Сварпласт – надежный поставщик оборудования для ультразвуковой сварки, станков ТВЧ

Как работает индукционный нагреватель?

Для реализации процесса индукционного нагрева используется известный физический принцип, когда для деформирования в горячем состоянии заготовку размещают в магнитном поле кольцеобразного индуктора. Питание такой катушки производится электрическим переменным током частоты, резко выше, чем обычная (50 или 60 Гц).

Принцип работы индукционного нагревателя следующий. Создаваемые в электромагнитном поле вихревые токи (у них есть и другое название – токи Фуко) производят нагрев металла. Непосредственное соприкосновение заготовки и нагревательного элемента не обязательно, важно только, чтобы индуктор равномерно охватывал нагреваемую поверхность металла. Используя трансформатор, установка подключается к генератору, который обеспечивает требующиеся значения мощности и частоты.

nagrevaem-metall.jpg

Индукционным нагревом можно обеспечить сравнительно быстрое повышение температуры поверхностных слоёв. В частности, для нагревания прутковой заготовки сечением 35…40 мм и длиной 140….150 мм потребуется около 20…25 с.

Примерные диапазоны соответствия наилучшей частоты тока и поперечного сечения круглого прутка приведены в таблице.

Диаметр, мм 20…40 40…60 60…80 80…100 100…120
Частота, кГц 100…40 40…10 10…4 4…1 1…0,5

Для полосового металла применять индукционный нагрев менее выгодно, чем для круглого прутка, поскольку расстояние между внутренним диаметром катушки и металлом непостоянно.

vihrevoj-nagrevatel.jpg

Обычно применяется частота от 10 кГц, тогда КПД индукционного нагревателя достигает максимума. Частота регулируется в зависимости от:

  • требуемой производительности нагрева;
  • температуры нагреваемого металла;
  • размеров поперечного сечения.

Конструкции промышленных индукторов снабжаются устройствами для автоматической загрузки-выгрузки нагретых заготовок. Это необходимо потому, чтобы интервал между нагревом и пластическим деформированием металла был минимальным.

Время нагрева стальных заготовок невелико: для сечения 20 мм оно составляет всего 10 с, поэтому потери металла в окалину незначительны.

Создание усложненных приборов

Сделать нагревательную установку ТВЧ своими руками сложнее, но это подвластно радиолюбителям, ведь для ее сбора потребуется схема мультивибратора. Принцип работы аналогичен — вихревые токи, возникающие из взаимодействия металлического наполнителя в центре катушки и ее собственного высокомагнитного поля, нагревают поверхность.

Конструирование ТВЧ-установок

Поскольку даже небольшого размера катушки вырабатывают ток около 100 А, вместе с ними потребуется подключить резонирующую емкость для уравновешивания индукционной тяги. Существует 2 вида рабочих схем для нагревательной ТВЧ в 12 В:

  • целенаправленная электрическая;
  • подключенная к питанию сети.
  • целенаправленная электрическая;
  • подключенная к питанию сети.

В первом случае мини ТВЧ-установку можно собрать за час. Даже при отсутствии сети в 220 В можно использовать такой генератор где угодно, но при наличии автомобильных аккумуляторов как источников питания. Конечно, она недостаточно мощная, чтобы плавить металл, но способна нагреться до высоких температур, необходимых для мелкой работы, например, нагрев ножей и отверток до синего цвета. Для ее создания необходимо приобрести:

  • полевые транзисторы BUZ11, IRFP460, IRFP240;
  • автомобильный аккумулятор от 70 А/ч;
  • высоковольтные конденсаторы.

Ток источника питания 11 А в процессе нагревания снижается до 6 А из-за сопротивления металла, но необходимость в толстых проводах, выдерживающих ток 11−12 А, сохраняется, чтобы избежать их перегрева.

Вторая схема для индукционной установки нагрева в пластиковом корпусе более сложная, на основе драйвера IR2153, но по ней удобнее выстроить резонанс по регулятору в 100к. Управлять схемой необходимо через адаптер сети с напряжением от 12 В. Силовую часть можно подвести напрямую к основной сети в 220 В, используя диодный мост. Частота резонанса получается 30 кГц. Потребуются следующие элементы:

  • ферритовый сердечник 10 мм и дроссель 20 витков;
  • медная трубка в качестве катушки ТВЧ в 25 витков на оправку 5−8 см;
  • конденсаторы 250 V.

” alt=””>

Вихревые нагреватели

Более мощную установку, способную греть болты до желтого цвета, можно собрать по простой схеме. Но при работе выделение тепла будет довольно большим, поэтому рекомендуется устанавливать радиаторы на транзисторы. Также потребуется дроссель, позаимствовать который можно из блока питания любого компьютера, и следующие вспомогательные материалы:

  • стальной ферромагнитный провод;
  • медная проволока в 1,5 мм;
  • полевые транзисторы и диоды под обратное напряжение от 500 В;
  • стабилитроны мощностью 2−3 Вт с расчетом на 15 В;
  • простые резисторы.

В зависимости от желаемого результата, намотка провода на медную основу составляет от 10 до 30 витков. Далее идет сборка схемы и подготовка катушки-основы нагревателя примерно из 7 витков медной проволоки в 1,5 мм. Она подключается к схеме, а затем к электричеству.

Умельцы, знакомые со сваркой и управлением трехфазным трансформатором, способны еще больше повысить КПД устройства при одновременном снижении веса и размера. Для этого нужно сварить основания двух труб, которые послужат как сердечником, так и нагревателем, а в корпус после обмотки вварить два патрубка для осуществления подвода и отвода теплоносителя.

Мастера рекомендуют обязательно сделать для этой конструкции изоляцию во избежание утечки тока и тепла. Это также позволит уменьшить шум во время работы.

” alt=””>

Сила индукции

Для того чтобы было легче разобраться в схемах и правильно собрать конструкцию, нелишним будет заглянуть в историю электричества. Способы нагрева металлических конструкций электромагнитным током катушки широко используются в промышленном изготовлении бытовых приборов — котлов, нагревателей и плит. Оказывается, можно сделать рабочий и долговечный индукционный нагреватель своими руками.

Принцип работы устройств

Принцип работы устройств

Знаменитый британский ученый XIX века Фарадей в течение 9 лет проводил исследования, чтобы преобразовать магнитные волны в электричество. В 1931 году наконец было совершено открытие, получившее название электромагнитная индукция. Проволочная обмотка катушки, в центре которой находится сердечник из магнитящегося металла, создает магнитное поле под силой переменного тока. Под действием вихревых потоков сердечник нагревается.

Важный нюанс — нагревание произойдет, если переменный ток, питающий катушку, будет менять вектор и знак поля на высоких частотах.

Открытие Фарадея стали применять как в промышленности, так и при изготовлении самодельных моторов и электронагревателей. Первую плавильню на основе вихревого индуктора открыли в 1928 году в Шеффилде. Позже по тому же принципу обогревали цеха заводов, а для нагрева воды, металлических поверхностей знатоки собирали индуктор своими руками.

Схема устройства того времени действительна и сегодня. Классический пример — индукционный котел, в составе которого имеются:

  • металлический сердечник;
  • корпус;
  • тепловая изоляция.

Меньший вес, размер и более высокий КПД осуществляются за счет тонких стальных труб, служащих основой сердечника. В кухонных плитках индуктором выступает сплющенная катушка, расположенная вблизи варочной панели.

Особенности схемы для ускорения частоты тока следующие:

  • промышленная частота в 50 Гц не подходит для самодельных приборов;
  • прямое подключение индуктора к сети приведет к гулу и слабому нагреву;
  • эффективное нагревание осуществляется при частоте 10 кГц.

” alt=””>

Сборка по схемам

Собрать индуктивный нагреватель своими руками может любой человек, знакомый с законами физики. Сложность устройства будет варьироваться от степени подготовленности и опытности мастера.

Существует множество видеоуроков, следуя которым можно создать эффективное устройство. Практически всегда необходимо использовать такие основные составляющие:

  • стальная проволока диаметром 6−7 мм;
  • медная проволока для катушки индуктивности;
  • сетка из металла (для удержания проволоки внутри корпуса);
  • переходники;
  • трубы для корпуса (из пластика или стали);
  • высокочастотный инвертор.

Этого будет достаточно для сборки индукционной катушки своими руками, а ведь именно она находится в основе проточного водонагревателя. После подготовки необходимых элементов можно подходить непосредственно к процессу изготовления аппарата:

  • нарезать проволоку на отрезки в 6−7 см;
  • металлической сеткой покрыть внутреннюю часть трубы и засыпать проволоку доверху;
  • аналогично закрыть отверстие трубы снаружи;
  • намотать на пластиковый корпус медную проволоку не менее 90 раз для катушки;
  • вставить конструкцию в систему отопления;
  • с помощью инвертора подключить катушку к электричеству.

Желательно предварительно заземлить инвертор и приготовить антифриз или воду.

” alt=””>

По похожему алгоритму можно легко собрать индукционный котел, для чего следует:

  • нарезать заготовки из стальной трубы 25 на 45 мм со стенкой не толще 2 мм;
  • сварить их друг с другом, соединяя меньшими диаметрами между собой;
  • приварить железные крышки к торцам и просверлить отверстия для патрубков с резьбой;
  • сделать крепление для индукционной печки, приварив с одной стороны два уголка;
  • вставить варочную панель в крепление из уголков и подключить к электросети;
  • внести в систему теплоноситель и включить нагрев.
  • нарезать заготовки из стальной трубы 25 на 45 мм со стенкой не толще 2 мм;
  • сварить их друг с другом, соединяя меньшими диаметрами между собой;
  • приварить железные крышки к торцам и просверлить отверстия для патрубков с резьбой;
  • сделать крепление для индукционной печки, приварив с одной стороны два уголка;
  • вставить варочную панель в крепление из уголков и подключить к электросети;
  • внести в систему теплоноситель и включить нагрев.

Многие индукторы работают на мощности не выше 2 — 2,5 кВт. Такие обогреватели рассчитаны на помещение 20 — 25 м². Если генератор используют в автосервисе, можно подключить его к сварочному аппарату, но важно учитывать определенные нюансы:

  • Необходим переменный ток, а не постоянный как у инвертора. Сварочный аппарат придется исследовать на наличие точек, где напряжение не имеет прямой направленности.
  • Количество витков к проводу большего сечения подбирается математическим вычислением.
  • Потребуется охлаждение работающих элементов.

” alt=””>

Шаг 5: LC-контур

К этой части есть несколько подходов. Если вам нужен мощный нагреватель, вам понадобится конденсаторный массив для управления током и напряжением.

Во-первых, вам нужно определить, какую рабочую частоту вы будете использовать. Более высокие частоты имеют больший скин-эффект (меньшее проникновение) и хороши для небольших объектов. Более низкие частоты лучше для больших объектов и имеют большее проникновение. Более высокие частоты имеют большие потери при переключении, но через бак пройдет меньше тока. Я выбрал частоту около 70 кГц и дошел до 66 кГц.

Мой конденсаторный массив имеет ёмкость 4,4 мкФ и может выдерживать более 300А. Моя катушка около 1мкГн. Также я использую импульсные пленочные конденсаторы. Они представляют собой осевой провод из самовосстанавливающегося металлизированного полипропилена и имеют высокое напряжение, высокий ток и высокую частоту (0.22 мкФ, 3000В). Номер модели 224PPA302KS.

Я использовал две медные шины, в которых просверлил соответствующие отверстия с каждой стороны. Паяльником я припаял конденсаторы к этим отверстиям. Затем я прикрепил медные трубки с каждой стороны для водного охлаждения.

Не берите дешевые конденсаторы. Они будут ломаться, и вы заплатите больше денег, чем если бы вы сразу купили хорошие.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИНДУКЦИОННОЙ ТЕРМООБРАБОТКИ КРЕПЕЖА И ДЕТАЛЕЙ ТОКАМИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ

ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВ ТОКАМИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ

Индукционный нагрев – это нагревание материалов электрическими токами, которые индуцируются переменным магнитным полем. Установки индукционного нагрева токами высокой частоты (ТВЧ) используется для плавки металлов, при термообработке (сварка, закалка, пайка и т.д.) металлических деталей и различных видов производственных инструментов, для кругового нагрева, для нагрева металлической заготовки непосредственно перед штамповкой или протяжкой, для горячей формовки при ковке и прокатке различных механических деталей, для поверхностной закалки и др.

ТВЧ установки идут на замену электрическим и газовым печам, обеспечивают высокую эргономику рабочего места и комфортные условия труда.

Индукционный нагрев заготовок при помощи установки ТВЧ в данное время является самой эффективной технологией, так как коэффициент полезного действия индукционного нагревателя – около 95%.

<object>twch-ru.png</object>

Индукционный нагрев проводится следующим образом. Металлическая заготовка помещается в индуктор, представляющий собой несколько витков провода. В индукторе с помощью специального генератора создаются токи частотой от десятка Гц до нескольких МГц, в результате чего вокруг индуктора возникает электромагнитное поле. Под воздействием этого электромагнитного поля в заготовке наводятся заготовке вихревые токи.

Система «индуктор-заготовка» представляет собой трансформатор без сердечника, в котором индуктор является первичной обмоткой, а заготовка является вторичной обмоткой, замкнутой накоротко.

На высокой частоте вихревые токи вытесняются образованным ими же магнитным полем в тонкие поверхностные слои заготовки (поверхностный эффект или скин-эффект), в результате чего их плотность в поверхностных слоях резко возрастает, и заготовка разогревается.

Нижерасположенные слои металла прогреваются за счёт теплопроводности. Глубина скин-слоя зависит от частоты излучения и от материала заготовки.

Преимущества индукционного нагрева ТВЧ

  • обеспечивают быстрый разогрев или плавление любого электропроводящего материала изнутри, с глубины 1–2 мм ;
  • возможность нагрева в атмосфере защитного газа, в непроводящей жидкости, в вакууме;
  • возможность нагрева через стенки защитной камеры, изготовленной из диэлектриков;
  • сквозной нагрев пластин, заготовок болтов и гаек для горячей штамповки. Нагрев перед гибкой, ковкой, объемной деформацией и вытяжкой;
  • отсутствие загрязнения заготовки продуктами горения или материалом электрода в отличие от нагрева традиционными способами;
  • отсутствует высокое напряжение и высокие частоты, что безопасно для персонала;
  • имеют пренебрежимо малую мощность холостого хода и не нуждаются в прогреве;
  • большая экономия электроэнергии. Это современное энергосберегающее оборудование на транзисторных IGBT модулях с КПД более 90%;
  • удобство эксплуатации в виду небольшого размера и длительного срока службы оборудования;
  • возможность проведения поверхностной закалки деталей (сердцевина при этом остаётся вязкой);
  • возможность проведения местного и избирательного нагрева;
  • Токи, протекающие в индукторе, достигают нескольких тысяч ампер, но напряжение остается безопасным для человека и не превышает 30–50 вольт.
  • ТВЧ установки идут на замену электрическим и газовым печам, обеспечивают высокую эргономику рабочего места и комфортные условия труда.

Автоматическое оборудование для индукционного нагрева болтов мощностью 150 кВт

Автоматическое оборудование горизонтального типа предназначено для индукционной термообработки металических изделий стандарной формы таких как болты и винты. Термообработка деталей производится путем сканирования индуктором поверхности термообрабатываемой детали.

Стандартная комплектация оборудования для индукционного нагрева

  • основное оборудование с компьютерной системой управления;
  • генератор ТВЧ мощностью 150 кВт;
  • сканер горизонтального типа с управлением при помощи инверторного двигателя;
  • система охлаждения.

Автоматическое оборудование для индукционного нагрева болтов мощностью 100 кВт

Автоматическое оборудование поворотного типа предназначено для индукционной термообработки металических изделий специальной формы с увеличенной головкой.

Стандартная комплектация оборудования для индукционного нагрева болтов

  • основное оборудование с компьютерной системой управления;
  • транзисторный генератор ТВЧ мощностью 100 кВт;
  • сканер поворотного типа с управлением при помощи серводвигателя;
  • робот;
  • система охлаждения.

Видео работы оборудования

(Обновите Ваш интернет-браузер при невозможности просмотра видео)

Оборудование для индукционного нагрева линейных направляющих для станков

(Обновите Ваш интернет-браузер при невозможности просмотра видео)

Стандартная комплектация оборудования для индукционного нагрева линейных направляющих для станков

  • основное оборудование с компьютерной системой управления;
  • транзисторный генератор ТВЧ для закалки мощностью 300 кВт;
  • транзисторный генератор ТВЧ для отпуска мощностью 50 кВт;
  • сканер горизонтального типа с управлением при помощи серводвигателя;
  • система охлаждения.

Оборудование для индукционного нагрева для отжига винтовой резьбы

Индукционный отжиг предназначен для термообработки металлических заготовок с целью минимизации напряжений, вызванных обработкой резанием или давлением, для термообработки заготовок со значительными внутренними напряжениями.

Основным преимуществом индукционного отжига является возможность осуществления целенаправленного и воспроизводимого нагрева материалов с неизменно высоким качеством обработки.

При индукционном отжиге не осуществляется резкое охлаждение водой или охлаждающей жидкостью, как при индукционной закалке. Напротив, температура заготовки снижается медленно. При этом нагрев осуществляется максимально быстро бесконтактным способом, также применяются существенно более низкие температуры.

Видео работы оборудования

(Обновите Ваш интернет-браузер при невозможности просмотра видео)

Оборудование для индукционной термообработки деталей с внутренним шлицем

Внешний вид индукционного оборудования

internal-spline.jpg

Видео работы оборудования

(Обновите Ваш интернет-браузер при невозможности просмотра видео)

Автоматическое оборудование для индукционного нагрева шпинделей, валов

Оборудование для индукционного нагрева шариковых шарниров и универсальных шарниров

Оборудование для индукционного нагрева шариковых ходовых винтов

Оборудование для индукционного нагрева защитных автомобильных балок

Оборудование для индукционной термообработки автомобильных шестерен

Автоматическое оборудование с двумя рабочими станциями предназначено для индукционной термообработки металических изделий специальной формы – автомобильных шестерен.

Стандартная комплектация оборудования для индукционной термообработки шестерен включает

  • основное оборудование с компьютерной системой управления;
  • два комплекта транзисторных генераторов ТВЧ мощностью по 150 кВт;
  • сканер поворотного типа с управлением при помощи серводвигателя;
  • система охлаждения.

Оборудование для индукционной термообработки ручного инструмента (поворотный тип)

Стандартная комплектация оборудования для индукционной термообработки ручного инструмента включает

  • основное оборудование с компьютерной системой управления;
  • транзисторный генератор ТВЧ мощностью 200 кВт;
  • сканер поворотного типа с управлением при помощи серводвигателя;
  • система охлаждения.

Оборудование для индукционной термообработки ручного инструмента (горизонтальный тип)

Стандартная комплектация оборудования для индукционной термообработки ручного инструмента включает

  • основное оборудование с компьютерной системой управления;
  • два комплекта транзисторных генераторов ТВЧ мощностью по 200 кВт;
  • сканер горизонтального типа с управлением при помощи серводвигателя;
  • система охлаждения.

Автоматическое оборудование для индукционного нагрева оси амортизатора

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий