Переделка индукционной плиты в плавильную печь: порядок выполнения работы

Преимущества и недостатки

К преимуществам печей относят:

• Тепло подаётся исключительно за счёт электромагнитного поля, и используемая посуда не загрязняется;
• Подвергать плавке можно предметы из стали и других материалов, в которых отсутствует углерод;
• При использовании практически не образовывается угарный газ — плавящиеся материалы поглощают мало азота и водорода из атмосферного воздуха;
• При плавлении жидкий металл перемешивается естественным путём, и в итоге все металлургические процессы протекают гораздо быстрее;
• Во время плавки при необходимости можно регулировать температуру;
• Высокая производительность печей данного типа позволяет работать в режиме выдачи выплавленного металла маленькими порциями за короткие промежутки времени;
• Устройство имеет небольшие габаритные размеры, за счёт чего плавку металла легко проводить и на территории промышленного помещения, и на небольших рабочих площадях;
• Минимальный выброс дыма при работе и максимальная экологичность при плавке металла;
• При работе индукционная печь производит минимальный уровень шума;
• Создаются максимально благоприятные условия для обслуживающего персонала при плавке металла на подобных установках.

Индукционная печь обладает небольшими габаритами, потому плавку производят и на территории крупного цеха, и на небольших рабочих площадях Помимо перечисленных преимуществ, у устройства можно выделить и ряд недостатков:

• При плавке металла шлак нагревается именно от металлической смеси, в результате чего имеет более низкую температуру;
• При использовании устройства часто возникают сложности с удалением из металла примесей из серы и фосфора.

Виды нагревателей

Нагреватели широко распространены на территории нашей страны, а конкретный масштаб устройств варьируется от потребителя к потребителю. Понятно, что самостоятельно собрать высокотехнологичный индукционный нагреватель вряд ли получится, поэтому в статье предлагаются альтернативные варианты.

Своими руками изготавливаются такие приборы, как:

• Печки для расплавления металла.
• Электрические плитки, использующиеся для приготовления еды.
• Устройства для подогрева теплоносителя отопительной системы.

Обратите внимание на то, что изготовление индукционных нагревателей должно производиться строго в соответствии со всеми нормами и правилами, установленными государственными регламентами, касающимися безопасности жизнедеятельности.

Перед началом работы над прибором следует ознакомиться с Гостами и прочими документами, а также пролистать ПУЭ. Помните, что устройство, за контейнер которого выходит напряжение, является не безопасным и запрещенным к эксплуатации.

Принцип работы индукционного нагревателя

Индукционный нагрев невозможен без использования трех основных элементов:

• индуктора;
• генератора;
• нагревательного элемента.

Индуктор представляет собой катушку, обычно выполненную из медной проволоки, с ее помощью генерируют магнитное поле. Генератор переменного тока используют для получения высокочастотного потока из стандартного потока домашней электросети с частотой 50 Гц.

В качестве нагревательного элемента применяется металлический предмет, способный поглощать тепловую энергию под воздействием магнитного поля. Если правильно соединить эти элементы, можно получить высокопроизводительный прибор, который прекрасно подходит для подогрева жидкого теплоносителя и отопления дома.

Галерея изображенийНезависимо от конструктивной сложности, габаритов и решаемых задач основными его компонентами являются индуктор, генератор вихревых токов и нагревательный элементНесомненным преимуществом индукционных нагревателей является быстрый разогрев при существенно более низких потребностях в электроэнергии по сравнению с другими нагревающими приборамиВеским минусом индукционных нагревателей признают обязательную необходимость в наличии источника энергии. Без электричества прибор совершенно бесполезенЕсли самодельный индукционный нагреватель установить на металлический отопительный трубопровод, то он будет не только эффективно греть теплоноситель, но и стимулировать движение нагретой жидкости по контуруДля того чтобы инвертор нормально работал в схеме с индукционной катушкой, его подключают через терморегулятор. К выходам подключают выпрямительные диоды, иначе система будет работать как электромагнит, а не как индукционный нагревательСамым простым генератором индукционных токов для самодельного нагревателя послужит инвертор, применяемый обычно в электросваркеИндукционную катушку, вырабатывающую вихревые токи, подключают к полюсам инвертора, при включении которого в сеть сразу начинает генерироваться тепловая энергияПринцип индукции применяется не только в подготовке теплоносителя и нагреве санитарной воды для гигиенических целей. Он используется в плавке металловСборка простейшего индукционного нагревателяБыстрое разогревание вихревыми токамиОбязательный доступ к источнику энергииНагрев металлической трубкиМодернизация обычного инвертораИспользование инвертора в качестве генератораТочки подключения индукционной катушкиПрименение индукции в плавке металлов

С помощью генератора электрический ток с необходимыми характеристиками подается на индуктор, т.е. на медную катушку. При прохождении через нее поток заряженных частиц формирует магнитное поле.

Принцип действия индукционных нагревателей основан на возникновении электротоков внутри проводников, появляющихся под воздействием магнитных полей

Особенность поля состоит в том, что оно обладает способностью на высоких частотах изменять направление электромагнитных волн. Если в это поле поместить какой-нибудь металлический предмет, он начнет нагреваться без непосредственного контакта с индуктором под воздействием созданных вихревых токов.

Высокочастотный электрический ток, поступающий от инвертора к индукционной катушке, создает магнитное поле с постоянно изменяющимся вектором магнитных волн. Помещенный в это поле металл быстро разогревается

Отсутствие контакта позволяет сделать потери энергии при переходе из одного вида в другой ничтожными, чем и объясняется повышенный КПД индукционных котлов.

Чтобы подогреть воду для отопительного контура, достаточно обеспечить ее контакт с металлическим нагревателем. Часто в качестве нагревательного элемента используют металлическую трубу, через которую просто пропускают поток воды. Вода попутно охлаждает нагреватель, что значительно увеличивает срок его службы.

Электромагнит индукционного прибора получают путем намотки проволоки вокруг сердечника из ферромагнита. Полученная в результате катушка индукции разогревается и передает тепло нагреваемому телу или протекающему рядом теплоносителю через теплообменник

Устройство индукционного котла для отопления частного дома

Оборудование предназначено для преобразования электроэнергии в тепловую энергию с помощью аппарата.

Индукционные агрегаты способны быстро увеличить температуру теплоносителя в отличие от ТЭНов

Важной частью устройства является трансформатор (индуктор), который состоит из двух видов обмотки

Внутри образуется ток, который имеет вихревой тип, затем энергия поступает на короткозамкнутый виток, служащий одновременно корпусом. Когда вторичная обмотка получает достаточное количество энергии, которая мгновенно преобразуется в тепло, нагревающее теплоноситель.

Индуктор

Данный элемент является важным компонентом устройства, в котором появляется переменное магнитное поле, состоит устройство из двух типов обмотки — первичной и вторичной. Выполняется из нержавеющей проволоки на пластиковом корпусе. Подобный способ увеличивает эффективность и производительность агрегата. Чтобы сделать корпус аппарата потребуется толстая пластиковая труба диаметром 5 сантиметров. Она послужит для основы индукционной катушки и будет частью теплопровода.

Инвертор

Этот компонент принимает бытовой тип электроэнергии и преобразовывает в ток высокой частоты. После чего энергия поступает на первичную обмотку индуктора.

Нагревательный элемент

Для заготовки понадобится две металлические трубы, которые имеют диаметр 2.5 см. Изделия следует сварить между собой, сделав форму детали круглой. Механизм будет служить не только нагревательным элементом, но и сердечником котла.

Фото 1. Индукционный котел, сделанный своими руками. Внутри конструкции расположен нагревательный элемент.

Патрубки

Один патрубок служит для поступления теплоносителя в котёл, второй для подачи нагретой воды в систему отопления.

Справка. Принцип расчёта индуктора зависит от необходимой мощности котла для обогрева помещения. Формула расчёта: 1 кВт на 10 квадратных метров площади помещения, при высоте потолков, не превышающих трёх метров. Например, помещение общей площадью 160 м

2

отопит индукционный котёл с мощностью 16 кВт.

Схема изготовления

Прежде чем приступить к сборке сварочного аппарата из микроволновки своими руками, нужно понять принцип работы трансформатора, который поможет сварить метал. Трансформатор состоит из двух обмоток (первичной и вторичной), они заключены в корпус – «сердечник», который набран из листов специальной стали. На первичную обмотку подается электрический ток, который, проходя через сердечник, попадает на вторичную обмотку. Она, в свою очередь, повышает или, наоборот, понижает ток. Отсюда следует их классификация на понижающий и повышающий трансформаторы. В данной схеме будет использоваться второй вариант, то есть напряжение будет понижаться, а ток – повышаться. С помощью этого эффекта и будет происходить сварка материалов.

Для начала нужно разобрать микроволновую печь, чтобы достать трансформатор, который в дальнейшем будет использован в работе. Он состоит из двух обмоток медной проволоки, которая может быть залита лаком или обмотана специальной бумагой. Также он может находиться в пластиковом или металлическом кожухе, который защищает его от воздействия внешней среды.

Убираем вторичную обмотку с корпуса трансформатора, как правило, это верхний элемент. Для извлечения обмотки ветки, которые выступают за пределы корпуса трансформатора, нужно обрезать с помощью болгарки или ножовки. Остатки обмотки, которые скрыты внутри корпуса, необходимо высверлить с помощью дрели (шуруповерта): сперва сверлом маленького диаметра и далее по возрастающей. Маленькие торчащие элементы убираются с помощью отвертки и молотка, которыми просто выбиваются с корпуса.

После того как обмотка была полностью удалена, необходимо очистить место установки от остатков лака или бумаги. После тщательной чистки можно закрепить новую обмотку.

Далее берем кабель нужного сечения. Можно взять многожильный медный кабель сечением 6 квадратов, но нужно будет сделать около 15 витков. Или же кабель большего сечения, но с меньшим количеством витков. Все зависит от использованного кабеля. Обмотка должна быть плотно намотана (без пропусков) и не «болтаться» в корпусе трансформатора. После того как провод занял свое новое место, трансформатор нужно закрепить на платформе из досок для лучшей устойчивости сварочного аппарата из микроволновки. Это можно сделать с помощью другой доски или уголков.

Схема подключения первичной обмотки весьма простая. Из обмотки выходят два контакта (они же клеммы), к ним мы подключаем провод питания. Также можно подключить разъем, к которому уже подходит провод питания, что увеличит её мобильность и улучшит транспортировку.

По схеме идут провод питания, кнопка мгновенного отключения, которую можно установить на корпус сварочного аппарата, и непосредственно первичная обмотка. Также в эту схему можно внедрить:

• регулятор тока, с помощью которого можно регулировать напряжение, приходящее на первичную обмотку;
• таймер, который дополнительно будет включать аппарат на определённый период времени, тем самым уменьшая потребление электричества и дополнительно защищая от перегрева сам трансформатор.

После того как была подключена первичная обмотка, на концы новой вторичной обмотки нужно закрепить медный электрод или держатель электродов с зажимом «крокодил», с помощью которых и будет происходить контактная сварка металлов. Такой сварочный аппарат из микроволновки можно использовать и для обычной сварки, но в связи с нагревом трансформатора работать с ним нужно периодами, давая ему остыть.

Чаще всего такие электроды разной формы и размеров можно купить в магазине, они сертифицированы и соответствуют ГОСТу (14111-90), имеют диаметр от 10 до 40 мм. Также можно их изготовить самостоятельно с помощью куска медного провода сечением 4 квадрата и держателя для провода. После размещения неподвижного рычага и электрода на нем устанавливаем подвижный рычаг со вторым электродом, который будет выполнять функцию подвода электричества друг к другу и прижатия двух свариваемых деталей между собой для лучшего контакта. Он может быть закреплен на платформе с помощью подвижного элемента в виде оси и пружины. Он также может быть независим от сварочного аппарата – для более удобного сваривания деталей. Все провода на рычагах нужно заизолировать дополнительно для собственной безопасности, поскольку ток, который идет по этому проводу, имеет большой заряд, – стандартная изоляция может не выдержать нагрева, её свойства будут со временем уменьшаться.

Важные рекомендации по сборке

Котлы этого типа просты в сборке, установке и дальнейшей эксплуатации. Существуют правила, которые помогут без труда оборудовать в доме индукционное отопление своими руками:

• схемы и чертежи обязательно используются во время работы, только так можно получить котлы, которые будут функционировать качественно и бесперебойно;
• самодельными агрегатами можно пользоваться только в закрытых системах обогрева, когда циркуляция воздуха действует за счет работы насоса;
• разводка отопительной системы, работающая в комплексе с прибором, изготавливается исключительно из пластиковой или пропиленовой трубы;
• чтобы предотвратить возможные неприятности, необходимо правильно установить нагреватель (он должен находиться на расстоянии 30 сантиметров от стенок и 80 сантиметров от поверхности пола и потолка).

Кроме этого, требуется оборудовать патрубок специальным подрывным клапаном, с помощью которого можно будет всегда удалить лишний воздух из отопительной системы, нормализовать давление и обеспечить оптимальные условия для работы.

Шаг 1: Компоненты

Основные компоненты высокочастотного индукционного нагревателя для нагрева металла электричеством — инвертор, драйвер, соединительный трансформатор и колебательный контур RLC. Вы увидите схему чуть позже. Начнем с инвертора. Это — электрическое устройство, которое изменяет постоянный ток на переменный. Для мощного модуля он должен работать стабильно. Сверху находится защита, которая используется, чтобы защитить привод логического элемента МОП-транзистора от любого случайного перепада напряжения. Случайные перепады вызывают шум, который приводит к переключению на высокие частоты. Это приводит к перегреву и отказу МОП-транзистора.

Линии с большой силой тока находятся внизу печатной платы. Много слоев меди используются, чтобы позволить им пропускать более 50А тока. Нам не нужен перегрев

Также обратите внимание на большие алюминиевые радиаторы с водяным охлаждением с обеих сторон. Это необходимо, чтобы рассеивать тепло, вырабатываемое МОП-транзисторами

Изначально я использовал вентиляторы, но чтобы справиться с этой мощностью, я установил небольшие водяные насосы, благодаря которым вода циркулирует через алюминиевые теплоотводы. Пока вода чистая, трубки не проводят ток. У меня также установлены тонкие слюдяные пластины под МОП-транзисторами, чтобы гарантировать отсутствие проводимости через стоки.

Генератор

Питание от установки промышленной частоты в 50 Гц получают индукторы в заводских условиях. А от генераторов и преобразователей высокой, средней и низких частот (индивидуальных источников питания) индукторы работают и в быту. Наиболее эффективно привлечение к сборке высокочастотных генераторов. В индукционных мини-печах могут использоваться токи разных частот.

Генератор переменного тока не должен давать жёсткий спектр тока. По одной из наиболее популярных схем сборки индукционных печей в бытовых условиях рекомендуется частота генератора 27,12 МГц. Собирают один из таких генераторов из деталей:

• 4 тетрода (электронные лампы) большой мощности (марки 6п3с), с параллельным подключением;
• 1 неоновая дополнительная — индикатор готовности устройства к работе.

Компоненты индукционной печи

Для простейших конструкций существуют только две основные части: индуктор и генератор. Однако, вы сможете добавить что-то свое, усовершенствовать агрегат, с помощью нужных схем. Индуктор

Нагревательная катушка является важнейшей составляющей. От нее зависит абсолютно вся работа нагревательного сооружения. Для самодельных печек с маленькой мощностью допустимо использование индуктора из голой медной трубкис диаметром 10 мм . Внутренний диаметр индуктора должен бытьне менее 80 мм. и не более 150 мм. , количество витков – 8-10. Необходимо учесть то, что витки не должны соприкасаться, поэтому расстояние между ними должно составлять 5-7 мм

Также никакая часть индуктора не должна касаться его экрана.Генератор Вторая по важности составляющая печи – генератор переменного тока. При выборе схемы генератора следует всяческиизбегать чертежей , дающих жесткий спектр тока

В качестве того, что НЕ нужно выбирать приведем популярную схему на тиристорном ключе.

Охлаждение системы

Устройство, собранное самостоятельно, необходимо оборудовать системой охлаждения, так как при работе все составные части будут находиться под воздействием высоких температур, конструкция может перегреться и сломаться. В печах, продающихся в магазине, охлаждение производится водой или антифризом.

При выборе охладителя для дома предпочтение отдаётся вариантам, которые наиболее выгодны для реализации с экономической точки зрения.

Для домашних печей можно попробовать использовать обычный лопастной вентилятор

Обращайте внимание на то, что устройство не должно стоять слишком близко к печи, так как металлические детали вентилятора негативно воздействуют на работоспособность устройства, а также способны размыкать вихревые потоки и снижать производительность всей системы

Принцип работы индукционной печи

Нагревание металла, помещённого внутрь устройства, происходит путём перехода электромагнитных импульсов в энергию тепла. Электромагнитные импульсы вырабатываются катушкой с витками из медной проволоки или трубы.

Схема индукционной печи и схемы проведения нагрева

При подключении устройства через катушку начинает проходить электрический ток, а вокруг появляется электрическое поле со временем меняющее своё направление. Впервые работоспособность такой установки была описана Джеймсом Максвеллом.

Объект, который нужно нагреть, необходимо поместить внутрь катушки или недалеко от неё. Целевой предмет будет пронизываться потоком магнитной индукции, а внутри появится магнитное поле вихревого типа. Таким образом, индукционная энергия перейдёт в тепловую.

Плавильные печи – транзисторные

Транзисторная индукционная плавильная печь предназначена для шихты черных и цветных металлов.. Она произведена базе среднечастотного индукционного нагревателя, который собран при помощи MOSFET транзисторов и IGBT модулей, что позволяет экономить на электроэнергии до 35%, имея высокий КПД 95%. Подробнее

Индукционные плавильные печи на базе транзисторов подходят небольшим промышленным литейным предприятиям, которым необходимо переплавлять небольшое количество металла. Из преимущества плавильных печей можно отметить их мобильность и простоту обслуживания, так как они используют графитовый тигель, поэтому экономиться время на изготовление футеровки и ее сушки.

Индукционный нагреватель из сварочного инвертора: особенности

В обычном виде индукционные нагреватели, сделанные из сварочного инвертора, представляют повышенную опасность, ведь они не могут автономно контролировать температуру воды. Так, использование нагревателя в системах с теплоносителем может быть чревато короткими замыканиями и разрывом труб. Это может произойти из-за высокого гидравлического сопротивления в системе, которое возникает вследствие движения теплоносителя сквозь куски катанки. Поэтому, такие устройства требуют доработок.

Чтобы избежать аварийных ситуаций, следует снабжать самодельный аппарат индукционного нагрева, сделанный из сварочного инвертора, устройствами аварийного отключения.

Для контроля нагрева можно применить терморегулятор с температурным датчиком температуры и реле, размыкающим цепь, когда температура теплоносителя достигнет установленных значений. Кроме того, избежать разрыва системы можно будет, прикрепив к нагревателю через тройник, с одной стороны, предохранительный клапан.

Такого генератора тепла хватит на обогрев комнаты, площадь которой составляет не более 30 кв. м. Экономия средств, в этом случае, составит 30-50% (в зависимости от габаритов апартаментов). При этом, дорогостоящего сегодня сварочного аппарата вы лишитесь.

Сборка индукционного нагревателя

Работы по изготовлению нагревателя производятся в несколько этапов:

1. Порезать проволоку из нержавейки на части длиной примерно 5-7 мм. На дно трубы из пластика поместить металлическую сетку и наполнить все свободное пространство внутри нарезанными кусочками проволоки. Затем закрыть трубу с той и другой стороны.
2. Далее нужно сделать индукционную катушку. Для этого подготовленную трубу аккуратно и с равными промежутками обмотать медной проволокой. Должно получиться не менее 90-100 витков проволоки.
3. Подготовленное устройство можно встроить в любом месте системы отопления. Устройство подключается к инвертору внешней обмоткой из медной проволоки. Для прокачки воды встраивается циркулирующий насос. Обязательно нужно произвести работы по электроизоляции устройства. Не стоит забывать и о тепловой изоляции нагревателя специальным материалом. Без теплоизоляции КПД системы будет значительно ниже.

Себестоимость самодельного индукционного котла довольно небольшая. Но все же для его изготовления необходим опыт подобных работ, а также хотя бы небольшие технические знания в данной области. Если же все работы проводятся аккуратно и в соответствии с рекомендациями, такое устройство будет работать бесперебойно, с неплохой отдачей тепла. Возможно, что оно получится несколько неказистым на вид, но от этого нагреватель не станет функционировать хуже.

Виды

Различают виды индукционных печей своими руками:

• канальные – расплавляемый металл располагается в жёлобе вокруг сердечника индуктора;
• тигельные – металл находится в вынимаемом тигле внутри индуктора.

На больших производствах канальные печи работают от устройств промышленной частоты, а тигельные печи на промышленной, средней и высокой частоте. В металлургической промышленности тигельный тип печей используется при выплавке:

• чугуна;
• стали;
• меди;
• магния;
• алюминия;
• драгоценных металлов.

Канальный вид индукционных печей применяют при выплавке:

• чугуна;
• различных цветных металлов и их сплавов.

Канальные

Индукционная печь канального типа должна иметь при своём разогреве электропроводящее тело в зоне тепловыделения. При первичном запуске такой печи внутрь зоны плавления заливают расплавленный металл или вставляют заготовленный металлический шаблон. По завершении плавки металла сырьё сливают не полностью, оставляя «болото» на следующую плавку.

Тигельные

Тигельные индукционные печи наиболее популярны у мастеров, потому что просты в исполнении. Тигля — специальная вынимаемая ёмкость, помещаемая в индуктор вместе с металлом для последующего нагрева или плавления. Тигля может быть изготовлена из керамики, стали, графита и многих других материалов. Отличается от канального типа отсутствием сердечника.

Отличия самодельного и заводского агрегата

Чтобы понять разницу, нужно взять за точку отсчета цель использования оборудования. Агрегаты домашней сборки обычно нужны для периодического применения (перерывы могут быть существенными), поэтому на первый план в них выходит минимальная себестоимость, возможность выполнения простейших манипуляций, нетребовательность в обслуживании.

В том случае, если результаты плавки используются для получения заработка, целесообразнее приобрести заводскую индукционную модель – такое оборудование способствует аккуратной работе, помогает точно соблюдать замеры, сводит к нулю вероятность попадания нежелательных примесей.Такое же оборудование сложно выполнить своими руками – сборка индуктора, выбор тигля, обустройство экрана требует профильных навыков. Создать конденсаторную батарею и генератор сможет не каждый.

Тигельная печь своими руками

Нельзя упускать из внимания эргономические показатели печей. В кустарных заготовках им уделяется минимум ресурсов, как правило, такие вариации неудобны в использовании, зачастую опасны ввиду применения подручных материалов. В заводских линейках для обеспечения комфортной работы применяются проверенные технологии, в частности, это касается конфигурации и поворотного механизма тигля

Важно, что в них созданы условия для предотвращения травматизма

Нагревательный элемент

Как мы уже знаем, явление нагревания металлической поверхности появляется сразу же после присоединения собранной системы к источнику переменного тока.

Обратите внимание на то, что при нагреве проводника важно не допустить короткого замыкания, возникающего при соприкосновении витков катушки. В том случае, если обмотки соприкоснулись друг с другом, устройство ломается, а практически все транзисторы тут же ломаются

Наша статья является ответом на вопрос о том, как сделать индукционный нагреватель своими руками. Руководствуясь рекомендациями и выполняя все вышеприведенные шаги, вы без проблем справитесь с поставленной задачей и создадите нагреватель своими руками.