Промышленный индукционный нагреватель широкого применения

Государственное  бюджетное общеобразовательное учреждение

«Республиканская полилингвальная многопрофильная  

гимназия № 2 ״СМАРТ״»  

Перспективные материалы и новые технологии

Промышленный индукционный нагреватель широкого применения

Выполнил:Санников Даниил

Учитель: Камалова Д.Ю.

Уфа, 2023

Введение

Принцип разогрева материалов токами Фуко высокой частоты давно применяется в промышленности. Метод можно использовать в быту для нагрева воды, в том числе в целях отопления дома, так как передача энергии происходит более эффективно и с меньшими потерями.

Актуальность работы заключается в практической значимости применения индукционного нагревателя  в разных отраслях промышленности.

Объектом исследования является промышленный индукционный нагреватель.

Предмет исследования: индукционный нагрев.

Цель работы: изучить и создать промышленный  индукционный нагреватель.

Задачи:

1) изучить теоретический материал, касающийся индукционного нагрева ;

2) расширить представления о физических и химических свойствах индукционного нагрева;

3) рассмотреть способы создания нагревателя.

Методы исследования базируются на общих положениях теории электрических цепей, теории алгебраических и дифференциальных уравнений, вычислительных методах и использовании современных инструментальных систем и методов математического моделирования. Проверка основных теоретических положений осуществлялась путем экспериментальных исследований на физических и математических моделях.

Научная новизна исследования заключается в обосновании идеи и необходимости разработки методов использования приборов работающих за счет вихревых токов.

Практическая значимость заключается в изучении создания и применения индукционного нагревателя в быту.

Глава 1. Индукционный нагрев

Принцип работы индукционного нагревателя заключается в разогреве электропроводящей металлической заготовки индуцированным в ней замкнутым вихревым током.

Вихревые токи — токи, возникающие в сплошных проводниках вследствие явления электромагнитной индукции, когда эти проводники пронизываются переменным магнитным полем. На создание этих токов затрачивается энергия, которая превращается в тепло и нагревает проводники.

Для уменьшения этих потерь и устранения нагрева вместо сплошных проводников применяют слоистые, в которых отдельные слои разделены изоляцией. Эта изоляция препятствует возникновению больших замкнутых вихревых токов и уменьшает потери энергии на их поддержание. Именно из этих соображений сердечники трансформатора, якоря генераторов и т. п. делают из тонких листов стали, изолированных друг от друга слоями лака.

В качестве индуктора в индукционном нагревателе выступает катушка с переменным током, предназначенная для создания переменного электромагнитного поля высокой частоты.

Переменное магнитное поле высокой частоты, в свою очередь, действует на электропроводящий материал, наводя в нем замкнутый ток высокой плотности, и тем самым разогревая заготовку вплоть до ее расплавления. Данное явление известно давно, и объяснимо со времен Майкла Фарадея, описавшего явление электромагнитной индукции еще в 1931 году.

Изменяющееся во времени магнитное поле наводит переменную ЭДС в проводнике, который оно при этом своими силовыми линиями пересекает. Таким проводником может в принципе быть обмотка трансформатора, сердечник трансформатора, или цельный кусок какого-нибудь металла.

Если ЭДС наводится в обмотке, то получается трансформатор или приемник, а если прямо в магнитопроводе или в накоротко замкнутой обмотке — получается индукционный нагрев магнитопровода или обмотки.

В некачественно спроектированном трансформаторе, например, нагрев сердечника токами Фуко был бы однозначно явлением вредным, но в индукционном нагревателе похожее явление служит для достижения полезной цели.

Глава 2. Индукционный нагреватель своими руками

Индукционный нагреватель, в его задачи входит лишь повышение частоты, но на деле, всë немного сложнее. В данной работе я хотел, чтобы прибор вбирал в себе: простоту, универсальность, мощность, надëжность и безопасность.

Я решил взяться за его создание тогда, когда испытал в нëм необходимость и понял, что не только мне, но и многим другим он может пригодиться. До этого я уже имел опыт создания подобных устройств, но меня не устраивала то мощность, то отсутствие корпуса, в общем, решил создать проект как надо.

Как мне кажется, улучшать этот прибор можно бесконечно вплоть до подключения к вай-фай и серебряной панели, но задача именно этого проекта вполне реализована хоть и может быть улучшена.

Работает этот прибор на основе мощного модуля купленного на всём известном сайте, конечно, пришлось и его тоже немного доработать. На его питании стоит мощный диодный мост с трансформатором тороедального типа(по-русски бублик). Это обеспечивает низкий холостой ход и высокий КПД. Так же стоит два стрелочных вольтметра: сеть и внутреннее напряжение питания.

Для питания(мозгов) вентиляторов и т.д., также используется отдельный гальванически развязанный источник.

Плюсом этой системы является возможность варьировать количество витков индуктора, при этом  ток не сильно меняется.

В комплекте, конечно, идут спенные индукторы но при желании можете намотать свой. Любой формы и под любые задачи. Можно даже организовать хитроумный индуктор позволяющий узреть столь прекрасный эффект под названием левитационная плавка, в прочем это совсем другая история.

Заключение

Индукционный нагреватель, в его задачи входит лишь повышение частоты, но на деле, всë немного сложнее. В данной работе я хотел, чтобы прибор вбирал в себе: простоту, универсальность, мощность, надëжность и безопасность.

Я решил взяться за его создание тогда, когда испытал в нëм необходимость и понял, что не только мне,но и многим другим он может пригодиться. До этого я уже имел опыт создания подобных устройств, но меня не устраивала то мощность, то отсутствие корпуса, в общем, решил создать проект как надо.

Список литературы

1. Немков В.С., Демидович В.Б. Теория и расчет устройств индукционного нагрева. – Л.: Н50 Энергоатомиздат. Ленинградское отделение,1988. – 280 с. 6-9;
2. Шамов А.Н., Бодажков В.А. Проектирование и эксплуатация высокочастотных установок.- Изд. 2-е доп., "Машиностроение" Ленинградское отделение., 1974. – 71 c
3. Поляков В.Д., Чаколья Э. Высокочастотный генератор для индукционного нагрева // Электротехника. – 2000. – № 12. – С. 31–34.
4. Криницына З.В., Видяев И.Г. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение: учебно – методическое пособие/Криницына З.В., Видяев И.Г.; Томский политехнический университет. − Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2014. – 73 с.
5. Гаврикова Н.А. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение: учебно–методическое пособие / Н.А. Гаврикова, Л.Р. Тухватулина, И.Г. Видяев, Г.Н. Серикова, Н.В. Шаповалова; Томский политехнический университет. − Томск: Изд–во Томского политехнического университета, 2014. – 73 с.