Schematické schéma činnosti indukčního ohřívače

Až dosud jsme z celého zařízení nutného pro indukční ohřev uvažovali pouze o induktoru. K napájení induktorů lze použít následující zdroje:

1. Síťová frekvence 50 Hz;
2. Strojní frekvenční měniče, které produkují proud o frekvenci 500 až 8000 Hz,
3. Elektronkové generátory jsou zdroje proudu s frekvencí od 70 kHz do několika megahertzů.
4. Indukční instalace HDTV založené na moderních tranzistorech IGBT a MOSFET (přidáno editorem elisit.ru)

V průmyslu jsou nejrozšířenější instalace napájené strojními frekvenčními měniči.

Rýže. 7. Schéma zapojení indukčního topného zařízení:
1 – vysokofrekvenční strojní generátor; 2 — zesilovač elektrického stroje, který řídí režim vytápění; 3 — stykač pro zapínání a vypínání topení; 4 — skříň s měřicími přístroji a ovládacím zařízením pro provoz zesilovače elektrického stroje 2; 5 — vysokofrekvenční autotransformátor pro regulaci napětí na induktoru; 6 – induktor; 7 — fotopyrometr a jeho zesilovač; 8 – posunovač, který přivádí obrobky do induktoru; 9 — dálkové ovládání s prvky automatického ovládacího obvodu pro ovládání tlačníku; 10 – baterie kondenzátorů.

Na Obr. Obrázek 7 ukazuje schematické elektrické schéma zobrazující všechny hlavní prvky indukčního ohřívacího zařízení napájeného strojním frekvenčním měničem. Typ vysokofrekvenčního nebo vysokofrekvenčního zdroje proudu nebo generátoru se volí v souladu s frekvencí a výkonem potřebným k ohřevu obrobků daného tvaru s daným výkonem.

Režim vytápění je řízen pomocí elektrického stroje nebo magnetického zesilovače. Zapínání a vypínání topení pomocí stykače se používá při paralelním napájení z jednoho generátoru do několika topných zařízení.

Když je topné zařízení napájeno jednotlivě, lze vytápění zapínat a vypínat buď stykačem, nebo zapínáním a vypínáním buzení generátoru.

Pro sledování provozního režimu zařízení slouží sada měřicích přístrojů s proudovými a napěťovými transformátory.

K regulaci napětí dodávaného do induktoru a následně i výkonu přenášeného na ohřívané obrobky se používá vysokofrekvenční autotransformátor. V případě centralizovaného napájení je instalován autotransformátor. Při individuálním napájení jednoho topného zařízení se napětí přiváděné na induktor mění regulací budícího proudu generátoru. Rozměry a tvar induktoru jsou určeny rozměry a tvarem obrobku a také požadovaným výkonem zařízení.

Fotopyrometr se zesilovačem je použit jako snímač pro systém automatického řízení vytápění.

Zahřáté obrobky jsou přiváděny do a z induktoru pro následné zpracování pomocí speciálního mechanismu.

První čtyři prvky okruhu jsou obvykle umístěny v samostatné místnosti – generátorové stanici. Zbytek, v závislosti na zvolené metodě uspořádání, je smontován v jedné nebo více budovách, instalován v dílně a tvoří skutečnou jednotku, která se obvykle nazývá „indukční ohřívač“.

Ohřívače jsou napájeny jak samostatným okruhem, kdy je jeden ohřívač připojen k jednomu nebo několika paralelně pracujícím frekvenčním měničům, tak i centralizovaným okruhem, kdy je k centrální výrobně připojeno několik ohřívačů.

Jednotlivé napájecí obvody se používají při instalaci jednoho ohřívače v dílně a v případech, kdy je instalováno více ohřívačů, pokud se výkon každého ohřívače během provozu mírně mění. Při instalaci velkého počtu ohřívačů v dílně s výrazně proměnlivou spotřebou energie je nutné použít obvody centralizovaného napájení.

V tomto případě lze lépe využít generátory. Když se sníží výkon spotřebovaný několika ohřívači, některé generátory se mohou zastavit. Protože všechny ohřívače obvykle nepracují současně při maximální zátěži, celkový instalovaný výkon generátorů může být při centrálním napájení nižší.

Při individuálním napájení je režim vytápění dán napětím na generátoru, které je udržováno na nastavené úrovni pomocí automatického regulátoru s elektrickým strojem nebo magnetickým zesilovačem. Při centralizovaném napájení se napětí na přípojnicích, ke kterým jsou paralelně připojeny všechny generátory, automaticky udržuje stejné jako jmenovité napětí generátorů.

Napětí na každém jednotlivém ohřívači a tím i jeho provozní režim se nastavuje pomocí autotransformátoru.

Existují dvě schémata pro přenos energie z přípojnic do ohřívačů s centralizovaným napájením:

1. Jeden nebo dva vývody připojené k přípojnicím jsou položeny v dílně. Ohřívače jsou připojeny paralelně k podavačům;
2. Ke každému ohřívači je z přípojnic položen samostatný napáječ.

Nevýhodou prvního způsobu vedení energie je vzájemné ovlivňování ohřívačů při provozu. V tomto případě lze stabilitu teploty ohřívaných obrobků zajistit pouze použitím fotopyrometru, v tomto případě se však teplotní rozdíl mezi povrchem a jádrem obrobku může lišit od stanoveného. Výkon ohřívače se také může změnit.

Druhý způsob odvodu energie je bez těchto nevýhod, ale je spojen s pokládkou velkého počtu vedení, a tedy s velkými investičními náklady. Navzdory tomu by měla být dána přednost druhému způsobu. V tomto případě lze stálost teploty obrobků zajistit jak pomocí fotopyrometru, tak pomocí časového relé.

Zdroj: “Aplikace průchozího indukčního ohřevu v průmyslu” Bogdanov V.N., Ryskin S.E.

Před časem jsme v Číně zakoupili dvojici indukčních měničů s nadějí, že i přes jednoduchost provedení a malý počet rádiových součástek bude možné později toto zařízení použít v dílně např. jako pomáhá při uvolňování zaseknutých šroubů nebo při kalení kovů malých rozměrů. Jak se ukázalo, 100 W výkonu je pro tyto účely velmi málo, nicméně zařízení funguje velmi dobře a efektivně, o nic horší než domácí.

Schematické schéma indukčního ohřívače

Na první pohled na desku je vidět, že počet prvků je omezen na požadované minimum. Obvod se skládá ze dvou MOSFETů, dvou vysokorychlostních diod, dvou induktorů, rezistorů a rezonančních prvků – tedy externí cívky a velké kapacity.

Pojďme k testování obvodu

Při prvních zkouškách generátoru při určování limitu výkonu došlo k vyhoření tranzistorů. Zkoušeli jsme zde IRFR120, ale kvůli nízkému maximálnímu proudu vydržely jen pár sekund. Pak přišel na řadu IRFR2905 – to jsou nízkonapěťové 50 A tranzistory, se kterými topení fungovalo ještě lépe než s původními mosfety, kde značení není vůbec vidět.

Užitečné informace na webu:
Garážové topení založené na stacionárním topení automobilu

Při připojení konstantního napětí 12 V odebírá zařízení asi 1,8 A. Když se kovový předmět přiblíží k cívce, proud začne narůstat. Ve špičce bylo možné dosáhnout proudu cca 12 A, což dává téměř 150 W, tedy ještě více, než uvádí výrobce. Při nečinnosti je spotřeba cca 20 W a nic se nehřeje, což může naznačovat, že celá konstrukce funguje správně.

Pro test byl použit jednoduchý transformátorový zdroj. Během experimentů byly testovány tři prvky na ohřev: 6 mm šroubovák, 8 mm šroub a stejný šroub se dvěma maticemi.

Jak vidíte, středně velký šroubovák se s tímto zařízením dokáže zahřát do bodu varu do 2 minut. To je docela hodný výsledek. Pokud si můžeme doma vytvrdit hrot šroubováku, pak se bude takové topidlo hodit.

Užitečné informace na webu:
Jak vyrobit lithiovou baterii pro elektromobil

Zahřátí šroubu na bod varu trvá asi 3 minuty – také dobrý výsledek, vzhledem k jednoduchosti zařízení.

Zahřátí šroubu se dvěma maticemi trvalo 4 minuty – docela dlouho. Zařízení tímto způsobem můžete použít k zahřátí uvíznuté matice, abyste ji mohli odšroubovat, ale proces bude dlouhý a nepohodlný. Navíc se může stát, že jej nebude možné úplně zasunout do cívky, což výrazně zhorší účinnost této operace.

Indukční ohřívač stál asi 9 dolarů, to znamená méně než 600 rublů. To je malé množství na zařízení, které dokáže účinně zahřívat malé kovové předměty. Tento ohřívač samozřejmě nemůžete srovnávat s dražšími podobnými zařízeními, které stojí několik tisíc rublů (které jsou také k dispozici na Ali), ale pro domácí, amatérské nebo dokonce malé dílenské aplikace je to docela užitečné.