Le principe du chauffage par induction est de convertir l'énergie d'un champ électromagnétique absorbé par un objet chauffé électriquement conducteur en énergie thermique.

Dans les installations de chauffage par induction, un champ électromagnétique est créé par un inducteur, qui est une bobine cylindrique multitour (solénoïde). Une variable est passée à travers l'inductance électricité, résultant en un champ magnétique alternatif variant dans le temps autour de l'inducteur. C'est la première transformation de l'énergie d'un champ électromagnétique, décrite par la première équation de Maxwell.

L'objet à chauffer est placé à l'intérieur ou à proximité de l'inducteur. Le flux changeant (dans le temps) du vecteur d'induction magnétique créé par l'inducteur pénètre dans l'objet chauffé et induit champ électrique. Les lignes électriques de ce champ sont situées dans un plan perpendiculaire à la direction du flux magnétique et sont fermées, c'est-à-dire que le champ électrique dans l'objet chauffé a un caractère vortex. Sous l'action d'un champ électrique, selon la loi d'Ohm, des courants de conduction (courants de Foucault) apparaissent. C'est la deuxième transformation de l'énergie du champ électromagnétique, décrite par la deuxième équation de Maxwell.

Dans un objet chauffé, l'énergie du champ électrique alternatif induit se transforme irréversiblement en chaleur. Une telle dissipation thermique d'énergie, entraînant un échauffement de l'objet, est déterminée par l'existence de courants de conduction (courants de Foucault). Il s'agit de la troisième transformation de l'énergie du champ électromagnétique, et le rapport d'énergie de cette transformation est décrit par la loi de Lenz-Joule.

Les transformations décrites de l'énergie du champ électromagnétique permettent :
1) transférer l'énergie électrique de l'inducteur à l'objet chauffé sans recourir à des contacts (contrairement aux fours à résistance)
2) libèrent de la chaleur directement dans l'objet chauffé (le soi-disant "four avec une source de chauffage interne" dans la terminologie du professeur N.V. Okorokov), à la suite de quoi l'utilisation de l'énergie thermique est la plus parfaite et le taux de chauffage augmente significativement (par rapport aux fours dits « à source de chauffage externe »).

L'amplitude de l'intensité du champ électrique dans un objet chauffé est influencée par deux facteurs : l'amplitude du flux magnétique, c'est-à-dire le nombre de lignes de champ magnétique pénétrant dans l'objet (ou couplées à l'objet chauffé) et la fréquence de l'alimentation courant, c'est-à-dire la fréquence des changements (dans le temps ) du flux magnétique couplé à l'objet chauffé.

Cela permet de réaliser deux types d'installations de chauffage par induction, qui diffèrent tant par leur conception que par leur propriétés opérationnelles: unités d'induction avec et sans noyau.

Selon l'objectif technologique, les installations de chauffage par induction sont divisées en fours de fusion pour la fonte des métaux et les installations de chauffage pour traitement thermique(trempe, revenu), pour le chauffage à fond des pièces avant déformation plastique(forgeage, emboutissage), pour le soudage, le brasage et le rechargement, pour le traitement chimique et thermique des produits, etc.

Selon la fréquence de variation du courant alimentant l'installation de chauffage par induction, on distingue :
1) installations de fréquence industrielle (50 Hz), alimentées directement par le réseau ou par des transformateurs abaisseurs ;
2) installations à fréquence augmentée (500-10000 Hz), alimentées par des convertisseurs de fréquence électriques ou à semi-conducteurs;
3) installations à haute fréquence (66 000-440 000 Hz et plus), alimentées par des générateurs électroniques à tubes.

Installations de chauffage par induction du cœur

Dans le four de fusion (Fig. 1), un inducteur multi-tours cylindrique constitué d'un tube profilé en cuivre est monté sur un noyau fermé en tôle d'acier électrique (épaisseur de tôle 0,5 mm). Un revêtement en céramique réfractaire est placé autour de l'inducteur avec un canal annulaire étroit (horizontal ou vertical) où se trouve le métal liquide. Condition nécessaire travail est un anneau électriquement conducteur fermé. Par conséquent, il est impossible de faire fondre des pièces individuelles de métal solide dans un tel four. Pour démarrer le four, il est nécessaire de verser une partie du métal liquide d'un autre four dans le canal ou de laisser une partie du métal liquide de la fonte précédente (la capacité résiduelle du four).

Fig. 1. Schéma du dispositif à induction four à canal: 1 - indicateur ; 2 - métal; 3 - canal ; 4 - circuit magnétique ; Ф - flux magnétique principal; Ф 1р et Ф 2р - flux magnétiques de diffusion; U 1 et I 1 - tension et courant dans le circuit inducteur; I 2 - courant de conduction dans le métal

Dans le circuit magnétique en acier du four à canal à induction, un flux magnétique de travail important est fermé et seule une petite partie du flux magnétique total créé par l'inducteur est fermée dans l'air sous la forme d'un flux de diffusion. Par conséquent, de tels fours fonctionnent avec succès à une fréquence industrielle (50 Hz).

Actuellement, il existe un grand nombre de types et de conceptions de tels fours développés au VNIIETO (monophasé et multiphasé avec un et plusieurs canaux, avec un canal fermé vertical et horizontal formes différentes). Ces fours sont utilisés pour la fusion de métaux non ferreux et d'alliages à point de fusion relativement bas, ainsi que pour la production de fonte de haute qualité. Lors de la fusion de la fonte, le four est utilisé soit comme accumulateur (mélangeur), soit comme unité de fusion. Conceptions et Caractéristiques les fours à canal à induction modernes sont donnés dans la littérature spécialisée.

Unités de chauffage par induction sans noyau

Dans un four de fusion (Fig. 2), le métal fondu se trouve dans un creuset en céramique placé à l'intérieur d'un inducteur multitour cylindrique. constitué d'un tube profilé en cuivre à travers lequel passe l'eau de refroidissement. Vous pouvez en savoir plus sur la conception de l'inducteur.

L'absence d'âme en acier entraîne une forte augmentation du flux magnétique de fuite ; le nombre de lignes de force magnétiques liées au métal dans le creuset sera extrêmement faible. Cette circonstance nécessite une augmentation correspondante de la fréquence de changement (dans le temps) du champ électromagnétique. Par conséquent, pour un fonctionnement efficace des fours à creuset à induction, il est nécessaire de les alimenter avec des courants de fréquence accrue et, dans certains cas, de fréquence élevée à partir de convertisseurs de courant appropriés. De tels fours ont un facteur de puissance propre très faible (cos φ = 0,03-0,10). Par conséquent, il est nécessaire d'utiliser des condensateurs pour compenser la puissance réactive (inductive).

Actuellement, il existe plusieurs types de fours à creuset à induction développés au VNIIETO sous forme de gammes dimensionnelles appropriées (en termes de capacité) de haute, haute et haute fréquence industrielle, pour la fusion de l'acier (type IST).

Riz. 2. Schéma du dispositif du four à creuset à induction: 1 - inducteur; 2 - métal; 3 - creuset (les flèches montrent la trajectoire de circulation du métal liquide à la suite de phénomènes électrodynamiques)

Les avantages des fours à creuset sont les suivants : chaleur dégagée directement dans le métal, haute uniformité du métal en composition chimique et en température, aucune source de contamination métallique (autre que le revêtement du creuset), facilité de contrôle et de régulation du processus de fusion, travail hygiénique conditions. De plus, les fours à creuset à induction se caractérisent par : une productivité plus élevée due à une puissance de chauffage spécifique (par unité de capacité) élevée ; la capacité de faire fondre une charge solide sans laisser de métal de la fusion précédente (contrairement aux fours à canaux) ; faible masse du garnissage par rapport à la masse de métal, ce qui réduit l'accumulation d'énergie thermique dans le garnissage du creuset, réduit l'inertie thermique du four et rend les fours de fusion de ce type exceptionnellement pratiques pour travail périodique avec des pauses entre les séries, en particulier pour les ateliers de formage et de fonderie des usines de construction mécanique ; la compacité du four, qui vous permet d'isoler simplement l'espace de travail de environnement et d'effectuer la fusion sous vide ou en milieu gazeux d'une composition donnée. Par conséquent, les fours à creuset à induction sous vide (type ISV) sont largement utilisés en métallurgie.

Outre les avantages des fours à creuset à induction, il existe les lacunes suivantes: la présence de scories relativement froides (la température des scories est inférieure à la température du métal), ce qui rend difficile la réalisation de processus d'affinage lors de la fusion d'aciers de haute qualité ; équipements électriques complexes et coûteux ; faible durabilité du revêtement aux fortes variations de température en raison de la faible inertie thermique du revêtement du creuset et de l'effet d'érosion du métal liquide lors des phénomènes électrodynamiques. De tels fours sont donc utilisés pour refondre des déchets alliés afin de réduire le gaspillage d'éléments.

Références:
1. Egorov A.V., Morzhin A.F. Fours électriques (pour la production d'acier). M. : "Métallurgie", 1975, 352 p.

La fusion par induction est un procédé largement utilisé dans la métallurgie ferreuse et non ferreuse. La fusion dans les appareils de chauffage par induction est souvent supérieure à la fusion au combustible en termes d'efficacité énergétique, de qualité des produits et de flexibilité de production. Ces pré-

technologies électriques modernes

propriétés sont dues aux caractéristiques physiques spécifiques des fours à induction.

Lors de la fusion par induction, un matériau solide est transféré dans une phase liquide sous l'influence d'un champ électromagnétique. Comme dans le cas du chauffage par induction, de la chaleur est générée dans le matériau fondu en raison de l'effet Joule des courants de Foucault induits. Le courant primaire traversant l'inductance crée un champ électromagnétique. Que le champ électromagnétique soit concentré ou non par des circuits magnétiques, le système couplé inductance-charge peut être représenté comme un transformateur avec un circuit magnétique ou comme un transformateur à air. L'efficacité électrique du système dépend fortement des caractéristiques d'influence de champ des éléments structurels ferromagnétiques.

Parallèlement aux phénomènes électromagnétiques et thermiques, les forces électrodynamiques jouent un rôle important dans le processus de fusion par induction. Ces efforts doivent être pris en compte, notamment dans le cas d'une fusion dans de puissants fours à induction. L'interaction des courants électriques induits dans la fonte avec le champ magnétique résultant provoque une force mécanique (force de Lorentz)

Flux de fusion sous pression

Riz. 7.21. L'action des forces électromagnétiques

Par exemple, le mouvement turbulent de la masse fondue provoqué par des forces a un effet très grande importanceà la fois pour un bon transfert de chaleur et pour le mélange et l'adhérence des particules non conductrices dans la masse fondue.

Il existe deux principaux types de fours à induction : les fours à creuset à induction (ITF) et les fours à canal à induction (IKP). Dans ITP, le matériau fondu est généralement chargé en morceaux dans le creuset (Fig. 7.22). L'inducteur recouvre le creuset et la matière fondue. Du fait de l'absence de champ de concentration du circuit magnétique, la liaison électromagnétique entre

technologies électriques modernes

l'inducteur et la charge dépendent fortement de l'épaisseur de paroi du creuset en céramique. Pour assurer un rendement électrique élevé, l'isolation doit être aussi fine que possible. D'autre part, la doublure doit être suffisamment épaisse pour résister aux contraintes thermiques et

mouvement en métal. Par conséquent, un compromis doit être recherché entre les critères électriques et de résistance.

Les caractéristiques importantes de la fusion par induction en IHF sont le mouvement de la masse fondue et du ménisque sous l'action des forces électromagnétiques. Le mouvement de la masse fondue assure à la fois une répartition uniforme de la température et une composition chimique. L'effet de mélange à la surface du bain réduit les pertes de matière lors du rechargement de petits lots et d'additifs. Malgré l'utilisation de matériaux bon marché, la reproduction d'une masse fondue de composition constante assure une haute qualité de coulée.

Selon la taille, le type de matière à fondre et le domaine d'application, les ITP fonctionnent à une fréquence industrielle (50 Hz) ou moyenne

technologies électriques modernes

à des fréquences allant jusqu'à 1000 Hz. Ces derniers deviennent de plus en plus importants en raison de leur efficacité élevée dans la fusion de la fonte et de l'aluminium. Etant donné que le mouvement de la masse fondue à puissance constante est atténué avec une fréquence croissante, des puissances spécifiques plus élevées deviennent disponibles à des fréquences plus élevées et, par conséquent, une plus grande productivité. Du fait de la puissance plus élevée, le temps de fusion est raccourci, ce qui conduit à une augmentation de l'efficacité du procédé (par rapport aux fours fonctionnant à fréquence industrielle). Compte tenu d'autres avantages technologiques, tels que la flexibilité dans le changement des matériaux à fondre, les IHF à moyenne fréquence sont conçues comme les puissantes unités de fusion qui dominent actuellement la fonderie de fer. Les ITP modernes à haute puissance et moyenne fréquence pour la fusion du fer ont une capacité allant jusqu'à 12 tonnes et une puissance allant jusqu'à 10 MW. Les ITP à fréquence industrielle sont conçus pour des capacités supérieures à celles à moyenne fréquence, jusqu'à 150 tonnes pour la fonte du fer. Le mélange intensif du bain est d'une importance particulière dans la fusion d'alliages homogènes, tels que le laiton, de sorte que les ITP à fréquence industrielle sont largement utilisés dans ce domaine. Parallèlement à l'utilisation de fours à creuset pour la fusion, ils sont également actuellement utilisés pour retenir le métal liquide avant la coulée.

Conformément au bilan énergétique d'ITP (Fig. 7.23), le niveau d'efficacité électrique de presque tous les types de fours est d'environ 0,8. Environ 20% de l'énergie d'origine est perdue dans l'inducteur sous forme de Joe - chaleur. Le rapport des pertes de chaleur à travers les parois du creuset à celle induite dans le bain énergie électrique atteint 10%, le rendement total du four est donc d'environ 0,7.

Le deuxième type de fours à induction répandu est l'ICP. Ils sont utilisés pour la coulée, le maintien et surtout la fusion dans la métallurgie ferreuse et non ferreuse. L'ICP se compose généralement d'un bain céramique et d'une ou plusieurs unités d'induction (Fig. 7.24). À

principe, l'unité d'induction peut être représentée comme un transformateur

Le principe de fonctionnement des ICP nécessite une boucle secondaire fermée en permanence, ces fours fonctionnent donc avec le résidu liquide de la fonte. La chaleur utile est générée principalement dans le canal ayant une petite section transversale. La circulation de la masse fondue sous l'action des forces électromagnétiques et thermiques assure un transfert de chaleur suffisant vers la masse de la masse fondue dans le bain. Jusqu'à présent, les ICP étaient conçus pour la fréquence industrielle, mais travail de recherche effectué pour des fréquences plus élevées. Du fait de la conception compacte du four et du très bon couplage électromagnétique, son rendement électrique atteint 95%, et le rendement global atteint 80% voire 90% selon la matière à fondre.

Conformément aux conditions technologiques dans différents domaines d'application de l'ICP, différentes conceptions de canaux d'induction sont nécessaires. Les fours monocanal sont principalement utilisés pour le maintien et la coulée,

technologies électriques modernes

fusion d'acier plus rare à des capacités installées jusqu'à 3 MW. Pour la fusion et le maintien des métaux non ferreux, les conceptions à deux canaux sont préférables, fournissant meilleure utilisationénergie. Dans les fonderies d'aluminium, les canaux sont droits pour faciliter le nettoyage.

La production d'aluminium, de cuivre, de laiton et de leurs alliages est le principal domaine d'application de l'ICP. Aujourd'hui, les ICP les plus puissants avec une capacité de

jusqu'à 70 tonnes et une puissance allant jusqu'à 3 MW sont utilisées pour la fusion de l'aluminium. Outre une efficacité électrique élevée dans la production d'aluminium, de faibles pertes à l'état fondu sont très importantes, ce qui prédétermine le choix de l'ICP.

Les applications prometteuses de la technologie de fusion par induction sont la production de métaux de haute pureté tels que le titane et ses alliages dans des fours à induction à creuset froid et la fusion de céramiques telles que le silicate de zirconium et l'oxyde de zirconium.

Lors de la fusion dans des fours à induction, les avantages du chauffage par induction se manifestent clairement, tels qu'une densité d'énergie et une productivité élevées, une homogénéisation de la masse fondue due à l'agitation, une précision

technologies électriques modernes

contrôle de l'énergie et de la température, ainsi que la facilité du contrôle automatique des processus, la facilité du contrôle manuel et une grande flexibilité. Le rendement électrique et thermique élevé, associé à de faibles pertes à l'état fondu et donc à des économies de matières premières, se traduit par une faible consommation spécifique compétitivité énergétique et environnementale.

La supériorité des dispositifs de fusion par induction sur ceux à combustible ne cesse d'augmenter grâce à la recherche pratique, appuyée par des méthodes numériques pour résoudre les problèmes électromagnétiques et hydrodynamiques. A titre d'exemple, on peut noter le revêtement interne par des lamelles de cuivre de l'enveloppe en acier de l'ICP pour la fusion du cuivre. La réduction des pertes dues aux courants de Foucault a augmenté l'efficacité du four de 8%, et il a atteint 92%.

Une amélioration supplémentaire des performances économiques de la fusion par induction est possible grâce à l'utilisation de technologies modernes commandes telles que la commande en tandem ou à double puissance. Deux ITP en tandem ont une source d'alimentation, et pendant que la fusion est en cours dans l'un, le métal en fusion est retenu dans l'autre pour être coulé. La commutation de la source d'alimentation d'un four à un autre augmente son utilisation. Un autre développement de ce principe est le contrôle d'alimentation double (Fig. 7.25), qui assure un fonctionnement simultané continu des fours sans commutation à l'aide d'une automatisation spéciale du contrôle des processus. Il convient également de noter qu'une partie intégrante de l'économie de la fonderie est la compensation de la puissance réactive totale.

En conclusion, pour démontrer les avantages de la technologie d'induction économe en énergie et en matériaux, les méthodes de fusion de combustible et électrothermique de l'aluminium peuvent être comparées. Riz. 7.26 montre une réduction significative de la consommation d'énergie par tonne d'aluminium lors de la fusion dans

Chapitre 7

□ perte de métal ; Chut de fusion

technologies électriques modernes

four à canal à induction d'une capacité de 50 tonnes.L'énergie finale consommée est réduite d'environ 60%, et l'énergie primaire de 20%. Dans le même temps, les émissions de CO2 sont considérablement réduites. (Tous les calculs sont basés sur la conversion énergétique allemande typique et les émissions de CO2 des centrales électriques mixtes). Les résultats obtenus soulignent l'effet particulier des pertes de métal lors de la fusion liées à son oxydation. Leur compensation nécessite une importante dépense d'énergie supplémentaire. Il est à noter que dans la production de cuivre, les pertes de métal lors de la fusion sont également importantes et doivent être prises en compte lors du choix de l'une ou l'autre technologie de fusion.

Le monde a déjà formé des technologies bien établies pour la production de métal et d'acier, qui sont aujourd'hui utilisées par les entreprises métallurgiques. Celles-ci incluent: une méthode de conversion pour produire du métal, laminer, étirer, couler, emboutir, forger, presser, etc. Cependant, la plus courante dans les conditions modernes est la refusion du métal et de l'acier dans des convecteurs, des fours à foyer ouvert et des fours électriques. Chacune de ces technologies présente un certain nombre d'inconvénients et d'avantages. Cependant, le plus parfait et dernière technologie aujourd'hui, c'est la production d'acier dans des fours électriques. Les principaux avantages de cette dernière par rapport aux autres technologies sont une productivité élevée et le respect de l'environnement. Considérez comment assembler un appareil où le métal sera fondu à la maison de vos propres mains.

Four électrique à induction de petite taille pour fondre les métaux à la maison

Faire fondre des métaux à la maison est possible si vous avez un four électrique que vous pouvez faire vous-même. Envisagez la création d'un four électrique inductif de petite taille pour la production d'alliages homogènes (OS). Par rapport aux analogues, l'installation créée différera par les caractéristiques suivantes:

• faible coût (jusqu'à 10 000 roubles), tandis que le coût des analogues est de 150 000 roubles;
• possibilité de régulation régime de température;
• la possibilité de fusion à grande vitesse de métaux en petits volumes, ce qui permet à l'installation d'être utilisée non seulement dans le domaine scientifique, mais aussi, par exemple, dans les domaines de la joaillerie, dentaire, etc.
• uniformité et vitesse de chauffage;
• la possibilité de placer le corps de travail dans le four sous vide ;
• dimensions relativement petites;
• faible niveau de bruit, absence presque totale de fumée, ce qui augmentera la productivité du travail lors du travail avec l'installation;
• la possibilité de travailler à la fois à partir d'un réseau monophasé et à partir d'un réseau triphasé.

Sélection du type de schéma

Le plus souvent, lors de la construction d'appareils de chauffage par induction, trois principaux types de circuits sont utilisés : demi-pont, pont asymétrique et pont complet. Lors de la conception de cette installation, deux types de circuits ont été utilisés - un demi-pont et un pont complet avec régulation de fréquence. Ce choix a été motivé par la nécessité d'un contrôle du facteur de puissance. Le problème s'est posé de maintenir le mode de résonance dans le circuit, car c'est avec son aide que la valeur de puissance requise peut être ajustée. Il existe deux manières de contrôler la résonance :

• en changeant la capacité;
• en changeant la fréquence.

Dans notre cas, la résonance est maintenue en ajustant la fréquence. C'est cette caractéristique qui a motivé le choix du type de circuit avec régulation de fréquence.

Analyse des composants du circuit

En analysant le fonctionnement d'un four à induction pour la fusion du métal à domicile (IP), on distingue trois parties principales : un générateur, un bloc d'alimentation et un bloc d'alimentation. Pour fournir la fréquence nécessaire pendant le fonctionnement de l'installation, un générateur est utilisé, qui, afin d'éviter les interférences d'autres unités de l'installation, leur est connecté via une solution galvanique sous la forme d'un transformateur. Pour fournir le circuit de tension d'alimentation, une unité d'alimentation est nécessaire, ce qui garantit le fonctionnement sûr et fiable des éléments de puissance de la structure. En fait, c'est l'unité de puissance qui génère les signaux puissants nécessaires pour créer le facteur de puissance souhaité à la sortie du circuit.

La figure 1 montre un schéma de principe général d'une installation d'induction.

Créer un schéma de câblage

Schéma de câblage (câblage) montrant les connexions parties constitutives produits et définit les fils, les câbles qui réalisent ces connexions, ainsi que les lieux de leur connexion.

Pour faciliter l'installation ultérieure de l'installation, un schéma de connexion a été développé, reflétant les principaux contacts entre les blocs fonctionnels du four (Fig. 2).

Générateur de fréquence

Le bloc IP le plus complexe est le générateur. Il fournit la fréquence de fonctionnement souhaitée de l'installation et crée les conditions initiales pour l'obtention d'un circuit résonnant. En tant que source d'oscillations, un contrôleur spécialisé d'impulsions électroniques de type KR1211EU1 est utilisé (Fig. 3). Ce choix était dû à la capacité de ce microcircuit à fonctionner dans une gamme de fréquence assez large (jusqu'à 5 MHz), ce qui permet d'obtenir une valeur de puissance élevée en sortie du bloc de puissance du circuit.

Les figures 4.5 montrent un schéma de principe d'un générateur de fréquence et un schéma d'un tableau électrique.

Le microcircuit KR1211EU1 génère des signaux d'une fréquence donnée, qui peut être modifiée à l'aide d'une résistance de contrôle installée à l'extérieur du microcircuit. De plus, les signaux tombent sur des transistors fonctionnant en mode clé. Dans notre cas, le silicium FET avec un portail isolé type KP727. Leurs avantages sont les suivants : le courant d'impulsion maximal admissible qu'ils peuvent supporter est de 56 A ; la tension maximale est de 50 V. La gamme de ces indicateurs nous convient parfaitement. Mais, en rapport avec cela, il y avait un problème de surchauffe importante. C'est pour résoudre ce problème qu'un mode clé est nécessaire, ce qui réduira le temps passé par les transistors en état de marche.

Source de courant

Ce bloc assure l'alimentation des unités exécutives de l'installation. Sa principale caractéristique est la possibilité de travailler à partir d'un réseau monophasé et triphasé. Une alimentation 380V est utilisée pour améliorer le facteur de puissance dissipée dans l'inductance.

La tension d'entrée est appliquée au pont redresseur, qui convertit la tension alternative de 220 V en une tension continue pulsée. Des condensateurs de stockage sont connectés aux sorties du pont, qui maintiennent un niveau de tension constant après le retrait de la charge de l'installation. Pour assurer la fiabilité de l'installation, l'appareil est équipé d'un interrupteur automatique.

Bloc de puissance

Ce bloc permet une amplification directe du signal et la création d'un circuit résonant, en modifiant la capacité du cercle. Les signaux du générateur vont à des transistors qui fonctionnent en mode amplification. Ainsi, en s'ouvrant à des moments différents, ils excitent les circuits électriques passant par un transformateur élévateur et faisant passer le courant de puissance à travers celui-ci dans différentes directions. En conséquence, à la sortie du transformateur (Tr1), nous obtenons un signal augmenté avec une fréquence donnée. Ce signal est appliqué à l'installation avec une inductance. Une installation avec inductance (Tr2 sur le schéma) est constituée d'une inductance et d'un ensemble de condensateurs (C13 - Sp). Les condensateurs ont une capacité spécialement sélectionnée et créent circuit oscillatoire, qui permet de régler le niveau d'inductance. Ce circuit doit fonctionner en mode résonance, ce qui provoque une augmentation rapide de la fréquence du signal dans l'inductance, et une augmentation des courants d'induction, à cause de laquelle se produit l'échauffement proprement dit. La figure 7 montre schéma bloc de puissance du four à induction.

Inducteur et caractéristiques de son travail

Inducteur - un dispositif spécial pour transférer l'énergie d'une source d'alimentation à un produit, il chauffe. Les inducteurs sont généralement fabriqués à partir de tubes de cuivre. Pendant le fonctionnement, il est refroidi par de l'eau courante.

La fusion de métaux non ferreux à domicile à l'aide d'un four à induction consiste en la pénétration de courants d'induction au milieu des métaux, qui surviennent en raison de la fréquence élevée du changement de tension appliqué aux bornes de l'inducteur. La puissance de l'installation dépend de l'amplitude de la tension appliquée et de sa fréquence. La fréquence affecte l'intensité des courants d'induction et, par conséquent, la température au milieu de l'inducteur. Plus la fréquence et la durée de fonctionnement de l'installation sont importantes, mieux les métaux sont mélangés. L'inducteur lui-même et les sens de circulation des courants d'induction sont illustrés à la figure 8.

Pour un mélange homogène et pour éviter la contamination de l'alliage par des éléments étrangers, tels que des électrodes d'un réservoir d'alliage, un inducteur à bobine inversée est utilisé comme illustré à la figure 9. C'est grâce à cette bobine qu'un champ électromagnétique est créé qui maintient le métal dans l'air, dépassant la force de gravité de la Terre.

Assemblage final de l'usine

Chacun des blocs est fixé au corps du four à induction à l'aide de supports spéciaux. Ceci est fait afin d'éviter les contacts indésirables des pièces conductrices de courant avec le revêtement métallique du boîtier lui-même (Fig. 10).

Pour un travail en toute sécurité avec l'installation, celle-ci est complètement fermée par un boîtier solide (Fig. 11), afin de créer une barrière entre les éléments structurels dangereux et le corps d'une personne travaillant avec.

Pour faciliter la configuration de l'installation d'induction dans son ensemble, un panneau d'indication a été conçu pour accueillir les appareils métrologiques, à l'aide desquels tous les paramètres de l'installation sont contrôlés. Ces dispositifs métrologiques comprennent : un ampèremètre qui indique le courant dans l'inductance, un voltmètre connecté à la sortie de l'inductance, un indicateur de température et un régulateur de fréquence de génération de signal. Tous les paramètres ci-dessus permettent de réguler les modes de fonctionnement de l'installation d'induction. En outre, la conception est équipée d'un système d'activation manuelle et d'un système d'indication des processus de chauffage. À l'aide d'impressions sur les appareils, le fonctionnement de l'installation dans son ensemble est réellement surveillé.

La conception d'une installation à induction de petite taille est assez compliquée. processus technologique, puisqu'il doit assurer le respect un grand nombre critère, tel que : commodité de conception, petite taille, portabilité, etc. Cette mise en place fonctionne sur le principe du transfert d'énergie sans contact vers l'objet, chauffe. En raison du mouvement délibéré des courants d'induction dans l'inducteur, le processus de fusion lui-même a lieu directement, dont la durée est de plusieurs minutes.

La création de cette installation est tout à fait avantageuse, puisque le champ de son application est illimité, à commencer par l'utilisation pour les travail de laboratoire et se terminant par la fabrication d'alliages homogènes complexes à partir de métaux réfractaires.

Les fours à induction sont utilisés pour la fusion des métaux et se distinguent par le fait qu'ils sont chauffés au moyen d'un courant électrique. L'excitation du courant se produit dans l'inductance, ou plutôt dans un champ non variable.

Dans de telles constructions, l'énergie est convertie plusieurs fois (dans cette séquence):

• dans l'électromagnétisme
• électrique;
• thermique.

Ces fours permettent d'utiliser la chaleur de efficacité maximale, ce qui n'est pas surprenant, car ce sont les plus parfaits de tous modèles existants travaillant à l'électricité.

Noter! Les conceptions à induction sont de deux types - avec ou sans noyau. Dans le premier cas, le métal est placé dans une goulotte tubulaire, qui se situe autour de l'inducteur. Le noyau est situé dans l'inducteur lui-même. La deuxième option s'appelle le creuset, car le métal avec le creuset est déjà à l'intérieur de l'indicateur. Bien sûr, on ne peut parler d'aucun noyau dans ce cas.

Dans l'article d'aujourd'hui, nous allons parler de la façon de faireFour à induction bricolage.

Parmi les nombreux avantages, citons les suivants :

• propreté et sécurité environnementales;
• homogénéité accrue de la masse fondue due au mouvement actif du métal;
• vitesse - le four peut être utilisé presque immédiatement après la mise en marche ;
• zone et orientation focalisée de l'énergie;
• taux de fusion élevé;
• manque de déchets de substances d'alliage;
• la possibilité de régler la température;
• nombreuses possibilités techniques.

Mais il y a aussi des inconvénients.

1. Le laitier est chauffé par le métal, ce qui lui confère une basse température.
2. Si le laitier est froid, il est très difficile d'éliminer le phosphore et le soufre du métal.
3. Entre la bobine et le métal en fusion, le champ magnétique se dissipe, donc une réduction de l'épaisseur du revêtement sera nécessaire. Cela conduira bientôt au fait que la doublure elle-même échouera.

Vidéo - Four à induction

Application industrielle

Les deux options de conception sont utilisées dans la fusion du fer, de l'aluminium, de l'acier, du magnésium, du cuivre et des métaux précieux. Le volume utile de telles structures peut aller de quelques kilogrammes à plusieurs centaines de tonnes.

Les fours à usage industriel sont divisés en plusieurs types.

1. Les conceptions à moyenne fréquence sont couramment utilisées dans l'ingénierie mécanique et la métallurgie. Avec leur aide, l'acier est fondu et, lors de l'utilisation de creusets en graphite, les métaux non ferreux sont également fondus.
2. Les conceptions de fréquence industrielles sont utilisées dans la fusion du fer.
3. Les structures de résistance sont destinées à la fusion de l'aluminium, des alliages d'aluminium, du zinc.

Noter! C'est la technologie à induction qui a constitué la base d'appareils plus populaires - les fours à micro-ondes.

usage domestique

Pour des raisons évidentes, le four de fusion à induction est rarement utilisé à la maison. Mais la technologie décrite dans l'article se retrouve dans presque tous maisons modernes et appartements. Ce sont les micro-ondes mentionnés ci-dessus, ainsi que les cuisinières à induction et les fours électriques.

Considérons, par exemple, les assiettes. Ils chauffent la vaisselle grâce à des courants de Foucault inductifs, à la suite desquels le chauffage se produit presque instantanément. Il est caractéristique qu'il soit impossible d'allumer le brûleur sur lequel il n'y a pas de vaisselle.

Efficacité cuisinières à induction atteint 90 %. A titre de comparaison: pour les cuisinières électriques, il est d'environ 55 à 65% et pour les cuisinières à gaz - pas plus de 30 à 50%. Mais en toute honnêteté, il convient de noter que le fonctionnement des poêles décrits nécessite des plats spéciaux.

Four à induction fait maison

Il n'y a pas si longtemps, les radioamateurs nationaux ont clairement démontré que vous pouvez fabriquer vous-même un four à induction. Aujourd'hui il y a beaucoup divers régimes et technologies de fabrication, mais nous n'avons donné que les plus populaires d'entre elles, c'est-à-dire les plus efficaces et les plus faciles à réaliser.

Four à induction à partir d'un générateur haute fréquence

Vous trouverez ci-dessous un circuit électrique permettant de fabriquer un appareil maison à partir d'un générateur haute fréquence (27,22 mégahertz).

En plus du générateur, quatre ampoules haute puissance et une lampe lourde pour l'indicateur prêt à l'emploi sont nécessaires pour le montage.

Noter! La principale différence entre le four, fabriqué selon ce schéma, est la poignée du condenseur - dans ce cas, elle est située à l'extérieur.

De plus, le métal de la bobine (inductance) fondra dans l'appareil de la plus petite puissance.

Il y a quelques points à garder à l'esprit lors de la fabrication les points importants, affectant la vitesse de la planche du métal. C'est:

• Puissance;
• la fréquence;
• pertes tourbillonnaires ;
• intensité de transfert de chaleur ;
• perte d'hystérésis.

L'appareil sera alimenté par un réseau 220 V standard, mais avec un redresseur préinstallé. Si le four est destiné à chauffer une pièce, il est recommandé d'utiliser une spirale en nichrome, et si pour la fusion, des brosses en graphite. Faisons connaissance avec chacune des structures plus en détail.

Vidéo - Conception de l'onduleur de soudage

L'essence de la conception est la suivante: une paire de brosses en graphite est installée et du granit en poudre est versé entre elles, après quoi un transformateur abaisseur est connecté. Il est caractéristique que lors de la fusion, on ne puisse pas avoir peur des chocs électriques, car il n'est pas nécessaire d'utiliser 220 V.

Technologie d'assemblage

Étape 1. La base est assemblée - une boîte de briques en argile réfractaire mesurant 10x10x18 cm, posée sur une dalle réfractaire.

Étape 2. La boxe est finie avec du carton d'amiante. Après avoir été mouillé avec de l'eau, le matériau se ramollit, ce qui vous permet de lui donner n'importe quelle forme. Si vous le souhaitez, la structure peut être enveloppée de fil d'acier.

Noter! Les dimensions du boîtier peuvent varier en fonction de la puissance du transformateur.

Étape 3 La meilleure option pour four graphite - transformateur de Machine de soudage avec une puissance de 0,63 kW. Si le transformateur est conçu pour 380 V, il peut être rembobiné, bien que de nombreux électriciens expérimentés disent que vous pouvez tout laisser tel quel.

Étape 4. Le transformateur est enveloppé d'aluminium fin - de sorte que la structure ne devienne pas très chaude pendant le fonctionnement.

Étape 5. Des brosses en graphite sont installées, un substrat d'argile est installé au fond de la boîte - afin que le métal en fusion ne se propage pas.

Le principal avantage d'un tel four est la température élevée, qui convient même à la fusion du platine ou du palladium. Mais parmi les inconvénients, il y a le chauffage rapide du transformateur, un petit volume (pas plus de 10 g peuvent être fondus à la fois). Pour cette raison, une conception différente sera nécessaire pour fondre de grands volumes.

Ainsi, pour la fusion de gros volumes de métal, un four à fil de nichrome est nécessaire. Le principe de fonctionnement de la conception est assez simple: un courant électrique est appliqué à une spirale en nichrome, qui chauffe et fait fondre le métal. Il existe de nombreuses formules différentes sur le Web pour calculer la longueur du fil, mais elles sont toutes, en principe, identiques.

Étape 1. Pour la spirale, on utilise du nichrome ø0,3 mm, d'environ 11 m de long.

Étape 2. Le fil doit être enroulé. Pour ce faire, vous avez besoin d'un tube de cuivre droit ø5 mm - une spirale est enroulée dessus.

Étape 3. Un petit tuyau en céramique de ø1,6 cm et de 15 cm de long est utilisé comme creuset. Une extrémité du tuyau est bouchée avec du fil d'amiante - de sorte que le métal en fusion ne s'écoule pas.

Étape 4. Après avoir vérifié les performances et la spirale est posée autour du tuyau. Dans le même temps, le même fil d'amiante est placé entre les spires - il empêchera un court-circuit et limitera l'accès à l'oxygène.

Étape 5. La bobine finie est placée dans une cartouche à partir d'une lampe à haute puissance. Ces cartouches sont généralement en céramique et ont la taille requise.

Les avantages d'une telle conception:

• productivité élevée (jusqu'à 30 g par cycle);
• chauffage rapide (environ cinq minutes) et refroidissement long;
• facilité d'utilisation - il est pratique de verser du métal dans des moules;
• remplacement rapide de la spirale en cas d'épuisement.

Mais il y a bien sûr des inconvénients :

• le nichrome brûle, surtout si la spirale est mal isolée;
• insécurité - l'appareil est connecté au secteur 220 V.

Noter! Vous ne pouvez pas ajouter de métal au poêle si la portion précédente y a déjà fondu. À autrement tout le matériel se dispersera dans la pièce, de plus, il peut blesser les yeux.

Comme conclusion

Comme vous pouvez le constater, vous pouvez toujours fabriquer vous-même un four à induction. Mais pour être honnête, la conception décrite (comme tout ce qui est disponible sur Internet) n'est pas exactement un four, mais un onduleur de laboratoire Kukhtetsky. Recueillir un complet conception à inductionà la maison n'est tout simplement pas possible.