Индукционный нагреватель металла: простая схема для изготовления своими руками

Алан-э-Дейл       09.09.2022 г.

Схема принципиальная электрическая

Схема индукционного нагревателя от 12В Вот оригинальная схема генератора индукционного нагревателя, а ниже неё чуть изменённый вариант, по которому и была собрана конструкция мини ТВЧ установки. Ничего дефицитного тут нет — купить придётся только полевые транзисторы, использовать можно BUZ11, IRFP240, IRFP250 или IRFP460. Конденсаторы специальные высоковольтные, а питание будет от автомобильного аккумулятора 70 А/ч — он будет очень хорошо держать ток.

Проект на удивление оказался успешным — всё заработало, хоть и собрано было «на коленке» за час. Особенно порадовало что не требует сеть 220 В — авто аккумуляторы позволяют питать её хоть в полевых условиях (кстати, может из неё походную микроволновку сделать?). Можно поэкспериментировать в направлении чтобы снизить напряжение питания до 4-8 В как от литиевых АКБ (для миниатюризации) с сохранением хорошей эффективности нагрева. Массивные металлические предметы конечно плавить не получится, но для мелких работ пойдёт.

Полезное: Самодельная катушка Роговского на ток до 10000 Ампер

Ток потребления от источника питания 11 А, но после прогрева падает до примерно 7 A, потому что сопротивление металла при нагреве заметно увеличивается. И не забудьте сюда использовать толстые провода, способные выдержать более 10 А тока, иначе провода при работе станут горячие.

Нагрев отвертки до синего цвета ТВЧ

Нагрев ножа ТВЧ

Создание усложненных приборов

Выполнить нагревательную установку ТВЧ собственными руками труднее, однако это подчинено радиолюбителям, ведь для ее сбора понадобится схема мультивибратора. Рабочий принцип подобен — вихревые токи, появляющиеся из взаимного действия металлического наполнителя в самом центре катушки и ее своего высокомагнитного поля, греют поверхность.

Конструирование ТВЧ-установок

Потому как даже маленьких размеров катушки вырабатывают ток около 100 А, одновременно с ними понадобится присоединить резонирующую емкость для уравновешивания индукционной тяги. Есть 2 вида рабочих схем для нагревательной ТВЧ в 12 В:

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

В первом варианте мини ТВЧ-установку можно собрать за час. Даже при отсутствии сети в 220 В можно применять такой генератор где угодно, но если есть наличие автомобильных аккумуляторов как источников питания. Разумеется, она недостаточно мощная, чтобы плавить металл, но способна нагреться до больших температур, важных для небольшой работы, к примеру, нагрев ножей и отверток до синего цвета. Что бы ее сделать стоит купить:

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

Ток источника питания 11 А в процессе нагревания уменьшается до 6 А из-за сопротивления металла, но необходимость в толстых проводах, выдерживающих ток 11?12 А, сберегается, во избежание их перегрева.

Вторая схема для индукционной установки нагрева в пластиковом корпусе более непростая, на основе драйвера IR2153, однако по ней удобнее построить отклик по регулятору в 100к. Управлять схемой нужно через сетевой адаптер с напряжением от 12 В. Силовую часть можно подвести прямо к главной сети в 220 В, применяя диодный мост. Частота резонанса выходит 30 кГц. Понадобятся такие 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.

Вихревые нагреватели

Намного мощную установку, способную согревать болты до жёлтого цвета, можно собрать по простой схеме. Но во время работы тепловыделение будет очень большим, благодаря этому рекомендуется ставить отопительные приборы на транзисторы. Также понадобится дроссель, взять который можно из трансформатора любого компьютера, и следующие дополнительные материалы:

  • стальной ферромагнитный провод;
  • проволка из меди в 1,5 мм;
  • полевые транзисторы и диоды под обратное напряжение от 500 В;
  • стабилитроны мощностью 2?3 Вт из расчета на 15 В;
  • обыкновенные резисторы.

В зависимости от необходимого результата, намотка провода на медную основу может составлять от 10 до 30 витков. Дальше идет сборка схемы и подготовка катушки-основы нагревателя приблизительно из 7 витков проволоки из меди в 1,5 мм. Она подсоединяется к схеме, а потом к электрике.

Умельцы, знакомые со сваркой и управлением трехфазным преобразователем электрической энергии, способны намного больше увеличить Коэффициент полезного действия устройства при одновременном уменьшении веса и размера. Для этого необходимо сварить основания 2-ух труб, которые послужат как сердечником, так и нагревателем, а в корпус после обмотки вварить два отрезка трубы для выполнения подвода и отвода носителя тепла.

Мастера советуют в первую очередь выполнить для такой конструкции изоляцию чтобы избежать утечки тока и тепла. Это тоже даст возможность сделать меньше шумовой фон в ходе работы.

Схема индукционного нагревателя

Из-за того, что М. Фарадей в далеком 1831 году открыл явление электромагнитной индукции, мир увидел большое количество приспособлений, которые греют воду и прочие среды.

Потому как было реализовано данное открытие люди ежедневно используют в быту
:

  • Электрочайник с дисковым нагревателем для нагрева воды;
  • Печь мультиварка;
  • Индукционная варочная панель;
  • Микроволновки (плита);
  • Калорифер;
  • Нагревательная колонка.

Также открытие применяется для экструдера (не механический). Раньше оно широко применялось в металлургии и прочих отраслях промышленности, связанной с обработкой металла. Заводской индуктивный котел функционирует по принципу действия вихревых токов на специальный сердечник, расположенный во внутренне части катушки. Вихревые токи Фуко поверхностные, поэтому лучше брать в качестве сердечника полую трубу из металла, сквозь которую проходит элемент теплоносителя.

При этом индукционная катушка Румкорфа выполнена так, что её можно подключить к электросети переменного тока напрямую. На производстве для такого нагрева применяют высокочастотные электротоки – до 1 МГц, поэтому добиться функционирования устройства при 50 Гц довольно сложно. Толщина проволоки и число обматывающих витков, которую применяет устройство, водонагреватель , рассчитано в отдельности для каждого агрегата по специальному методу под требуемую мощность тепла. Самодельный, мощный агрегат должен функционировать эффективно, быстро греть идущую по трубе воду и при этом не нагреваться.

Организации вкладывают серьезные финансы в разработку и внедрение таких продуктов, поэтому
:

  • Все задачи разрешаются удачно;
  • КПД нагревательный прибор имеет 98%;
  • Функционирует без перебоев.

Кроме высочайшей эффективности не может не привлекать скорость, с которой идет нагревание идущей через сердечник среды. На рис. предложена схема функционирования индукционного водонагревателя, созданного на заводе. Такую схему имеет агрегат марки «ВИН», которые производит Ижевский завод.

За все эти плюсы, которыми 100% обладает аппарат, нужно выложить немалые финансы, индукторный, магнитный водонагреватель – самый дорогой из всех видов установок для отопления. Поэтому многие мастера предпочитают собрать сверхэкономичный агрегат для отопления самостоятельно.

Несколько слов о безопасности

Самодельные индукционные котлы обычно не снабжены системами контроля и защиты, что делает их небезопасными. Поэтому перед включением агрегата необходимо убедиться, что полость корпуса заполнена жидким теплоносителем.

Если полимерный корпус нагревателя будет подвергаться постоянному нагреву без омывания теплоносителем, он просто расплавится, иногда это приводит не только к деформации нагревателя, но и к его полному повреждению.


Агрегаты этого типа часто используют для раскаливания и плавки металлов. Высокие температуры, получаемые от индукционного нагревателя, требуют внимательного отношения к вопросам безопасности

Опасным может быть и выпадение раскаленного металлического наполнителя из расплавившегося корпуса. В этом случае придется почти полностью демонтировать устройство и сделать для него новый нагревательный элемент.

Подключение к электропитанию следует выполнять по отдельному кабелю, проведенному от щитка. Разумеется, необходимо тщательно закрыть изоляцией все контакты. Инвертор сварочного аппарата также необходимо заземлить, это важный момент для обеспечения безопасности.

При этом понадобится кабель сечением не менее четырех миллиметров. Некоторые специалисты рекомендуют отдать предпочтение шестимиллиметровому кабелю. Чтобы предотвратить перегрев самодельного индукционного нагревателя из-за отсутствия в системе воды, рекомендуется установить на входе в нагреватель клапан избыточного давления.


Индукционный нагревательный прибор занимает относительно немного места, но его нужно разместить на определенном расстоянии от потолка, стен, мебели и т.п.

Самодельное устройство этого типа, не снабженное специальными средствами защиты, это потенциально опасный объект, который требует постоянного контроля. Поэтому стоит потратить немного больше денег, но приобрести необходимые устройства.

При этом не помешает оценить затраты, возможно, покупка готового индукционного котла обойдется не намного дороже. Промышленные устройства обычно снабжены всей необходимой защитой.

Особенности и пошаговая технология изготовления еще одного варианта самодельного индукционного котла для системы отопления приведены здесь.

https://youtube.com/watch?v=0YlBZljKGQM

Виды

Вихревые токи замыкаются по контуру, ограниченному магнитным полем индуктора. Поэтому нагрев токопроводящих элементов возможен как внутри катушки, так и с внешней ее стороны.

  • Поэтому индукционные печи бывают двух типов:
  • канальные, в которых емкостью для плавки металлов являются каналы, расположенные вокруг индуктора, а внутри него расположен сердечник;
  • тигельные, в них используется специальная емкость — тигель, выполненный из жаропрочного материала, обычно съемный.

Канальная печь слишком габаритная и рассчитана на промышленные объемы плавки металлов. Её используют при выплавке чугуна, алюминия и других цветных металлов.Тигельная печь довольно компактна, ей пользуются ювелиры, радиолюбители, такую печь можно собрать своими руками и применять в домашних условиях.

Несколько слов о безопасности

Самодельные индукционные котлы обычно не снабжены системами контроля и защиты, что делает их небезопасными. Поэтому перед включением агрегата необходимо убедиться, что полость корпуса заполнена жидким теплоносителем.

Если полимерный корпус нагревателя будет подвергаться постоянному нагреву без омывания теплоносителем, он просто расплавится, иногда это приводит не только к деформации нагревателя, но и к его полному повреждению.

Агрегаты этого типа часто используют для раскаливания и плавки металлов. Высокие температуры, получаемые от индукционного нагревателя, требуют внимательного отношения к вопросам безопасности

Опасным может быть и выпадение раскаленного металлического наполнителя из расплавившегося корпуса. В этом случае придется почти полностью демонтировать устройство и сделать для него новый нагревательный элемент.

Подключение к электропитанию следует выполнять по отдельному кабелю, проведенному от щитка. Разумеется, необходимо тщательно закрыть изоляцией все контакты. Инвертор сварочного аппарата также необходимо заземлить, это важный момент для обеспечения безопасности.

При этом понадобится кабель сечением не менее четырех миллиметров. Некоторые специалисты рекомендуют отдать предпочтение шестимиллиметровому кабелю. Чтобы предотвратить перегрев самодельного индукционного нагревателя из-за отсутствия в системе воды, рекомендуется установить на входе в нагреватель клапан избыточного давления.

Индукционный нагревательный прибор занимает относительно немного места, но его нужно разместить на определенном расстоянии от потолка, стен, мебели и т.п.

Самодельное устройство этого типа, не снабженное специальными средствами защиты, это потенциально опасный объект, который требует постоянного контроля. Поэтому стоит потратить немного больше денег, но приобрести необходимые устройства.

При этом не помешает оценить затраты, возможно, покупка готового индукционного котла обойдется не намного дороже. Промышленные устройства обычно снабжены всей необходимой защитой.

Особенности и пошаговая технология изготовления еще одного варианта самодельного индукционного котла для системы отопления приведены здесь.

Высокочастотные индукционные нагреватели

Самая широкая область применения у индукционных нагревателей высокочастотного типа. Нагреватели характеризуются высокой частотой 30-100 кГц и широким диапазоном мощностей 15-160 кВт. Высокочастотный тип обеспечивают небольшой по глубине нагрев, однако этого достаточно, чтобы улучшить химические свойства металла.

Высокочастотные индукционные нагреватели легки в управлении и экономичны, и при этом их КПД может достигать 95%. Все типы работают непрерывно продолжительное время, а двухблочный вариант (когда трансформатор высокой частоты вынесен в отдельный блок) допускает круглосуточную работу. Нагреватель имеет 28 типов защит, каждая из которых отвечает за свою функцию. Пример: контроль напора воды в системе охлаждения.

  • Индукционный нагреватель 60 кВт Пермь
  • Индукционный нагреватель 65 кВт Новосибирск
  • Индукционный нагреватель 60 кВт Красноярск
  • Индукционный нагреватель 60 кВт Калуга
  • Индукционный нагреватель 100 кВт Новосибирск
  • Индукционный нагреватель 120 кВт Екатеринбург
  • Индукционный нагреватель 160 кВт Самара

Применение:

  • поверхностной закалки шестерни
  • закалка валов
  • закалка крановых колес
  • нагрев деталей перед изгибом
  • пайка резцов, фрез, буровой коронки
  • нагрев заготовки при горячей штамповке
  • высадка болтов
  • сварка и наплавки металлов
  • восстановление деталей.

подробнее

Описание

Устройство нагревателя

В состав типового нагревательного элемента входят следующие узлы:

  1. Нагревательный элемент в виде прутка или металлической трубки.
  2. Индуктор – это медная проволока, обрамляющая витками катушку. В процессе работы он исполняет роль генератора.
  3. Генератор переменного тока. Отдельная конструкция, где происходит преобразование стандартного тока в величину с высокой частотой.

На практике, индукционные установки используются недавно. Теоретические изучения намного опережают. Такое можно объяснить одной преградой – получение высокой частоты магнитных полей. Дело в том, что использовать установки с низкой частотой считается неэффективным. Как только появились генераторы токов с высокой частотой, проблема разрешилась.

Генераторы ТВЧ прошли свой эволюционный период; от ламповых, до современных моделей, выполняющихся на базе IGBT. Теперь они более эффективные, имеют малый вес и размеры. Частотное ограничение их 100 кГц за счёт динамических потерь транзисторов.

Ограничения

Индукционный генератор, подключенный к конденсаторной системе, может генерировать реактивную мощность, достаточную для работы самостоятельно. Когда ток нагрузки превышает способность генератора обеспечивать как реактивную мощность намагничивания, так и мощность нагрузки, генератор немедленно прекращает выработку энергии. Необходимо снять нагрузку и перезапустить индукционный генератор либо с источником постоянного тока, либо с остаточным магнетизмом в сердечнике, если он присутствует.

Индукционные генераторы особенно подходят для ветряных электростанций, поскольку в этом случае скорость всегда является переменным фактором. В отличие от синхронных двигателей, индукционные генераторы зависят от нагрузки и не могут использоваться отдельно для управления частотой сети.

Особенности вихревого индукционного котла

С принципом работы индукционного отопительного прибора мы уже знакомы. Существует его разновидность: вихревой индукционный котел или ВИН, действующий несколько иначе.

Отличительные черты ВИН

Как и индукционный аналог, он работает от высокочастотного напряжения, поэтому обязательно оборудуется инвертором. Особенность ВИН устройства заключается в том, что вторичная обмотка у него отсутствует.

Ее роль выполняют все металлические детали прибора. Их обязательно изготавливают  из материалов, которые проявляют ферромагнитные свойства. Таким образом, когда на первичную обмотку устройства поступает ток, резко возрастает напряженность электромагнитного поля.

Оно в свою очередь генерирует ток, сила которого стремительно увеличивается. Вихревые токи провоцируют перемагничивание, в результате которого все ферромагнитные поверхности очень быстро, почти мгновенно, разогреваются.

Вихревые устройства достаточно компактны, но за счет использования металла, их вес велик. Это дает дополнительное преимущество, поскольку все массивные элементы корпуса принимают участие в теплообмене. Таким образом КПД агрегата приближается к 100%.

Эту особенность устройства нужно учитывать, если принято решение самостоятельно изготовить котел ВИН. Он может быть выполнен только из металла, пластик использоваться не должен.

Основное отличие вихревого индукционного котла заключается в том, что его корпус выступает в роли вторичной обмотки. Поэтому его всегда изготавливают из металла

Как собрать вихревое индукционное устройство?

Как мы уже знаем, такой котел отличается от своего индукционного аналога, однако, изготовить его самостоятельно так же несложно. Правда, теперь понадобятся навыки сварочных работ, ведь устройство должно быть собрано только из металлических деталей.

Для работы понадобится:

  • Два одинаковых по длине отрезка металлической толстостенной трубы. Их диаметры должны быть разными, так, чтобы одну деталь можно было поместить в другую.
  • Обмоточная (эмалированная) проволока из меди.
  • Трехфазный инвертор, можно от сварочного аппарата, но максимально мощный.
  • Кожух для теплоизоляции котла.

Теперь можно приступать к работе. Начинаем с изготовления корпуса будущего котла. Берем трубу большего диаметра и вставляем внутрь вторую деталь. Их нужно вварить одну в другую так, чтобы между стенками элементов осталось некоторое расстояние.

Получившаяся деталь в разрезе будет напоминать баранку. В качестве основания и крышки корпуса используется стальной лист толщиной не менее 5 мм.

В результате получаем полый бак цилиндрической формы. Теперь нужно врезать в его стенки патрубки под трубы подачи холодной и отводе горячей жидкости. Конфигурация патрубка и его диаметр зависят от труб отопительной системы, возможно, дополнительно понадобятся переходники.

После этого можно приступать к намотке проволоки. Она аккуратно, под достаточным натяжением наматывается на корпус котла.

Принципиальная схема самодельного индукционного котла вихревого типа

Собственно, нагревательным элементом будет служить намотанная проволока, поэтому корпус прибора желательно закрыть теплоизоляционным кожухом. Так удастся сохранить максимум тепла и, соответственно, увеличить КПД устройства и сделать его безопасным.

Теперь нужно врезать котел в отопительную систему. Для этого теплоноситель сливается, отрезается нужный по длине участок трубы и на его место вваривается прибор.

Осталось только запитать отопительный прибор и не забыть подключить к нему инвертор. Устройство готово к эксплуатации. Но прежде, чем провести испытания, нужно заполнить магистраль теплоносителем.

Вы не знаете, какой теплоноситель выбрать для заполнения контура? Рекомендуем ознакомиться с характеристиками различных теплоносителей и рекомендациями по выбору оптимального типа жидкости для отопительного контура.

Только после закачки теплоносителя в систему проводить пробный пуск.

Сначала нужно запустить прибор на минимальной мощности и внимательно отследить качество сварных швов. Если все в порядке, мощность увеличиваем до максимума.

На нашем сайте есть еще одна инструкция по изготовлению индукционного прибора, который можно использовать для подогрева теплоносителя в системе отопления. Чтобы ознакомиться с процессом сборки индукционного нагревателя, переходите по этой ссылке.

Преимущества аппаратов

Инвертор для индукционного нагрева — это современное устройство, которое:

  • показывает высокий КПД (порядка 94–97 процентов);
  • предоставляет возможность повысить степень автоматизации;
  • позволяет повысить производительность предприятия;
  • изготавливается всего за 45 дней;
  • легко устанавливается и обслуживается;
  • несложное в управлении;
  • можно использовать для работы затратив минимум времени на подготовку;
  • автоматически определяет частоту контура нагрузки;
  • обладает эффективной защитой элементов, входящих в свой состав;
  • имеет сервисные такие сервисные функции, как педаль управления и таймер;
  • не имеет в своём составе элементов, которые быстро изнашиваются;
  • обладает практически такой же ценой, как и одна лампа;
  • отличается нелимитированной частотой включений и выключений;
  • может нагревать заготовки, как местным, так и избирательным способом;
  • с успехом обрабатывает мелкие детали, склонные повреждаться при применении элекроконтактного или газопламенного нагрева;
  • производит нагрев равномерно и по всей поверхности (это касается также сложных по конфигурации деталей);
  • обладает высокой степенью защиты IP;
  • способно совершать поверхностную закалку заготовок из металла.

Структура условного обозначения:

ВТГ-Х-ХХ-ХХХ УХЛ4 ВТГ — высокочастотный транзисторный генератор Х — номинальная выходная мощность, кВт ХХ — номинальная выходная частота, кГц ХХХ — модификация УХЛ — климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69

Тип преобразователя Мощность, кВт Рабочая частота, кГц Напряжение питающей сети, В Выходное напряжение, В
1 ВТГ — 2,5 – 22 2,5 18-25 220 300
2 ВТГ — 5 – 22 5 18-25 380 400
3 ВТГ — 5 – 440 5 420-460 380 400
4 ВТГ – 10 – 22 10 18-25 380 400
5 ВТГ – 10 – 44 10 35-45 380 400
6 ВТГ – 10 – 66 10 40-70 380 400
7 ВТГ – 10 – 440 10 420-460 380 400
8 ВТГ – 20 – 22 20 18-25 380 400
9 ВТГ – 20 – 44 20 35-45 380 400
10 ВТГ – 20 – 66 20 40-70 380 400
11 ВТГ – 20 – 440 20 420-460 380 400
12 ВТГ – 40 – 22 40 18-25 380 400
13 ВТГ – 40 – 44 40 35-45 380 400
14 ВТГ – 40 – 66 40 40-70 380 400
15 ВТГ – 40 – 440 40 420-460 380 400
16 ВТГ – 50 – 10 50 5-10 380 400
17 ВТГ – 50 – 22 50 18-25 380 400
18 ВТГ – 80 – 22 80 18-25 380 400
19 ВТГ – 80 – 44 80 35-45 380 400
20 ВТГ – 80 – 66 80 40-70 380 400
21 ВТГ – 100 – 10 100 5-10 380 360
22 ВТГ – 100 – 22 100 18-25 380 360
23 ВТГ – 100 – 44 100 35-45 380 360
24 ВТГ – 100 – 66 100 40-70 380 360
25 ВТГ – 120 – 66 120 40-70 380 560
26 ВТГ – 120 – 100 120 80-120 380 560
27 ВТГ – 160 – 22 160 18-25 380 400
28 ВТГ – 160 – 44 160 35-45 380 400
29 ВТГ – 160 – 66 160 40-70 380 400
30 ВТГ – 250 – 22 250 18-25 380 400

Как сделать такое оборудование своими руками

Ввиду большой стоимости прибора, многие хозяева решаются сделать систему отопления своими руками. Можно, потрудившись, найти схему как изготовить индукционный обогреватель своими руками. В интернете достаточно статей на эту тему. Здесь же хотелось бы описать принцип как изготовить самый простой прибор в домашних условиях.

Для простейшей системы понадобиться не большой набор инструментов: отвертка, паяльник и кусачки. И инструкция по изготовлению выглядит следующим образом:

  1. берем проволоку 7 миллиметров из нержавейки и нарезаем на кусочки примерно 5 миллиметров;
  2. готовим трубу, из пластика или металла, не имеет значения. Смотрим, чтобы толщина была примерно пять миллиметров. Такая толщина необходима для защиты от перегрева;
  3. заполняем трубу кусочками проволоки;
  1. с торцов трубы отверстия закройте сеточкой, чтобы обрезки проволоки случайно не высыпались;
  2. затем возьмите медную проволоку и обмотайте вокруг трубы спиралью, примерно 80-90 витков;
  3. в трубе прорежьте прямоугольное отверстие.
  4. вставьте в данное отверстие, изготовленный прибор.
  5. для следующего шага, необходим инвертор высокочастотный, который можно приобрести в магазине.

Принцип действия машин постоянного тока

Принцип действия машин постоянного тока.

Принцип действия генератора. Простейший генератор можно представить в виде витка, вращающегося в магнитном поле (рис. 1.4, а, б). Концы витка выведены на две пластины коллектора. К коллекторным пластинам прижимаются неподвижные щетки, к которым подключается внешняя цепь.

Принцип работы генератора основан на явлении электромагнитной индукции. Пусть виток приводится во вращение от внешнего приводного двигателя ПД. Проводники активной части витка пересекают магнитное поле и в них по закону электромагнитной индукции наводятся ЭДС e1 и e2, направление которых определяется по правилу правой руки. При вращении витка по направлению движения часовой стрелки в верхнем проводнике, находящемся под северным полюсом, ЭДС направлена от нас, а в нижнем, находящемся под южным полюсом, – к нам. По ходу витка ЭДС складываются, результирующая ЭДС е = е1 – е2.

Если внешняя цепь замкнута, то по ней потечет ток, направленный от нижней щетки к потребителю и от него – к верхней щетке. Нижняя щетка оказывается положительным выводом генератора, а верхняя – отрицательным. При повороте витка на 180° проводники из зоны одного полюса переходят в зону другого полюса и направление ЭДС в них изменяется на обратное. Одновременно верхняя коллекторная пластина входит в контакт с нижней щеткой, а нижняя – с верхней, направление тока во внешней цепи не изменяется. Таким образом, коллекторные пластины не только обеспечивают соединение вращающего витка с внешней цепью, но и выполняют роль переключающегося устройства, т. е. являются простейшим механическим выпрямителем.

Принцип действия двигателя. То же устройство работает в режиме электрического двигателя (рис. 1.5), если к щеткам подвести постоянное напряжение. Под дей­ствием напряжения U через щетки, пластины коллектора и виток потечет ток i. По закону электромагнитной силы (закон Ампера) взаимодействие тока и магнитного поля В создает силу f, которая направлена перпендикулярно i. Направление силы f определяется правилом левой руки (рис. 1.5): на верхний проводник сила действует вправо, на нижний – влево. Эта пара сил создает вращающий момент Мвр, поворачивающий виток по часовой стрелке. При переходе верхнего проводника в зону южного полюса, а нижнего – в зону северного полюса концы проводников и соединенные с ними коллекторные пластины вступают в контакт со щетками другой полярности.

Рис.1.5

Направление тока в проводниках витка изменяется на проти­воположное, а направление сил f, момента Мвр и тока во внешней цепи не изменяется. Виток непрерывно будет вращаться в магнитном поле и может приводить во вращение вал рабочего механизма (РМ).

Таким образом, коллектор в режиме двигателя не только обеспечивает контакт внешней цепи с витком, но и выполняет функцию механического инвертора, т.е. преобразует постоянный ток во внешней цепи в переменный ток в витке.

Рассмотрение принципа действия показывает, что машина постоянного тока может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя, т. е. обладает свойством обратимости.

Противодействующий момент и противо-ЭДС. При работе машины в режиме генератора по замкнутой внешней цепи и витку обмотки якоря протекает ток, направление которого совпадает с направлением ЭДС (рис. 1.4,6), взаимодействие тока с магнитным полем полюсов создает момент М, направленный в рассматриваемом случае против часовой стрелки. Так как приложенный к витку вращающий момент приводного двигателя Мвр направлен по часовой стрелке, то возникающий при работе генератора момент называется противодействующим моментом Мnp. По существу возникновение Мпр — это реакция машины на воздействие внешнего момента Мвр, а физическая природа противодействующего момента та же, что и вращающего момента у двигателя. В установившемся режиме работы генератора между Мвр и Мпр устанавливается равновесие и Мвр=Мпр.

При работе машины в режиме двигателя проводники якоря пересекают магнитное поле и в них наводится ЭДС (рис. 1.5,б). Ее направление определяется по правилу правой руки. В рассматриваемом случае она направлена против тока и, следовательно, навстречу приложенному напряжению сети U и поэтому называется противо-ЭДС Enp. Физическая природа противо-ЭДС та же, что и ЭДС генератора. В установившемся режиме работы двигателя между Enp и U устанавливается равновесие и можно считать, что Enp ≈ U .

Таким образом, при работе машины постоянного тока в любом режиме во вращающихся проводниках наводится ЭДС Е и возникает момент М, но роль их в разных режимах различная.

Принцип работы

Индукционный нагрев осуществляется при помощи следующих составляющих:

  • индуктора;
  • генератора;
  • нагреваемого предмета.

В качестве индуктора используется катушка, которую изготавливают из толстой медной проволоки. Посредством этой детали создается магнитное поле. При помощи генератора переменного тока вырабатывается ВЧ поток от обычной электросети 220 В и 50 Гц. Нагревательным элементом может быть любой металлический предмет, который способен поглощать тепловую энергию под воздействием магнитного поля.

Особенность магнитного поля заключается в том, что оно способно менять направление электромагнитных волн на ВЧ. При помещении внутрь поля металлического предмета, происходит нагрев металла без контакта с катушкой, благодаря вихревым токам.

Соприкосновение заготовки к нагревательному элементу необязательно. Главное, чтобы катушка равномерно охватывала нагреваемую поверхность детали.

Таким образом удается добиться минимальных потерь при переходе одного вида энергии в другую и при этом получить высокий КПД. Благодаря индукционному способу можно получить довольно быстрый нагрев поверхностных слоев. Например, для нагрева металлической заготовки диаметром около 40 мм и длиной 150 мм понадобится порядка 25 с.

Индукционные нагреватели чаще всего работают на частоте 10 кГц. Именно так удается получить максимальный КПД. Частоту можно регулировать, что зависит от таких показателей:

  • температура нагреваемого предмета;
  • требуемая производительность нагрева;
  • поперечное сечение предмета.
Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.