Les principes physiques du fonctionnement d'un chauffe-eau à induction et comment l'assembler de vos propres mains. Comment fabriquer un appareil de chauffage par induction de vos propres mains à partir d'un onduleur de soudage

Beaucoup sont attirés chauffage électrique Le fait qu'il fonctionne de manière autonome et n'a pas besoin d'être constamment entretenu. Le côté négatif de ces chaudières de chauffage est le coût et les exigences techniques.

Dans certains endroits, ils ne peuvent tout simplement pas être appliqués. Mais de nombreux propriétaires n'en ont pas peur et pensent que c'est la facilité d'utilisation qui couvre toutes les lacunes.

Surtout lorsque de nouveaux types sont apparus sur les marchés avec des bobines inductives, et non des RTE. Ils chauffent le bâtiment à une vitesse instantanée et chauffent le bâtiment de manière économique, selon les propriétaires des unités. nouveau genre les chaudières sont dites à induction.

Le nouveau type d'appareils de chauffage est pratique à utiliser. Considéré comme sûr par rapport à radiateurs à gaz, il n'y a pas de suie et de suie, ce que l'on ne peut pas dire des appareils à combustible solide. Et l'avantage le plus important - il n'est pas nécessaire de récolter combustible solide(charbon, bois de chauffage,).

Et dès que les appareils de chauffage par induction sont apparus, il y a eu immédiatement des artisans qui, pour économiser de l'argent, ont essayé de créer une telle installation de leurs propres mains.

Dans cet article, nous allons vous aider à concevoir vous-même un appareil de chauffage.

Un appareil où le métal et les produits similaires sont chauffés sans contact est appelé un appareil de chauffage par induction. Le travail est contrôlé par un champ d'induction alternatif agissant sur le métal, et les courants à l'intérieur forment de la chaleur.

Les courants à haute fréquence affectent les produits en plus de l'isolation, c'est pourquoi la conception est extraordinaire par rapport aux autres types de chauffage.

Dans les appareils de chauffage par induction d'aujourd'hui, il existe des réducteurs de fréquence à semi-conducteurs. Ce type de chauffage est largement utilisé dans le traitement thermique des surfaces en acier et divers composés et alliages.

La compacité de l'équipement est utilisée dans les technologies innovantes, alors qu'il y a un effet économique énorme. Une variété de modèles permet de mettre en œuvre des combinaisons flexibles et automatisées, y compris des réducteurs de fréquence à transistors polyvalents et des blocs de connexion lorsqu'un système à induction est préféré.

La description

La composition d'un élément chauffant typique comprend les composants suivants :

1. Un élément chauffant sous la forme d'une tige ou d'un tube métallique.
2. Inducteur- Il s'agit d'un fil de cuivre encadrant la bobine avec des spires. Pendant le fonctionnement, il joue le rôle d'un générateur.
3. Générateur courant alternatif. Conception séparée, où le courant standard est converti en une valeur à haute fréquence.

En pratique, les installations à induction sont utilisées depuis peu. Les études théoriques sont loin devant. Cela peut s'expliquer par un obstacle - l'obtention d'une fréquence élevée de champs magnétiques. Le fait est que l'utilisation de réglages à basse fréquence est considérée comme inefficace. Dès qu'ils sont apparus avec une fréquence élevée, le problème a été résolu.

Les générateurs HDTV ont dépassé leur période d'évolution ; des lampes à modèles modernes basé sur l'IGBT. Maintenant, ils sont plus efficaces, ont un poids et des dimensions réduits. Leur limitation en fréquence est de 100 kHz en raison des pertes dynamiques des transistors.

Principe de fonctionnement et portée

Le générateur augmente la fréquence du courant et transfère son énergie à la bobine. L'inductance convertit le courant haute fréquence en un champ électromagnétique alternatif. Les ondes électromagnétiques changent à haute fréquence.

L'échauffement se produit en raison de l'échauffement des courants de Foucault, qui sont provoqués par des vecteurs de Foucault variables d'électro champ magnétique. L'énergie à haut rendement est transmise presque sans perte et il y a suffisamment d'énergie pour chauffer le liquide de refroidissement et même plus.

L'énergie de la batterie est transférée au liquide de refroidissement, qui se trouve à l'intérieur du tuyau. Le caloporteur, à son tour, est le refroidisseur de l'élément chauffant. En conséquence, la durée de vie est augmentée.

L'industrie est le consommateur le plus actif d'appareils de chauffage par induction, car de nombreuses conceptions impliquent un traitement thermique élevé. Avec leur utilisation, la force des produits augmente.

Dans les forges à haute fréquence, des appareils à haute puissance sont installés.

Les entreprises de forgeage et de pressage, utilisant de telles unités, augmentent la productivité du travail et réduisent l'usure des matrices, réduisent la consommation de métal. Les installations avec chauffage traversant peuvent couvrir un certain nombre de pièces à la fois.

En cas de durcissement superficiel des pièces, l'utilisation d'un tel chauffage permet d'augmenter plusieurs fois la résistance à l'usure et d'obtenir un effet économique important.

Le domaine d'application généralement accepté des appareils est le brasage, la fusion, le chauffage avant déformation, le durcissement HDTV. Mais il existe encore des zones où des matériaux semi-conducteurs monocristallins sont obtenus, des films épitaxiés sont constitués, des matériaux sont expansés en el. terrain, soudage à haute fréquence de coques et de tuyaux.

Avantages et inconvénients

Avantages:

1. Chauffage de haute qualité.
2. Haute précision de contrôle et flexibilité.
3. Fiabilité. Il peut fonctionner de manière autonome avec l'automatisation.
4. Chauffe n'importe quel liquide.
5. L'efficacité de l'appareil est de 90%.
6. Longue durée de vie(jusqu'à 30 ans).
7. Facilité de montage.
8. L'appareil de chauffage ne recueille pas de tartre.
9. En raison de l'automatisation, des économies d'énergie.

Moins :

1. Le coût élevé des modèles avec automatisation.
2. Dépendance à l'alimentation électrique.
3. Certains modèles sont bruyants.

Comment le faire soi-même ?

Disons que vous décidez de le faire vous-même chauffage par induction, pour cela, nous préparons un tuyau, versons-y de petits morceaux de fil d'acier (9 cm de long).

Le tuyau peut être en plastique ou en métal, surtout, avec des parois épaisses. Ensuite, il est fermé avec des adaptateurs spéciaux de tous les côtés.

Ensuite, nous enroulons du fil de cuivre jusqu'à 100 tours et le plaçons dans la partie centrale du tube. Le résultat est un inducteur. Nous connectons la partie de sortie de l'onduleur à cet enroulement. En tant qu'assistant, nous avons recours à.

Le tuyau agit comme un radiateur.

Nous préparons le générateur et assemblons toute la structure.

Matériel et outils requis :

• fil de en acier inoxydable ou fil machine (diamètre 7 mm);
• l'eau;
• fil de cuivre émaillé;
• treillis métallique avec de petits trous;
• adaptateurs;
• tuyau en plastique à paroi épaisse;

Procédure pas à pas:

1. Mode fil en morceaux, longueur 50 mm.
2. Nous préparons la coque pour le radiateur. Nous utilisons un tuyau à paroi épaisse (diamètre 50 mm).
3. Nous fermons le bas et le haut du boîtier avec un filet.
4. Préparation de la bobine d'induction. Avec un fil de cuivre, on enroule 90 tours sur le corps et on les place au centre de la coque.
5. Découpez une partie du tuyau du pipeline et installer une chaudière à induction.
6. Nous connectons la bobine à l'onduleur et remplir la marmite d'eau.
7. Nous fondons la structure résultante.
8. Nous vérifions le système en fonctionnement. Ne pas utiliser sans eau, car le tuyau en plastique pourrait fondre.

D'un onduleur de soudage

Le plus simple option budgétaire est la fabrication d'un appareil de chauffage par induction à l'aide d'un onduleur de soudage :

1. Pour ce faire, prenez un tuyau en polymère, ses parois doivent être épaisses. Aux extrémités, nous montons 2 vannes et connectons le câblage.
2. Verser les morceaux dans le tuyau(diamètre 5 mm) fil métallique et monter la valve supérieure.
3. Ensuite, nous faisons 90 tours autour du tuyau avec du fil de cuivre, on obtient une inductance. élément chauffant est un tuyau, nous utilisons une machine à souder comme générateur.
4. L'appareil doit être en mode AC.à haute fréquence.
5. Nous connectons le fil de cuivre aux pôles de la machine à souder et vérifier le travail.

Fonctionnant comme un inducteur, un champ magnétique sera rayonné, tandis que les courants de Foucault chaufferont le fil coupé, ce qui conduira à l'ébullition de l'eau dans tuyau en polymère

1. Les sections ouvertes de la structure, pour des raisons de sécurité, doivent être isolées.
2. L'utilisation d'un appareil de chauffage par induction n'est recommandée que pour systèmes fermés chauffage, où une pompe est équipée pour faire circuler le liquide de refroidissement.
3. La conception avec un radiateur à induction est placée à 800 mm du plafond, à 300 des meubles et des murs.
4. L'installation d'un manomètre sécurisera votre conception.
5. L'appareil de chauffage doit être équipé système automatique le management.
6. L'appareil de chauffage doit être connecté au secteur avec des adaptateurs spéciaux.

Les appareils qui chauffent à l'électricité plutôt qu'au gaz sont sûrs et pratiques. Ces appareils de chauffage ne produisent pas de suie et mauvaise odeur mais consomme un grand nombre deélectricité. Une excellente solution consiste à assembler un appareil de chauffage par induction de vos propres mains. Cela permet d'économiser de l'argent et contribue au budget familial. Il existe de nombreux schémas simples selon lesquels l'inducteur peut être assemblé indépendamment.

Afin de faciliter la compréhension des circuits et d'assembler correctement la structure, il serait utile de se pencher sur l'histoire de l'électricité. Méthodes de chauffage structures métalliques les bobines de courant électromagnétique sont largement utilisées dans production industrielle appareils ménagers- chaudières, appareils de chauffage et poêles. Il s'avère que vous pouvez fabriquer vous-même un appareil de chauffage par induction fonctionnel et durable.

Le principe de fonctionnement des appareils

Le principe de fonctionnement des appareils

Le célèbre scientifique britannique du 19ème siècle Faraday a passé 9 ans à faire des recherches pour convertir les ondes magnétiques en électricité. En 1931, une découverte a finalement été faite, appelée induction électromagnétique. L'enroulement de fil de la bobine, au centre duquel se trouve un noyau métallique magnétique, crée un champ magnétique sous la puissance du courant alternatif. Sous l'action des écoulements tourbillonnaires, le cœur s'échauffe.

Une nuance importante est qu'un échauffement se produira si le courant alternatif alimentant la bobine change le vecteur et le signe du champ aux hautes fréquences.

La découverte de Faraday a commencé à être utilisée à la fois dans l'industrie et dans la fabrication de moteurs maison et radiateurs électriques. La première fonderie basée sur un inducteur vortex a été ouverte en 1928 à Sheffield. Plus tard, selon le même principe, les ateliers des usines furent chauffés, et pour chauffer l'eau, surfaces métalliques les connaisseurs ont assemblé l'inducteur de leurs propres mains.

Le schéma de l'appareil de l'époque est valable aujourd'hui. Exemple classique- chaudière à induction, qui comprend :

• noyau métallique;
• Cadre;
• isolation thermique.

Moins de poids, de taille et plus haute efficacité sont réalisées grâce à de minces tuyaux en acier qui servent de base au noyau. À carreaux de cuisine l'inducteur est une bobine aplatie située près de la table de cuisson.

Les caractéristiques du circuit d'accélération de la fréquence du courant sont les suivantes :

• la fréquence industrielle de 50 Hz ne convient pas aux appareils faits maison;
• la connexion directe de l'inducteur au réseau entraînera un bourdonnement et un faible chauffage;
• un chauffage efficace est effectué à une fréquence de 10 kHz.

Assemblage selon schémas

Toute personne familiarisée avec les lois de la physique peut assembler un radiateur à induction de ses propres mains. La complexité de l'appareil variera en fonction du degré de préparation et de l'expérience du capitaine.

Il existe de nombreux didacticiels vidéo que vous pouvez suivre pour créer appareil efficace. Il est presque toujours nécessaire d'utiliser les composants de base suivants :

• fil d'acier d'un diamètre de 6-7 mm;
• fil de cuivre pour l'inducteur ;
• treillis métallique (pour maintenir le fil à l'intérieur du boîtier);
• adaptateurs;
• tuyaux pour le corps (en plastique ou en acier);
• inverseur haute fréquence.

Cela suffira pour assembler une bobine d'induction de vos propres mains, et c'est elle qui est au cœur de chauffe-eau instantané. Après préparation éléments nécessaires vous pouvez accéder directement au processus de fabrication de l'appareil :

• couper le fil en segments de 6-7 cm;
• couvrir l'intérieur du tuyau avec un treillis métallique et remplir le fil jusqu'en haut;
• fermez de même l'ouverture du tuyau de l'extérieur;
• enroulez le fil de cuivre autour du boîtier en plastique au moins 90 fois pour la bobine ;
• insérer la structure dans le système de chauffage ;
• à l'aide d'un onduleur, connectez la bobine à l'électricité.

Il est conseillé de mettre d'abord l'onduleur à la terre et de préparer de l'antigel ou de l'eau.

Selon un algorithme similaire, vous pouvez facilement assembler une chaudière à induction, pour laquelle vous devez:

• couper des morceaux de tuyaux en acier 25 sur 45 mm avec une paroi d'au plus 2 mm d'épaisseur;
• soudez-les ensemble en les reliant avec des diamètres plus petits;
• souder les couvercles en fer aux extrémités et percer des trous pour les tuyaux filetés;
• faire un support pour une cuisinière à induction en soudant deux coins d'un côté;
• insérer plaque dans le support à partir des coins et connectez-vous au secteur ;
• ajouter du liquide de refroidissement au système et allumer le chauffage.

De nombreux inducteurs fonctionnent à une puissance ne dépassant pas 2 à 2,5 kW. Ces appareils de chauffage sont conçus pour une pièce de 20 à 25 m². Si le générateur est utilisé dans un service de voiture, vous pouvez le connecter à une machine à souder, mais Il est important de considérer certaines nuances:

• Vous avez besoin de courant alternatif et non de courant continu comme un onduleur. Machine de soudage vous devrez rechercher la présence de points où la tension n'a pas de sens direct.
• Le nombre de tours d'un fil de plus grande section est sélectionné par un calcul mathématique.
• Un refroidissement des éléments de travail sera nécessaire.

Créer des luminaires sophistiqués

Faire installation de chauffage La TVHD à faire soi-même est plus difficile, mais elle est soumise aux radioamateurs, car pour la collecter, vous aurez besoin d'un circuit multivibrateur. Le principe de fonctionnement est similaire - les courants de Foucault résultant de l'interaction de la charge métallique au centre de la bobine et de son propre champ hautement magnétique chauffent la surface.

Conception d'installations HDTV

Parce que même petite taille les bobines produisent un courant d'environ 100 A, avec elles, vous devrez connecter une capacité de résonance pour équilibrer la poussée d'induction. Il existe 2 types de circuits de travail pour chauffer la TVHD à 12 V :

• connecté au secteur.

• électriques ciblés ;
• connecté au secteur.

Dans le premier cas, une mini installation HDTV peut être montée en une heure. Même en l'absence de réseau 220 V, vous pouvez utiliser un tel générateur n'importe où, mais si vous avez des batteries de voiture comme sources d'alimentation. Bien sûr, il n'est pas assez puissant pour faire fondre du métal, mais il peut chauffer jusqu'à hautes températures, nécessaire pour petit boulot chauffage des couteaux et des tournevis jusqu'à de couleur bleue. Pour le créer, vous devez acheter :

• transistors à effet de champ BUZ11, IRFP460, IRFP240 ;
• batterie de voiture à partir de 70 A / h;
• condensateurs haute tension.

Le courant de l'alimentation 11 A est réduit à 6 A pendant le processus de chauffage en raison de la résistance du métal, mais le besoin de fils épais pouvant supporter un courant de 11-12 A demeure pour éviter la surchauffe.

Le deuxième circuit pour une installation de chauffage par induction dans un boîtier en plastique est plus complexe, basé sur le pilote IR2153, mais il est plus pratique de créer une résonance de 100k sur le régulateur qui l'utilise. Il est nécessaire de contrôler le circuit via un adaptateur réseau avec une tension d'au moins 12 V. Le bloc d'alimentation peut être connecté directement au réseau principal de 220 V à l'aide d'un pont de diodes. La fréquence de résonance est de 30 kHz. Les éléments suivants seront nécessaires :

• noyau de ferrite 10 mm et starter 20 tours;
• tube de cuivre en bobine HDTV de 25 spires par mandrin de 5 à 8 cm ;
• condensateurs 250 V.

Réchauffeurs vortex

Une installation plus puissante capable de chauffer des boulons jusqu'à couleur jaune, peuvent être assemblés selon un schéma simple. Mais pendant le fonctionnement, la génération de chaleur sera assez importante, il est donc recommandé d'installer des radiateurs sur des transistors. Vous aurez également besoin d'un starter, que vous pouvez emprunter à l'alimentation de n'importe quel ordinateur, et des matériaux auxiliaires suivants :

• fil ferromagnétique en acier;
• fil de cuivre 1,5 mm;
• transistors à effet de champ et diodes pour tension inverse à partir de 500 V;
• diodes Zener d'une puissance de 2-3 W avec un calcul de 15 V;
• résistances simples.

Selon le résultat souhaité, l'enroulement du fil sur la base en cuivre est de 10 à 30 tours. Vient ensuite le montage du circuit et la préparation de la bobine de base du réchauffeur à partir d'environ 7 tours fil de cuivre en 1,5 mm. Il se connecte au circuit puis à l'électricité.

Les artisans familiarisés avec le soudage et l'utilisation d'un transformateur triphasé peuvent encore améliorer Efficacité de l'appareil tout en réduisant le poids et la taille. Pour ce faire, il faut souder les bases de deux tuyaux, qui serviront à la fois de noyau et de réchauffeur, et après enroulement, souder deux tuyaux dans le corps pour alimenter et évacuer le liquide de refroidissement.

En vous concentrant sur les circuits, vous pouvez assembler rapidement des inducteurs puissance différente pour chauffer l'eau, les métaux, chauffer la maison, le garage et le service de voiture. Il est également nécessaire de se rappeler les règles de sécurité pour le service efficace des appareils de chauffage de ce type, car la fuite de liquide de refroidissement de appareil fait maison peut se terminer par un incendie.

Il existe certaines conditions pour organiser le travail:

• la distance entre la chaudière à induction, les murs et les appareils électriques doit être d'au moins 40 cm et il est préférable de se retirer à 1 m du sol et du plafond;
• à l'aide d'un manomètre et d'un dispositif de purge d'air, un système de sécurité est prévu derrière le tuyau de sortie;
• il est souhaitable d'utiliser des appareils en circuits fermés à circulation forcée du fluide caloporteur ;
• l'application dans les canalisations en plastique est possible.

L'auto-assemblage de générateurs à induction sera peu coûteux, mais pas gratuit, car vous avez besoin de suffisamment de composants bonne qualité. Si une personne n'a pas de connaissances et d'expérience particulières en ingénierie radio et en soudage, vous ne devez pas assembler indépendamment un appareil de chauffage pour grande surface, car la puissance de chauffage ne dépassera pas 2,5 kW.

Cependant auto-assemblage l'inducteur peut être considéré comme une auto-éducation et une formation avancée du propriétaire de la maison dans la pratique. Vous pouvez commencer avec de petits appareils circuits simples, et puisque le principe d'action en plus appareils complexes idem, juste ajouté éléments supplémentaires et des convertisseurs de fréquence, il sera facile et assez budgétaire de le maîtriser par étapes.

En contact avec

Le chauffage par induction est un procédé utilisé pour chauffer des métaux ou d'autres matériaux conducteurs. Pour beaucoup de modernes procédés de fabrication le chauffage par induction offre la bonne combinaison de vitesse, de consistance et de contrôle du processus.

Les principes de base du chauffage par induction sont appliqués depuis 1920. Pendant la Seconde Guerre mondiale, la technologie s'est développée rapidement en raison des besoins militaires pour un processus de durcissement rapide et fiable des pièces métalliques des moteurs.

Les méthodes les plus courantes utilisent une torche ou une flamme nue directement appliquée sur une pièce métallique. Mais avec le chauffage par induction, la chaleur est en fait "induite" dans le courant électrique en circulation.

Le chauffage par induction repose sur les caractéristiques uniques de l'énergie RF, qui fait partie du spectre électromagnétique sous l'énergie infrarouge et micro-ondes. Étant donné que la chaleur est transférée au produit via des ondes électromagnétiques, il n'entre jamais en contact direct avec la flamme. Il n'y a pas de contamination du produit et le processus devient très reproductible et contrôlable.

Comment fonctionne le chauffage par induction

Comment fonctionne le chauffage par induction ?

Lorsqu'un courant alternatif est appliqué au transformateur électricité, un champ magnétique alternatif est créé. Selon la loi de Faraday, si l'enroulement secondaire d'un transformateur est dans un champ magnétique, un courant électrique sera induit.

L'inducteur est un transformateur. Lorsque partie métallique placés dans un inducteur circulant des courants de Foucault sont induits à l'intérieur de la pièce.

Une chaleur supplémentaire est produite dans les pièces magnétiques par hystérésis - le frottement interne créé lorsque le matériau magnétique traverse l'inducteur. Le matériau à chauffer peut être isolé de la source d'alimentation, immergé dans des liquides, entouré de substances isolées en milieu gazeux ou même sous vide.

L'efficacité d'un système de chauffage par induction dépend de plusieurs facteurs : la conception de l'inducteur, la capacité de l'alimentation électrique, la quantité de changement de température nécessaire.

Caractéristiques du matériau chauffé

MÉTAL OU PLASTIQUE

Premièrement, seuls les matériaux conducteurs, généralement des métaux, sont soumis au chauffage par induction. Les plastiques et autres matériaux non conducteurs ne peuvent être chauffés qu'indirectement par les métaux conducteurs trouvés avec le plastique.

MAGNÉTIQUE ET NON MAGNÉTIQUE

Le chauffage est meilleur avec des matériaux magnétiques. Pour la chaleur induite par les courants de Foucault, les matériaux magnétiques produisent de la chaleur par effet d'hystérésis. Cet effet s'arrête à des températures supérieures au point de Curie, température à laquelle un matériau magnétique perd ses propriétés magnétiques. La stabilité relative des matériaux magnétiques est évaluée sur une échelle de "perméabilité" de 100 à 500. Bien que les matériaux non magnétiques aient une perméabilité de 1, les matériaux magnétiques peuvent avoir une perméabilité allant jusqu'à 500.

ÉPAIS OU FIN

Sur les matériaux conducteurs, environ 85 % de l'effet de chauffage se produit à la surface du matériau. L'intensité de chauffage diminue à mesure que la distance à la surface augmente. Ainsi, les pièces petites ou minces chauffent généralement plus rapidement que les pièces grandes et épaisses, surtout si les grandes pièces doivent être complètement chauffées.

Des études ont montré une relation entre la fréquence et la profondeur de pénétration : plus la fréquence est élevée, moins la profondeur est importante. Fréquence de 100 à 400 kHz énergies relativement élevées idéales pour un échauffement rapide petites pièces ou surfaces de grandes pièces. Pour pénétration profonde la chaleur nécessite des fréquences plus basses de 5 à 30 kHz.

RÉSISTIVITÉ

Si vous utilisez exactement le même processus d'induction et la même taille de pièce en acier et en cuivre, les résultats seront complètement différents. Pourquoi? L'acier - avec le carbone, l'étain et le tungstène - a une résistivité élevée. Parce que les métaux s'opposent au passage du courant. Métaux à faible résistivité : le cuivre, le laiton et l'aluminium chauffent mieux. La résistivité augmente avec la température, de sorte qu'une pièce d'acier très chaude sera plus sensible au chauffage par induction qu'une pièce froide.

Conception d'inducteur

La conception et la construction de l'inducteur est l'une des plus aspects importants systèmes dans leur ensemble. Une conception bien pensée assure un chauffage adéquat et maximise l'efficacité du chauffage par induction.

Degré de changement de température

Enfin, l'efficacité du chauffage par induction pour une pièce particulière dépend du nombre de changements de température nécessaires. Pour une large gamme de changements de température, un chauffage par induction plus puissant est nécessaire.

Chauffage par induction 16 janvier 2018

À fours à induction et dispositifs, la chaleur dans un corps chauffé électriquement conducteur est libérée par des courants induits dans celui-ci par un champ électromagnétique alternatif. Ainsi, le chauffage direct est effectué ici.

Le chauffage par induction des métaux repose sur deux lois physiques :

La loi de Faraday-Maxwell de l'induction électromagnétique et la loi de Joule-Lenz. Les corps métalliques (ébauches, pièces, etc.) sont placés dans un champ magnétique alternatif, qui excite un vortex en eux. champ électrique. La force électromotrice d'induction est déterminée par le taux de variation du flux magnétique. Sous l'action de la FEM d'induction, des courants de Foucault (fermés à l'intérieur des corps) circulent dans les corps, dégageant de la chaleur selon la loi de Joule-Lenz. Cette FEM crée un courant alternatif dans le métal, l'énérgie thermique, dégagé par ces courants, est à l'origine de l'échauffement du métal. Le chauffage par induction est direct et sans contact. Il permet d'atteindre une température suffisante pour faire fondre les métaux et alliages les plus réfractaires.

Chauffage par induction et trempe des métauxLe chauffage par induction intensif n'est possible que dans Champs électromagnétiques haute tension et fréquence, qui sont créées par des dispositifs spéciaux - inducteurs. Les inducteurs sont alimentés à partir d'un réseau 50 Hz (installations à fréquence industrielle) ou à partir de sources d'alimentation individuelles - générateurs et convertisseurs moyenne et haute fréquence.

L'inducteur le plus simple des appareils de chauffage par induction indirecte à basse fréquence est un conducteur isolé (étiré ou enroulé) placé à l'intérieur tuyau en métal ou superposé à sa surface. Lorsque le courant traverse le conducteur-inducteur, des courants de Foucault le chauffant sont induits dans le tuyau. La chaleur du tuyau (il peut aussi s'agir d'un creuset, d'un récipient) est transférée au milieu chauffé (eau circulant dans le tuyau, air, etc.).

Le chauffage par induction directe le plus largement utilisé des métaux à moyennes et hautes fréquences. Pour cela, des inducteurs spéciaux sont utilisés. l'inducteur émet onde électromagnétique, qui tombe sur le corps chauffé et se désintègre en lui. L'énergie de l'onde absorbée est convertie dans le corps en chaleur. Les inducteurs plats sont utilisés pour chauffer les corps plats et les inducteurs cylindriques (solénoïdes) sont utilisés pour chauffer les billettes cylindriques. En général, ils peuvent avoir forme complexe en raison de la nécessité de concentrer l'énergie électromagnétique dans la bonne direction.

Une caractéristique de l'apport d'énergie d'induction est la capacité de contrôler la disposition spatiale de la zone d'écoulement des courants de Foucault. Tout d'abord, des courants de Foucault circulent dans la zone couverte par l'inducteur. Seule la partie du corps qui est en connexion magnétique avec l'inducteur est chauffée, indépendamment de dimensions globales corps. Deuxièmement, la profondeur de la zone de circulation des courants de Foucault et, par conséquent, la zone de restitution d'énergie dépend, entre autres facteurs, de la fréquence du courant inducteur (augmente aux basses fréquences et diminue à mesure que la fréquence augmente). L'efficacité du transfert d'énergie de l'inducteur au courant chauffé dépend de la taille de l'écart entre eux et augmente avec sa diminution.

Le chauffage par induction est utilisé pour le durcissement superficiel des produits en acier, par chauffage sous déformation plastique(forgeage, emboutissage, emboutissage…), fusion des métaux, traitement thermique (recuit, revenu, normalisation, trempe), soudage, rechargement, brasage des métaux.

Le chauffage par induction indirecte est utilisé pour le chauffage équipement technologique(canalisations, conteneurs, etc.), chauffage de fluides liquides, séchage de revêtements, de matériaux (ex. bois). Le paramètre le plus important unités de chauffage par induction - fréquence. Pour chaque processus (durcissement superficiel, par chauffage) il y a portée optimale fréquences, offrant les meilleures technologies et indicateurs économiques. Pour le chauffage par induction, des fréquences de 50 Hz à 5 MHz sont utilisées.

Avantages du chauffage par induction

1) Transfert énergie électrique directement dans le corps chauffé permet un chauffage direct des matériaux conducteurs. Cela augmente le taux de chauffage par rapport aux installations indirectes, dans lesquelles le produit est chauffé uniquement à partir de la surface.

2) Le transfert d'énergie électrique directement dans le corps chauffé ne nécessite pas de dispositifs de contact. Ceci est pratique dans des conditions de production automatisée en ligne, lors de l'utilisation d'équipements de vide et de protection.

3) En raison du phénomène d'effet de surface Puissance maximum, est libéré dans la couche superficielle du produit chauffé. Par conséquent, le chauffage par induction pendant le durcissement permet un chauffage rapide de la couche superficielle du produit. Ceci permet d'obtenir une dureté superficielle élevée de la pièce avec un milieu relativement visqueux. Le processus de trempe superficielle par induction est plus rapide et plus économique que les autres méthodes de trempe superficielle du produit.

4) Le chauffage par induction dans la plupart des cas peut augmenter la productivité et améliorer les conditions de travail.

Voici un autre effet inhabituel.

Le chauffage par induction se compose d'une puissante source haute fréquence et d'un circuit oscillant comprenant une inductance (Fig. 1). La pièce à chauffer est placée dans le champ magnétique alternatif de l'inducteur. En fonction du matériau de la pièce, de son volume et de sa profondeur de chauffe, large éventail fréquences de fonctionnement, de 50 Hz à des dizaines de MHz. Aux basses fréquences de l'ordre de 100-10000 Hz, les convertisseurs de machines électriques et les onduleurs à thyristor peuvent être utilisés dans l'industrie. A des fréquences de l'ordre du MHz, des tubes à vide peuvent être utilisés. Aux fréquences moyennes de l'ordre de 10-300 kHz, il est conseillé d'utiliser des transistors IGBT/MOSFET.

Image 1. Régime général

La physique

Selon la loi de l'induction électromagnétique, si le conducteur se trouve dans un champ magnétique changeant (alternatif), une force électromotrice (EMF) y est induite (induite), dont la direction est perpendiculaire aux lignes de force du champ magnétique champ traversant le conducteur. Dans ce cas, l'amplitude de la FEM est proportionnelle au taux de variation du flux magnétique dans lequel se trouve le conducteur.
parlant langage clair, si une pièce en matériau conducteur est considérée comme une infinité de circuits court-circuités, alors lorsqu'elle est placée dans une inductance, sous l'action d'un champ magnétique alternatif, des courants (appelés courants de Foucault ou de Foucault) seront induits dans ces circuits. À leur tour, ces courants, selon la loi de Joule-Lenz, provoqueront un échauffement de la pièce, car son matériau a une résistance électrique.

Figure 2. Comment ça marche

Tant lors du passage à travers des conducteurs métalliques de courant alternatif que lors du chauffage de métaux avec des courants à haute fréquence, un effet de surface (effet de peau) est observé. Cela est dû au fait que des courants de Foucault dans l'épaisseur du conducteur déplacent le courant principal vers la surface. Le chauffage par induction du métal est plus intense près de la surface qu'au centre. L'épaisseur de la couche de peau dépend de la résistivité du matériau, de sa perméabilité magnétique et est inversement proportionnelle à la fréquence du champ. Ainsi, selon la fréquence, cette méthode le chauffage peut être utilisé à la fois pour la fusion du métal et pour le durcissement superficiel.

Coordination

Pour un onduleur qui est une source de tension Forme rectangulaire, le circuit LC est une charge à faible impédance. Pour l'adaptation, des transformateurs haute fréquence ou des selfs sont utilisés.
Une self de terminaison incluse dans la rupture de fil entre l'onduleur et le circuit, avec le condensateur résonnant, forme un filtre LC. Ainsi, en supprimant une petite partie de la capacité du condensateur résonant, l'inductance a peu d'effet sur la réponse en fréquence du circuit. Typiquement, une telle self est réalisée sur un noyau de ferrite avec trou d'air, en changeant la valeur de laquelle, vous pouvez régler la puissance fournie à l'inductance.
Le transformateur haute fréquence peut fonctionner aussi bien en parallèle qu'en série. Dans le premier cas, le transformateur affectera considérablement la fréquence de résonance du circuit. Dans le second cas, le circuit série en mode résonnant consommera le maximum de puissance avec une inductance vide (sans charge), car à la résonance de tension, la réactance du circuit LC tend vers zéro et la résistance active dans de tels circuits est, en règle générale, très faible. Structurellement, le transformateur d'adaptation est réalisé sur un anneau de ferrite (ou recruté parmi plusieurs) et est posé sur le fil inducteur.
Si les impédances ne sont pas adaptées, l'efficacité d'un tel appareil de chauffage chute considérablement et le risque de défaillance de la source d'alimentation augmente. À réglage correct générateur, sa fréquence doit correspondre à la fréquence de résonance du circuit de sortie, ou peut être légèrement supérieure à celle de résonance. Dans ce cas, les interrupteurs du convertisseur d'alimentation fonctionnent dans le mode le plus favorable. Il n'est pas souhaitable d'autoriser des situations où la fréquence de commutation de l'onduleur est inférieure à celle de résonance, c'est-à-dire la résistance sera capacitive.
Avec un changement de masse ou de matériau du corps chauffé, la fréquence de résonance du circuit oscillant change. Pour le réglage, appliquez diverses méthodes: commutation de capacité de la batterie de condensateurs, réglage automatique de la fréquence, réglage manuel fréquences, oscillateurs.
En atteignant une certaine température du matériau (point de Curie), le matériau perd ses propriétés magnétiques, à la suite de quoi la fréquence de résonance du circuit change considérablement et l'épaisseur de la couche de peau augmente également.

Lors du choix des éléments de circuit, il convient de tenir compte du fait qu'à la résonance dans le circuit, des courants et des tensions de grande amplitude sont atteints, qui peuvent dépasser les tensions d'alimentation de dizaines de fois. L'inducteur doit être en fil de cuivre ou des tubes de section suffisante. Même avec batterie faible(environ 200-500 W), l'inducteur commence à chauffer fortement sous l'influence de son propre champ. Un tel inducteur fonctionnera, mais il surchauffera considérablement en peu de temps.
Généralement utilisé pour la dissipation de la chaleur eau froide, alors l'inducteur est constitué d'un tube de cuivre.
En tant que condensateurs de boucle, des condensateurs haute tension avec une puissance réactive suffisante, avec de faibles pertes diélectriques, doivent être sélectionnés, connectés avec des bus / fils avec la longueur et l'inductance les plus courtes, près de l'inductance. Il existe des condensateurs spéciaux pour fonctionner dans de telles installations, mais avec relativement batterie faible(unités kW) des batteries de condensateurs en polypropylène sont utilisées avec succès.