Плавка металла в домашних условиях

Как расплавить железо в домашних условиях

Так как для расплавления железа в домашних условиях требуется источник тепла с высокой температурой, конструкцию самодельной печи выбирают исходя из этого условия. Она должна соответствовать требованиям экологической безопасности, не занимать много места в мастерской или гараже. Этим требованиям в полной мере отвечают установки, в которых даже тугоплавкий металл плавится электрическим током.

Делаем печь для плавки металла

Если есть свободное место для размещения, делают стационарную печь на солярке или угле из шамотного кирпича. Для подачи воздуха потребуется установка вентилятор. Компактная электропечь создает температуру до 3000⁰C за счет протекания тока между двумя электродами через слой углеграфитового порошка. В ней ведется плавка небольших порций любых металлов. Недостатком считается длительный период нагрева до температуры плавления и необходимость ручного переворачивания металла для равномерного прогрева.

Индукционная печь нагревает металл по всему объему за счет наведения в нем вихревых токов магнитным полем катушки (индуктора), подключенной к генератору. К достоинствам относят:

  • равномерное и быстрое нагревание металла;
  • высокий КПД, так как нагревается только объект плавки, а не детали установки;
  • нет испарения легирующих добавок:
  • перемешивание металла, когда идет плавка, происходит естественным путем;
  • регулирование температуры нагрева;
  • за счет высокой производительности возможна плавка небольших порций расплавленного металла через короткие отрезки времени;
  • плавка проводится в соответствии с требованиями экологической безопасности.

Из недостатков следует отметить:

  • более низкую температуру шлака по сравнению с металлом, так как в нем не наводятся вихревые токи;
  • при плавке возможны затруднения при удалении серных и фосфорных примесей из некоторых видов металла.

В зависимости от места расположения нагреваемого объекта индукционные установки бывают:

  1. Канальными, когда емкости, где происходит плавка металла, сделаны в виде каналов, которые установлены вокруг катушки с внутренним сердечником. Применяются на промышленных предприятиях, когда нужна плавка больших объемов чугуна, стали, цветных металлов.
  2. Тигельными со съемной емкостью из жаропрочного материала ― тигля, который помещается внутрь катушки. Такая конструкция получается компактной и удобной для домашнего применения.

Готовую индукционную печь можно купить или при наличии навыков работы с электроникой сделать своими руками.

Самодельная тигельная установка обойдется на порядок дешевле.

Генератор собирают по транзисторной или ламповой схеме, либо подключают индуктор к сварочному инвертору. При изготовлении самодельной установки следует учитывать, что на продолжительность переплавки металла влияют:

  • мощность и частота генератора;
  • величина потерь вихревых токов;
  • помехи от близкорасположенных металлических предметов.

Индукционная печь из сварочного инвертора

Такой вариант прост для самостоятельного изготовления и безопасен при эксплуатации, так как инверторы оснащены защитой от короткого замыкания, перегрузки, перегрева. Для сборки печи достаточно сделать индукционную катушку. Ее наматывают медной трубкой с тонкими стенками диаметром 8 — 10 мм на цилиндрическом шаблоне с шагом 5 — 8 мм. Число витков, от 7 до 12, выбирают в зависимости от параметров инвертора. Следует учитывать, что при низком сопротивлении индуктора плавка будет часто прерываться из-за срабатывания защиты от перегрузки.

Готовую катушку устанавливают на жаростойкую поверхность или помещают в корпус из графита либо текстолита. Если использовать токопроводящий материал, плавка будет выполняться дольше, так как часть энергии магнитного поля будет тратиться на проход вихревых токов через стенки корпуса. Для подключения сварочного инвертора устанавливают розетку, выдерживающую максимальный ток, потребляемый оборудованием.

Корпус инвертора должен быть заземлен.

Индукционная печь на транзисторах

Несложную по схеме печь для плавки металла на транзисторах можно собрать из доступных деталей:

  • двух полевых транзисторов IRFZ44V;
  • пары диодов UF4007 (допускается замена на UF4001);
  • двух резисторов номиналом 470 ОМ, 1 Вт;
  • нескольких пленочных конденсаторов с рабочим напряжением 250 В, чтобы суммарная емкость была 4,7 мкФ;
  • медного провода с эмалевой изоляцией диаметром 1,2 и 2 мм;
  • двух ферритовых колец для дросселей (покупают в магазине радиотоваров или снимают со старых компьютерных блоков питания).

Сборку проводят в следующем порядке:

  1. Поскольку транзисторы, когда идет плавка, будут сильно греться, их устанавливают на радиаторах. Чем больше площадь охлаждения, тем лучше. При размещении на общем радиаторе транзисторы изолируют от поверхности пластиковыми прокладками с высокой теплопроводностью.
  2. Дроссели наматывают проводом 1,2 мм на ферритовых кольцах. 7 — 15 витков равномерно укладывают по окружности на одинаковом расстоянии друг от друга.
  3. Пленочные конденсаторы спаивают параллельно в батарею;
  4. Индукционную катушку наматывают проводом 2 мм на шаблоне диаметром немного больше чем у тигля. После 7 — 8 витков оставляют концы для подключения к генератору.
  5. Подготовленные детали устанавливают на плату и соединяют между собой как показано на схеме:

Напряжение подают с 12-тивольтового аккумулятора емкостью 7,2 А/час. При нагрузке 10 А в рабочем режиме заряда хватит на 30 — 40 минут плавки. Аккумулятор можно заменить источником питания, подключаемого к электросети, с выходным напряжением 10 — 20 В и током не меньше 10 А. При желании для установки делают корпус из термостойкого диэлектрического материала. Для регулирования мощности меняют количество витков катушки и/или ее диаметр. Но проще сделать несколько сменных индукторов с разными параметрами.

Индукционная печь на лампах

Когда требуется плавка большего объема металла, для увеличения мощности индукционной установки собирают ламповый генератор по схеме на рисунке.

На индуктор L подается ток частотой 27,72 МГц. Выходную мощность генератора регулируют переменным конденсатором за счет изменения частоты. Для сборки печи нужно запастись:

  • четырьмя электронными лампами (тетродами) 6L6 или заменить на 6П3, Г807;
  • четырьмя дросселями Др с индуктивностью 100 — 1000 мкГн;
  • четырьмя конденсаторами емкостью 0,001 мкФ;
  • неоновой лампочкой для сигнализации о готовности печи к работе;
  • переменным конденсатором емкостью 25 — 150 пФ;
  • медной трубкой диаметром 10 мм.

Сборку проводят в следующем порядке:

  1. Из медной трубки делают спираль диаметром 80 — 150 мм из 15 витков с шагом 5 мм. Тигель, в котором будет собираться расплавленный металл, должен свободно входить внутрь индукционной катушки.
  2. Делают корпус для размещения установки из не электропроводного материала, способного выдерживать высокую температуру нагретого воздуха или из листового металла. Но тогда необходимо обеспечить надежную тепловую и электрическую изоляцию стенок от деталей.
  3. Из ламп, конденсаторов, дросселей собирают 4 каскада, соединенных параллельно.
  4. Неоновую лампочку и переменный конденсатор устанавливают на переднюю стенку корпуса и подключают к схеме.

Охлаждение

При работе на большом токе, например, при плавке стали в домашних условиях, активные элементы индукционной печи могут перегреться и выйти из строя. На заводских моделях для защиты от перегрева установлены охлаждающие системы с принудительной циркуляцией воды или антифриза. Можно, конечно, сделать такую систему и в домашних условиях, но придется потратиться больше, чем стоит печь.

Так как плавка на дому непродолжительна по времени для охлаждения самодельной установки достаточно обычного вентилятора. Но ставить его нужно на некотором удалении. Иначе КПД печи снизится, так как часть мощности будет тратиться на вихревые токи через обмотку электродвигателя и металлические детали вентилятора.

Чтобы повысить эффективность охлаждения деталей схемы, на стенках корпуса просверливают вентиляционные отверстия.

Как плавить металл в домашних условиях

Металл помещают в чашку или тигель и переносят в печь. Сначала происходит плавка крупных кусков, затем добавляют маленькие. Мелкими стружками и опилками заполняют сразу всю емкость. Для получения отливок без вредных примесей и уменьшения потерь нужно знать, в чем плавить металл разных видов. Драгметаллы кладут в стеклянные ампулы от лекарственных растворов и плавят вместе с ними. Стеклянная корочка, которая образуется на поверхности отливок, растрескивается и осыпается после охлаждения водой. Цветные металлы плавят в железных емкостях, а сталь, чугун, железо в графитовых тиглях.

Читайте также  Как заточить сверло по металлу на точиле

Чтобы получить сплав, сначала расплавляют компонент с самой высокой температурой плавления (медь), затем добавляют нужное количество легкоплавкого (олово, алюминий). Для улучшения характеристик стали плавку выполняют с флюсом, содержащим легирующие добавки. Для удаления пустот и неоднородностей после плавки железа в домашних условиях отлитые заготовки необходимо проковать. Их неторопливо расклепывают ударами небольшого молотка. Обработку выполняют несколько раз, чередуя нагрев до красного каления с охлаждением холодной водой.

Запрещена плавка дома магния, кадмия, цинка и его сплавов (цинковой латуни, мельхиора). Плавка контактов реле, пускателей, радиоэлектронных деталей может окончиться тяжелым отравлением. Содержание кадмия в них доходит до 50%, процесс выгорания которого сопровождается образованием ядовитого газа желтого цвета.

Меры безопасности

Приступая к эксплуатации самодельной печи, следует учитывать угрозы, которые возникают при плавке:

  1. Брызги расплавленного металла и нагретые части установки часто становятся причиной сильного ожога.
  2. На случай возгорания рядом с рабочим местом должно стоять ведро с холодной водой.
  3. Ламповую схему необходимо помещать в корпус, чтобы исключить возможность случайного прикосновения к деталям, на которые подано высокое напряжение.
  4. Зона действия электромагнитного поля не ограничена размерами корпуса. Поэтому, прежде чем начнется плавка, нужно снять все украшения из металла и подальше убрать электронные приборы. При нахождении рядом с печью мобильный телефон, цифровая камера, MP3 плеер могут выйти из строя. Людям с вживленным кардиостимулятором не рекомендуется находиться рядом с индукционной установкой, когда ведется плавка.

В домашней печи выполняется не только плавка, но также нагрев деталей перед лужением, формовкой, закалкой. Несмотря на простоту рассмотренных схем, самодельные индукционные установки по основным характеристикам не уступают заводским моделям бытового назначения. При необходимости их несложно настроить для решения конкретной задачи путем изменения параметров индукционной катушки и выходного сигнала генератора.

Литьё цветных металлов своими руками. #1 Печь

В этом посте я расскажу про печь. Будет много букв и немного картинок. Это не универсальная конструкция, вариантов может быть очень много, их можно найти в гугле и на тематических форумах. Здесь я описываю только свой опыт и впечатления от эксплуатации.

Я сделал выбор в пользу пропана, т.к. с ним печь должна быть чистой, не будет мусора и гари, она требует меньше места. Собрав несколько рецептов воедино, я купил гидроаккумулятор на 24 литра. Критерий выбора — диаметр. Внутренний объем ограничит максимальное количество металла, которое вы сможете расплавить за раз. В остальном это может быть и простое металлическое ведро, или барабан от стиральной машины, или баллон от фреона, или из-под пропана или что-то похожее. Лучше не покупать готовое изделие, а искать что есть под рукой, так выйдет дешевле.

Получившийся корпус я зачистил и сделал каркас, фото поможет понять о чем я:

Крышка поворачивается на гаражной петле, которую я приварил. Конструкция с тремя колесами (одно поворачивается)не очень устойчива, но позволяет катить печь с минимальными усилиями и без длинных ручек (а она тяжелая).

Внутри бака я сделал теплоизоляцию из такого состава: молотый шамот плюс огнеупорная глина в пропорции 2/1 соответственно. Как это правильно сделать: из картона надо сделать цилиндр, который будет служить внутренней опалубкой и поставить в бак. А образовавшуюся пустоту между цилиндром и стенкой заполнить раствором. Предупреждаю — раствор не должен быть жидким. При высыхании слишком жидкой смеси раствор даст огромные трещины, я переделывал после этой ошибки. Раствор был таким, что я его буквально запихивал руками, а воздух удалял трамбовкой (какая-нибудь палка).

Все это сохнет недели две-три. Раствор даст усадку, поэтому щели я заполнил огнеупорной ватой, она даст дополнительную теплоизоляцию. Потеря тепла — основной враг такой печи.

Крышку внутри тоже заполняет раствором. Что бы он не вывалился после высыхания, я насверлил отверстий по бокам крышки и закрутил болты (шляпками наружу). За них раствор цепляется и не падает вниз. На фото ниже видна готовая печь, покрашенная огнеупорной краской.

Здесь видна труба (ф50), в которую вставляется горелка. Труба входит в печь по касательной. Это надо, чтобы создать в печи нужное завихрение, иначе пламя будет бить в одну точку, а нам надо равномерный нагрев все полости печи. На этом патрубке виден кусок малярной ленты. Она там не нужна, но свидетельствует о том, что при работе этот патрубок, как и горелка, абсолютно холодные и за них можно браться руками (это правильный режим работы горелки).

На фото ниже видна горелка.

Горение не должно происходить внутри горелки, оно должно происходить в печи. Если горение будет внутри горелки, она раскалится и это не безопасно. Это говорит, что она неправильно работает. Как это обеспечить? Берем кровельную горелку, убираем с нее наконечник и вставляем в трубу (в моем случае диаметр около 40 мм). Длина трубы произвольная, главное — достаточная, чтобы воздух из наддува успел качественно смешаться с пропаном. Еще — чем шире сопло горелки, тем больше жаропроизводительность, расход воздуха и пропана. Это золотое сечение надо искать опытным путем (конечно зависит и от объемов плавки). Для моей печи описанный размер подходит.

На картинке также виден наддув. Это улитка от вытяжки (вроде 600 кубометров в час). Для регулировки количества воздуха я сделал заслонку. В данном случае она открыта на 1/4 и этого хватает за глаза. Я видел горелки в газовых горнах с вентилятором от кулера. Обычно для регулировки люди используют ЛАТР, но у меня его нет. Основная суть в том, что бы сбивать пламя к началу горелки и не допустить горения в трубе (и тем более у сопла).

На картинке ниже видна теплоизоляция печи. Именно про этот ограниченный объем я и говорил при выборе корпуса печи, поэтому про это следует подучать заранее. Я бы сделал побольше, но что есть то есть. Видна сдвинутая в сторону крышка и тигель на заднем плане. Тигель — обрезанный маленький огнетушитель. После нагревов скалывется слоями. На долго его не хватит.

Все это добро питается пропаном. При 1/4 (от мощности улитки) воздуха я ставил на редукторе 1,2 атм. Горит нормально, запас по мощности есть.

2,5 кг бронзы расплавились и перегрелись за полчаса. 300 грамм алюминия за 11 минут.

При расходе газа в 1,2 атм баллон покрывается конденсатом. Читал, что некоторые ставят баллоны в воду, что бы не покрылись инеем.

P.S. Когда я еще не подобрал оптимальные размеры горелки и думал, что ничего не выйдет (было нестабильное пламя, малая температура), решил попробовать плавить на литейном коксе (подготовленный каменный уголь). В печи такого размера это вообще не вариант. Места мало, уголь попадает в тигель. Нагрев локальный, холодный воздух поддува частично забирает тепло. На распал угля надо много энергии (загорается вроде при t

Читайте также  Просечные ножницы по металлу электрические

600C), очень инертное топливо, не для такой печи и не для разовых плавок. Он хорош если запустил печь и палишь сутками без остановки.

Я надеюсь вам было интересно. Буду рад ответить на вопросы.

Как сделать простую печь для плавки алюминия

Очень многое можно отлить из алюминия, начиная от сувениров, декоров для дома, и заканчивая деталями различных сложных механизмов. Чтобы расплавить металл, требуется плавильная печь. Ее можно изготовить своими руками.

Материалы:

  • Бочка от моторного масла 20 литров или жестяное ведро от краски;
  • дверная петля;
  • саморезы;
  • песок;
  • цемент;
  • сварная сетка;
  • жестяная банка от краски 3 л;
  • пенопласт;
  • огнестойкая вата;
  • гипс.

Процесс изготовления плавильной печи

Корпус печи изготавливается из бочки от моторного масла. У нее срезается болгаркой вальцовка сверху, чтобы отсоединить крышку.

Затем внизу бочки на стенке размечается дверца. Ее следует вырезать с одной стороны, и установить дверную петлю на саморезы.

Затем дверь вырезается полностью. Так ставить петлю гораздо удобней, чем потом, когда дверца уже вырезана полностью. Закрутив в дверь один саморез, можно получить ручку.

На уровне дверцы немного сбоку проделывается отверстие для подачи воздуха.

Затем из пенопласта нужно вырезать заглушку для проема двери со скругленным внутрь торцом, под стыковку с трехлитровой жестяной банкой.

Далее готовится бетон из цемента и песка в пропорции 1:4. Он заливается на дно бочки до уровня дверцы. Затем в бочку вставляется армирующий цилиндр из сетки, с прорезями под воздушное отверстие и дверцу.

В центр бочки вставляется жестяная банка без дна, и заполняется песком. Вплотную в нее упирается пенопластовая заглушка из двери, и картонная трубочка с отверстия поддува.

Бочка заливается бетоном до бортиков банки. Затем та приподымается выше, и снова досыпается песком. После этого бетон также заливается выше. Таким переходами нужно долить его до самого верха бочки. Затем банка вынимается, и раствор приглаживается.

Пока бетон застывает, можно сделать тигель для плавки. В его качестве подойдет дно от огнетушителя.

После схватывания раствора можно выбрать песок, а также убрать пенопласт и картонную трубку.

На дверцу печи с помощью гипса приклеивается огнеупорная вата.

На корпус плавильни устанавливаются ручки.

Полученная в итоге плавильня может использоваться как для плавки цветных металлов, так и готовки.

В первом случае, в нее вставляется пластиковая трубка, и камера сгорания забивается опилками.

Затем трубка убирается, и в патрубок для подачи воздуха подключается вентилятор, а опилки поджигаются. Сверху можно ставить решетку, и готовить.

Непосредственно для плавки алюминия, нужно поместить в камеру древесный уголь, и разжечь его горелкой через дверцу.

Затем на него ставится тигель, и в нем плавится алюминий.

Смотрите видео

Все для плавки и закалки металлов c помощью ТВЧ, тигельных и муфельных печей (Aliexpress)

Подборка оборудования для плавки и закалки металлов в домашних условиях с помощью индукционных нагревательных установок, тигельных и муфельных печей. Также в подборке будут полезные аксессуары.

Тема интересная и будет полезна широкому кругу специалистов и любителей, моделистов и хоббийщиков. С помощью подобного оборудования можно вполне достичь цели: от идеи до ее реализации в металле.

Доступен промокод на скидку: lexus1111all300 — скидка 300 рублей на заказы от 2400 рублей с 28.10 по 30.11.

Компактные мини-печи для нагрева, закалки и плавки металлов

В последнее время стали популярными малогабаритные муфельные и тигельные печи, работающие от бытовой сети однофазного напряжения переменного тока

220В. Потребление относительно невысокое — около 2 кВт (как электрочайник или утюг). Максимальная температура плавления 1100. 1300 °С, для поддержания температуры установлен специальный контроллер PID-регулятор. На печи SmartMelt и SmartKiln обращаю отдельное внимание — они в наличии в РФ, доставка быстрая, инструкция на русском языке.

А что касается мастер-моделей для литья, то их можно самостоятельно изготовить на FDM 3D-принтерах или на SLA UV 3D-принтерах.

Установки высокочастотного индукционного нагрева (ТВЧ)

Другой традиционный вариант нагрева металлов — это установки индукционного нагрева (ТВЧ, или по английски: ZVS). Представляют собой индуктивный контур с накачкой большими токами высокой частоты (50-100 Ампер). В центре катушки помещается заготовка для плавки или нагрева. Подходят для закалки, например, ножевых заготовок. Из-за высокой мощности силовой контур требуется охлаждать, поэтому смотрите, чтобы в комплекте был жидкостный насос (или приобретайте отдельно). Также потребуется мощный источник питания постоянного тока (24. 48 В, по 2-3 кВт). Лучше брать сразу комплектом (выгоднее). Подобное оборудование вполне может стать началом собственного дела.

Вакуумные литьевые машины

Для литья в небольших масштабах, для ювелирки и для сувенирной продукции, лучше взять отдельную или комбинированную установку для вакуумного литья, а конкретно: вибрационную машинку с вакуумным насосом. Опционально в ней может быть встроена тигельная печка. Да, для работы с небольшими порциями металлов лучше приобрести различные тигли и термостойкие чаши, щипцы, защитные рукавицы и маску.

Аксессуары для печей

Керамический тигель из кварцевого термостойкого стекла более интересен именно из-за своих износостойких качеств. А вот графитовый тигель обходится дешевле, но сильнее изнашивается при частой плавке. В любом случае, вам потребуется ряд подобных аксессуаров различного объема и формы. При выборе обращайте внимание на наличие «носика» для заливки жидкого металла. Источники питания для ТВЧ можно посмотреть в этой подборке.

Таким образом, с небольшими затратами можно собрать оборудование для самостоятельного изготовления в небольших партиях, например, сувенирной продукции. Это вполне может стать началом собственного бизнеса или серьезным подспорьем в хобби. Цены относительно невысокие, часть оборудования в наличии в России, часть — продается комплектом и готова к работе сразу.

С другими подборками оборудования, а также с тестами и обзорами гаджетов вы можете ознакомиться по ссылкам ниже и в моем профиле.

Плавка металла в домашних условиях в индукционной электрической печи

В мире уже сформировались устоявшиеся технологии производства металла и стали, которыми пользуются металлургические предприятия и сегодня. К ним относятся: конверторный способ получения металла, прокатка, волочение, литье, штамповка, ковка, прессование и т. д. Однако наиболее распространенным при современных условиях является переплавка металла и стали в конвекторах, мартеновских печах и электрических печах. Каждая из таких технологий имеет ряд недостатков и преимуществ. Однако наиболее совершенной и новейшей технологией сегодня является получение стали в электрических печах. Основными преимуществами последней над другими технологиями является высокая производительность и экологичность. Рассмотрим как собрать устройство где будет осуществляться плавка металла в домашних условиях своими руками.

  1. Малогабаритная индукционная электрическая печь для плавления металлов в домашних условиях
  2. Выбор типа схемы
  3. Анализ составных частей схемы
  4. Создание схемы соединений
  5. Генератор частоты
  6. Блок питания
  7. Силовой блок
  8. Индуктор и особенности его работы
  9. Конечный монтаж установки

Малогабаритная индукционная электрическая печь для плавления металлов в домашних условиях

Плавка металлов в домашних условиях возможна, если иметь электрическую печь, которую можно сделать своими руками. Рассмотрим создание индуктивной малогабаритной электрической печи для получения однородных сплавов (ОС). По сравнению с аналогами создаваемая установка будет отличаться такими особенностями:

  • низкой себестоимостью (до 10000 руб), тогда как стоимость аналогов составляет от 150000 руб;
  • возможностью регулирования температурного режима;
  • возможностью скоростной плавки металлов в небольших объемах, что позволяет использовать установку не только в научной сфере, но и, например, в ювелирной, стоматологической областях и т.д.
  • равномерностью и скоростью нагрева;
  • возможностью размещения рабочего органа в печи в вакууме;
  • сравнительно малыми габаритами;
  • низким уровнем шума, почти полным отсутствием дыма, что позволит повысить производительность труда при работе с установкой;
  • возможностью работы как от однофазной, так и от трехфазной сети.
Читайте также  Анодирование металла в домашних условиях

Выбор типа схемы

Наиболее часто, при построении индукционных нагревателей, используются три основных типа схем: полумост, ассиметричный мост и полный мост. При конструировании данной установки были использованы два типа схем – полумост и полный мост с частотным регулированием. Этот выбор был вызван потребностью регулирования коэффициента мощности. Встала проблема поддержания режима резонанса в контуре, поскольку именно с его помощью возможна настройка требуемого значения мощности. Существует два способа регулирования резонанса:

  • посредством изменения емкости;
  • с помощью изменения частоты.

В нашем случае поддержка резонанса происходит за счет регулировки частоты. Именно эта особенность и вызвала выбор типа схемы с частотным регулированием.

Анализ составных частей схемы

Анализируя работу индукционной печи для плавки металла в домашних условиях (ИП) можно выделить три основные ее части: генератор, блок силового питания, и силовой блок. Для предоставления необходимой частоты при работе установки используется генератор, который для избежания помех от других блоков установки, соединяется с ними через гальваническую решения в виде трансформатора. Для обеспечения схемы силового напряжения необходим блок силового питания, который обеспечивает безопасную и надежную работу силовых элементов конструкции. Собственно, именно силовой блок формирует необходимы мощные сигналы для создания нужного коэффициента мощности на выходе схемы.

На рисунке 1 приведена общая принципиальная схема индукционной установки.

Создание схемы соединений

Схема соединений (монтажная) показывает соединения составных частей изделия и определяет провода, кабели, которые выполняют эти соединения, а также места их присоединения.

Для удобства дальнейшего монтажа установки была разработана схема соединений, отражающий основные контакты между функциональными блоками печи (рис. 2).

Генератор частоты

Самым сложным блоком ИП является генератор. Он обеспечивает нужную частоту работы установки и создает начальные условия для получения резонансного контура. В качестве источника колебаний используется специализированный контроллер электронных импульсов типа КР1211ЕУ1 (рис.3). Этот выбор был вызван возможностью работы данной микросхемы в достаточно широком частотном диапазоне (до 5 МГц), что позволяет получать высокое значение мощности на выходе силового блока схемы.

На рисунках 4,5 приведены принципиальная схема генератора частоты и схема электрической платы.

Микросхема КР1211ЕУ1 генерирует сигналы заданной частоты, которые можно изменять с помощью регулирующего резистора, установленного вне микросхемой. Далее сигналы попадают на транзисторы, работающие в ключевом режиме. В нашем случае применяются кремниевые полевые транзисторы с изолированным затвором типа КП727. Их преимущества заключаются в следующем: максимально допустимый импульсный ток, который они могут выдерживать, равна 56 А; максимальное напряжение – 50 В. Диапазон этих показателей нас полностью устраивает. Но, в связи с этим возникла проблема значительного перегрева. Именно для решения данного вопроса и нужен ключевой режим, который позволит уменьшить время нахождения транзисторов в рабочем состоянии.

Блок питания

Данный блок обеспечивает подачу питания на исполнительные узлы установки. Главной его особенностью является возможность работы от однофазной и трехфазной сети. Источник питания на 380В используется для повышения коэффициента мощности, выделяемая в индукторе.

Входное напряжение подается на выпрямляющий мост, который преобразует переменное напряжение 220В в постоянное пульсирующее. К выходам моста подключены накопительные конденсаторы, которые поддерживают постоянный уровень напряжения после снятия нагрузки с установки. Для обеспечения надежности работы установки блок оборудован автоматическим выключателем.

Силовой блок

Данный блок обеспечивает непосредственное усиление сигнала и создания резонансного контура, с помощью изменения емкости круга. Сигналы с генератора попадают на транзисторы, которые работают в режиме усиления. Таким образом, они, открываясь в разные моменты времени, будоражат соответствующие электрические цепи, проходящие через повышающий трансформатор и пропускают по нему силовой ток в разных направлениях. В результате на выходе трансформатора (Tr1) мы получаем повышенный сигнал с заданной частотой. Этот сигнал подается на установку с индуктором. Установка с индуктором (Tr2 на схеме) состоит из индуктора и набора конденсаторов (С13 – Сп). Конденсаторы имеют специально подобранную емкость и создают колебательный контур, который позволяет регулировать уровень индуктивности. Этот контур должен работать в режиме резонанса, что вызывает стремительное повышение частоты сигнала в индукторе, и увеличение индукционных токов, за счет которых собственно и происходит нагрев. На рисунке 7 приведена электрическая схема силового блока индукционной печи.

Индуктор и особенности его работы

Индуктор – специальное устройство для передачи энергии от источника питания в изделие, нагревается. Индукторы изготавливают обычно из медных трубок. Во время работы он охлаждается проточной водой.

Плавка цветных металлов в домашних условиях при помощи индукционной печи заключается в проникновении в середину металлов индукционных токов, которые возникают за счет высокой частоты изменения напряжения, приложенного к зажимам индуктора. Мощность установки зависит от величины приложенного напряжения и от ее частоты. Частота влияет на интенсивность индукционных токов и соответственно на температуру в середине индуктора. Чем больше частота и время работы установки, тем лучше перемешиваются металлы. Сам индуктор и направления протекания индукционных токов приведены на рисунке 8.

Для однородного смешивания и избежание загрязнения сплава чужеродными элементами, например электродами из резервуара со сплавом, используют индуктор с обратным витком как показано на рисунке 9. Именно благодаря этому витку создается электромагнитное поле, которое удерживает металл в воздухе, превосходя силу притяжения Земли.

Конечный монтаж установки

Каждый из блоков крепится к корпусу индукционной печи с помощью специальных стоек. Это делается для того чтобы избежать нежелательных контактов токоведущих частей с металлическим покрытием самого корпуса (рис. 10).


Для безопасной работы с установкой, она полностью закрывается прочным корпусом (рис. 11), чтобы таким образом создать преграду между опасными элементами конструкции и телом человека, работающего с ней.

Для удобства наладки индукционной установки в целом было изготовлена панель индикации для размещения метрологических устройств, с помощью которых и происходит контроль за всеми параметрами установки. В таких метрологических устройств относятся: амперметр, который показывает ток в индукторе, вольтметр, подключенный на выходе индуктора, индикатор температурного режима, регулятор частоты генерации сигнала. Все приведенные параметры дают возможность для регулирования режимов работы индукционной установки. Также конструкция оборудована системой ручного включения, и системой индикации процессов нагрева. С помощью показов на устройствах собственно и происходит контроль за работой установки в целом.

Конструирование малогабаритной индукционной установки является достаточно сложным технологическим процессом, так как он должен обеспечить соблюдение большого количества критерий, таких как: удобство конструкции, малогабаритность, портативность и т.д. Данная установка работает по принципу бесконтактной передачи энергии в предмет, нагревается. В следствие целенаправленного движения индукционных токов в индукторе происходит непосредственно сам процесс плавки, продолжительность которого составляет несколько минут.

Создание данной установки является достаточно выгодным, так как область ее применения безгранична, начиная с использования для обычной лабораторной работы и заканчивая изготовлением сложных однородных сплавов из тугоплавких металлов.