Изготовление индукционной печи своими руками

Индукционная печь часто используется в сфере металлургии, поэтому данное понятие хорошо знакомо людям, которые в той или иной степени связаны с процессом плавки различных металлов. Устройство позволяет преобразовывать электричество, образованное магнитным полем, в тепло.

Подобные устройства продаются в магазинах по довольно высокой цене, но если вы обладаете минимальными навыками использования паяльника и умеете читать электронные схемы, то можно попробовать изготовить индукционную печь своими руками.

Самодельное устройство вряд ли подойдёт для выполнения сложных задач, но вполне справится с базовыми функциями. Собрать устройство можно на основе рабочего сварочного инвертора из транзисторов, либо на лампах. Самым производительным при этом является именно устройство на лампах за счёт высокого КПД.

Содержание

1 Принцип работы индукционной печи
2 Разновидности
3 Преимущества и недостатки
4 Индукционная печь для плавки металла своими руками
5 Использование для обогрева
6 Охлаждение системы
7 Меры предосторожности при использовании устройства

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 проведения нагрева — 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.

Разновидности

Печи на индукционной катушке, принято подразделять на два вида в зависимости от типа конструкции:

Канальные;
Тигельные.

В первых устройствах металл для расплавки находится перед индукционной катушкой, а в печах второго типа помещается внутри неё.

Тигельная индукционная печь — Наглядный пример тигельной индукционной печи

Оба устройства востребованы в бытовых и промышленных условиях. Они используются для плавки различных металлов (чугун, сталь, алюминий, медь), в том числе и драгоценных (золото, серебро). В зависимости от модели и производителя печи могут различаться между собой по ёмкости и частотным особенностям.

К слову, именно индукционные печи подтолкнули учёных к созданию микроволновых печей, которые на данный момент широко используются и установлены практически в каждой квартире.

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.

Индукционная печь для плавки металла своими руками

Если в наличие есть электрическая схема сборки, то процесс сборки сможет освоить даже начинающий мастер. Оборудование возможно создать на базе сварочного инвертора, на лампах или транзисторах.

Главное достоинство печей, которые были собраны подручных средств, заключается в том, что цена устройства на порядок ниже, чем при покупке магазинного оборудования.

При сборке плиты с индукционной катушкой, обращайте внимание на то, что скорость плавки металлических сплавов будет напрямую зависеть от нескольких факторов:

Скорость тепловой передачи;
Мощность используемого в конструкции генератора;
Потери в вихревом потоке во время рабочего процесса;
Частота работы устройства;
Наличие поблизости металлических деталей и электронных устройств, которые могут провоцировать помехи.

Из сварочного инвертора

Печь, работающая на базе инвертора, выделяется характеристиками безопасности, но при этом она собирается максимально просто. Сам инвертор уже имеет все необходимые защитные механизмы на случай возникновения перегрузки. Процесс изготовления индукционной плиты при наличии сварочного аппарата сводится к сбору индуктора.

Для сборки индукционной катушки стоит приобрести медную трубу с тонкими стенками диаметром не более 10 мм. Труба сгибается по спирали, а для облегчения процесса желательно изготовить специальный шаблон.

Количество витков в катушке – от 7 до 12. Их общее число напрямую зависит от того, какими характеристиками обладает используемый сварочный инвертор. Следите за тем, чтобы сопротивление индуктора не превышало допустимую силу тока в инверторе, в ином случае при осуществлении плавки металла придётся столкнуться с автоматическими отключениями устройства из-за срабатывания внутренней защиты.

Печь из сварочного инвертора — Общий вид индукционной печи из сварочного инвертора

После изготовления катушки переходим к производству внешней оболочки для устройства. Для этих целей лучше всего подойдёт графитовый корпус (не используйте для изготовления корпуса материал, который проводит через себя электрический ток, в противном случае общая производительность устройства значительно снизится). Внутрь индукционной катушки помещается тигель, в котором в дальнейшем будет плавиться металл.

Установить готовую индукционную катушку лучше всего на поверхности, которая устойчива к высоким температурам воздуха. Перед началом выполнения работ из зоны установки необходимо убрать посторонние предметы.

Подключать сварочный инвертор стоит только к тем розеткам, которые способны выдержать силу потребляемого устройством тока. Обязательно обустройте заземление корпуса.

На транзисторах

Для сбора печки, работающей на транзисторах, следует приобрести следующие детали:

Полевые транзисторы типа IRFZ44V;
Два диода;
Резистор сопротивлением 470 Ом;
Плёночные конденсаторы различной ёмкости;
Медные провода для обмотки в изоляции диаметром 1,2 мм и 2 мм;
Компьютерные радиаторы.

Процесс сборки устройства включает следующие шаги:

Транзисторы устанавливаются на радиаторы. Обращайте внимание на то, что рабочая схема довольно быстро и сильно нагревается, поэтому радиаторы должны иметь большой размер для осуществления охлаждения конструкции. В некоторых случаях можно использовать один радиатор.
Транзисторы необходимо установить на радиаторы большого размера во избежание перегрева рабочей схемы
С блока питания компьютера снимаем кольца и начинаем наматывать на них медную проволоку диаметром 1,2 мм. Всего необходимо сделать два кольца, на каждом – от 7 до 15 витков. Следите за тем, чтобы расстояние между витками было примерно одинаковым.
Конденсаторы соединяем в единую батарею, ёмкость которой составляет 4,7 мкФ. Соединение производится по параллельной схеме.
Конденсаторы необходимо спаять параллельно
Из проволоки диаметром 2 мм делаем индукционную обмотку. Диаметр должен соответствовать диаметру тигля, который будет использоваться в дальнейшем. Всего в катушке должно быть не больше 8 витков. Не обрезайте проволоку слишком близко к началу обмотки. Оставшиеся концы проволоки будут использованы для припаивания индуктора к общей схеме печи.
Соединяем все элементы по схеме.

Схема сборки печи на транзисторах — Электрическая схема сборки печи на транзисторах

При необходимости для печи можно обустроить корпус из материала, который устойчив к повышенным температурам и не пропускает ток.

На лампах

Если для выполнения работ по плавке металла необходимо более мощное устройство, то можно изготовить индукционную печь на лампах по следующей схеме.

Для сборки конструкции подготавливаем:

4 лампы-тетрода. Для конструкции подойдут лампы формата 6L6, 6П3 или Г807;
4 дросселя;
4 конденсатора по 0,01 мкФ;
Неоновая лампа (будет использоваться в качестве индикатора, оповещающего, что печь готова к использованию);
Конденсатор для настройки;
Медная труба.

Электрическая схема индукционной печи на лампах

Собрать печь можно, соблюдая следующие шаги:

Медную трубу сгибаем в виде спирали. Всего необходимо сделать около 15 витков, расстояние между которыми должно быть не меньше 5 мм. Внутри спирали должен свободно располагаться тигель, где и будет происходить процесс выплавки;
Изготавливаем надёжный корпус для устройства, который не должен проводить электрический ток, и обязан выдерживать высокие температуры воздуха;
Дросселя и конденсаторы собираются по обозначенной выше схеме;
К схеме подключается неоновая лампа, которая будет сигнализировать о том, что устройство готово к работе;
Также припаивается конденсатор для подстройки ёмкости.

Использование для обогрева

Индукционные печи подобного вида могут использоваться и для обогрева помещения. Чаще всего их используют вместе с котлом, который дополнительно производит нагрев холодной воды. На деле конструкции применяются крайне редко из-за того, что в результате потерь электромагнитной энергии КПД устройства минимален.

Ещё один недостаток основан на потреблении устройством больших объёмов электроэнергии в процессе работы, потому устройство относится к категории экономически невыгодных.

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.

Меры предосторожности при использовании устройства

Работая с устройством следует придерживаться следующих правил:

Некоторые элементы установки, а также металл, который плавится, подвергаются сильному нагреву, в результате чего существует риск получить ожог;
При использовании ламповой печи, обязательно размещайте её в закрытом корпусе, иначе велика вероятность поражения электрическим током;
Перед работой с устройством уберите из зоны работы прибора все металлические элементы и сложные электронные приборы. Использовать устройство не стоит людям, у которых установлен кардиостимулятор.

Печь для плавки металлов индукционного типа может применяться при лужении и формовке металлических деталей.

Самодельную установку легко подогнать под работу в конкретных условиях, меняя некоторые настройки. Если придерживаться указанных схем при сборе конструкции, а также соблюдать элементарные правила безопасности, самодельное устройство практически не будет уступать магазинным бытовым приборам.