Hornos de inducción caseros. Horno de inducción para fusión de metales. Cómo montar un horno de inducción - diagramas e instrucciones

Mucha gente cree que el proceso de fundición de metales requiere de enormes instalaciones, prácticamente fábricas con una gran cantidad de empleados. Pero aún existe el oficio de joyero y se utilizan metales como el oro, la plata, el platino y otros para elaborar delicadas y exquisitas joyas, algunas de las cuales son legítimamente consideradas verdaderas obras de arte. Un taller de joyería es una empresa que no tolera una escala excesiva. Y el proceso de fusión en ellos es simplemente necesario. Por lo tanto, aquí es necesario un horno de inducción para fundir metal. No es grande, y muy eficiente, y fácil de manejar.

El principio de funcionamiento de un horno de inducción es un maravilloso ejemplo de cómo se utiliza un fenómeno indeseable con mayor eficiencia. Las llamadas corrientes de Foucault, que generalmente interfieren con cualquier tipo de ingeniería eléctrica, aquí solo tienen como objetivo un resultado positivo.

Para que la estructura metálica comience a calentarse y luego se derrita, debe colocarse bajo estas mismas corrientes de Foucault, y se forman en una bobina de inducción, que, en general, es un horno.

En pocas palabras, todos saben que durante el funcionamiento, cualquier aparato eléctrico comienza a calentarse. El horno de inducción de fusión de metales aprovecha al máximo este efecto que de otro modo sería indeseable.

Ventajas sobre otros tipos de hornos de fusión

Los hornos de inducción no son el único invento utilizado para fundir metales. También hay famosos hornos de solera, altos hornos y otros tipos. Sin embargo, el horno que estamos considerando tiene una serie de ventajas innegables sobre todos los demás.

Los hornos de inducción pueden ser bastante compactos y su ubicación no causará ninguna dificultad.
Alta velocidad de fusión. Si otros hornos de fusión de metales requieren varias horas solo para calentarse, la inducción lo hace varias veces más rápido.
La eficiencia es solo ligeramente inferior al 100%.
De acuerdo con la pureza de la masa fundida, el horno de inducción ocupa con confianza el primer lugar. En otros dispositivos, la pieza de trabajo preparada para la fusión está en contacto directo con el elemento calefactor, lo que a menudo conduce a la contaminación. Las corrientes de Foucault calientan la pieza de trabajo desde el interior, afectando la estructura molecular del metal, y no entran elementos laterales.

Esta última ventaja es esencial en joyería, donde la frecuencia del material realza su valor y singularidad.

Colocación del horno

Horno de inducción compacto, dependiendo del tamaño puede ser de piso y de sobremesa. Cualquiera que sea la opción que elija, hay algunas reglas básicas para elegir dónde colocarlo.

A pesar de la facilidad de manejo del horno, no deja de ser un electrodoméstico que requiere medidas de seguridad. Y lo primero a considerar durante la instalación es la disponibilidad de la fuente de alimentación correcta correspondiente al modelo del dispositivo.
La capacidad de llevar a cabo una puesta a tierra de alta calidad.
Provisión de instalación con suministro de agua.
Los hornos de mesa requieren una base estable.
Pero lo más importante, nada debe interferir con el trabajo. Incluso si la masa fundida no es demasiado grande en términos de volumen y masa, su temperatura es de más de 1000 grados y salpicarla accidentalmente fuera del molde significa infligir lesiones muy graves a uno mismo o a lo que está cerca.

No hay nada que decir sobre el hecho de que no debe haber materiales combustibles y, más aún, explosivos cerca de un horno de inducción en funcionamiento. Pero un escudo de fuego a poca distancia es absolutamente necesario.

Tipos de hornos de inducción.

Se utilizan ampliamente dos tipos de hornos de inducción: de canal y de crisol. Se diferencian sólo en la forma en que funcionan. En todos los demás aspectos, incluidas las ventajas, estos hornos de fusión son muy similares. Consideremos cada opción por separado:

Horno de canal. La principal ventaja de este tipo es un ciclo continuo. Puede cargar una nueva porción de materias primas y descargar metal ya fundido directamente durante el calentamiento. La única dificultad puede surgir al inicio. Se debe llenar el canal a través del cual se retirará el metal líquido del horno.
Horno de crisol. A diferencia de la primera opción, cada porción del metal deberá cargarse por separado. Este es el punto. La materia prima se coloca en un crisol resistente al calor y se coloca dentro del inductor. Después de que el metal se funde, se drena del crisol y solo entonces se carga la siguiente porción. Dicho horno es ideal para pequeños talleres donde no se requieren grandes masas de materias primas fundidas.

La principal ventaja de ambas opciones es la velocidad de producción. Sin embargo, el horno de crisol también gana aquí. Además, es bastante posible hacerlo usted mismo en casa.

Un horno de inducción hecho en casa no presenta ninguna dificultad, por lo que una persona común que está al menos un poco familiarizada con la ingeniería eléctrica no puede ensamblarlo. Tiene solo tres bloques principales:

Generador.
Inductor.
Crisol.

El inductor es un devanado de cobre que puede fabricar usted mismo. Tendrás que buscar el crisol ya sea en las tiendas adecuadas, o conseguirlo de otras formas. Y como generador se puede usar: un inversor de soldadura, un transistor o circuito de lámpara ensamblado personalmente.

Horno de inducción en un inversor de soldadura.

La opción más simple y más utilizada. Los esfuerzos deberán realizarse solo en la construcción del inductor. Se toma un tubo de cobre de pared delgada de 8-10 cm de diámetro y se dobla de acuerdo con el patrón deseado. Los giros deben ubicarse a una distancia de 5-8 mm, y su número depende de las características y el diámetro del inversor. El inductor se fija en una caja de textolita o grafito, y se coloca un crisol dentro de la instalación.

horno de inducción de transistores

En este caso, deberá trabajar no solo con las manos, sino también con la cabeza. Y corre por las tiendas en busca de los repuestos necesarios. Después de todo, necesitará transistores de diferentes capacidades, un par de diodos, resistencias, condensadores de película, dos cables de cobre de diferentes grosores y un par de anillos de estranguladores.

Antes del montaje, debe tenerse en cuenta que el circuito resultante se calentará mucho durante el funcionamiento. Por lo tanto, se deben usar disipadores de calor bastante grandes.
Los condensadores se recogen en paralelo en una batería.
El alambre de cobre con un diámetro de 1,2 mm se enrolla en los anillos del acelerador. Dependiendo de la potencia, los turnos deben ser de 7 a 15.
En un objeto cilíndrico, de diámetro adecuado al tamaño del crisol, se enrollan 7-8 vueltas de alambre de cobre con un diámetro de 2 mm. Los extremos del cable se dejan lo suficientemente largos para la conexión.
De acuerdo con un esquema especial, todo está montado en el tablero.
La fuente de alimentación puede ser una batería de 12 voltios.
Si es necesario, puede hacer una caja de textolita o grafito.
La potencia del dispositivo se regula aumentando o disminuyendo las vueltas del devanado del inductor.

No es fácil ensamblar un dispositivo de este tipo por su cuenta. Y puede asumir este trabajo solo cuando hay confianza en la corrección de sus acciones.

Horno de inducción de lámpara

A diferencia de uno de transistores, un horno de lámpara resultará mucho más potente, lo que significa que tendrás que tener más cuidado tanto con él como con el circuito.

4 lámparas de rayos conectadas en paralelo generarán corrientes de alta frecuencia.
El alambre de cobre se dobla en espiral. La distancia entre las vueltas es de 5 mm o más. Las espiras en sí tienen un diámetro de 8 a 16 cm El inductor debe ser de un tamaño tal que el crisol pueda caber fácilmente en su interior.
El inductor se coloca en una carcasa hecha de un material no conductor (textolita, grafito).
Puede colocar una lámpara indicadora de neón en la carcasa.
También puede incluir un condensador de sintonización en el circuito.

La fabricación de ambos circuitos requiere la posesión de algunos conocimientos, que se pueden obtener, pero es mejor si lo hace un verdadero especialista.

Enfriamiento

Esta pregunta es probablemente la más difícil de todas las que se le plantean a una persona que decide ensamblar de forma independiente un aparato de fusión basado en el principio de inducción. El hecho es que no se recomienda colocar el ventilador directamente cerca del horno. Las partes metálicas y eléctricas de la unidad de enfriamiento pueden afectar negativamente el funcionamiento de la estufa. Un ventilador ubicado lejos puede no proporcionar el enfriamiento necesario, lo que provocará un sobrecalentamiento.

La segunda opción es llevar a cabo la refrigeración por agua. Sin embargo, no solo es difícil realizarlo en casa de manera cualitativa y correcta, sino que tampoco es económicamente rentable. En este caso, vale la pena considerar: ¿no sería más económico comprar una versión industrial de un horno de inducción, producido en la fábrica, de conformidad con todas las tecnologías necesarias?

Precauciones de seguridad al fundir metal en un horno de inducción

No hace falta extenderse en este tema, ya que casi todo el mundo conoce las normas básicas de seguridad. Es necesario detenerse solo en aquellos problemas que son exclusivos de este tipo de equipo.

Comencemos con la seguridad personal. Cuando se trabaja con un horno de inducción, debe entenderse bien que las temperaturas aquí son muy altas y esto es un riesgo de quemaduras. Además, el dispositivo es eléctrico y requiere mayor atención.
Si compró un horno terminado, debe prestar atención al radio de influencia del campo electromagnético. De lo contrario, los relojes, teléfonos, videocámaras y otros dispositivos electrónicos pueden comenzar a fallar o incluso averiarse.
La ropa de trabajo debe seleccionarse con sujetadores no metálicos. Su presencia, por el contrario, afectará el funcionamiento del horno.
Se debe prestar especial atención a este respecto al horno de lámpara. Todos los elementos con alto voltaje deben estar ocultos en la caja.

Por supuesto, es poco probable que dicho equipo sea útil en un apartamento de la ciudad, pero los radioaficionados que se dedican constantemente al estañado y a los artesanos de la joyería no pueden prescindir de un horno de inducción. Para ellos, esto es muy útil, se podría decir insustituible, y cómo ayuda en su trabajo, es mejor preguntarles a ellos mismos.

Los hornos de inducción se inventaron ya en 1887. Y tres años después, apareció el primer desarrollo industrial, con la ayuda de la cual se fundieron varios metales. Me gustaría señalar que en aquellos años lejanos estos hornos eran una curiosidad. Lo que pasa es que los científicos de esa época no entendían bien qué procesos estaban teniendo lugar en él. Lo resolví hoy. En este artículo, nos interesará el tema: horno de inducción de bricolaje. ¿Qué tan simple es su diseño, es posible armar esta unidad en casa?

Principio de funcionamiento

Es necesario comenzar el montaje, habiendo entendido el principio de funcionamiento y el dispositivo del dispositivo. Comencemos con esto. Presta atención a la imagen de arriba, lo entenderemos.

El dispositivo incluye:

Generador G, que crea una corriente alterna.
El condensador C, junto con la bobina L, crea un circuito oscilatorio, que proporciona una alta temperatura a la instalación.

¡Atención! Algunos diseños utilizan el denominado generador autooscilante. Esto hace posible quitar el condensador del circuito.
La bobina en el espacio circundante forma un campo magnético en el que hay un voltaje, indicado en nuestra figura por la letra "H". El campo magnético en sí existe en el espacio libre y puede cerrarse a través de un núcleo ferromagnético.
También actúa sobre la mezcla (W), en la que crea un flujo magnético (F). Por cierto, en lugar de la carga, se puede instalar alguna pieza de trabajo.
El flujo magnético induce un voltaje secundario de 12 V. Pero esto solo sucede si W es un elemento eléctricamente conductor.
Si la pieza de trabajo calentada es grande y sólida, entonces la llamada corriente de Foucault comienza a actuar en su interior. Es del tipo vórtice.
En este caso, las corrientes de Foucault transfieren energía térmica desde el generador a través de un campo magnético, calentando así la pieza de trabajo.

El campo electromagnético es bastante amplio. E incluso la conversión de energía en varias etapas, que está presente en los hornos de inducción caseros, tiene una eficiencia máxima, hasta el 100%.

horno de crisol

Variedades

Hay dos diseños principales de hornos de inducción:

Canal.
Crisol.

No describiremos aquí todas sus características distintivas. Solo tenga en cuenta que la versión de canal es un diseño similar a una máquina de soldar. Además, para fundir metal en tales hornos, era necesario dejar un poco de fusión, sin la cual el proceso simplemente no funcionaba. La segunda opción es un esquema avanzado que utiliza tecnología sin fusión residual. Es decir, el crisol simplemente se instala directamente en el inductor.

Cómo funciona

¿Por qué necesitas un horno así en casa?

En general, la pregunta es bastante interesante. Miremos esta situación. Hay una cantidad bastante grande de dispositivos eléctricos y electrónicos soviéticos que usaban contactos de oro o plata. Estos metales se pueden eliminar de varias maneras. Uno de ellos es una estufa de inducción.

Es decir, tomas los contactos, los colocas en un crisol estrecho y largo, que instalas en el inductor. Después de 15-20 minutos, reduciendo la potencia, enfriando el aparato y rompiendo el crisol, obtendrá una varilla, al final de la cual encontrará una punta dorada o plateada. Córtalo y llévalo a una casa de empeño.

Aunque cabe señalar que con la ayuda de esta unidad casera, se pueden llevar a cabo varios procesos con metales. Por ejemplo, puede endurecerse o irse.

Bobina con batería (generador)

Componentes de la estufa

En la sección "Principio de funcionamiento", ya hemos mencionado todas las partes del horno de inducción. Y si todo está claro con el generador, entonces se debe tratar el inductor (bobina). Un tubo de cobre es adecuado para ello. Si está ensamblando un dispositivo con una potencia de 3 kW, necesitará un tubo con un diámetro de 10 mm. La bobina en sí está retorcida con un diámetro de 80-150 mm, con un número de vueltas de 8 a 10.

Tenga en cuenta que las bobinas del tubo de cobre no deben tocarse entre sí. La distancia óptima entre ellos es de 5-7 mm. La bobina en sí no debe tocar la pantalla. La distancia entre ellos es de 50 mm.

Por lo general, los hornos de inducción industriales tienen una unidad de refrigeración. Es imposible hacer esto en casa. Pero para una unidad con una potencia de 3 kW, el trabajo de hasta media hora no amenaza nada. Es cierto que, con el tiempo, se formarán incrustaciones de cobre en el tubo, lo que reduce la eficiencia del dispositivo. Entonces, periódicamente habrá que cambiar la bobina.

Generador

En principio, hacer un generador con sus propias manos no es un problema. Pero esto solo es posible si tiene suficientes conocimientos en electrónica de radio al nivel de un radioaficionado promedio. Si no existe tal conocimiento, olvídese de la estufa de inducción. Lo más importante es que también debe poder operar este dispositivo hábilmente.

Si se enfrenta al dilema de elegir un circuito generador, tome un consejo: no debe tener un espectro de corriente fuerte. Para que quede más claro lo que está en juego, ofrecemos el circuito generador más simple para un horno de inducción en la foto a continuación.

Circuito generador

Conocimiento requerido

El campo electromagnético actúa sobre todos los seres vivos. Un ejemplo es la carne en el microondas. Por lo tanto, vale la pena cuidar la seguridad. Y no importa si montas la estufa y la pruebas o trabajas en ella. Existe un indicador como la densidad de flujo de energía. Entonces depende del campo electromagnético. Y cuanto mayor es la frecuencia de la radiación, peor es el cuerpo humano.

Muchos países han adoptado medidas de seguridad que tienen en cuenta la densidad energética. Hay límites desarrollados. Esto es 1-30 mW por 1 m² del cuerpo humano. Estos indicadores son válidos si la exposición ocurre no más de una hora al día. Por cierto, la pantalla galvanizada instalada reduce la densidad del techo en 50 veces.

No olvides calificar el artículo.

Los antiguos alfareros que cocían cerámica en hornos a veces encontraban piezas duras y brillantes con propiedades inusuales en el fondo de los hornos. Desde el mismo momento en que comenzaron a pensar en qué eran estas maravillosas sustancias, cómo aparecieron allí y también dónde se pueden usar con beneficio, nació la metalurgia: el oficio y el arte del procesamiento de metales.

Y la herramienta principal para extraer nuevos materiales extremadamente útiles del mineral fueron las fraguas de termofusión. Sus diseños han recorrido un largo camino de desarrollo: desde las primitivas cúpulas de arcilla desechables calentadas con leña hasta los modernos hornos eléctricos con control automático del proceso de fusión.

Las unidades de fundición de metales son necesarias no solo para los gigantes de la metalurgia ferrosa, que utilizan cúpulas, altos hornos, hornos de hogar abierto y convertidores regeneradores con una producción de varios cientos de toneladas por ciclo.
Tales valores son típicos de la fundición de hierro y acero, que representan hasta el 90% de la producción industrial de todos los metales.
En la metalurgia no ferrosa y el procesamiento secundario, los volúmenes son mucho menores. Y el volumen de negocios mundial de la producción de metales de tierras raras generalmente se estima en varios kilogramos por año.

Pero la necesidad de fundición de productos metálicos surge no solo en su producción en masa. Un sector importante del mercado metalúrgico está ocupado por la producción de fundición, donde se requieren unidades de fundición de metales de producción relativamente pequeña, desde varias toneladas hasta decenas de kilogramos. Y para la producción de piezas de artesanía y artesanía y joyería, se utilizan máquinas de fusión con un rendimiento de varios kilogramos.

Todos los tipos de dispositivos de fundición de metales se pueden dividir según el tipo de fuente de energía para ellos:

Térmico. El portador de calor es gas de combustión o aire fuertemente calentado.
Eléctrico. Se utilizan varios efectos térmicos de la corriente eléctrica:
- Amortiguar. Calentamiento de materiales colocados en una carcasa con aislamiento térmico con un elemento calefactor en espiral.
- resistencia. Calentar una muestra pasando una gran corriente a través de ella.
- Arco. Se utiliza la alta temperatura del arco eléctrico.
- Inducción. Fusión de materias primas metálicas por el calor interno de la acción de las corrientes de Foucault.
Transmisión. Dispositivos exóticos de plasma y rayos catódicos.

Horno de fusión por haz de electrones en línea Horno térmico de solera abierta Horno de arco eléctrico

Con pequeños volúmenes de generación, lo más adecuado y económico es el uso de energía eléctrica, en particular, hornos de fusión por inducción(IPP).

El dispositivo de hornos eléctricos de inducción.

En resumen, su acción se basa en el fenómeno de las corrientes de Foucault: corrientes de Foucault inducidas en un conductor. En la mayoría de los casos, los ingenieros eléctricos los tratan como un fenómeno dañino.
Por ejemplo, es precisamente por ellos que los núcleos de los transformadores están hechos de placas o cintas de acero: en una pieza sólida de metal, estas corrientes pueden alcanzar valores significativos, lo que lleva a pérdidas de energía inútiles para calentarlo.

En el horno de fusión por inducción, este fenómeno tiene un buen uso. De hecho, es un tipo de transformador, en el que el papel de un devanado secundario en cortocircuito y, en algunos casos, el núcleo, lo desempeña una muestra de metal fundido. Es metálico: solo los materiales que conducen la electricidad pueden calentarse en él, mientras que los dieléctricos permanecerán fríos. El papel del inductor: el devanado primario del transformador se realiza mediante varias vueltas de un tubo de cobre grueso enrollado en una bobina, a través del cual circula el refrigerante.

Por cierto, las placas de cocina extremadamente populares con calentamiento por inducción de alta frecuencia funcionan con el mismo principio. Un trozo de hielo colocado sobre ellos ni siquiera se derretirá, y los utensilios de metal colocados se calentarán casi instantáneamente.

Características de diseño de los hornos térmicos de inducción.

Hay dos tipos principales de PPI:

Para ambos tipos de unidades de fundición de metales, no existen diferencias fundamentales en el tipo de materias primas de trabajo: funden con éxito tanto metales ferrosos como no ferrosos. Solo es necesario seleccionar el modo de funcionamiento adecuado y el tipo de crisol.

Opciones de selección

Así, los principales criterios para elegir uno u otro tipo de horno térmico son el volumen y la continuidad de la producción. Para una pequeña fundición, por ejemplo, en la mayoría de los casos, un horno eléctrico de crisol es adecuado y un horno de canal es adecuado para una empresa de reciclaje.

Además, entre los parámetros principales de un horno térmico de crisol se encuentra el volumen de un calor, en función del cual se debe elegir un modelo específico. También son características importantes la potencia máxima de funcionamiento y el tipo de corriente: monofásica o trifásica.

Elección de la ubicación de montaje

La ubicación del horno de inducción en un taller o taller debe proporcionar un enfoque libre para el desempeño seguro de todas las operaciones tecnológicas en el proceso de fusión:

carga de materias primas;
manipulaciones durante el ciclo de trabajo;
descarga de la masa fundida terminada.

El lugar de instalación debe estar provisto de las redes eléctricas necesarias con el voltaje de operación y el número de fases requeridos, puesta a tierra de protección con posibilidad de una rápida parada de emergencia de la unidad. Asimismo, se debe dotar a la instalación de suministro de agua para la refrigeración.

Sin embargo, las estructuras de escritorio de pequeñas dimensiones deben instalarse sobre bases individuales sólidas y confiables que no estén destinadas a otras operaciones. Las unidades de piso también deben proporcionar una base sólida reforzada.

Está prohibido colocar materiales inflamables y explosivos en el área de descarga de la masa fundida. Se debe colgar un escudo contra incendios con agentes extintores cerca de la ubicación de la estufa.

Instrucciones de instalación

Las unidades industriales de termofusión son dispositivos con un alto consumo de energía. Su instalación y cableado debe ser realizado por especialistas calificados. La conexión de unidades pequeñas con una carga de hasta 150 kg puede ser realizada por un electricista calificado, siguiendo las reglas habituales para instalaciones eléctricas.

Por ejemplo, un horno IPP-35 con una potencia de 35 kW con un volumen de producción de metales ferrosos de 12 kg y metales no ferrosos, hasta 40, tiene una masa de 140 kg. En consecuencia, su instalación constará de los siguientes pasos:

Selección de una ubicación adecuada con una base sólida para la unidad de fusión en caliente y la unidad de inducción de alto voltaje enfriada por agua con un banco de capacitores. La ubicación de la unidad debe cumplir con todos los requisitos operativos y las normas de seguridad eléctrica y contra incendios.
Dotar a la instalación de una línea de refrigeración por agua. El horno de fusión eléctrico descrito no viene con equipo de enfriamiento, que debe comprarse por separado. La mejor solución para esto sería una torre de enfriamiento de circuito cerrado de doble circuito.
Conexión a tierra de protección.
Queda terminantemente prohibido el funcionamiento de cualquier horno de fusión eléctrico sin conexión a tierra.
Conexión de una línea eléctrica separada con un cable, cuya sección transversal proporciona la carga adecuada. El escudo de potencia también debe proporcionar la carga requerida con un margen de potencia

Para pequeños talleres y uso doméstico, se producen mini hornos, por ejemplo, UPI-60-2, con una potencia de 2 kW con un volumen de crisol de 60 cm³ para fundir metales no ferrosos: cobre, latón, bronce ~ 0,6 kg , plata ~ 0,9 kg, oro ~ 1,2 kg. El peso de la instalación en sí es de 11 kg, dimensiones - 40x25x25 cm Su instalación consiste en colocarlo en un banco de trabajo de metal, conectar el enfriamiento por agua que fluye y enchufarlo a una toma de corriente.

Tecnología de uso

Antes de comenzar a trabajar con un horno eléctrico de crisol, es imperativo verificar el estado de los crisoles y el revestimiento: aislamiento térmico protector interno. Si está diseñado para el uso de dos tipos de crisoles: cerámica y grafito, es necesario elegir el material cargado adecuado de acuerdo con las instrucciones.

Por lo general, los crisoles de cerámica se utilizan para metales ferrosos, grafito, para no ferrosos.

Procedimiento de operación:

Inserte el crisol dentro del inductor y, habiendo cargado el material de trabajo, cúbralo con una cubierta aislante del calor.
Encienda la refrigeración por agua. Muchos modelos de fusores eléctricos no arrancan si no existe la presión de agua necesaria.

El proceso de fusión en el crisol IPP comienza con su inclusión y acceso al modo de funcionamiento. Si hay un regulador de potencia, colóquelo en la posición mínima antes de encenderlo.
Aumente lentamente la potencia hasta la potencia de trabajo correspondiente al material cargado.
Después de fundir el metal, reducir la potencia a una cuarta parte de la de trabajo para mantener el material en estado fundido.
Antes de verter, gire el regulador al mínimo.
Al final de la fusión, desconecte la instalación. Apague el enfriamiento por agua después de que se enfríe.

Todo el tiempo de fusión de la unidad debe estar bajo supervisión. Cualquier manipulación con los crisoles debe hacerse con pinzas y guantes protectores. En caso de incendio, la instalación debe desconectarse inmediatamente y las llamas deben extinguirse con una lona o extinguirse con cualquier extintor que no sea ácido. Está terminantemente prohibido llenar con agua.

Ventajas de los hornos de inducción.

Alta pureza de la masa fundida resultante. En otros tipos de hornos térmicos de fusión de metales, suele haber contacto directo del portador de calor con el material y, como resultado, contaminación de este último. En IPP, el calentamiento se produce por absorción del campo electromagnético del inductor por la estructura interna de los materiales conductores. Por lo tanto, tales hornos son ideales para la producción de joyas.
Para los hornos térmicos, el principal problema es reducir el contenido de fósforo y azufre en las fundiciones de metales ferrosos, que empeoran su calidad.
Alta eficiencia de los dispositivos de fusión por inducción, alcanzando hasta el 98%.
Alta velocidad de fusión debido al calentamiento de la muestra desde el interior y, como resultado, alta productividad del IPP, especialmente para pequeños volúmenes de trabajo de hasta 200 kg.
El calentamiento del horno eléctrico de mufla con una carga de 5 kg se produce en unas pocas horas, IPP, no más de una hora.
Los dispositivos con una carga de hasta 200 kg son fáciles de colocar, instalar y operar.

La principal desventaja de los dispositivos de fusión eléctricos, y los dispositivos de inducción no son una excepción, es el costo relativamente alto de la electricidad como refrigerante. Pero a pesar de esto, la alta eficiencia y el buen desempeño de los IPP los compensan en gran medida durante la operación.

El video muestra un horno de inducción durante el funcionamiento.

Los calentadores de inducción funcionan según el principio de "obtener corriente del magnetismo". En una bobina especial, se genera un campo magnético alterno de alta potencia, que genera corrientes eléctricas de Foucault en un conductor cerrado.

Un conductor cerrado en las cocinas de inducción son utensilios de metal, que se calientan mediante corrientes eléctricas de Foucault. En general, el principio de funcionamiento de tales dispositivos no es complicado y, con poco conocimiento en física e ingeniería eléctrica, no será difícil ensamblar un calentador de inducción con sus propias manos.

Los siguientes dispositivos se pueden hacer de forma independiente:

Dispositivos para calentar en una caldera de calefacción.
mini hornos para fundir metales.
Platos para cocinar alimentos.

La cocina de inducción de bricolaje debe fabricarse de acuerdo con todas las normas y reglas para el funcionamiento de estos dispositivos. Si se emite radiación electromagnética peligrosa para los humanos fuera de la carcasa en las direcciones laterales, entonces está estrictamente prohibido usar dicho dispositivo.

Además, una gran dificultad en el diseño de la estufa radica en la selección del material para la base de la placa, que debe cumplir los siguientes requisitos:

Ideal para conducir radiación electromagnética.
No conductivo.
Resiste el estrés de alta temperatura.

En las placas de inducción domésticas, se utilizan cerámicas costosas; en la fabricación de una cocina de inducción en el hogar, es bastante difícil encontrar una alternativa digna a dicho material. Por lo tanto, para empezar, debe diseñar algo más simple, por ejemplo, un horno de inducción para endurecer metales.

Instrucciones de fabricación

Planos

Figura 1. Diagrama eléctrico del calentador de inducción

Figura 2. Dispositivo.

Figura 3. Esquema de un calentador de inducción simple

Para la fabricación del horno necesitará los siguientes materiales y herramientas:

soldar;
tablero de textolita.
minitaladro.
radioelementos.
pasta termica.
reactivos químicos para el grabado de tableros.

Materiales adicionales y sus características:

Para hacer una bobina, que emitirá un campo magnético alterno necesario para el calentamiento, es necesario preparar una pieza de tubo de cobre con un diámetro de 8 mm y una longitud de 800 mm.
Potentes transistores de potencia son la parte más cara de una instalación de inducción casera. Para montar el circuito del generador de frecuencia, es necesario preparar 2 elementos de este tipo. Para estos fines, los transistores de las marcas son adecuados: IRFP-150; IRFP-260; IRFP-460. En la fabricación del circuito, se utilizan 2 transistores de efecto de campo idénticos a los enumerados.
Para la fabricación de un circuito oscilatorio. necesitará condensadores cerámicos con una capacidad de 0,1 mF y un voltaje de funcionamiento de 1600 V. Para que se forme una corriente alterna de alta potencia en la bobina, se requieren 7 de estos condensadores.
Durante el funcionamiento de un dispositivo de inducción de este tipo, los transistores de efecto de campo se calentarán mucho y si los radiadores de aleación de aluminio no están conectados a ellos, luego de unos segundos de funcionamiento a máxima potencia, estos elementos fallarán. La colocación de transistores en disipadores de calor debe realizarse a través de una capa delgada de pasta térmica; de lo contrario, la eficiencia de dicho enfriamiento será mínima.
Diodos, que se utilizan en un calentador de inducción, deben ser de acción ultrarrápida. Los más adecuados para este circuito, diodos: MUR-460; UV-4007; HER-307.
Resistencias utilizadas en el circuito 3: 10 kOhm con una potencia de 0,25 W - 2 uds. y potencia de 440 ohmios - 2 vatios. Diodos Zener: 2 uds. con una tensión de funcionamiento de 15 V. La potencia de los diodos zener debe ser de al menos 2 vatios. Con inducción se utiliza un estrangulador para conectar a las salidas de potencia de la bobina.
Para alimentar todo el dispositivo, necesitará una fuente de alimentación con una capacidad de hasta 500. W. y tensión 12 - 40 V. Puede alimentar este dispositivo con una batería de automóvil, pero no podrá obtener las lecturas de energía más altas con este voltaje.

El proceso mismo de fabricación de un generador electrónico y una bobina lleva poco tiempo y se lleva a cabo en la siguiente secuencia:

De un tubo de cobre Se hace una espiral de 4 cm de diámetro, para hacer una espiral se debe enrollar un tubo de cobre sobre una varilla de superficie plana de 4 cm de diámetro, la espiral debe tener 7 vueltas que no se deben tocar. Los anillos de montaje están soldados a los 2 extremos del tubo para la conexión a los radiadores de transistores.
La placa de circuito impreso está hecha de acuerdo con el esquema. Si es posible suministrar condensadores de polipropileno, entonces debido al hecho de que dichos elementos tienen pérdidas mínimas y un funcionamiento estable con grandes amplitudes de fluctuaciones de voltaje, el dispositivo funcionará de manera mucho más estable. Los capacitores en el circuito están instalados en paralelo, formando un circuito oscilatorio con una bobina de cobre.
Calentamiento de metales ocurre dentro de la bobina, después de que el circuito se conecta a una fuente de alimentación o batería. Al calentar el metal, es necesario asegurarse de que no haya un cortocircuito en los devanados del resorte. Si toca el metal calentado 2 vueltas de la bobina al mismo tiempo, los transistores fallan instantáneamente.

Matices

Al realizar experimentos sobre calentamiento y endurecimiento de metales., dentro de la bobina de inducción la temperatura puede ser significativa y asciende a 100 grados centígrados. Este efecto de calefacción se puede utilizar para calentar agua sanitaria o para calentar una casa.
Esquema del calentador discutido anteriormente (Figura 3), a carga máxima es capaz de proporcionar la radiación de energía magnética dentro de la bobina igual a 500 vatios. Tal potencia no es suficiente para calentar un gran volumen de agua, y la construcción de una bobina de inducción de alta potencia requerirá la fabricación de un circuito en el que será necesario utilizar elementos de radio muy costosos.
Una solución económica para organizar el calentamiento por inducción de un líquido., es el uso de varios dispositivos descritos anteriormente, dispuestos en serie. En este caso, las espirales deben estar en la misma línea y no tener un conductor metálico común.
ComoSe utiliza un tubo de acero inoxidable con un diámetro de 20 mm. Varias espirales de inducción están "ensartadas" en la tubería, de modo que el intercambiador de calor esté en el medio de la espiral y no entre en contacto con sus vueltas. Con la inclusión simultánea de 4 de estos dispositivos, la potencia de calentamiento será de aproximadamente 2 kW, que ya es suficiente para el flujo de calentamiento del líquido con una pequeña circulación de agua, a valores que permiten el uso de este diseño en suministro de agua caliente a una pequeña casa.
Si conecta un elemento calefactor de este tipo a un tanque bien aislado, que estará ubicado sobre el calentador, el resultado será un sistema de caldera en el que el calentamiento del líquido se realizará dentro de la tubería de acero inoxidable, el agua calentada subirá y un líquido más frío ocupará su lugar.
Si el área de la casa es significativa., el número de bobinas de inducción se puede aumentar hasta 10 piezas.
La potencia de una caldera de este tipo se puede ajustar fácilmente. apagando o encendiendo las espirales. Cuantas más secciones se enciendan simultáneamente, mayor será la potencia del dispositivo de calentamiento que opera de esta manera.
Para alimentar un módulo de este tipo, necesita una fuente de alimentación potente. Si hay disponible una máquina de soldadura con inversor de CC, entonces se puede hacer un convertidor de voltaje de la potencia requerida.
Debido al hecho de que el sistema funciona con corriente eléctrica continua, que no supera los 40 V, el funcionamiento de dicho dispositivo es relativamente seguro, lo principal es proporcionar un bloque de fusibles en el circuito de alimentación del generador que, en caso de cortocircuito, desenergizará el sistema, eliminando así la posibilidad de un incendio.
Es posible organizar la calefacción "gratuita" de la casa de esta manera., siempre que se instalen baterías para alimentar dispositivos de inducción, que se cargarán con energía solar y eólica.
Las baterías deben combinarse en secciones de 2, conectadas en serie. Como resultado, la tensión de alimentación con dicha conexión será de al menos 24 V., lo que garantizará el funcionamiento de la caldera a alta potencia. Además, la conexión en serie reducirá la corriente en el circuito y aumentará la vida útil de la batería.

Funcionamiento de dispositivos de calentamiento por inducción caseros., no siempre permite excluir la propagación de radiaciones electromagnéticas nocivas para las personas, por lo que la caldera de inducción debe instalarse en un área no residencial y protegerse con acero galvanizado.
Obligatorio cuando se trabaja con electricidad se deben seguir las normas de seguridad y, especialmente para redes de 220 V CA.
como un experimento puedes hacer una placa para cocinar de acuerdo con el esquema indicado en el artículo, pero no se recomienda operar constantemente este dispositivo debido a la imperfección de fabricación propia del blindaje de este dispositivo, debido a esto, el cuerpo humano puede estar expuesto a radiaciones electromagnéticas nocivas que pueden afectar negativamente a la salud.

El mundo ya ha formado tecnologías bien establecidas para la producción de metal y acero, que son utilizadas por las empresas metalúrgicas en la actualidad. Estos incluyen: un método de conversión para producir metal, laminación, estirado, fundición, estampado, forjado, prensado, etc. Sin embargo, el más común en las condiciones modernas es la refundición de metal y acero en convectores, hornos de hogar abierto y hornos eléctricos. Cada una de estas tecnologías tiene una serie de desventajas y ventajas. Sin embargo, la tecnología más avanzada y actual en la actualidad es la producción de acero en hornos eléctricos. Las principales ventajas de este último sobre otras tecnologías son la alta productividad y el respeto al medio ambiente. Considere cómo ensamblar un dispositivo donde el metal se derretirá en casa con sus propias manos.

Horno eléctrico de inducción de pequeño tamaño para fundir metales en casa.

Es posible derretir metales en casa si tiene un horno eléctrico que puede hacer usted mismo. Considere la creación de un horno eléctrico inductivo de pequeño tamaño para la producción de aleaciones homogéneas (OS). En comparación con los análogos, la instalación creada diferirá en las siguientes características:

bajo costo (hasta 10,000 rublos), mientras que el costo de los análogos es de 150,000 rublos;
la posibilidad de control de temperatura;
la posibilidad de fundir metales a alta velocidad en pequeños volúmenes, lo que permite utilizar la instalación no solo en el campo científico, sino también, por ejemplo, en el campo de la joyería, la odontología, etc.
uniformidad y velocidad de calentamiento;
la posibilidad de colocar el cuerpo de trabajo en el horno al vacío;
dimensiones relativamente pequeñas;
bajo nivel de ruido, ausencia casi total de humo, lo que aumentará la productividad laboral al trabajar con la instalación;
la capacidad de trabajar tanto desde una red monofásica como desde una red trifásica.

Selección del tipo de esquema

En la mayoría de los casos, cuando se construyen calentadores de inducción, se utilizan tres tipos principales de circuitos: medio puente, puente asimétrico y puente completo. Al diseñar esta instalación, se utilizaron dos tipos de circuitos: un medio puente y un puente completo con regulación de frecuencia. Esta elección fue impulsada por la necesidad de controlar el factor de potencia. El problema surgió de mantener el modo de resonancia en el circuito, ya que es con su ayuda que se puede ajustar el valor de potencia requerido. Hay dos formas de controlar la resonancia:

cambiando la capacitancia;
cambiando la frecuencia.

En nuestro caso, la resonancia se mantiene ajustando la frecuencia. Fue esta característica la que provocó la elección del tipo de circuito con regulación de frecuencia.

Análisis de los componentes del circuito.

Al analizar el funcionamiento de un horno de inducción para la fusión de metales en el hogar (IP), se pueden distinguir tres partes principales: un generador, una fuente de alimentación y una unidad de potencia. Para proporcionar la frecuencia necesaria durante el funcionamiento de la instalación, se utiliza un generador que, para evitar interferencias de otros equipos de la instalación, se conecta a ellos mediante una solución galvánica en forma de transformador. Para proporcionar el circuito de voltaje de alimentación, se requiere una unidad de fuente de alimentación que garantice el funcionamiento seguro y confiable de los elementos de potencia de la estructura. En realidad, es la unidad de potencia la que genera las potentes señales necesarias para crear el factor de potencia deseado en la salida del circuito.

La figura 1 muestra un esquema general de una instalación de inducción.

Crear un diagrama de cableado

El diagrama de conexión (instalación) muestra las conexiones de los componentes del producto y determina los cables, cables que realizan estas conexiones, así como los lugares de su conexión.

Para la conveniencia de una mayor instalación de la instalación, se desarrolló un diagrama de conexión que refleja los contactos principales entre los bloques funcionales del horno (Fig. 2).

Generador de frecuencia

El bloque de IP más complejo es el generador. Proporciona la frecuencia deseada de funcionamiento de la instalación y crea las condiciones iniciales para obtener un circuito resonante. Como fuente de oscilaciones se utiliza un controlador especializado de impulsos electrónicos del tipo KR1211EU1 (Fig. 3). Esta elección se debió a la capacidad de este microcircuito para operar en un rango de frecuencia bastante amplio (hasta 5 MHz), lo que permite obtener un alto valor de potencia en la salida del bloque de potencia del circuito.

Las figuras 4.5 muestran un diagrama esquemático de un generador de frecuencia y un diagrama de un tablero eléctrico.

El microcircuito KR1211EU1 genera señales de una frecuencia determinada, que se puede cambiar mediante una resistencia de control instalada fuera del microcircuito. Además, las señales caen sobre los transistores que funcionan en el modo clave. En nuestro caso, se utilizan transistores de efecto de campo de silicio con puerta aislada tipo KP727. Sus ventajas son las siguientes: la corriente de impulso máxima admisible que pueden soportar es de 56 A; el voltaje máximo es de 50 V. El rango de estos indicadores nos conviene completamente. Pero, en relación con esto, hubo un problema de sobrecalentamiento significativo. Es para resolver este problema que se necesita un modo clave, que reducirá el tiempo que pasan los transistores en condiciones de funcionamiento.

Fuente de alimentación

Este bloque proporciona alimentación a las unidades ejecutoras de la instalación. Su característica principal es la capacidad de trabajar desde una red monofásica y trifásica. Se utiliza una fuente de alimentación de 380 V para mejorar el factor de potencia disipado en el inductor.

El voltaje de entrada se aplica al puente rectificador, que convierte el voltaje de CA de 220 V en un voltaje de CC pulsante. Los condensadores de almacenamiento están conectados a las salidas del puente, que mantienen un nivel de voltaje constante después de que se retira la carga de la instalación. Para garantizar la fiabilidad de la instalación, la unidad está equipada con un interruptor automático.

bloque de poder

Este bloque proporciona amplificación directa de la señal y la creación de un circuito resonante, cambiando la capacitancia del círculo. Las señales del generador van a transistores que operan en modo de amplificación. Por lo tanto, al abrirse en diferentes momentos, excitan los circuitos eléctricos correspondientes que pasan por el transformador elevador y hacen pasar corriente eléctrica a través de él en diferentes direcciones. Como resultado, a la salida del transformador (Tr1), obtenemos una señal aumentada con una frecuencia dada. Esta señal se aplica a la instalación con un inductor. Una instalación con inductor (Tr2 en el diagrama) consta de un inductor y un conjunto de condensadores (C13 - Sp). Los capacitores tienen una capacitancia especialmente seleccionada y crean un circuito oscilante que le permite ajustar el nivel de inductancia. Este circuito debe operar en modo de resonancia, lo que provoca un rápido aumento en la frecuencia de la señal en el inductor y un aumento en las corrientes de inducción, por lo que se produce el calentamiento real. La figura 7 muestra el circuito eléctrico de la unidad de potencia del horno de inducción.

Inductor y características de su trabajo.

Inductor: un dispositivo especial para transferir energía de una fuente de energía a un producto, se calienta. Los inductores generalmente están hechos de tubos de cobre. Durante el funcionamiento, se enfría con agua corriente.

La fusión de metales no ferrosos en el hogar utilizando un horno de inducción consiste en la penetración de corrientes de inducción en el medio de los metales, que surgen debido a la alta frecuencia del cambio de voltaje aplicado a los terminales del inductor. La potencia de la instalación depende de la magnitud de la tensión aplicada y de su frecuencia. La frecuencia afecta la intensidad de las corrientes de inducción y, en consecuencia, la temperatura en el medio del inductor. Cuanto mayor sea la frecuencia y el tiempo de funcionamiento de la instalación, mejor se mezclarán los metales. El inductor en sí y las direcciones del flujo de corrientes de inducción se muestran en la Figura 8.

Para una mezcla homogénea y para evitar la contaminación de la aleación por elementos extraños, como los electrodos de un tanque de aleación, se utiliza un inductor de bobina inversa como se muestra en la Figura 9. Es gracias a esta bobina que se crea un campo electromagnético que mantiene el metal en el aire, superando la fuerza de gravedad de la Tierra.

Montaje final de la planta.

Cada uno de los bloques se une al cuerpo del horno de inducción mediante bastidores especiales. Esto se hace para evitar contactos no deseados de las partes conductoras de corriente con el revestimiento metálico de la carcasa (Fig. 10).

Para un trabajo seguro con la instalación, está completamente cerrada por una caja fuerte (Fig. 11), para crear una barrera entre los elementos estructurales peligrosos y el cuerpo de una persona que trabaja con ella.

Para la conveniencia de configurar la instalación de inducción en su conjunto, se hizo un panel de indicación para acomodar dispositivos metrológicos, con la ayuda de los cuales se controlan todos los parámetros de la instalación. Dichos dispositivos metrológicos incluyen: un amperímetro que muestra la corriente en el inductor, un voltímetro conectado a la salida del inductor, un indicador de temperatura y un regulador de frecuencia de generación de señal. Todos los parámetros anteriores permiten regular los modos de funcionamiento de la instalación de inducción. Además, el diseño está equipado con un sistema de activación manual y un sistema para indicar procesos de calentamiento. Con la ayuda de impresiones en dispositivos, se controla realmente el funcionamiento de la instalación en su conjunto.

El diseño de una instalación de inducción de pequeño tamaño es un proceso tecnológico bastante complicado, ya que se debe asegurar que se cumplan un gran número de criterios, tales como: conveniencia del diseño, pequeño tamaño, portabilidad, etc. Esta instalación funciona según el principio de transferencia de energía sin contacto a un objeto que se calienta. Como resultado del movimiento intencional de las corrientes de inducción en el inductor, el proceso de fusión en sí se lleva a cabo directamente, cuya duración es de varios minutos.

La creación de esta instalación es bastante rentable, ya que su alcance es ilimitado, desde el uso para trabajos rutinarios de laboratorio hasta la producción de aleaciones homogéneas complejas a partir de metales refractarios.