Indukční pec pro tavení kovu a ohřev pro kutily: princip činnosti a elektrický obvod – jak vyrobit ze svařovacího střídače

Indukční pec se často používá v metalurgickém průmyslu, takže tento koncept je dobře známý lidem, kteří jsou nějakým způsobem spojeni s procesem tavení různých kovů. Zařízení umožňuje přeměňovat elektřinu generovanou magnetickým polem na teplo.

Taková zařízení se prodávají v obchodech za poměrně vysokou cenu, ale pokud máte minimální dovednosti v používání páječky a umíte číst elektronické obvody, můžete se pokusit vyrobit indukční pec vlastníma rukama.

Domácí zařízení pravděpodobně nebude vhodné pro složité úkoly, ale se základními funkcemi si poradí. Zařízení lze sestavit na základě funkčního svařovacího střídače vyrobeného z tranzistorů nebo na lampách. Nejproduktivnějším zařízením je v tomto případě zařízení na lampách díky své vysoké účinnosti.

Jak funguje indukční pec

Ohřev kovu umístěného uvnitř zařízení probíhá přeměnou elektromagnetických impulsů na tepelnou energii. Elektromagnetické impulsy jsou generovány cívkou se závity měděného drátu nebo trubky.

Po připojení zařízení začne cívkou protékat elektrický proud a kolem ní se objeví elektrické pole, které v průběhu času mění svůj směr. Funkčnost takového zařízení poprvé popsal James Maxwell.

Ohřívaný objekt musí být umístěn uvnitř cívky nebo v její blízkosti. Cílovým objektem pronikne magnetický indukční tok a uvnitř se vytvoří vírové magnetické pole. Indukční energie se tak přemění na teplo.

Odrůdy

Indukční pece se obvykle dělí na dva typy v závislosti na typu konstrukce:

V prvních zařízeních je kov, který se má tavit, umístěn před indukční cívkou a v pecích druhého typu je umístěn uvnitř ní.

Obě zařízení jsou žádaná v domácích i průmyslových podmínkách. Používají se k tavení různých kovů (litiny, oceli, hliníku, mědi), včetně drahých kovů (zlata, stříbra). V závislosti na modelu a výrobci se pece mohou lišit výkonem a frekvenčními charakteristikami.

Mimochodem, právě indukční trouby přiměly vědce k vytvoření mikrovlnných trub, které se dnes široce používají a instalují téměř v každém bytě.

Výhody a nevýhody

Mezi výhody pecí patří:

• Teplo je dodáváno výhradně pomocí elektromagnetického pole a použité nádobí není kontaminováno;
• Předměty vyrobené z oceli a jiných materiálů, které neobsahují uhlík, lze tavit;
• Při použití se prakticky netvoří oxid uhelnatý – tavicí materiály absorbují z atmosférického vzduchu jen málo dusíku a vodíku;
• Během tavení se tekutý kov přirozeně mísí, a proto všechny metalurgické procesy probíhají mnohem rychleji;
• Během tavení lze v případě potřeby upravit teplotu;
• Vysoká produktivita pecí tohoto typu umožňuje provoz v režimu dávkování roztaveného kovu v malých dávkách po krátké časové úseky;
• Zařízení má malé rozměry, díky nimž lze tavení kovů snadno provádět jak v průmyslových prostorách, tak i v malých pracovních prostorách;
• Minimální emise kouře během provozu a maximální šetrnost k životnímu prostředí při tavení kovu;
• Během provozu indukční pec produkuje minimální hladinu hluku;
• Pro servisní personál jsou při tavení kovů v takových zařízeních vytvořeny nejpříznivější podmínky.

Kromě uvedených výhod má zařízení i řadu nevýhod:

• Při tavení kovu se struska zahřívá kovovou směsí, což má za následek nižší teplotu;
• Při používání zařízení často vznikají potíže s odstraňováním nečistot síry a fosforu z kovu.

DIY indukční pec pro tavení kovu

Pokud existuje schéma elektrické montáže, zvládne proces montáže i začínající mistr. Zařízení lze vytvořit na základě svařovacího střídače, na lampách nebo tranzistorech.

Hlavní výhodou kamen, které byly sestaveny z improvizovaných prostředků, je, že cena zařízení je o řád nižší než při nákupu vybavení v obchodě.

Při montáži sporáku s indukční cívkou mějte na paměti, že rychlost tavení kovových slitin bude přímo záviset na několika faktorech:

• Rychlost přenosu tepla;
• Výkon generátoru použitého v návrhu;
• Ztráty ve vírovém proudění během pracovního procesu;
• Frekvence provozu zařízení;
• Přítomnost kovových částí a elektronických zařízení v blízkosti, které mohou způsobovat rušení.

Ze svářecího invertoru

Trouba, která pracuje na bázi střídače, vyniká svými bezpečnostními vlastnostmi, ale zároveň je sestavena co nejjednodušeji. Samotný střídač již má všechny potřebné ochranné mechanismy pro případ přetížení. Proces výroby indukčního sporáku se svářečkou spočívá v montáži induktoru.

Pro sestavení indukční cívky se vyplatí zakoupit měděnou trubku s tenkými stěnami a průměrem nejvýše 10 mm. Trubka je ohnuta do spirály a pro usnadnění procesu je vhodné vyrobit speciální šablonu.

Počet závitů v cívce je od 7 do 12. Jejich celkový počet přímo závisí na vlastnostech použitého svařovacího střídače. Ujistěte se, že odpor cívky nepřesahuje povolený proud ve střídači, jinak při tavení kovu budete muset čelit automatickému vypnutí zařízení v důsledku činnosti vnitřní ochrany.

Po výrobě cívky přistoupíme k výrobě vnějšího pláště zařízení. Pro tyto účely se nejlépe hodí grafitové pouzdro (nepoužívejte pro pouzdro materiál, který vede elektrický proud, jinak se výrazně sníží celkový výkon zařízení). Uvnitř indukční cívky je umístěn kelímek, ve kterém se později roztaví kov.

Hotovou indukční cívku je nejlepší instalovat na povrch odolný vůči vysokým teplotám vzduchu. Před zahájením práce odstraňte z prostoru instalace cizí předměty.

Svařovací invertor by měl být připojen pouze k zásuvkám, které vydrží proud spotřebovávaný zařízením. Nezapomeňte uzemnit kryt.

Na tranzistorech

Pro sestavení tranzistorového sporáku byste si měli zakoupit následující díly:

• Tranzistory s polním efektem typu IRFZ44V;
• Dvě diody;
• Rezistor 470 Ohmů;
• Filmové kondenzátory různých kapacit;
• Měděné dráty pro navíjení v izolaci o průměru 1,2 mm a 2 mm;
• Počítačové radiátory.

Proces montáže zařízení zahrnuje následující kroky:

1. Tranzistory jsou namontovány na radiátorech. Upozorňujeme, že pracovní obvod se poměrně rychle a silně zahřívá, takže radiátory musí být velké, aby se konstrukce ochladila. V některých případech lze použít jeden radiátor.
2. Odstraníme kroužky z napájecího zdroje počítače a začneme na ně navíjet měděný drát o průměru 1,2 mm. Celkem je nutné vyrobit dva kroužky, na každém z nich 7 až 15 závitů. Ujistěte se, že vzdálenost mezi závity je přibližně stejná.
3. Kondenzátory zapojujeme do jedné baterie, jejíž kapacita je 4,7 μF. Zapojení se provádí paralelně.
4. Indukční vinutí vyrobíme z drátu o průměru 2 mm. Průměr by měl odpovídat průměru kelímku, který bude později použit. Celkem by cívka neměla mít více než 8 závitů. Nestříhejte drát příliš blízko začátku vinutí. Zbývající konce drátu budou použity k připájení induktoru k obecnému obvodu pece.
5. Všechny prvky propojujeme podle schématu.

V případě potřeby může být pec vybavena tělesem z materiálu odolného vůči vysokým teplotám a nepropouští proud.

Na lampách

Pokud je pro tavení kovů potřeba výkonnější zařízení, lze indukční pec s lampami vyrobit podle následujícího schématu.

Pro sestavení konstrukce připravíme:

• 4 tetrodové výbojky. Konstrukce je vhodná pro výbojky formátu 6L6, 6P3 nebo G807;
• 4 tlumivky;
• 4 kondenzátory 0,01 μF;
• Neonové světlo (bude sloužit jako indikátor, který vás upozorní, že je trouba připravena k použití);
• Ladicí kondenzátor;
• Měděná trubka.

Kamna můžete sestavit podle těchto kroků:

1. Měděnou trubku ohýbáme do spirály. Celkem je nutné udělat asi 15 závitů, jejichž vzdálenost by neměla být menší než 5 mm. Kelímek, kde bude probíhat proces tavení, by měl být volně umístěn uvnitř spirály;
2. Vyrábíme spolehlivé pouzdro pro zařízení, které by nemělo vést elektrický proud a musí odolávat vysokým teplotám vzduchu;
3. Tlumivky a kondenzátory se sestavují podle výše uvedeného schématu;
4. K obvodu je připojena neonová lampa, která signalizuje, že zařízení je připraveno k provozu;
5. Pro nastavení kapacity je také připájen kondenzátor.

Použití pro vytápění

Indukční pece tohoto typu lze také použít k vytápění místnosti. Nejčastěji se používají společně s kotlem, který navíc ohřívá studenou vodu. V praxi se takové konstrukce používají extrémně zřídka, protože účinnost zařízení je minimální v důsledku ztráty elektromagnetické energie.

Další nevýhodou je spotřeba velkého množství elektřiny zařízením během provozu, a proto je zařízení klasifikováno jako ekonomicky nevýhodné.

Systém chlazení

Zařízení smontované vlastními silami musí být vybaveno chladicím systémem, protože během provozu budou všechny komponenty vystaveny vysokým teplotám, konstrukce se může přehřát a zlomit. V pecích prodávaných v obchodech se chlazení provádí vodou nebo nemrznoucí směsí.

Při výběru chladiče pro domácnost se upřednostňují možnosti, které jsou z ekonomického hlediska nejvýhodnější.

U domácích trub můžete zkusit použít běžný ventilátor s lopatkami. Věnujte pozornost skutečnosti, že zařízení by nemělo být příliš blízko trouby, protože kovové části ventilátoru negativně ovlivňují výkon zařízení a jsou také schopny narušit vírové proudění a snížit výkon celého systému.

Bezpečnostní opatření při používání zařízení

Při práci se zařízením byste měli dodržovat následující pravidla:

• Některé prvky instalace, stejně jako roztavený kov, jsou vystaveny silnému zahřívání, v důsledku čehož existuje riziko popálení;
• Při použití lampové trouby ji umístěte do uzavřeného krytu, jinak hrozí vysoké riziko úrazu elektrickým proudem;
• Před prací s přístrojem odstraňte z jeho provozního prostoru všechny kovové prvky a složitá elektronická zařízení. Osoby s kardiostimulátorem by přístroj neměly používat.

Indukční tavicí pec kovů lze použít pro cínování a tváření kovových dílů.

Domácí jednotku lze snadno upravit pro práci ve specifických podmínkách změnou některých nastavení. Pokud se při montáži konstrukce budete řídit stanovenými schématy a také základními bezpečnostními pravidly, bude domácí zařízení prakticky stejně dobré jako kupované domácí spotřebiče.