выборе типа инвертора необходимо учитывать другие функциональные требования. Вообще говоря, источник питания типа чоппер имеет самую низкую цену. Для мощностей ниже 250 кВт при желании получить наименьшую цену следует выбирать инвертор напряжения с последовательной резонансной нагрузкой. Инвертор тока имеет низкую цену за киловатт при высоких мощностях и низких частотах. Более дорогим обычно является инвертор напряжения с последовательно включенным параллельным нагрузочным контуром. В нем используется наибольшее количество силовых элементов на киловатт выходной мощности, чем в каком бы то ни было другом типе инверторов при соответствующих выходных
частотах. Тем не менее, этот инвертор является наиболее устойчивым и гибким в
эксплуатации с различными индукционными установками. Стоимость эксплуатации, которая
часто определяется общим КПД, также принимается к рассмотрению. Современные полупроводниковые источники питания для индукционного нагрева, однако, имеют достаточно высокий КПД, сравнимый с КПД машинных генераторов и их ламповых предшественников. Большинство источников питания имеют КПД от 85% до 93% при работе на номинальной выходной мощности. КПД, который рассматривается здесь, определяется как мощность на выходных шинах преобразователя, отнесенная к входной мощности и, следовательно, в ряде случаев, не включает мощность, теряемую в выходном согласующем трансформаторе и компенсирующих емкостях.

Измерения и уточнения КПД могут быть произведены многими путями и с различными результатами. В одном из предельных случаев при расчете КПД учитываются только потери в инверторе. В другом предельном случае рассматривается отношение выходной мощности, определяемой по теплу, выделяемому в нагрузке, к входной мощности всей системы, потребляемой от сети. Этот метод включает потери в индукторе, которые могут быть относительно велики, что в результате приводит к низкому расчетному КПД системы.

Литература:

1. Inductoheat Bulletin: Statipower 6. 1991 2. General Presentation of Activity of Lepel Corp. 1990. 3. Inductoheat Bulletin: Statipower 5, 1991. 4. General Presentation of Activity of Radyne Ltd. UK. 1990. 5. General Presentation of Activity of Elphiac. Belgium. 1990. 6. Fundamentals of Power Electronics. Second Edition. / R. W. Erickson, D. Maksimovic / University of Colorado, Boulder / Publisher: Kluwer Academic Publishers, 2001 7. Коммутационные процессы в транзисторных инверторах для индукционного нагрева/ Бондаренко Д.П., Дзлиев СВ., Патанов Д.А.// Изв. ТЭТУ. − 1996. − Вып. 497. − С.98-110. 8. Общие проблемы снижения коммутационных потерь в инверторах напряжения / Д.А. Патанов // Журнал "Схемотехника" №7, 2001г. 9. Cost effective phase shifted pulse modulation soft switching high frequency inverter for induction heating applications /11. Kifune, Y. Hatanaka, M. Nakaoka // IEE Proc. − Elcctr Power Appl. Vol. 151, No 1, January 2004. − p. 19.

Тиристорный индукционный нагревательный аппарат с дифференцированным анодным потенциалом тиристора

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к устройству индукционного нагрева, а более конкретно к устройству для приготовления пищи с индукционным нагревом, в котором потребление мощности рабочей загрузки или сосуда для приготовления пищи автоматически регулируется на постоянное значение независимо от материала для приготовления пищи. судно и другие факторы, нежелательно изменяющие энергопотребление.

Приготовление пищи с помощью индукционного нагрева требует использования ферромагнитной посуды или посуды для создания вихревых токов, которые генерируют джоулево тепло I 2 R в посуде для приготовления пищи. На самом деле, однако, термическое сопротивление материала посуды различается в зависимости от покрытия поверхности и состава ферромагнитного материала, и, как следствие, существует разница в количестве тепла, генерируемого таким образом для постоянной мощности между различными кухонными принадлежностями. . Это также относится к данной посуде с переменным составом.Более конкретно, когда посуда для приготовления пищи нагревается без пищевых продуктов для операции начального разогрева, потребление энергии значительно выше, чем при заполнении.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, целью настоящего изобретения является создание устройства индукционного нагрева, которое обеспечивает постоянное количество потребляемой мощности в диапазоне различных условий нагрузки устройства.

Устройство индукционного нагрева по настоящему изобретению содержит тиристор, анодный и катодный выводы которого подключены для приема энергии от источника питания, схему управления стробированием, которая подает стробирующие импульсы на вывод управления стробированием тиристора для обеспечения его периодической проводимости при ультразвуковой частоты и коммутационной схемы для отключения тиристора в ответ на ток, генерируемый при проводимости тиристора в ответ на приложение к нему каждого стробирующего импульса.В начале непроводящего периода тиристора его анодный потенциал резко возрастает от нуля до определенного положительного уровня и продолжает увеличиваться со временем до более высокого уровня до окончания непроводящего периода. Настоящее изобретение основано на том факте, что разность между анодным потенциалом в начале непроводящего периода и анодным потенциалом в его завершении коррелирует с потребляемой мощностью используемой посуды для приготовления пищи.Для этой цели в устройстве согласно настоящему изобретению используется схема дифференциатора, подключенная через анодный и катодный выводы тиристора, чтобы генерировать дифференцированный выходной сигнал в ответ на передний и задний фронты анодного потенциала тиристора. Дифференцированные сигналы фильтруются или сглаживаются в соответствующий сигнал d-c, так что последний представляет потребляемую мощность конкретной посуды. Это д-с сигнал сравнивается с опорным значением, соответствующим уровню потребляемой мощности опорного вывести сигнал коррекции ошибки, который указывает на отклонение потребляемой мощности от стандартной настройки.Сигнал коррекции ошибок используется для управления межимпульсным периодом стробирующих импульсов.

Сигнал постоянного тока, представляющий мощность, имеет большое значение, когда нагрузка значительно мала. Таким образом, сигнал d-c может использоваться для обнаружения того, что небольшая посуда, такая как ложка или вилка, непреднамеренно помещается на варочную панель, чтобы подавлять стробирующие импульсы с периодическими интервалами, пока случайно размещенная загрузка не будет заменена обычной посудой для приготовления пищи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее изобретение будет описано на примере со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 - схематическая блок-схема варианта осуществления настоящего изобретения;

РИС. 2 - иллюстрация форм сигналов, появляющихся в схеме на фиг. 1;

РИС. 3 - графическая иллюстрация корреляции между потребляемой мощностью различных кухонных принадлежностей и напряжениями постоянного тока, полученными из схемы сглаживания по фиг. 1;

РИС. 4 - принципиальная схема схемы сглаживания по фиг. 1;

РИС. 5 - принципиальная схема дифференциального усилителя по фиг.1;

РИС. 6 - графическая иллюстрация рабочей характеристики варианта осуществления по фиг. 1; и

ФИГ. 7 - блок-схема модификации устройства, показанного на фиг. 1 вариант.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Устройство для приготовления пищи с индукционным нагревом, показанное на фиг. 1 включает в себя источник питания постоянного тока, обозначенный обычно цифрой 10 для высокочастотного инвертора, обозначенный, как правило, цифрой 11. Источник питания 10 постоянного тока содержит двухполупериодный выпрямитель 12, имеющий пару входных клемм 13 и 14, которые приспособлены для подключения к источнику электрический потенциал 15 переменного тока через выключатель 16 питания.Источник 10 питания постоянного тока подает напряжение постоянного тока между своими выходными клеммами 17 и 18, и однонаправленное выходное напряжение фильтруется или сглаживается подходящей схемой фильтра, включающей фильтрующий конденсатор 19, подключенный непосредственно между положительной клеммой 17 источника постоянного тока и отрицательной клеммой источника постоянного тока. 18, но также включает в себя катушку индуктивности 20 фильтра, соединенную последовательно с выводом 17. Эти компоненты составляют источник постоянного тока для схемы 11 инвертора и образуют вывод 17 'источника питания инвертора.

Хотя схема 11 инвертора может иметь различные конфигурации схемы, показана конфигурация с одним тиристором. Инвертор содержит тиристор 21 и диод обратной связи или восстановления 22, подключенные обратно параллельно друг другу между клеммами 17 'и 18 источника питания инвертора, и последовательную цепь, подключенную через клеммы 17' и 18, включая коммутирующую катушку индуктивности или индукционная нагревательная рабочая катушка 23 плоско-спирально-навитого типа и коммутирующий конденсатор 24.Кроме того, в схему 11 инвертора включена схема 25 дифференциатора, содержащая конденсатор 26 и резистор 27, включенные последовательно между выводами 17 'и 18.

Рабочая катушка 23 установлена ​​под керамической варочной панелью 28, на которой находится рабочая нагрузка. или емкость 29 для приготовления пищи расположена так, чтобы она была индуктивно связана с рабочей катушкой для генерации в ней вихревых токов под действием высокочастотных электромагнитных полей, создаваемых током, протекающим через катушку 23.

Этот высокочастотный ток генерируется путем переключения триистора 21 на высокой частоте, обычно в ультразвуковом диапазоне.Тиристор представляет собой однонаправленное проводящее переключающее устройство, управляемое затвором, в котором проводимость через устройство может быть инициирована, когда анод является положительным по отношению к катоду, путем приложения стробирующего сигнала к его управляющему электроду стробирования, но, следовательно, стробирующий сигнал теряет контроль над проводимостью. через устройство и для того, чтобы сделать его непроводящим или коммутировать его, необходимо уменьшить ток через устройство ниже удерживающего тока или обратного смещения устройства, сделав потенциал анода отрицательным по отношению к потенциалу катода.

Стробирующие сигналы для обеспечения проводимости тиристора генерируются в схеме управления стробированием, обозначенной, как правило, цифрой 30. Для того, чтобы тиристор 21 коммутировал, катушка 23 индуктивности и конденсатор 24 выбираются таким образом, чтобы они составляли схему коммутации, которая питает обратный ток через восстанавливающий диод 22 в ответ на прямой ток, подаваемый в него в ответ на приложение каждого стробирующего сигнала к тиристору. При первоначальном запуске схемы инвертора и впоследствии в течение периода между последовательными стробирующими сигналами потенциал анода тиристора становится положительным по отношению к его потенциалу катода, и этот положительный потенциал анода используется для инициирования действия синхронизации, чтобы позволить тиристору вращаться. выключено обратным напряжением, создаваемым обратным коммутирующим током.

Для этой цели схема 30 управления стробированием реагирует на передний фронт анодного потенциала тирситора 21 и содержит моностабильный мультивибратор 31 или подходящую схему, которая определяет передний фронт анодного потенциала и выдает выходной сигнал для генератора пилообразного напряжения. 33, которые вместе с компаратором 34 составляют генератор 32 импульсов с широтно-импульсной модуляцией. Выходное напряжение от генератора 33 пилообразного изменения линейно увеличивается в ответ на измеренный передний фронт анодного потенциала тиристора и подается на неинвертирующий вход компаратора. 34, который принимает на своем инвертирующем входе переменное опорное напряжение от дифференциального усилителя 35.Выход компаратора 34 остается низким, когда мгновенные значения линейного напряжения меньше, чем опорный вход на инвертирующем входе компаратора, и становится высоким, когда ситуация меняется на противоположную. Следовательно, выходной сигнал генератора 34 представляет собой серию импульсов, период T между которыми корректируется в ответ на выходной сигнал дифференциального усилителя 35, а частота повторения в первую очередь определяется настроенной частотой коммутирующей схемы. Выходной сигнал генератора 32 подается на вывод управления стробированием тиристора 21, чтобы инициировать проведение полуволны тока в ответ на каждый стробирующий импульс.Эта полуволна тока проходит через коммутирующую цепь в прямом направлении, заставляя последнюю цепь производить обратную полуволну тока, которая может проходить через диод 22, завершая, таким образом, цикл колебаний. В конце обратного коммутирующего тока тиристор 21 может переключаться или выключаться во время межимпульсного периода стробирующих импульсов, так что его анодный потенциал резко возрастает от нуля до определенного положительного уровня в зависимости от наличия или отсутствия нагрузка на посуду 29 и материал нагрузки.Этот положительный анодный потенциал снова воспринимается моностабильным устройством 31, и описанный выше процесс повторяется для генерации последовательных стробирующих импульсов, и поэтому в рабочей катушке 23 генерируется высокочастотный колебательный ток, с помощью которого посуда для приготовления пищи индуктивно нагревается. Генератор 32 импульсов дополнительно включает в себя схему 38 смещения постоянного тока, которая смещает вход инвертирующего компаратора так, чтобы период между импульсами стробирующих импульсов соответствовал потребляемой мощности 1,2 киловатт, когда выходной сигнал от дифференциального усилителя 35 равен нулю.Следовательно, схема 38 смещения позволяет генератору 32 импульсов выдавать последовательность стандартных стробирующих импульсов, которая, в свою очередь, приводит к постоянному напряжению 1,5 В от сглаживающей схемы 37. Период между импульсами стандартных стробирующих импульсов, конечно, больше чем собственное или опубликованное время выключения тиристора, чтобы его можно было выключить с запасом прочности. В отсутствие нагрузки посудой на варочную панель 28 положительный ток, показанный пунктирными линиями a1 на фиг. 2, протекает через тиристор 21 в прямом направлении и через схему коммутации, которая в ответ на это вызывает прохождение отрицательного тока a 2 через диод 22, и в этом случае токи a1 и a2 имеют равные амплитуды.При прекращении колебательного тока a2 тиристор выключается, и в результате его анодный потенциал резко повышается от нулевого уровня потенциала до точки, указанной в b1, а затем падает до уровня b2, который продолжается до начала следующего колебательного цикл. С другой стороны, при наличии посуды 29 на варочной панели, положительная полуволна тока становится такой, как показано на кривой сплошной линией a3, имеющей большую амплитуду, чем отрицательный ток a4, из-за мощности, подаваемой на рабочую нагрузку. и способствует выделению в нем тепла.Колебательный ток при наличии рабочей нагрузки прекращается раньше, чем ток, генерируемый при отсутствии нагрузки. При прекращении колебательного тока a4 анодный потенциал тиристора резко возрастает до положительного уровня, указанного на b3, и продолжает повышаться до более высокого положительного уровня, указанного на b4.

Обнаружено, что разница между положительными уровнями b3 и b4 обратно пропорциональна величине мощности, потребляемой рабочей нагрузкой, и может использоваться для изменения межимпульсного периода стробирующих сигналов для тиристора 21, чтобы компенсировать разницу в мощности. потребление между различными загрузками посуды.Как показано на фиг. 2, потенциал в точке 36 соединения дифференциатора 25 проявляется как положительный всплеск c1 и отрицательный всплеск c2 меньшей величины, чем всплеск c1, генерируемый соответственно в ответ на передний и задний фронты анодного потенциала при отсутствии нагрузки на посуду. настоящее время. С другой стороны, при наличии посуды потенциал в точке 36 соединения проявляется в виде положительной иглы c3 и отрицательной иглы c4 большей величины, чем c3. Следовательно, следует понимать, что путем фильтрации выхода дифференциатора и смещения отфильтрованного сигнала до определенного уровня d-c будет генерироваться выходной сигнал d-c, соответствующий потребляемой мощности.

Для генерации этого сигнала d-c точка 36 соединения дифференциатора подается в качестве входа в схему 37 сглаживания со смещением, которая содержит, как показано на фиг. 4, последовательная цепь, содержащая электролитический конденсатор 50 и фильтрующий конденсатор 51, подключенные последовательно к точке 36 соединения через пару последовательно соединенных противоположно соединенных стабилитронов 52 и 53 и резистора 54. Конденсаторы 50 и 51 шунтируются резистором сеть, включающая резисторы 55 и 56, точка соединения которых соединена с точкой соединения конденсаторов 50 и 51 и дополнительно подключена к выводу 57 подачи напряжения через резистор 58, так что электролитический конденсатор 50 обычно заряжается до подходящего положительного потенциала смещения.Выходное напряжение дифференциатора из точки 36 соединения заряжает конденсатор 51 и вырабатывает характерное для мощности напряжение различной полярности в зависимости от наличия и отсутствия рабочей нагрузки. Это напряжение положительно смещено к напряжению, возникающему в конденсаторе 50, и к комбинированному выходному сигналу, который появляется на резисторах 55 и 56. Это постоянное напряжение с положительным смещением, таким образом, представляет собой потребляемую мощность используемой посуды и дополнительно сглаживается для устранения пульсаций. компонентов посредством схемы фильтра, содержащей электролитический конденсатор 59, подключенный между землей и точкой соединения резисторов 60 и 61, подключенных последовательно с резисторами 55 и 56 к инвертирующей входной клемме дифференциального усилителя 35.Дифференциальный усилитель 35 принимает на своем входе неинвертирующего терминал опорного напряжения 1,5 вольт от делителя напряжения, содержащий резисторы 39 и 40, соединенных последовательно между источником напряжения постоянного тока терминала 41 и наземной и конденсатора 42, соединенных параллельно с резистором 40.

Как графически показано на фиг. На фиг.3 график напряжения постоянного тока V D от схемы 37 сглаживания показан как функция потребляемой мощности для посуды из различных материалов, расположенных в различных точках от центра рабочей катушки.Цифры I, II и III представляют характеристики эмалированной посуды из нержавеющей стали, чугунной сковороды и посуды из нержавеющей стали, покрытой медью, соответственно, при этом фарфоровая эмалированная сковорода из нержавеющей стали откалибрована на потребляемую мощность 1,2 киловатт, чтобы служить эталоном мощность обозначена кружком 70. Как видно из фиг. 3, потребление энергии чугунной сковородой и сковородой из нержавеющей стали с медным покрытием составляет приблизительно 1,38 киловатт, что отклоняется на величину 0.18 кВт от эталонной мощности 1,2 кВт. Различия в потребляемой мощности объясняются разницей в электрическом сопротивлении материала посуды. Когда эталонная кастрюля используется для приготовления пищи, выходной сигнал дифференциального усилителя равен нулю, так что на тиристор подаются стандартные стробирующие импульсы. При использовании панорамирования, отличного от эталонного, выходной сигнал дифференциального усилителя 35 является показателем разницы в потребляемой мощности между ним и эталонным панорамированием, так что период T между импульсами увеличивается, что, в свою очередь, снижает потребляемую мощность до тех пор, пока выходной сигнал дифференциального усилителя 35 уменьшается до нуля, где потребляемая мощность составляет приблизительно 1.2 киловатта.

Дифференциальный усилитель 35 предпочтительно содержит, как показано на фиг. 5 компаратор 44, у которого его неинвертирующий входной контакт подключен к выходу схемы 37 сглаживания, а его инвертирующий входной контакт подключен к точке 43 соединения. Выход компаратора 44 подключен ко второй схеме 45 сглаживания, выход которого подключен к инвертирующий вход компаратора 34. Выход компаратора 44 дополнительно подключается цепью обратной связи, включающей резистор 46 и диод 47 с такой полярностью, чтобы уменьшать напряжение в точке 43 соединения на выходе компаратора 44, когда потенциал в Д падает ниже опорного напряжения на стыке 43.Компаратор 44 генерирует выходной сигнал на одном из двух дискретных значений в зависимости от напряжения V D по отношению к исходному уровню, и этот выходной сигнал генерируется для каждого цикла колебаний схемы инвертора 11. сглаживающей схемы 45 включает в себя резисторы 73 и 74, соединенных последовательно между выходом компаратора 44 и выводом 76 источника напряжения, конденсатор 75 фильтра, подключенный параллельно резистору 74, и транзистор 77, база которого смещена отфильтрованным потенциалом, развиваемым в точке соединения резисторов 73 и 74.Транзистор 77 потребляет ток от вывода 76 источника напряжения через резистор 78 нагрузки коллектора и вырабатывает напряжение на эмиттере, полярность которого обратна напряжению, приложенному к его базе. Инвертированный отфильтрованный сигнал d-c является сигналом коррекции ошибок, который подается на компаратор 34.

Преимущество настоящего изобретения можно понять со ссылкой на графическую диаграмму на фиг. 6, на котором показан случай использования чугунной сковороды. В тот момент, когда чугунная сковорода ставится на варочную панель, мощность постоянного тока V D составляет приблизительно 0.8 вольт, и компаратор 44 выдает нулевой выходной сигнал. Предполагается, что если тракт обратной связи компаратора 44 не предусмотрен, этот нулевой выходной сигнал компаратора 44 вызовет увеличение периода Т межимпульсного действия, так что напряжение постоянного тока V D возрастет до 1,5 вольт. Другими словами, точка потребления энергии смещается от точки 81 к точке 82 по линии 80, и рабочая характеристика чугунной сковороды в этом состоянии смещается от линии II к линии IIa.В этих условиях смещение поддона от центра рабочей катушки 23 приводит к увеличению потребляемой мощности за счет действия по исправлению ошибок, и линия IIa смещается вправо до тех пор, пока не перекрывает исходную линию II, где находится точка 83 потребления энергии. соответствует 1,24 киловатт. По предоставлению цепи обратной связи на компаратор 44 с панорамированием заменяется на центр катушки 23, выходной сигнал нулевого напряжения от компаратора 44 приводит к тому, диод 47, чтобы проводить таким образом, что это уменьшает опорное напряжение на инвертирующем входе его .В результате положительный выходной сигнал поступает от компаратора 44 и фильтрует с помощью схемы 45. По снижению опорного напряжения, линии IIa, смещаются к линии IIb и точке 82 потребляемой мощности сдвигается к точке 84 на строка 80 соответствует потребляемой мощности 1,22 киловатт. В результате точка потребления энергии сместится с точек 84 на 83 по изогнутой линии 85 в зависимости от смещения от центра катушки 23, когда предусмотрена цепь обратной связи компаратора 44, так что потребляемая мощность изменится с 1 .От 22 до 1,24 киловатт, изменение составляет всего 20 ватт, даже если кастрюля неправильно размещена над центром катушки 23.

Таким образом, потребляемая мощность любой нагретой нагрузки значительно превышает контрольный уровень мощности 1,2 киловатты можно эффективно контролировать. Это особенно выгодно, когда емкость для приготовления пищи непреднамеренно нагревается без пищевых продуктов, и в этом случае анодное напряжение тиристора немного снижается, как показано позицией 65 на фиг. 2. Кроме того, можно также подавить кратковременное увеличение потребления энергии, которое происходит при снятии нагрузки с варочной панели.

Поскольку напряжение постоянного тока V D коррелирует с потребляемой мощностью и, в частности, большое значение V D получается, когда уровень энергопотребления значительно низок, наличие случайно поставленной посуды на варочной панели, такой как вилки или ложки можно легко обнаружить, определив, когда V D превышает заданный уровень. Вариант осуществления, показанный на фиг. 7 включает в себя дополнительно схему детектора небольшой посуды, которая содержит компаратор 65, имеющий его инвертирующий вход соединен со схемой 37 сглаживающих и его вход неинвертирующим подключен к источнику опорного напряжения 66, образованных резисторами 67 и 68, которые соединены между напряжением питанием терминал 69 и земля.Выход компаратора 65 соединен с генератором 71 низкочастотных импульсов, который генерирует последовательность запрещающих импульсов с частотой, намного меньшей, чем частота высокочастотного колебательного тока в цепи 11 инвертора. Этот запрещающий импульс используется для управления Блокировка затвор 72 при условии, в цепи между выходом генератора импульсов 32 и управли ющий затвором тиристора 21. Когда нежелательная маленькая посуда случайно помещена на варочной сверху, напряжение V D превышает опорное напряжение источника 66 и компаратор 65 генерирует высокое выходное напряжение, которое позволяет генератору 71 генерировать периодические запрещающие импульсы, так что высокочастотные колебания периодически прерываются, а посуда, помещенная таким образом на варочную панель, не сильно нагревается.Прерванные таким образом высокочастотные колебания служат в качестве опрашивающего сигнала для целей обнаружения удаления нежелательной посуды с варочной панели, чтобы инициировать нормальный режим нагрева. Более конкретно, когда небольшая посуда заменяется нормальной нагрузкой, напряжение V D упадет ниже опорный уровня, чтобы вызвать выход компаратора 65, чтобы перейти на низкий уровень напряжения, чтобы выключить Блокировку генератора импульсов 71.

2 простые схемы индукционного нагревателя - плиты-плиты

В этом посте мы узнаем о двух простых в сборке схемах индукционного нагревателя, которые работают с принципами высокочастотной магнитной индукции для генерирования значительного количества тепла на небольшом заданном радиусе.

Обсуждаемые схемы индукционной плиты действительно просты и используют всего несколько активных и пассивных обычных компонентов для требуемых действий.


Обновление: Вы также можете узнать, как создать свою собственную варочную панель индукционного нагревателя:
Проектирование цепи индукционного нагревателя - Учебное пособие


Принцип работы индукционного нагревателя

Индукционный нагреватель - это устройство, которое использует высокочастотное магнитное поле для нагрева железного груза или любого ферромагнитного металла посредством вихревого тока.

Во время этого процесса электроны внутри железа не могут двигаться со скоростью, соответствующей частоте, и это приводит к возникновению в металле обратного тока, называемого вихревым током. Это развитие сильного вихревого тока в конечном итоге вызывает нагрев железа.

Вырабатываемое тепло пропорционально току 2 x сопротивлению металла. Поскольку предполагается, что металл нагрузки состоит из железа, мы рассматриваем сопротивление R металлического железа.

Тепло = I 2 x R (Железо)

Удельное сопротивление железа составляет: 97 нОм · м

Вышеупомянутое тепло также прямо пропорционально наведенной частоте, поэтому обычные трансформаторы с штамповкой из железа не используются в В приложениях с высокочастотным переключением вместо сердечников используются ферритовые материалы.

Однако здесь вышеупомянутый недостаток используется для получения тепла от высокочастотной магнитной индукции.

Обращаясь к предлагаемым ниже схемам индукционного нагревателя, мы находим концепцию, использующую ZVS или технологию переключения при нулевом напряжении для требуемого запуска полевых МОП-транзисторов.

Технология обеспечивает минимальный нагрев устройств, что делает работу очень эффективной и действенной.

Кроме того, цепь, являющаяся саморезонансной по своей природе, автоматически настраивается на резонансную частоту присоединенной катушки и конденсатора, вполне идентичных цепи резервуара.

Использование генератора Ройера

В схеме в основном используется генератор Ройера, который отличается простотой и саморезонансным принципом работы.

Функционирование схемы можно понять по следующим пунктам:

  1. При включении питания положительный ток начинает течь от двух половин рабочей катушки к стокам МОП-транзисторов.
  2. В то же время напряжение питания также достигает ворот МОП-транзисторов, включая их.
  3. Однако из-за того, что никакие два МОП-транзистора или какие-либо электронные устройства не могут иметь точно одинаковые характеристики электропроводности, оба МОП-транзистора не включаются вместе, скорее, один из них включается первым.
  4. Представим, что T1 включается первым. Когда это происходит, из-за сильного тока, протекающего через T1, его напряжение стока имеет тенденцию падать до нуля, что, в свою очередь, высасывает напряжение затвора другого МОП-транзистора T2 через присоединенный диод Шоттки.
  5. Здесь может показаться, что T1 может продолжать вести себя и уничтожать себя.
  6. Однако именно в этот момент включается контур резервуара L1C1, который играет решающую роль. Внезапное проведение T1 вызывает скачок и коллапс синусоидального импульса на стоке T2. Когда синусоидальный импульс схлопывается, он снижает напряжение затвора T1 и отключает его. Это приводит к повышению напряжения на стоке T1, что позволяет восстановить напряжение затвора для T2. Теперь настала очередь Т2 проводить, Т2 теперь проводит, вызывая повторение, подобное тому, которое произошло для Т1.
  7. Этот цикл теперь продолжается быстро, заставляя контур колебаться на резонансной частоте контура резервуара LC. Резонанс автоматически настраивается до оптимальной точки в зависимости от того, насколько хорошо совпадают значения LC.

Однако основным недостатком конструкции является то, что она использует в качестве трансформатора катушку с ответвлениями по центру, что несколько усложняет реализацию обмотки. Однако центральный отвод обеспечивает эффективный двухтактный эффект через катушку всего с помощью пары активных устройств, таких как МОП.

Как видно, через затвор / исток каждого МОП-транзистора подключены диоды быстрого восстановления или высокоскоростного переключения.

Эти диоды выполняют важную функцию разряда емкости затвора соответствующих МОП-транзисторов во время их непроводящих состояний, тем самым делая операцию переключения быстрой и быстрой.

Как работает ZVS

Как мы уже обсуждали ранее, эта схема индукционного нагревателя работает по технологии ZVS.

ZVS означает переключение при нулевом напряжении, то есть МОП-транзисторы в цепи включаются, когда на их стоках присутствует минимальная или величина тока или нулевой ток, мы уже узнали это из объяснения выше.

Это фактически помогает МОП-транзисторам безопасно включаться, и, таким образом, эта функция становится очень полезной для устройств.

Эту характеристику можно сравнить с проводимостью при переходе через нуль для симисторов в цепях переменного тока.

Из-за этого свойства МОП-транзисторы в таких саморезонансных цепях ZVS требуют гораздо меньших радиаторов и могут работать даже с массивными нагрузками до 1 кВА.

Поскольку частота цепи является резонансной по своей природе, она напрямую зависит от индуктивности рабочей катушки L1 и конденсатора C1.

Частота может быть рассчитана по следующей формуле:

f = 1 / (2π * √ [ L * C] )

Где f - частота, вычисленная в Hertz
L - индуктивность основной нагревательной катушки L1, представленная в Henries
, а C - емкость конденсатора C1 в фарадах

МОП-транзисторы

Вы можете использовать IRF540 в качестве МОП-транзисторов, рассчитанных на хорошие 110 В, 33 ампера.Для них можно использовать радиаторы, хотя выделяемое тепло не вызывает опасений, но все же лучше укрепить их на теплопоглощающих металлах. Однако можно использовать любые другие N-канальные МОП-транзисторы с соответствующим номиналом, для этого нет никаких особых ограничений.

Индуктор или катушки индуктивности, связанные с катушкой основного нагревателя (рабочей катушкой), представляют собой своего рода дроссель, который помогает исключить любое возможное попадание высокочастотного содержимого в источник питания, а также для ограничения тока до безопасных пределов.

Значение этого индуктора должно быть намного выше по сравнению с рабочей катушкой. 2 мГн обычно вполне достаточно для этой цели. Однако он должен быть построен с использованием проводов большого сечения, чтобы обеспечить безопасное прохождение через него большого диапазона тока.

Контур резервуара

C1 и L1 составляют здесь контур резервуара для предполагаемой фиксации высокой резонансной частоты. Опять же, они тоже должны быть рассчитаны на то, чтобы выдерживать высокие значения тока и тепла.

Здесь мы видим использование металлизированных полипропиленовых конденсаторов 330 нФ / 400 В.

1) Мощный индукционный нагреватель с использованием концепции драйвера Mazzilli

Первая конструкция, описанная ниже, представляет собой высокоэффективную индукционную концепцию ZVS, основанную на популярной теории драйверов Мазилли.

В нем используется одна рабочая катушка и две катушки ограничителя тока. Конфигурация исключает необходимость центрального отвода от основной рабочей катушки, что делает систему чрезвычайно эффективной и обеспечивает быстрый нагрев нагрузки огромных размеров. Нагревательный змеевик нагревает нагрузку посредством двухтактного механизма полного моста.

Модуль фактически доступен в Интернете и может быть легко куплен по очень разумной цене.

Принципиальная схема этой конструкции представлена ​​ниже:

Исходная схема видна на следующем изображении:

Принцип работы - та же технология ZVS с использованием двух полевых МОП-транзисторов высокой мощности. Вход питания может быть от 5 В до 12 В, а ток от 5 до 20 А в зависимости от используемой нагрузки.

Выходная мощность

Выходная мощность вышеуказанной конструкции может достигать 1200 Вт, когда входное напряжение повышается до 48 В, а ток - до 25 ампер.

На этом уровне тепло, выделяемое рабочим змеевиком, может быть достаточно высоким, чтобы за минуту расплавить болт толщиной 1 см.

Размеры рабочей катушки

Видео-демонстрация

2) Индукционный нагреватель с рабочей катушкой с центральным отводом

Эта вторая концепция также является индукционным нагревателем ZVS, но использует центральное разветвление рабочей катушки, которое может быть немного менее эффективным по сравнению с предыдущей конструкцией.L1, который является наиболее важным элементом всей схемы. Он должен быть построен с использованием очень толстых медных проводов, чтобы выдерживать высокие температуры во время индукционных операций.

Конденсатор, как описано выше, в идеале должен быть подключен как можно ближе к клеммам L1. Это важно для поддержания резонансной частоты на указанной частоте 200 кГц.

Характеристики первичной рабочей катушки

Для катушки индукционного нагревателя L1 можно намотать множество медных проводов диаметром 1 мм параллельно или бифилярно, чтобы более эффективно рассеивать ток, вызывая меньшее тепловыделение в катушке.

Даже после этого катушка может подвергнуться сильному нагреву и деформироваться из-за этого, поэтому можно попробовать альтернативный метод намотки.

В этом методе мы наматываем его в виде двух отдельных катушек, соединенных в центре для получения требуемого центрального отвода.

В этом методе можно попробовать использовать меньшие витки для уменьшения импеданса катушки и, в свою очередь, увеличения ее способности выдерживать ток.

Емкость для этой схемы, напротив, может быть увеличена, чтобы пропорционально понизить резонансную частоту.

Конденсаторы резервуара:

Всего 330 нФ x 6 можно использовать для получения чистой емкости приблизительно 2 мкФ.

Как прикрепить конденсатор к индукционной рабочей катушке

На следующем изображении показан точный метод подключения конденсаторов параллельно концевым выводам медной катушки, предпочтительно через печатную плату хорошего размера.

Список деталей для указанной выше цепи индукционного нагревателя или индукционной нагревательной плиты

  • R1, R2 = 330 Ом 1/2 Вт
  • D1, D2 = FR107 или BA159
  • T1, T2 = IRF540
  • C1 = 10,000 мкФ / 25 В
  • C2 = 2 мкФ / 400 В, получено путем параллельного подсоединения указанных ниже конденсаторов на 6 нОс 330 нФ / 400 В
  • D3 ---- D6 = 25-амперные диоды
  • IC1 = 7812
  • L1 = латунная трубка 2 мм намотанный, как показано на следующих рисунках, диаметр может быть где-то около 30 мм (внутренний диаметр катушек)
  • L2 = 2 мГн дроссель, полученный путем наматывания магнитного провода 2 мм на любой подходящий ферритовый стержень
  • TR1 = 0-15 В / 20 ампер
  • ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ: Используйте стабилизированный источник питания постоянного тока 15 В, 20 А.
Использование транзисторов BC547 вместо высокоскоростных диодов

На приведенной выше схеме индукционного нагревателя мы видим затворы полевых МОП-транзисторов, состоящих из диодов с быстрым восстановлением, которые может быть трудно получить в некоторых частях страны.

Простая альтернатива этому может заключаться в транзисторах BC547, подключенных вместо диодов, как показано на следующей схеме.

Транзисторы будут выполнять ту же функцию, что и диоды, поскольку BC547 может хорошо работать на частотах около 1 МГц.

Еще одна простая конструкция «сделай сам»

На следующей схеме показана еще одна простая конструкция, аналогичная приведенной выше, которую можно быстро сконструировать дома для реализации индивидуальной системы индукционного нагрева.

Список деталей

  • R1, R4 = 1K 1/4 Вт MFR 1%
  • R2, R3 = 10K 1/4 Вт MFR 1%
  • D1, D2 = BA159 или FR107
  • Z1, Z2 = 12 В, Стабилитрон 1/2 Вт
  • Q1, Q2 = МОП-транзистор IRFZ44n на радиаторе
  • C1 = 0,33 мкФ / 400 В или 3 н.у.1 мкФ / 400 В параллельно
  • L1, L2, как показано на следующих изображениях:
  • L2 восстановлен от любого старого блока питания компьютера ATX.
Как построен L2

Преобразование в посуду с подогревом

Вышеприведенные разделы помогли нам изучить простую схему индукционного нагревателя с использованием пружинной катушки, однако эту катушку нельзя использовать для приготовления пищи, и она требует некоторых серьезные модификации.

В следующем разделе статьи объясняется, как описанную выше идею можно изменить и использовать в качестве простой небольшой индукционной цепи нагревателя посуды или индукционной цепи кадай.

Дизайн низкотехнологичный, маломощный и может отличаться от обычных устройств. Схема была запрошена г-ном Дипешом Гуптой

Технические характеристики

Сэр,

Я прочитал вашу статью Простая схема индукционного нагревателя - Схема горячей плиты и был очень рад обнаружить, что есть люди, готовые помочь таким молодым людям, как мы, в сделай что-нибудь ....

Сэр, я пытаюсь понять принцип работы и пытаюсь разработать для себя индукционный кадай... Сэр, пожалуйста, помогите мне разобраться в дизайне, так как я так хорош в электронике

Я хочу разработать индукцию для нагрева кадай диаметром 20 дюймов с частотой 10 кГц по очень низкой цене !!!

Я видел ваши схемы и статью, но немного запутался насчет

  • 1. Используемый трансформатор
  • 2. Как сделать L2
  • 3. И любые другие изменения в схеме для частоты 10-20 кГц при токе 25А

Пожалуйста, помогите мне, сэр, как можно скорее..Это будет полезно, если вы можете предоставить точную информацию о необходимых компонентах. PlzzИ, наконец, вы упомянули об использовании ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ: Используйте регулируемый источник питания постоянного тока 15 В 20 А. Где это используется ....

Спасибо

Dipesh gupta

The Design

Предлагаемая конструкция индукционной кадайной цепи, представленная здесь, предназначена только для экспериментальных целей и может не работать как обычные устройства. Его можно использовать для быстрого приготовления чашки чая или омлета, и ничего большего ожидать не стоит.

Указанная схема была первоначально разработана для нагрева таких предметов, как железный стержень, например, головки болта. отвертка металлическая и т. д., однако с некоторыми изменениями эта же схема может применяться для нагрева металлических кастрюль или сосудов с выпуклым дном, например "кадай".

Для реализации вышеизложенного исходная схема не нуждается в каких-либо изменениях, за исключением основной рабочей катушки, которую нужно будет немного подправить, чтобы сформировать плоскую спираль вместо пружинной конструкции.

В качестве примера, чтобы преобразовать конструкцию в индукционную посуду так, чтобы она поддерживала сосуды с выпуклым дном, такие как кадай, змеевик должен иметь сферически-спиральную форму, как показано на рисунке ниже:

Схема будет такой же, как объяснено в моем предыдущем разделе, который в основном представляет собой конструкцию на основе Ройера, как показано здесь:

Проектирование спиральной рабочей катушки

L1 изготавливается путем использования 5-6 витков 8-миллиметровой медной трубки в сферическую -спиральная форма, как показано выше, для размещения небольшой стальной чаши посередине.

Змеевик может быть также сжат в плоскую форму спирали, если небольшая стальная сковорода предназначена для использования в качестве посуды, как показано ниже:

Конструирование ограничителя тока Катушка

L2 может быть изготовлена ​​путем наматывания суперэмалированной суперэмалированной посуды толщиной 3 мм. медный провод над толстым ферритовым стержнем, количество витков необходимо экспериментировать, пока на его выводах не будет достигнуто значение 2 мГн.

TR1 может быть трансформатором 20 В 30 ампер или источником питания SMPS.

Фактическая схема индукционного нагревателя довольно проста по своей конструкции и не требует особых пояснений, необходимо позаботиться о следующих вещах:

Резонансный конденсатор должен располагаться относительно ближе к основной рабочей катушке. L1 и должен быть получен путем подключения около 10 ноль 0.22 мкФ / 400 В параллельно. Конденсаторы должны быть строго неполярного и металлизированного полиэфирного типа.

Хотя конструкция может показаться довольно простой, нахождение центрального отвода внутри спирально намотанной конструкции может вызвать головную боль, поскольку спиральная катушка будет иметь несимметричную компоновку, что затруднит определение точного центрального отвода для схемы.

Это можно сделать методом проб и ошибок или с помощью LC-метра.

Неправильно расположенный центральный ответвитель может заставить схему работать ненормально или производить неравномерный нагрев МОП-транзисторов, или вся схема может просто не колебаться в худшей ситуации.

Ссылка: Википедия

О Swagatam

Я инженер-электроник (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные со схемой, вы можете взаимодействовать с ними через комментарии, я буду очень рад помочь!

Простая схема самодельного индукционного нагревателя

Этот замечательный небольшой проект демонстрирует принципы высокочастотной магнитной индукции и способы изготовления индукционного нагревателя.Схема очень проста в сборке и использует только несколько общих компонентов. С показанной здесь индукционной катушкой схема потребляет около 5 А от источника питания 15 В, когда наконечник отвертки нагревается. Кончик отвертки нагревается докрасна примерно за 30 секунд!

Схема управления использует метод, известный как ZVS (переключение при нулевом напряжении), для активации транзисторов, который обеспечивает эффективную передачу энергии. В схеме, которую вы видите здесь, транзисторы почти не нагреваются из-за метода ZVS.Еще одна замечательная особенность этого устройства заключается в том, что это саморезонансная система, которая автоматически работает на резонансной частоте подключенной катушки и конденсатора. Если вы хотите сэкономить время, в нашем магазине есть индукционный нагреватель. Возможно, вы все еще захотите прочитать эту статью, чтобы получить несколько полезных советов по правильной работе вашей системы.

Как работает индукционный нагрев?

Когда магнитное поле изменяется около металла или другого проводящего объекта, в материале индуцируется поток тока (известный как вихревой ток), который генерирует тепло.Вырабатываемое тепло пропорционально квадрату тока, умноженному на сопротивление материала. Эффекты индукции используются в трансформаторах для преобразования напряжений во всех видах приборов. Большинство трансформаторов имеют металлический сердечник, поэтому при использовании в них наведены вихревые токи. Разработчики трансформаторов используют разные методы, чтобы предотвратить это, поскольку нагрев - это просто пустая трата энергии. В этом проекте мы будем напрямую использовать этот эффект нагрева и постараемся максимизировать эффект нагрева, создаваемый вихревыми токами.

Если мы приложим непрерывно изменяющийся ток к катушке с проволокой, у нас будет постоянно изменяющееся магнитное поле внутри нее. На более высоких частотах индукционный эффект довольно силен и имеет тенденцию концентрироваться на поверхности нагреваемого материала из-за скин-эффекта. Типичные индукционные нагреватели используют частоты от 10 кГц до 1 МГц.

ОПАСНО: Данное устройство может создавать очень высокие температуры!

Схема

Используемая схема представляет собой тип коллекторного резонансного генератора Ройера, который имеет преимущества простоты и саморезонансной работы.Очень похожая схема используется в обычных схемах инвертора, используемых для питания люминесцентного освещения, такого как подсветка ЖК-дисплея. Они приводят в действие трансформатор с центральным ответвлением, который повышает напряжение примерно до 800 В для питания фонарей. В этой схеме самодельного индукционного нагревателя трансформатор состоит из рабочей катушки и нагреваемого объекта.

Основным недостатком этой схемы является то, что требуется катушка с отводом по центру, которую может быть немного сложнее намотать, чем обычный соленоид. Катушка с отводом по центру необходима, чтобы мы могли создать поле переменного тока из одного источника постоянного тока и всего двух транзисторов N-типа.Центр катушки подключается к положительному источнику питания, а затем каждый конец катушки попеременно подключается к земле транзисторами, так что ток будет течь вперед и назад в обоих направлениях.

Величина тока, потребляемого от источника питания, зависит от температуры и размера нагреваемого объекта.

Из этой схемы индукционного нагревателя видно, насколько он прост на самом деле. Всего несколько основных компонентов - это все, что нужно для создания рабочего индукционного нагревателя.

R1 и R2 - стандартные резисторы 240 Ом, 0,6 Вт. Значение этих резисторов будет определять, насколько быстро МОП-транзисторы могут включиться, и должно быть достаточно низким. Однако они не должны быть слишком маленькими, так как резистор будет заземлен через диод при включении противоположного транзистора.

Диоды D1 и D2 используются для разряда затворов MOSFET. Это должны быть диоды с низким прямым падением напряжения, чтобы затвор был хорошо разряжен, а полевой МОП-транзистор полностью выключился, когда другой включен.Рекомендуются диоды Шоттки, такие как 1N5819, поскольку они имеют низкое падение напряжения и высокую скорость. Номинальное напряжение диодов должно быть достаточным, чтобы выдерживать повышение напряжения в резонансном контуре. В этом проекте напряжение выросло до 70 В.

Транзисторы T1 и T2 представляют собой полевые МОП-транзисторы на 100 В, 35 А (STP30NF10). Для этого проекта они были установлены на радиаторах, но при работе с указанными здесь уровнями мощности они почти не нагревались. Эти полевые МОП-транзисторы были выбраны из-за их низкого сопротивления сток-исток и малого времени отклика.

Катушка индуктивности L2 используется как дроссель для предотвращения попадания высокочастотных колебаний в источник питания и для ограничения тока до приемлемого уровня. Значение индуктивности должно быть довольно большим (у нас было около 2 мГн), но оно также должно быть выполнено из достаточно толстого провода, чтобы пропускать весь ток питания. Если дроссель не используется или у него слишком малая индуктивность, цепь может перестать колебаться. Необходимое точное значение индуктивности будет зависеть от используемого блока питания и настройки катушки. Возможно, вам придется поэкспериментировать, прежде чем вы получите хороший результат.Показанный здесь был сделан путем наматывания около 8 витков магнитной проволоки толщиной 2 мм на тороидальный ферритовый сердечник. В качестве альтернативы вы можете просто намотать провод на большой болт, но вам понадобится гораздо больше витков провода, чтобы получить такую ​​же индуктивность, как у тороидального ферритового сердечника. Вы можете увидеть пример этого на фото слева. В нижнем левом углу вы можете увидеть болт, намотанный на множество витков провода оборудования. Эта установка на макетной плате использовалась при малой мощности для тестирования. Для большей мощности пришлось использовать более толстую проводку и все спаять вместе.

Поскольку компонентов было так мало, мы спаяли все соединения напрямую и не использовали печатную плату. Это также было полезно для выполнения соединений для сильноточных частей, поскольку толстый провод можно было напрямую припаять к клеммам транзистора. Оглядываясь назад, возможно, было бы лучше подключить индукционную катушку, прикрутив ее непосредственно к радиаторам на полевых МОП-транзисторах. Это связано с тем, что металлический корпус транзисторов также является выводом коллектора, а радиаторы могут помочь охладить катушку.

Конденсатор C1 и индуктор L1 образуют резонансный контур резервуара индукционного нагревателя. Они должны выдерживать большие токи и температуры. Мы использовали полипропиленовые конденсаторы емкостью 330 нФ. Более подробная информация об этих компонентах представлена ​​ниже.

Индукционная катушка и конденсатор

Катушка должна быть сделана из толстой проволоки или трубы, так как в ней будут протекать большие токи. Медная труба работает хорошо, так как токи высокой частоты в любом случае будут течь в основном по внешним частям.Вы также можете прокачать по трубе холодную воду, чтобы она оставалась прохладной.

Конденсатор должен быть подключен параллельно рабочей катушке для создания резонансной цепи резервуара. Комбинация индуктивности и емкости будет иметь определенную резонансную частоту, на которой цепь управления будет работать автоматически. Используемая здесь комбинация катушка-конденсатор резонирует на частоте около 200 кГц.

Важно использовать конденсаторы хорошего качества, которые могут выдерживать большие токи и тепло, рассеиваемое внутри них, иначе они скоро выйдут из строя и разрушат вашу схему привода.Они также должны быть размещены достаточно близко к рабочей катушке с использованием толстой проволоки или трубы. Большая часть тока будет течь между катушкой и конденсатором, поэтому этот провод должен быть самым толстым. При желании провода, соединяющие цепь и источник питания, можно сделать немного тоньше.

Этот змеевик здесь был сделан из латунной трубы диаметром 2 мм. Его было просто наматывать и легко паять, но вскоре он начал деформироваться из-за чрезмерного нагрева. Затем повороты касаются друг друга, замыкаясь и делая его менее эффективным.Поскольку во время использования контур управления оставался относительно холодным, казалось, что его можно заставить работать на более высоких уровнях мощности, но необходимо использовать более толстую трубу или охлаждать ее водой. Затем установка была улучшена, чтобы выдерживать более высокий уровень мощности…

Продвигая дальше

Основным ограничением описанной выше установки было то, что рабочая катушка через короткое время сильно нагрелась из-за больших токов. Для того, чтобы в течение длительного времени иметь большие токи, мы сделали еще одну катушку, используя более толстую латунную трубку, чтобы вода могла прокачиваться, когда она работает.Более толстую трубу было труднее согнуть, особенно в центральной точке отвода. Перед сгибанием трубы необходимо было засыпать ее мелким песком, чтобы избежать защемления на крутых изгибах. Затем он был очищен сжатым воздухом.

Индукционная катушка состоит из двух частей, как показано здесь. Затем они были спаяны вместе, и небольшой кусок трубы из ПВХ использовался для соединения центральных труб, чтобы вода могла течь через всю катушку.

В этой катушке было использовано меньше витков, чтобы она имела более низкий импеданс и, следовательно, выдерживала более высокие токи.Емкость также была увеличена, чтобы резонансная частота была ниже. Всего было использовано шесть конденсаторов по 330 нФ, что дало общую емкость 1,98 мкФ.

Кабели, соединяющиеся с катушкой, были просто припаяны к трубе возле концов, оставляя место для установки трубы из ПВХ.

Этот змеевик можно охладить, просто пропустив воду прямо из крана, но для отвода тепла лучше использовать насос и радиатор. Для этого старый насос для аквариума был помещен в ящик с водой, и к выходному патрубку прилегала труба.Эта труба поступала на модифицированный кулер компьютерного процессора, в котором для отвода тепла использовались три тепловые трубы.

Кулер был преобразован в радиатор путем отрезания концов тепловых трубок и последующего соединения их с трубами PCV, чтобы вода протекала через все 3 тепловые трубки перед выходом и возвращением в насос.

Если вы сами разрезаете тепловые трубки, делайте это в хорошо проветриваемом помещении, а не в помещении, поскольку они содержат летучие растворители, которые могут быть токсичными для дыхания. Вы также должны носить защитные перчатки, чтобы избежать контакта с кожей.

Этот модифицированный кулер для процессора был очень эффективным в качестве радиатора и позволял воде оставаться довольно прохладной.

Другие необходимые модификации заключались в замене диодов D1 и D2 на диоды, рассчитанные на более высокие напряжения. Мы использовали обычные диоды 1N4007. Это было связано с тем, что с увеличением тока в резонансном контуре увеличивалось напряжение. Вы можете видеть на изображении здесь, что пиковое напряжение составляло 90 В (желтый график осциллографа), что также очень близко к номинальному значению транзисторов 100 В.

Используемый блок питания был настроен на 30 В, поэтому необходимо было также подавать напряжение на затворы транзистора через стабилизатор напряжения 12 В. Когда внутри рабочей катушки не было металла, она потребляла около 7 А. Когда был добавлен болт на фотографии, он поднялся до 10 А, а затем постепенно снова упал, когда он нагрелся до температуры выше Кюри. С более крупными объектами он определенно будет выше 10А, но используемый блок питания имеет предел 10А. Вы можете найти подходящий блок питания на 24 В, 15 А в нашем интернет-магазине.

Болт, который вы видите на фотографии раскаленным докрасна, разогрелся примерно за 30 секунд.Отвертка на первом изображении теперь может нагреться докрасна примерно за 5 секунд.

Чтобы перейти на более высокую мощность, чем эта, необходимо использовать другие конденсаторы или их массив большего размера, чтобы ток распределялся между ними в большей степени. Это связано с тем, что протекающие большие токи и используемые высокие частоты могут значительно нагревать конденсаторы. Примерно через 5 минут использования на этом уровне мощности индукционный нагреватель DIY необходимо выключить, чтобы они могли остыть.Также необходимо использовать другую пару транзисторов, чтобы они могли выдерживать большие скачки напряжения.

Во всем этот проект был вполне удовлетворительным, так как давал хороший результат от простой и недорогой схемы. Как бы то ни было, он может быть полезен для закалки стали или для пайки мелких деталей. Если вы решили создать собственный проект индукционного нагревателя, разместите свои фотографии ниже. Пожалуйста, ознакомьтесь с другими комментариями, прежде чем делать свои собственные, так как это может сэкономить ваше время позже.

Если вы хотите смоделировать этот проект для тестирования различных значений индуктивности или выбора транзисторов, загрузите LTSpice и запустите это моделирование самодельного индукционного нагревателя (щелкните правой кнопкой мыши, Сохранить как)

Насколько жарко станет?

Трудно сказать, насколько горячо вы сможете что-то получить, так как есть много параметров, которые необходимо учитывать. Различные материалы будут по-разному реагировать на индукционный нагрев, а их форма и размер будут влиять на то, как нагревание или отвод тепла в атмосферу.

Вы можете получить приблизительное представление, используя некоторые базовые расчеты по приведенной ниже формуле, или, если хотите, мы сделали удобный калькулятор мощности нагревателя, который может рассчитать это за вас. Эта форма включает в себя материалы (например, воду), которые нельзя нагревать напрямую с помощью индукционных нагревателей, но она по-прежнему полезна, если вы пытаетесь определить, например, мощность, необходимую для нагрева поддона с водой с помощью индукционного нагревателя.

ПРИМЕР: Насколько сильно нагреются 20 г стали за 30 секунд при нагревании с помощью нагревателя мощностью 300 Вт? (при условии, что 100 Вт потеряно для окружающей среды)

Формулы:
Q = m x Cp x ΔT
ΔT = Q ÷ m ÷ Cp

Рабочий:
(300Вт - 100Вт) x 30с = 6000Дж
6000Дж ÷ 20г ÷ 0.466Дж / г ° C = 643,78 ° C

Результат:
20 г стали повысится температура на 643,78 ° C при нагревании нагревателем мощностью 300 Вт в течение 30 секунд.

Поиск и устранение неисправностей

Если у вас возникли проблемы с тем, чтобы это заработало, вот несколько советов, которые помогут устранить неполадки в вашем домашнем проекте индукционного нагревателя….

PSU (источник питания)
Если ваш PSU не может подавать большой скачок тока при включении индукционного нагревателя, он не будет колебаться. В этот момент напряжение источника питания упадет (хотя блок питания может этого не отображать), и это помешает правильному переключению транзисторов.Чтобы решить эту проблему, вы можете разместить несколько больших электролитических конденсаторов параллельно источнику питания. Когда они заряжены, они смогут подавать в вашу цепь большой импульсный ток. Хорошим мощным источником питания будет наш БП на 24 В 15 А постоянного тока.

Дроссель (индуктор L2)
Ограничивает мощность индукционного нагревателя. Если ваш не колеблется, вам может потребоваться дополнительная индуктивность, чтобы предотвратить падение напряжения в вашем блоке питания. Вам нужно будет поэкспериментировать с необходимой вам индуктивностью. Лучше иметь слишком много, чем слишком мало, так как это только ограничит мощность нагревателя.Слишком мало может означать, что это вообще не сработает. Если сердечник катушки индуктивности слишком мал, сильный ток приведет к его насыщению и приведет к протеканию слишком большого тока и потенциально повредит вашу схему.

Электропроводка
Соединительные провода должны быть короткими, чтобы уменьшить паразитную индуктивность и помехи. Длинные провода добавляют в цепь нежелательное сопротивление и индуктивность, что может привести к нежелательным колебаниям или снижению производительности. Наш кабель питания на 30 А отлично подходит для этого.

Компоненты
Выбранные транзисторы должны иметь низкое падение напряжения / сопротивление в открытом состоянии, в противном случае они будут перегреваться или даже препятствовать генерации системы.Вероятно, IGBT не будут работать, но большинство полевых МОП-транзисторов с аналогичными характеристиками должны подойти. Конденсаторы должны иметь низкое ESR (сопротивление) и ESL (индуктивность), чтобы они могли выдерживать высокие токи и температуры. Диоды также должны иметь низкое прямое падение напряжения, чтобы транзисторы правильно отключались. Они также должны быть достаточно быстрыми, чтобы работать на резонансной частоте вашего индукционного нагревателя.

Включение питания
При включении не допускайте попадания металла в нагревательную спираль.Это может привести к более сильным скачкам тока, что может помешать возникновению колебаний, как упомянуто выше. Также не пытайтесь нагревать большое количество металла. Этот проект подходит только для небольших индукционных нагревателей. Если вы хотите контролировать или постепенно увеличивать мощность, вы можете использовать одну из наших схем импульсного модулятора мощности. Подробности смотрите в публикации 5108 ниже.

Мозг
Для безопасного выполнения этого проекта вам понадобится разумно работающий мозг. Создание индукционного нагревателя может быть очень опасным, поэтому, если вы новичок в электронике, вам следует попросить кого-нибудь помочь вам сделать это.Подходите к делу логически; Если он не работает, проверьте, что используемые компоненты не неисправны, проверьте правильность подключения, прочтите всю эту статью и все комментарии, выполните поиск в Google, если вы не понимаете какие-либо термины, или прочитайте наш раздел «Обучение электронике». Помните: горячее обожжет вас и может поджечь; Электричество может убить вас электрическим током, а также вызвать пожар. Безопасность превыше всего.

Тиристорный контроллер для индукционной плавильной печи

КОНТРОЛЛЕР ТИРИСТОРА ДЛЯ ПЕЧИ ИНДУКЦИОННОГО ПЛАВЛЕНИЯ A.Дмовски, К. Стайковски, Р. Заяц и П. Фабияйский Варшавский технический университет, Inst. управления и электроники, Koszykowa 75, Gm. Е, пок. 316, PlOO-662 Warszawa, Poland

АННОТАЦИЯ В статье представлены принцип и способ конструкции тиристорного регулятора мощности (75 кВА - 50 Гц) для электрического обогрева 50 Гц. Описываемый контроллер представляет собой модель промышленного контроллера для плавильной печи мощностью 650 кВт. Этот контроллер обеспечивает совместимость работы с миникомпьютером, который контролирует весь технологический процесс.

ВВЕДЕНИЕ Внедрение компьютеров для управления производственными процессами сделало необходимым традиционное оборудование для управления, чтобы добиться большей совместимости с требованиями новой компьютерной техники. Примером может служить система автоматического управления индукционной плавильной печью при использовании специализированного миникомпьютера. Решение SJch позволяет добиться оптимального использования печи, как энергетического, так и технологического. В данной статье описывается модель тиристорного регулятора мощностью 650 кВА, 50 Гц, устройство рассчитано на 75 кВА, 50 Гц.Модель, связанная с системой электронного интерфейса Camac, позволяет осуществлять компьютерное управление процессами плавки металла. В настоящее время в стадии разработки находится промышленный регулятор (650 кВА). Перед экспериментальной работой были сделаны следующие допущения: 1. Контроллер должен обеспечивать возможность питания печи регулируемым синусоидальным напряжением 50 Гц с высоким КПД в ватт-часах. Это позволяет контролировать подаваемую мощность в любой момент производственного процесса. 2. Коэффициент мощности системы питания на весь технологический цикл должен быть близок к единице.3. Система должна обеспечивать питание однофазной поверхности от трехфазной сети по сюметрической нагрузке всех фаз. 4. Управляющие сети контроллера позволяют взаимодействовать с компьютером. На рис. 1 представлена ​​блок-схема контроллера ls. 961

962

A. Dmowski et al

(20% ~ 100%)

RU

RS

ручное управление com

UM40 / 0

ES

RR

fer con

Фиг.1.

Принципиальная схема регулятора Power

Контроллер состоит из следующих блоков. 1. Тиристорные регуляторы симметричной нагрузки трехфазной сети R-S 2. Тиристорные регуляторы переменного напряжения R-U 3. Тиристорные регуляторы реактивной мощности R-R 4. Центральная сеть для взаимодействия с модулем Camac B-S. Принцип работы регулятора мощности следующий. Сначала на печь подается напряжение 20 ~ Un, которое обеспечивает работу регулятора реактивной мощности R-R и регулятора симметричной нагрузки трехфазной сети R-S.Когда два контроллера достигают предполагаемых коэффициентов компенсации (cosl {'= 1! 0,5 ~ и асимметрия фазовой нагрузки меньше 10 ~), контроллер напряжения R-U автоматически включается. Контроллер R-U увеличивает напряжение до необходимого значения. Любое повышение напряжения нагрузки Uo возможно только в том случае, если и R-R, и R-S достигли предполагаемых коэффициентов компенсации и симметризации. Петля отрицательной обратной связи делает весь контроллер нечувствительным к изменениям сетевого напряжения.Дополнительная петля обратной связи по току предотвращает перегрузку контроллера и питающей сети.

СЕТЬ СИММЕТРИЗАЦИИ CUR.RENr R-S

Для питания однофазной индукционной печи требуется баланс нагрузки трехфазных трансформаторов. Эта сюметризация может быть достигнута с помощью статической сети, которая состоит из катушки индуктивности и конденсаторной батареи. Одна из наиболее популярных схем показана на рис. 2. Коммутация секций конденсаторной батареи осуществляется с помощью тиристорных обратнопараллельных переключателей.Вся сеть состоит из следующих блоков: I. Главная цепь

Тиристорный контроллер для индукционной плавильной печи

с

R

963

T

PP1 PP2

Ip

eT

Рис.2

Принципиальная схема регулятора RS

1. тиристорный переключатель L11 (T1; T2), L12 (T3; T4), LN1 (T5, T6), LN2 (17, '1'8) 2. постоянный аккумулятор секция С5 3. переключаемые конденсаторы секции С1, рН 4. змеевик симметризации ДЛ 5.резистор предварительной нагрузки АКБ R II. Схема управления1 t 1. Ошибка схемы измерения ПУ 2. Преобразователь AI C 3. Схема запоминания копий! ts погрешности измерения - АК 4. Блок измерения своевременности US 5. Генератор тактовых импульсов G 6. Схема распределения управляющих импульсов тиристора RI 7. Схема настройки, в которой подготавливает коммутируемые участки к установившемуся режиму SA 8. Затвор схемы управления тиристорных выключателей КМ1, •••, КМН. Принцип работы устройства следующий.Постоянный аккумуляторный отсек сьюметризирует питающую сеть. Остальные секции нагружаются через резистор R и тиристоры T1, T5 положительными полуволнами сетевого напряжения URS • Время прохождения составляет около 0,2 сек. и по истечении этого времени резистор R замыкается тиристором 51 накоротко, и тогда начинается фактическое действие. Ошибка выходного напряжения появляется как сигнал, который представляет собой разницу между двумя фазами Olrrents I R и IS. Преобразователь переменного тока преобразует сигнал в цифровой сигнал в коде 8421.Знак сигнала ошибки определяет, суммируется или вычитается определенное количество, равное количеству тактовых импульсов, синхронизированных в данный момент посредством

964

A. Dmowski et aZ

, схема США в обратном счетчике преобразователя переменного тока. После измерения AK cireu1 t .. запоминает копать! ts погрешности измерения. Выходной сигнал АКБ управляет входами импульсных усилителей тиристоров КМ1 ••• КМН. При включении тиристора SW! tch одна из секций C1 ••• CN сразу подключается параллельно катушке индуктивности или к секции постоянной батареи c • Правильный момент для включения и выключения тиристорного 5 переключателя предотвращает перегрузку в цепи .Соответствующая симметризация тока в катушках трансформаторов возможна при выполнении следующих условий:

, где

I p = Y3 '11.

(~)

I p =: Y3' le

(2)

URS

= UST = UTR

, а реактивное сопротивление емкости равно индуктивному реактивному сопротивлению катушки симметризации. n = N

LXCn = X L

(3)

n = 1

= Is или R! или: z IS. (Это соотношение присутствует в схеме).Из (3) следует, что полная реактивная мощность конденсаторной батареи должна удовлетворять:

Если (3): выполняется, условия (1) и (2) выполняются, когда I

n = N

LQcn == QL.

(4)

n = 1

где QL - реактивная мощность катушки индуктивности. Реактивная мощность наименьшей секции конденсаторной батареи, обеспечивающая точность более 5%, определяется по:

()

- 0,1

USC1-

IT

R 0

(5)

где Po - активная мощность нагрузки.Наименьшая мощность постоянной секции определяется выражением:

_ Pomin --QC 5Y7j

(6)

, где Po min - минимальное значение активной мощности нагрузки. Уменьшая значение QC5 (5), можно получить меньшую асимметрию фазных токов, но тогда количество секций конденсатора будет увеличиваться. Испытания модели 75 кВА, 50 Гц подтвердили обоснованность теоретических предположений, которые легли в основу проектирования системы симметризации тока. На рис.3 представлена ​​осциллографическая запись следующих сигналов в цепи синхронизации и синхронизации: 1.сигнал напряжения для сравнения с ошибкой управления P2, 2. сигнал измерения времени ошибки управления P, 3. выходной сигнал компаратора C, 4. сигнал управления обратного счетчика C3, на фиг. 4 соответственно

Преобразователь переменного тока

Тиристорный контроллер для индукционной плавильной печи

965

A

sv - 3,3 мс

p

(UST)

C

(URSUrR) -

9000

5V-

C3

Fig3

B

-

P1

Flg.4.

1. сигнал, синхронизирующий схему1 t с напряжением U - A, RS 2. сигнал, синхронизирующий схему1 t с напряжением UST - B, 3. сигнал, пропорциональный времени измерения погрешности управления P1, В представленной модели асимметрия фазовой цепи менее 5%.

КОНТРОЛЛЕР НАПРЯЖЕНИЯ R-U

Основная задача контроллера R-U - управлять подачей напряжения U на нагрузку. o Это напряжение должно контролироваться в пределах 20 96 - 100 96 от Un.Блок-схема контроллера представлена ​​на рис. 5. Этот контроллер состоит из 1. Автотрансфоннера AT с пятью отводами A, B, C, D, E (в которых UA == UB == UC == UD == UE = = 20 96 Un) 2. Бустерный трансфоннер Td 3. Одиннадцать сдвоенных тиристорных переключателей T1, T2, ••• T21, T22 4. Электронная схема управления регулятором. Блок управления состоит из: a) схемы, которая контролирует разницу между заданным напряжением (Ust) и контроллером ou1; подает напряжение (U) o b) два электронных обратных счетчика, которые контролируют выключатель! tch ot назначить пары тиристоров (Ll - пары тиристоров T1, T2, ••• '19, T10 и L2 - пары тиристоров T11, T12, ••• T21, T22) c) Генератор переключения счетчиков L1 и ~ d) схема для синхронизация и распределение импульсов управления тиристором.Принцип работы регулятора: Питающее напряжение Un включает пары тиристоров Т1, Т2 и Т21, Т22. Этот этап относится к нулевому состоянию обоих счетчиков L, L • В случае, когда значение контроля напряжения U увеличивается на 2 st 1 и коэффициенты сиометризации и компенсации имеют соответствующие значения

966

A. Dmowski et al-

Рис. 5

Регулятор напряжения RU

Генератор G разблокирован. На каждом конце положительной полуволны напряжения питания U на генераторе G n output появляется импульс для счетчика sw1 tch.Каждое состояние этих двух счетчиков вызывает проводимость соответствующей пары тиристоров. Эти тиристоры работают до тех пор, пока выходное напряжение U не достигает значения управляющего напряжения. o В случае, когда U = U st, последовательность импульсов вычитается до момента o, когда Uo = Ust.U ~ s, каждое изменение состояния счетчика вызывает изменение напряжения Uo значения z 2. Принцип работы регулятора проиллюстрирован на рис. 6, на котором показан осциллограф напряжения U ~ E в зависимости от времени, когда был приложен 2-шаговый сигнал UD1t величины (20% U - 120% U).(Нагрузка st st ток = 50 А и cos tp = 0,9 инд.).

-rJl

Каждый момент переключения тиристора вызывает сильное ганнонное распределение напряжения Uo. Величину этих ганноников можно оценить на основе эквивалентной схемы, представленной на рис. 7. На этой диаграмме 1T и 2T находятся в состоянии проводимости, а 3T, 4T будут переключены в следующий момент. На основе рис.

7 может быть записана следующая система уравнений

Тиристорный контроллер для индукционной плавильной печи

967

Flg.6.

M = o VL n LT; для 0 = 1

~

n = .. !! .. z,

L-

Trz - r; r-

"

z

IT

2T

Рис.7 Эквивалентная схема

U =

\

L

R l + di2 \ L - d11 M dt L

2 2.

U = L R1 l1

2

+ di 1 ~ L dt L -'I

dt

dl2

dt

M

(7)

(8)

этот набор уравнений можно переписать в матричный fonD.

X = A x + BHt) Решение (9)

(9)

для входов non-sin требует fonD. (WHAn

(10)

968

A. Dmowski 6t al

когда:

ее

Fm =

~

Wwe

(ak - jb K)

(ak - jb K)

01: = 0

JL {sin (1-rk) lp + sin [(1 + k) Tf] + (1-k) Если

b = K

TT

2 (1-k)

+

Sin (1-k) lp + Sin [(1 -k) 1T J + (1-k)! P}

+

2 (1-k) Рис.8 и 9 приведены значения ганноников в выходном напряжении, вызванном переключателями тиристоров. Эти результаты позволяют оценить количество отводов AT (A, B, C, D, E) автотрансформатора и пар тиристоров для данной гармоники, содержащейся в выходном напряжении контроллера (для предполагаемого угла поворота).

-

E, (K = 1}

E, (K = I)

0,8

~

0,6 0,4 0,2 0

"K = 3

-

0

./

"

~" ""

"i

O, BL = Q

I '..

.........

~

R = O 'K = 1

0,4 0,2

.........

...... ....

~

200400600800 1000 1200 Il, () O 16 () O 18 / Y '90

"

Рис. 8

РЕГУЛЯТОР РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

\

0,6

~

-

\

0

~

~ 5

~

1100

Рис.9

~ R

Основная задача контроллера реактивной мощности - поддерживать значение мощности коэффициент (cos tp) дозы до 1.Безкомпенсационная печь имеет этот коэффициент в пределах 0,15-0,22 в зависимости от технологического процесса. Реактивная мощность компенсируется дополнительной батареей конденсатора, емкость которой должна регулироваться, когда требуется значение cos If, близкое к 1 1 с. Схема регулятора реактивной мощности представлена ​​на рис. 10. Этот регулятор состоит из а) конденсаторной батареи, разделенной на n секций с 1-й емкостью C1 "" Cn взвешенная двоичная, т.е. C1 'C2 = 2C' ••• 'C = 2n - 1C n 1 1 б) полупроводниковые переключатели (диода - тиристор) для лучшего переключения в) блок измерения напряжения с регулируемым фильтром 50 Гц и переключением фаз

Тиристорный регулятор для индукционной плавильной печи

969

UI

} Le

Рис, 10

Схема

Схема регулятора RR

c1rcu1 t FU и R1 d) блок измерения тока с частотой 50 Гц f11 ter и схемой фазового сдвига t FI и PI e) фазовый сдвиг блок измерения угла FK (измеряется угол между напряжением и током, подаваемым в печь) f) блок обратного счетчика L g) генератор тактовых импульсов G h) блок синхронизации...ронизация импульсов зажигания с сетевым напряжением UST i) блок синхронизации блока L выходных импульсов с UST-US j) усилители тиристоров KM импульсов зажигания Принцип работы регулятора следующий: Сигналы пропорциональны первой ганнонике напряжение и ток нагрузки подаются с выхода блоков PU и PI на вход блока FK. Выходные прямоугольные импульсы блока FK имеют ширину, пропорциональную сдвигу между напряжением питания и током нагрузки. В случае, когда нагрузка индуцируется, подключите выходное сигнальное приложение к выходу IQ L, в противном случае - к выходу! Pc.Блок FK выводит сигналы If L и Lp C, которые вызывают сложение или вычитание цифр счетчика соответственно. Блок L состоит из двух счетчиков, первый из которых управляет переключением емкости аккумулятора с C на C., второй с C. -I

A. Dmowski et al

970

Управление счетчиком увеличивает динамику весь контроллер RR. Напряжение уставки 4 'm контролирует допуск cos Lf (cos \ .Pea = 1: Lp m 96), напряжение второй уставки ~ z Hmi ts граничное значение фазового сдвига, которое вызывает переключение от серии до подключения счетчика параллелера.Задача блоков УС, СТЮ, КМ - адекватное управление зажиганием тиристоров. Точность компенсации зависит от емкости самого маленького батарейного отсека (C ••• Cn). 1 Для реактивной мощности g1 ven наименьшей секции батареи QCi минимальную точность компенсации можно оценить с помощью следующих выражений

~~: n

= arctg

fcamtn

Qcmax ==

(12)

( 13)

tg l! Jt .. mOX

Pmln

Qcmln

= Prnin * 9 tpt.. млн

- постоянный (нерегулируемый) член

(14)

Qc reg

= Qcmax

- контролируемый срок

(15)

- Qcmln

номер аккумуляторной секции равен

n =

~~~ +1] - = -, ....---: ------ =: .-.

(16)

19 [

Lg 2

fea

{DE, (; J

(lfL)

9

0L.l

° ... ° ° ° °

8

М- ..r -, ....

i \ ..:

7

L

L

60

5

3

L ~

h

-r ::

Id f = 2I

20

o 0

~

h

....

W = ~ KHlJ

L

r

0,01,

, ...,

q: 6 Io , i Uo.16

1 .. 0.20 0,21, 078. 0,32 q, 16

Ft: I 0f.lJ OF- {5j

L ..

Рис. 11 На Рис.11 представлены расчетные переходные процессы регулирования, возбуждаемого единичным шагом (время t) для следующего набора параметров: 1 p = 4KW) lpL = 84 ° el) QC1 = 225 Var) (= 21 4,10 кГц) Qcmtn = 0 На рис. 12-15 представлены осциллографы сетевого тока для параметров

, перечисленных выше. (Действие контроллера начинается в момент t = 0).

Thvristor контроллер для индукционной плавильной печи

125A

125,4

f25A

tf (f = 2 кГц)

971

i."" "l 'I

I

..:

l.tf (f =" кГц) .1

Рис.12

Рис .14.

Рис.13

~ '~ \ ~ \ t ~ G ~~ .n fi ~ WW ~ jW ~ / Vv ~ ~ V ~

1.3A

I

V

II

14

I

tf (1 :: 4KHz)

I

., I

Рис. 15. ВЫВОДЫ

Результаты модельных и экспериментальных работ подтверждают возможность применения тиристорной схемы для электронагревательных устройств на 50 Гц.Цифровые входы тиристорного контроллера совместимы с выходами миникомпьютера, что позволяет управлять всей группой тиристорного контроллера с помощью одного миникомпьютера одновременно в технологическом процессе. Различные части контроллера мощности (RU, RS) могут быть использованы в другом приложении, например) для компенсации напряжения сети, стабилизации их напряжения

и т. Д. ССЫЛКИ

(1) Х. Франк и Б. Ландстрем, Electronics D1vision ASEA, Power- факторная коррекция с помощью конденсаторов с тиристорным управлением ASEA Journal 6 (1971) (2) A.K. Sz1blowski, Simmetrirowan1e riezima mnogofaznej sistemy pri p1taniu adnofazowych nagruzok, & terda (1974 (3) С. Ллойд, П. Маршал, Динамические характеристики однофазного тириаторного регулятора переменного тока, Proc. 122 & namg. (1975)

Индукционная печь SCR UM-300KW-SCR-MF-United Induction Heating Machine Limited, Китай

Индукционная печь средней частоты SCR (KGPS)

Индукционная печь SCR (индукционная печь KGPS) Введение и применение

Это устройство, преобразующее трехфазный силовой ток в однофазный ток средней частоты и позволяющее металлу производить потери на вихревые токи за счет индукции электромагнитного поля для достижения нагрева и плавления и применимо для плавления, нагрева или выдержки стали, меди, алюминия, цинка, олово, нейзильбер и другие материалы из черных или цветных металлов и сплавов, а также термическая обработка перед ковкой, спеканием и гибкой труб в литейной и плавильной промышленности.

Производительность и особенности

1. Плавный запуск, запуск или остановка сканирования при нулевом напряжении в любое время и в любом состоянии без воздействия на источник питания;
2. Быстрое плавление, низкая стоимость производства, низкое загрязнение окружающей среды, соответствие требованиям защиты окружающей среды;
3. Плавка непосредственно с низкой температуры, возможность полного опорожнения раствора, легкая смена категории плавящегося материала;
4. Гибкая регулировка мощности, легкая и непрерывная плавная регулировка, легко регулируемая температура, низкие потери при окислении, равномерное содержание металла;
5.Корпус печи с литым алюминиевым корпусом или конструкцией из стального корпуса, небольшая занимаемая площадь, легко переворачиваемый корпус, доступен для выбора электрического, ручного, гидравлического или другого режима переворачивания по мере необходимости
6. Контравариантная схема автоматического регулирования для автоматического согласования импедансной нагрузки, поддерживая хорошую работу без регулирования или компенсации емкости; источник питания с диагностикой неисправностей, облегчающий обслуживание.

Основные технические параметры:
Тип источника питания Номинальная мощность (кВт) Выходная частота (кГц) Входное напряжение (В) Входной ток (А) Напряжение постоянного тока (В) Постоянный ток (А) Выпрямитель импульсный Мощность трансформатора (кВА) Расход охлаждающей воды (т / ч)
UM-200KW-SCR-MF 200 2.5-10 380 320 500 400 6 250 5
UM-250KW-SCR-MF 250 1-8 380 400 500 500 6/12 315 6
UM-300KW-SCR-MF 300 1-8 380 480 500 600 6/12 315 6
UM-400KW-SCR-MF 400 1-4 380/720 640/336 500/950 800/420 6/12 400 7
UM-500KW-SCR-MF 500 1-4 380/720 800/420 500/950 1000/526 6/12 500 7
UM-600KW-SCR-MF 600 1-2.5 380/720 960/505 500/950 1200/630 6/12 600 9
UM-800KW-SCR-MF 800 1-2,5 380/720 1280/673 500/950 1600/842 6/12 800 10
UM-1000KW-SCR-MF 1000 1-2,5 380/720 1600/842 500/950 2000/1052 6/12 1250 10
UM-1200KW-SCR-MF 1200 0.75-2,5 380/720 1920/1010 500/950 2400/1263 6/12 1250 12
UM-1500KW-SCR-MF 1500 0,5-1 720/950 1263/960 950/1250 1578/1200 6/12 1800 15
UM-2000KW-SCR-MF 2000 г. 0.5-1 720/950 1684/1280 950/1250 2105/1600 6/12 2000 г. 17
UM-2500KW-SCR-MF 2500 0,5-1 720/950 2105/1600 950/1250 2630/2000 6/12 2500 20
UM-3000KW-SCR-MF 3000 0.5-1 1000 1825 г. 1315 2280 6/12 3000 22
UM-3500KW-SCR-MF 3500 0,5-1 1000 2130 1315 2660 6/12 3500 25
UM-4000KW-SCR-MF 4000 0,5-1 1000 2433 1315 3040 6/12 4400 30
UM-5000KW-SCR-MF 5000 0.5 1000 3040 1315 3800 12 5000 35 год
Серия UM-GWS для плавки стали, легированной стали, чугуна
Тип печи Номинальная мощность (тонна) Номинальная мощность (кВт) Номинальная частота (кГц) Напряжение печи (В) Рабочая температура (℃) Скорость плавления (т / ч) Время плавления (минуты) Потребляемая мощность (кВтч / т) Расход охлаждающей воды (т / ч)
УМ-ГВС-0.15 т 0,15 200 2,5 1500 1750 г. 0,41 22 580 8
УМ-ГВС-0,25Т 0,25 300 1 1500 1750 0,51 40 620 10
УМ-ГВС-0,35Т 0,35 350 1 1500 1750 г. 0.58 45 650 12
УМ-ГВС-0,5Т 0,5 400 1 2500 1750 г. 0,95 45 650 15
UM-GWS-0.75T 0,75 600 1 2500 1750 г. 1.2 48 640 20
УМ-ГВС-1Т 1 800 1 2500 1750 г. 1.5 55 600 25
УМ-ГВС-1.5Т 1.5 1200 0,75 2500 1750 г. 2 60 580 35 год
УМ-ГВС-2Т 2 1600 0,5 2500 1750 г. 2,6 60 580 40
УМ-ГВС-3Т 3 2500 0.5 2500 1750 г. 3.8 65 580 50
УМ-ГВС-5Т 5 3500 0,5 3400 1750 г. 6 70 550 55
УМ-ГВС-6Т 6 4000 0,5 3400 1750 г. 7 75 550 60
УМ-ГВС-8Т 8 5000 0.5 3400 1750 г. 8 75 530 70
Базовое оборудование : плавильная печь, гидравлическая система (или мотор-редуктор с пламенем и фланцем), кабель водяного охлаждения, рабочая станция (резервуар для воды или градирня)

Серия UM-GWC для плавки меди, бронзы, никель-хромовой меди, легированной меди
Тип печи Номинальная мощность (тонна) Номинальная мощность (кВт) Номинальная частота (кГц) Напряжение печи (В) Рабочая температура (℃) Скорость плавления (т / ч) Время плавления (минуты) Потребляемая мощность (кВтч / т) Расход охлаждающей воды (т / ч)
УМ-ГВК-0.3Т 0,3 160 1 1200 1300 0,3 60 390 7
УМ-ГВК-0,5Т 0,5 250 1 1200 1300 0,5 60 390 8
UM-GWC-1T 1 500 1 1200 1300 1.2 50 380 12
UM-GWC-1.5T 1.5 800 0,75 1200 1300 1,8 50 380 15
УМ-ГВК-2Т 2 1000 0,5 1200 1300 2,5 50 370 20
UM-GWC-3T 3 1500 0.5 1200 1300 3.3 55 370 35 год
UM-GWC-5T 5 2500 0,3 1200 1300 5.5 55 360 48
UM-GWC-8T 8 3500 0,5 1650 1300 7 70 360 55
UM-GWC-10T 10 5000 0.25 1650 1300 12 60 350 60
базовое оборудование : плавильная печь, гидравлическая система (или мотор-редуктор с пламенем и фланцем), кабель водяного охлаждения, рабочая станция (резервуар для воды или градирня)

Серия UM-GWA для плавки алюминия
Тип печи Номинальная мощность (тонна) Номинальная мощность (кВт) Номинальная частота (кГц) Напряжение печи (В) Рабочая температура (℃) Скорость плавления (т / ч) Время плавления (минуты) Потребляемая мощность (кВтч / т) Расход охлаждающей воды (т / ч)
УМ-GWA-0.1Т 0,1 100 1 1500 700 0,2 30 640 6
UM-GWA-0.15T 0,15 100 1 1500 700 0,3 30 640 7
УМ-ГВА-0,3Т 0,3 160 1 1500 700 0.5 35 год 630 7
УМ-ГВА-0,5Т 0,5 250 1 1500 700 0,75 40 610 9
UM-GWA-0.75T 0,75 350 1 1500 700 1 45 570 13
UM-GWA-1T 1 500 0.75 2500 700 1.3 50 540 17
UM-GWA-1.5T 1.5 800 0,75 2500 700 1,8 50 520 22
УМ-ГВА-2Т 2 1000 0,5 2500 700 2.5 50 510 30
UM-GWA-3T 3 1500 0,5 2500 700 4 50 500 34
базовое оборудование : плавильная печь, гидравлическая система (или мотор-редуктор с пламенем и фланцем), кабель водяного охлаждения, рабочая станция (резервуар для воды или градирня)
  • Время плавления и потребляемая мощность на тонну важны для мощности оборудования, формы и веса сырья, уровня квалификации оператора и других факторов;
  • Параметры мощности подлежат плавке стали; меньшая мощность требуется при плавлении меди, алюминия, цинка или других материалов с низкой температурой плавления; за конкретными данными обращайтесь в технический отдел Hengyang;
  • Конфигурация: источник питания средней частоты, шкаф конденсаторов, шкаф управления переворачиванием, корпус, два комплекта редукторов и опор, два кабеля водяного охлаждения и т. Д.;
  • Приведенные выше данные относятся к стандартной модели. Также мы предлагаем нестандартные изделия по индивидуальному заказу с различной мощностью или скоростью плавления.
Среднечастотный индукционный нагреватель SCR (индукционная печь KGPS)

1 Основное введение
Оборудование представляет собой устройство преобразования частоты, которое позволяет трехфазному силовому току переходить в простую фазу. Среднечастотный ток, заставляет металл возникать, вихрь теряется за счет индукции электромагнитного поля, достигать цели нагрева.Основное применение: сталь, железо, медь, латунь, квасцы, нержавеющая сталь, цинк, олово, никель, золото, серебро, Pt и т.д. Некоторые виды нагревательной конструкции:
(1) Источник питания среднечастотного индукционного нагрева + плавильная печь
(2) Источник питания среднечастотного индукционного нагрева + печь для сохранения тепла
(3) Источник питания среднечастотного индукционного нагрева + закалочный трансформатор + индукционная катушка
(4) Средний Источник питания для частотного индукционного нагрева + кузнечная печь

2.Особенности:
1). High Efficient
KGPS Источник питания для индукционного нагрева имеет высокую эффективность изменения (90-95%), когда выходная мощность низкая, эффективность смены источника питания не снижается, особенно для области термообработки, некоторые заготовки необходимо нагревать в подразделе, запускайте и останавливайте машину часто, никаких потерь при выключенном состоянии. Таким образом, использование среднечастотного индукционного нагрева KGPS может сэкономить энергию в области индукционного нагрева.
2). Малый размер и легкий вес Среднечастотный индукционный нагрев
KGPS, изготовленный из SCR, без полного механического вращения, без ударов, слабый голос, без каких-либо специальных требований к конструкции пола при установке.
3). Простота эксплуатации Среднечастотный индукционный нагреватель
KGPS имеет большой диапазон регулирования мощности, преобразование частоты может автоматически изменяться в соответствии с параметром нагрузки (означает отслеживание частоты). Цепь нагрузки сохраняет почти резонансное состояние, что означает работу в лучшем состоянии. И он имеет автоматическое защитное устройство серии, что делает его стабильным и надежным.
4). Гибкий для запуска
Индукционный нагрев средней частоты KGPS адаптируется к запуску при нулевом напряжении, с высоким коэффициентом успешности запуска без атаки, быстро и стабильно.Основываясь на них, сопровождающих разработку новых и специальных интегральных схем, они обладают высокой стабильностью и ударной структурой, популярной среди клиентов.
A Принять усовершенствованный крупномасштабный чип, меньше элементов, стабильная работа.
Б. Усовершенствованная конструкция схемы управления, стабильная производительность, низкий уровень отказов.
C Диапазон частот большой, при 50 Гц-10000 Гц можно использовать напрямую, регулировка не требуется.
D. Принять плавный пуск при нулевом напряжении, имеет высокий уровень успешности запуска, а не атаки, очень популярен среди клиентов.

Индукционная печь UIHM KGPS Характеристики:
1) Система охлаждения для SCR (все трубы используются из нержавеющей стали)
2) TECHSEM SCR (высшего качества)
3) Весь винт в плавильной печи используется из нержавеющей стали
4) Трубка для питания источник питания (японский бренд, хорошее качество)
5) Автоматический выключатель (электрический автоматический выключатель, некоторые фабрики используют ручной тип)
6) В нашем источнике питания есть водяное реле для защиты источника питания, если недостаточно воды в машине остановит автомат автомат.)
7) В источнике питания есть система защиты от температуры воды, если температура воды выше, чем вы установили температуру для источника питания, машина остановится, чтобы защитить машину.

Индукционный нагрев - Блог мастерской Дэна

Концептуальный автогенератор на полевых МОП-транзисторах

Этот дизайн - результат небольших экспериментов. Изначально я
хотел использовать SCR из-за простоты конструкции. Но оказалось, что недорогие и легко доступные SCR
не поддерживают частоту
, достаточно высокую, чтобы нагревать маленькие тигли, полные металла, и ничего
выше 10 кГц.В моем приложении для индукционного нагрева требуются частоты
от 200 кГц до 1 МГц. Поэтому я обратился к устройствам с полевыми МОП-транзисторами, и резонансная схема собственной личности
имела наибольший смысл. Обратите внимание, что эта схема является только концептуальной. Пожалуйста, не отправляйте мне по электронной почте
с просьбой указать номера деталей и стоимость компонентов. Они не принесут вам
никакой пользы! Я экспериментировал с небольшими устройствами, и поскольку схема
все еще находится в стадии разработки, вам не следует воспринимать эту информацию о
как практическое руководство! Эта страница предназначена только для подробного описания моих исследований,
экспериментов и наблюдений.

ОБНОВЛЕНИЕ

: октябрь 2011 г. - Я нашел этот сайт: http://www.rmcybernetics.com/projects/DIY_Devices/diy-induction-heater.htm, который очень похож на мысли о саморезонансности. Почему я не подумал об этом ?? Я помню эти схемы Ройера из наборов для экспериментаторов Radio Shack, они были просты и легки в сборке с множеством вариаций и размеров / форм, если хотите. Ссылка выше - это royer с большими мощными МОП-транзисторами вместо транзисторов 2SA, которые были у RS 160-in-1. Отличная идея.Отличная работа, RM Cybernetics.

Ниже представлено мое понимание и объяснение работы схемы.
Для тех из вас, кто знает об индукционном нагреве больше, чем я,
, пожалуйста, отправьте мне свои комментарии!

Вот что я наблюдал в аналогичной принципиальной схеме на своем осциллографе Phillips 35 МГц. Схема

работала на 12 вольт. Верхняя кривая была снята на выводе стока
на полевом МОП-транзисторе (в этот конкретный момент я использовал IRF510)
, который также является соединением между L1 и C2.В основном это
заряда на C2.

Нижняя кривая была снята на соединении между C2 и L2. Это
представляет собой напряжение на L2. Ниже приводится объяснение того, как работает эта схема
.

При подаче питания на схему постепенно накапливается заряд конденсатора С1
по времени. Когда оно превышает установленное напряжение эталонного по VR1, выходу операционного усилителя
защелок вверх и закрывает Q1. Это быстрое изменение вызывает «звон»
в резонансном силовом каскаде.Положительная половина этого «кольца»
проводится самим Q1, а отрицательная половина проводится внутренним диодом Q1
(полюбите их MOSFET!). На осциллограмме отметки
встречается только один полный цикл.

Во время этого резонансного состояния происходят другие вещи. Напряжение питания полной мощности
подается на индуктор L1, пока Q1 закрыт. Этот
создает поток в L1, который затем высвобождает всплеск энергии в C2
при открытии Q1. Этот всплеск виден на осциллограмме на верхней кривой
как наклонный сигнал.

Кроме того, в то время как Q1 закрываются, напряжение на С1 сливают, и когда он
падает ниже эталонный набора по VR1, выходу операционного усилителя защелками обратно
низкого уровень, открытие Q1 и позволяя L1 дергать С2 резервное копирование примерно в 1,5 раза
напряжение питания. Этот подъем рассчитывается по времени C1, и цикл повторяется.

В конечном итоге мы хотим достичь высокого напряжения, большой силы тока и высокочастотного переменного тока
(«звенящий») в L2, что является рабочей катушкой
. Это вызовет токи в массе металла, нагревая ее и, в конечном счете, расплавляя.В промышленности этот принцип усовершенствован для промышленного использования
, и моя цель - разработать схему, применимую для домашнего использования в магазинах
.

Форма сигнала в саморезонансной цепи полевого МОП-транзистора

ВСПЫШКА НОВОСТЕЙ !! Для всех вас,
, затаив дыхание ожидающих прогресса на этой странице, я пересмотрел свою концептуальную схему
. Сначала я рассмотрю фундаментальные различия
между этой схемой и исходной схемой: во-первых, временная развертка ПДУ получает сигнал от датчика тока, а не от датчика напряжения.В этом главное отличие. Резистор R1 имеет очень низкое сопротивление
, в миллиомах, как шунт амперметра. 30-50
ампер на этом резисторе вызовут падение напряжения около 1 вольт.
Отрицательное напряжение питания операционных усилителей, вероятно, составит -5 вольт, что даст
им хорошую операционную маржу.

Этот метод измерения тока для зарядки и разрядки синхронизирующего конденсатора C1
означает, что частота колебаний цепи пропорциональна
(a) индуктивности L1 и L2, и (b) резистивной нагрузке, представленной
на катушку индуктивности L2.

Частоту (читается: потребляемая мощность) можно настроить, регулируя переменный резистор
VR. Перемещение дворника на VR вправо приведет к увеличению частоты
и уменьшению потребляемой мощности. При перемещении влево
включенное состояние Q1 будет более длительным, что приведет к снижению частоты и увеличению потребления энергии на
. R3 и R4 просто устанавливают верхний и нижний пределы
«усиления» каскада чувствительного предусилителя схемы. Эти значения
еще не установлены.

Эта схема представляет собой «удобство» по сравнению с предыдущей: поскольку зарядка и разрядка конденсатора временной развертки RC
C1 соответствует среднеквадратичному значению или
«площади под кривой» силы тока через шунтирующий резистор R1 (и результирующего напряжения
на) ток, потребляемый в цепи, будет постоянным
независимо от значений индуктивности L1 и L2.Удобство
заключается в возможности управлять схемой с различными индуктивностями и частотами
, а регулирование тока (и до примерно
градусов выходной мощности) будет автоматически регулироваться схемой.

Нет, фото рефлектограммы осциллографа пока нет. До этого еще не дошли
. Вот насколько это ново. Да, я тестировал маломощную версию схемы
с прицелом. Я не знаю, когда будет следующее обновление
, так что проявите терпение.Эта схема может быть «новой» для
.

С другой стороны, я также обнаружил хороший источник «выкованных» индукторов
. Старые телевизоры имеют два ферритовых сердечника хорошего размера. Один из
- это трансформатор обратного хода, а другой - индуктор ярма. Я предпочитаю
катушку индуктивности из-за ее круглой формы
. Тороидальные индукторы, как их называют, примечательны тем, что
удерживают их магнитные поля ограниченными. И при высоких уровнях мощности
и высоких частотах, присутствующих в этих схемах, это хорошо.

Доработанная принципиальная схема

Для индукционного нагрева необходим высокочастотный полупроводник с высоким током. Это изображение представляет собой корпус SOT-227, который обычно используется
для источников питания индукционного нагрева. Конкретное устройство, которое я считаю
наиболее перспективным для моего приложения, - это IXYS IXFN36N100 .
Это полевой МОП-транзистор на 36 ампер, 1000 вольт с быстрым внутренним диодом. У него достаточно быстрое время подъема и падения
для моего дизайна.Его можно приобрести у Digi-Key примерно за 90 долларов. IXFN44N50 , номинальный ток 44 А, 500 В, стоит 33 доллара, и его может хватить в качестве более дешевой альтернативы.

МОП-транзистор с высоким током для индукционного нагрева

Также необходим выпрямительный модуль хорошего размера для подачи постоянного напряжения на
схему. Лучшие возможности представлены в модуле ADD-A-Pak
, изображенном на рисунке. Я собираюсь использовать IRKC71 / 06 , стандартный восстанавливающий диодный модуль на 70 А, 600 В, производства International Rectifier. и доступен в Newark Electronics
примерно за 30 долларов.Этот модуль содержит два диода в конфигурации с общим катодом
, идеально подходящие для двухполупериодного выпрямления трех проводов
, питание 240 В. Если IRKC71 / 06 недостаточно велик, возможно, придется подойти и к IRKC166 / 08 , но он более дорогой.

Высокоамперный диодный модуль для источника питания

Вот отличный веб-сайт, который дает полезные инструкции по замене тигля
в индукционной плавильной печи. Есть много фотографий
, где восстанавливается небольшая печь.Кажется, что печь на этих фотографиях способна расплавить около
фунтов железа. Моя печь была бы немного меньше
, чем эта, я подозреваю, больше на 25 или 30 фунтов.


Ссылка на отличный веб-сайт по индукционному нагреву

Следующее является результатом моего исследования на веб-сайте патентов США по теме «Индукционный нагрев». Я подробно рассмотрел
, изучая конструкции на основе SCR, но технологии SCR немного не хватает на устройствах с высокой частотой
, выше 20 кГц.Но вы определенно можете увидеть сходство
между этими запатентованными схемами и моей разработкой, в которой используются полевые МОП-транзисторы
. ПРИМЕЧАНИЕ. Эти схемы являются фактическими снимками патентов США.
Это НЕ моя «интеллектуальная собственность». Я просто представляю их здесь как
- набросок моего исследования электронного индукционного нагрева. Благодаря администрации Клинтона
база данных патентных изображений США открыта для
человек. Вы можете попасть туда и найти здесь полные
патентов.

Любое использование этой информации регулируется патентным законодательством. Вы,
, должны убедиться, что использование вами любого запатентованного дизайна является законным! (В действительности
, все патенты, которые я упоминаю на этой странице, датируются 1974 годом, за исключением
, за исключением последнего, которым является 1981 год. Таким образом, срок их действия, вероятно, истек более чем на
!)

Схема выше взята из патента № 3,786,222. Щелкните изображение, чтобы
увидеть всю страницу. Это индукционный нагреватель, который был разработан для нагрева
пищевых продуктов или других веществ, завернутых в фольгу, путем нагрева самой фольги
.Нас интересует именно схема, обратите внимание на ее простоту
!
Я поискал в Интернете такие схемы, и нашел патенты
, где я нашел лучшую информацию. Это не более чем схемы индукционной плиты
, но я считаю, что принципы
могут быть применены к термообработке и плавлению металлов.

Индукционный нагреватель на основе SCR

Для источника питания индукционного нагрева на базе SCR наиболее вероятным кандидатом, который я мог придумать, был International Rectifier IRKHF200-12HJ .Это высокоскоростной модуль SCR «MagnaPak» на 200 ампер, 1200 вольт с восстанавливающим диодом. Это удивительное устройство, которое действительно может выдерживать номинальную силу тока при
10 кГц! Как вы можете видеть на картинке, это очень прочный блок с основанием радиатора толщиной
и большими выводами. Цена тоже немного прочная
. Arrow Electronics продает этого ребенка за 180 долларов!

Его ограничение
- это частота, на которой его рейтинг достигает пика: 10 кГц. Для моего приложения
(маленькие размеры тигля) требуются гораздо более высокие частоты,
между 200 кГц и 1 МГц.Но принципы остаются прежними.

Высокоскоростной модуль SCR для индукционного нагрева

Из патента № 3,786,219. Этот практически идентичен
3786222, но показывает источник питания с выпрямлением переменного тока. Также
обратите внимание на «резервуарную» цепь, образованную конденсатором 27 и индуктором 31, чьи характеристики
LC, несомненно, задают частоту сигнала
индукционного нагрева.

Еще одна простая схема

Вот что происходит в цепи.Обратите внимание на то, как срабатывает SCR, и
проводит положительный полюс, а затем, когда индуктивные компоненты «срабатывают», тогда
параллельный диод занимает отрицательную половину.

Форма волны в конструкции с одним тиристором

Из патента № 3,814,888. Эта схема принципиально отличается от
от других тем, что в ней используются тиристоры в полумосте, которые запускаются в чередующейся последовательности
для формирования сигнала переменного тока.

Полумост индукционного нагревателя Twin SCR

Опять же, вот внутренняя работа.Не путайте форму сигнала и работу этой схемы
с двойной самокоммутирующейся схемой в трехфазной схеме
, далее.

Форма сигнала в полумостовой конструкции

Из патента № 3,814,888. В этом случае используются два SCR, но он работает как
с двумя последовательно соединенными одиночными цепями SCR в патентах 3,786,222 и 3,786,219
, упомянутых ранее. Чтобы просмотреть осциллограмму, нажмите на картинку, и вы увидите
всю страницу.

Трехфазный промышленный индукционный нагреватель

Еще одна основная схема с одиночным тиристором, с четырьмя отдельными цепями (предположительно для 4 конфорок кухонной плиты) и входной
фильтрацией.Итак, у вас есть объем моих патентных исследований схемы индукционного нагрева
. Однажды я надеюсь построить небольшую домашнюю индукционную печь
, которая сможет плавить железо и другие металлы, которым требуется больше тепла, чем моя печь сопротивления, которую я использую для плавления алюминия.

Силовая цепь индукционной плиты

Индукция | Control Concepts, Inc.

1029D Один Фазовый угол 120-575 В перем. Тока 50-2000 ампер Более высокий номинальный ток, чем у наших моделей твердотельных реле.Функции включают в себя: ограничение тока, обнаружение короткого замыкания SCR, отключение по току, измерительные выходы, выбираемые пользователем режимы обратной связи.
3629C Три Фазовый угол 208-575 В перем. Тока 50-1000 ампер Более высокий номинальный ток, чем у наших моделей твердотельных реле. Особенности включают в себя: ограничение тока, обнаружение короткого замыкания тиристора, отключение сверхтока
FUSION Однофазный переменный ток Один Фазовый угол или пересечение нуля 24-600 В перем. Тока, 45-65 Гц
(автоматический выбор диапазона)
50-1200 А 24 - 600 В перем.Контроллер SCR на базе микропроцессора, работающий как с аналоговыми, так и с цифровыми интерфейсами. Контроллер фазового угла или перекрестного срабатывания нуля, который линейно регулирует относительно уставки напряжение переменного тока, ток или истинную мощность, подаваемую на электрическую нагрузку. Управление достигается с помощью пары обратно-параллельных тиристоров.
FUSION Однофазный пост. Ток Один Фазовый угол или пересечение нуля 24-600 В перем. Тока, 45-65 Гц
(автоматический выбор диапазона)
45 - 1080 А 24 - 600 В перем.Контроллер DC SCR на базе микропроцессора, работающий как с аналоговыми, так и с цифровыми интерфейсами. Контроллер с фазовым переключением, который линейно регулирует относительно уставки постоянное напряжение, ток или истинную мощность, подаваемую на электрическую нагрузку. Управление достигается с помощью полууправляемого моста SCR.
FUSION Трехфазный переменный ток Три Фазовый угол или пересечение нуля 24 - 600 В перем. Тока, 45 - 65 Гц
(автоматический выбор диапазона)
50-1200 А 24 - 600 В перем.Контроллер SCR на базе микропроцессора, работающий как с аналоговыми, так и с цифровыми интерфейсами. Контроллер SCR с фазовым углом или перекрестным срабатыванием нуля, который линейно регулирует относительно заданного значения напряжение переменного тока, ток или истинную мощность, подаваемую на трехфазную электрическую нагрузку. Трехфазный контроллер может быть заказан для управления двумя или тремя ножками с ограничением двух ножек до нулевого перекрестного срабатывания. Управление достигается для 3-х ветвей тремя парами обратно-параллельных SCR или для 2-х ветвей двумя парами обратно-параллельных SCR.
FUSION Трехфазный пост. Ток Три DC 24 - 600 В перем. Тока, 45 - 65 Гц
(автоматический выбор диапазона)
60 - 1400 А, полноволновой выпрямитель 24 - 600 В перем. Контроллер DC SCR на базе микропроцессора, работающий как с аналоговыми, так и с цифровыми интерфейсами. Контроллер с фазовым управлением, который линейно регулирует относительно уставки постоянное напряжение, ток или истинную мощность, подаваемую на электрическую нагрузку. Управление достигается с помощью моста с шестью тиристорами и обратным диодом.
Compact FUSION, однофазный Один Фазовый угол, нулевой крест, импульс 24-600 В перем. Тока, 45-65 Гц
(автоматический выбор диапазона)
10 - 160 А 24 - 600 В перем. Контроллер SCR на базе микропроцессора, работающий как с аналоговыми, так и с цифровыми интерфейсами. Выход управляется линейно по отношению к командному сигналу и может быть установлен на среднее или среднеквадратичное значение напряжения или тока, а также на истинную мгновенную мощность или внешнюю обратную связь.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *