Материалы исследовательской работы к конкурсу "Техника-молодежи 2020"

Министерство общего и профессионального образования Ростовской области

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение
Ростовской области

«Красносулинский колледж промышленных технологий»

Индукционный нагреватель (индукционная печь)

Номинация «Машиностроение и металлургия»

                                                                                            Автор:

                                                                                           Сергиенко Иван Николаевич

                                                                                           II курс, профессия 15.01.05

                                                                                           Ткаченко Олеся Игоревна

                                                                                           II курс, профессия 15.01.05

Научный руководитель проекта:

                                                                                               Романенко Юрий Александрович,

                                                                                               преподаватель спец. дисциплин

                                                                                               Малофеева Светлана Анатольевна,                                                                                             к.т.н., заместитель директора по УР

Богуш Валентина Васильевна,

                                                                                               преподаватель спец. дисциплин

Красный Сулин

2020 год

Отзыв научного руководителя на проект

«Индукционный нагреватель (индукционная печь)»

Студентами II курса проходящим курс обучения по профессии 15.01.05 Сергиенко И.Н., и Ткаченко О.И. был на практике апробирован процесс сборки, настройки и тестового запуска индукционного нагревателя (индукционной печи).

Натурный образец индукционного нагревателя (индукционной печи) был собран, настроен, прошел тестовые испытания в условиях мастерских ГБПОУ РО «ККПТ» и прошел испытания в реальных условиях эксплуатации (мастерской по обслуживанию и ремонту бытовой техики) показал высокое качество исполнения, стабильность заявленных технических характеристик.

Ю.А.Романенко

к.т.н. С.А.Малофеева

В.В.Богуш

Содержание

Стр.

Аннотация                                                                                               4

1. Индукционный нагреватель Low ZVS 12-24 вольт 20 А                     5

2. Общее описание индукционного нагревателя                                     6

3. Проверка работоспособности собранного индукционного
нагревателя                                                                                              13

4 Список используемых источников и интернет ресурсов                     17

Аннотация

Индукционный нагреватель (индукционная печь) малогабаритное, низковольтное (12-24 вольт) электронное устройство, собранное на современной  электронной элементной базе. Данное устройство на практике использует явление электромагнитной индукции открытое Майклом Фарадеем в 1831 году. Электромагнитная индукция - явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него. Индукционный нагрев - это нагревание материалов электрическими токами, которые индуцируются переменным магнитным полем.

В общем случае схема индукционного нагрева выглядит следующим образом: У нас есть генератор и колебательный контур. Частота колебания в контуре зависит от индуктивности катушки и емкости установленных конденсаторов.

Различные материалы восприимчивы к различным частотам колебаний. Например, при частоте колебаний контура, при которой происходит плавления стали, например, цветные металлы, могут даже не начать толком нагреваться. И наоборот.

Данный образец предназначен для нагрева небольших изделий из металлов (сверло, резец, и пр.) для последующей их закалки. Находит широкое применение в металлообрабатывающей промышленности, металлургии.

Обеспечивает безопасный, быстрый, равномерный нагрев изделий.

1. Индукционный нагреватель Low ZVS 12-24 вольт 20 А.

Цель разработки:

Данный индукционный нагреватель (индукционная печь) имеет мощность до 500-600 Ватт при наличии дополнительного охлаждения его можно применить для практических целей, а не только для опытов по физике.

Рисунок 1 – Индукционный генератор (общий вид)

Для тестов изделия нужно учесть две основные особенности:

ü   Нагрев происходит только у токопроводящих магнитных материалов.

ü   Нагрев происходит в поверхностных слоях.

Область применения:

ü   Закалка металлорежущего инструмента;

ü   Бесконтактный нагрев при монтаже и демонтаже подшипниковых опор;

ü   Ювелирное дело, переплавка драгоценных и цветных металлов.

Данный прибор индукционный нагреватель (индукционная печь) отлично поместится на верстаке или рабочем столе, а делать будет то же самое, конечно с меньшей мощностью и размерами закаливаемых заготовок.

Рисунок 2 - Промышленные установки закалки ТВЧ

Рисунок 3 - Закалка зубчатого колеса

Преимущества данной модели индукционного нагревателя (индукционной печи):

ü   Низкое напряжение питания (12-24 вольт) и как результат электробезопасность при эксплуатации;

ü   Малые габариты и вес;

ü   Высокая скорость и равномерность нагрева изделий для закалки;

ü   Простота сборки и эксплуатации;

ü   Современная и доступная элементная база используемая при сборке индукционного нагревателя.

2. Общее описание индукционного нагревателя

Индукционный нагреватель (индукционной печи) состоит из:

·                     Медного индуктора;

·                     Платы генератора (требуется сборка);

Для использования нагревателя нужно добавить блок питания 12-48 вольт до 20 ампер и желательно водяное охлаждение индуктора.

Конструкция индуктора:

Рисунок 4 – Вид на индуктор сверху и сбоку

Внешне индуктор похож на кипятильник или змеевик самогонного аппарата, но в данном случае это катушка. 7 витков 6 мм медной трубки. Внутренний диаметр (куда вносится заготовка) - 46 мм. Длина намотки 54 мм. Возможно, установить водяное охлаждение.

Размеры платы: 100х100 мм, есть 4 отверстия диаметром 4 мм. для стоек или крепления в корпус. На клеммах подачи напряжения питания обозначен только "-". Есть зеленый светодиод - индикатор работы.

Рисунок 5 – Вид на индуктор спереди

 

Рисунок 6 - Плата генератора после сборки (вид сверху и снизу)

Принципиальная схема индукционного нагревателя

Рисунок 7 – Схема электрическая принципиальная

Это двухтактный полумостовой преобразователь в автогенераторном режиме.

Рисунок 8 – Плата генератора вид сбоку

Стойки индуктора латунные шестигранники 6 мм по 3 штуки, сверху скоба. Максимальный ток для данного устройства - 20 ампер.

Рисунок 9 – Охлаждение полевых транзисторов (мосфеты IRFP260N в корпусе TO-247AC)

 

Рисунок 10 - Конденсаторы устройства 0,33 мкф 600 VAC 50 кГц.

Рисунок 11 – схема устройства при моделировании

Рисунок 12 - Осциллограмма генератора (теоретическая частота 90 кГц.)

Для питания устройства при тестах мы использовали БП от ноутбука 19 В 4.7 А.

Рисунок 13 - Ток на холостом режиме

Рисунок 14 - Напряжение на индукторе

Рисунок 15 – Ток при нагреве сверла

Рисунок 16 - Частота работы генератора (Очень близко к расчетной частоте).

Так как при работе индуктор быстро разогревается (от нагреваемой детали больше всего), опыты проводили при проточном водяном охлаждении. Исключением является кратковременный пуск в работу для проверки.

Рисунок 17 – Устройство с подключенным водяным охлаждением

Организовать его просто, две трубки одна к крану с холодной водой, вторая в раковину в слив. Главное разместить надежно, весит плата с индуктором более 500 грамм.

3. Проверка работоспособности собранного индукционного
нагревателя

• Для плавки в тигле логично упрятать индуктор в изолятор.
• Обдув большим вентилятором платы.
• Усиленные медные прижимные пластины для выводов индуктора.

Рисунок 18 - Классическая проверка на гвозде

Рисунок 19 - Мелкие сверла разогреваются за минуту

Рисунок 20 – Замер рабочей температуры кухонным термометром

Рисунок 21 - Температуру стали для закалки можно определить по цвету

Рисунок 22 - Доработка индукционного нагревателя (индукционной печи)

При должном оснащении, этому индукционному нагревателю по силам и плавка легкоплавких металлов. Главное иметь мощный блок питания.

4 Список используемых источников и интернет ресурсов

1.     http://electricalschool.info/main/drugoe/235-indukcionnyjj-nagrev-i-indukcionnaja.html

2.     http://elektro911.ru/dir/russkij_alfavit/z/zakon_ehlektromagnitnoj_indukcii_zakon_faradeja_maksvella_lenca/10-1-0-145

3.     http://el-shema.ru/publ/ehlektrika/skhema_indukcionnoj_plity/10-1-0-141

4.     http://emchezgia.ru/elektropechi/6indukcionnye.php 

5.     http://inductor.su/techlit_1.php

6.     http://www.physbook.ru/index.php/Т._Генератор_пер._тока

7.     https://ru.wikipedia.org/wiki/Закон_Джоуля_-_Ленца

8.     https://ru.wikipedia.org/wiki/Индукционный_нагрев

Министерство общего и профессионального образования Ростовской области

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Ростовской области

«Красносулинский колледж промышленных технологий»

ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ

(ИНДУКЦИОННАЯ ПЕЧЬ)

Номинация «Машиностроение и металлургия»

                                                                                            Автор:

                                                                                           Сергиенко Иван Николаевич

                                                                                           II курс, профессия 15.01.05

                                                                                           Ткаченко Олеся Игоревна

                                                                                           II курс, профессия 15.01.05

Научный руководитель проекта:

                                                                                                Романенко Юрий Александрович,                                                                                        преподаватель спец. дисциплин                                                                               Малофеева Светлана Анатольевна,

                                                                                                к.т.н., заместитель директора по УР

Богуш Валентина Васильевна,

                                                                                               преподаватель спец. дисциплин

Красный Сулин 2020 год

Отзыв научного руководителя на проект

«Индукционный нагреватель (индукционная печь)»

Студентами II курса проходящим курс обучения по профессии 15.01.05 Сергиенко И.Н., и Ткаченко О.И. был на практике апробирован процесс сборки, настройки и тестового запуска индукционного нагревателя (индукционной печи).

Натурный образец индукционного нагревателя (индукционной печи) был собран, настроен, прошел тестовые испытания в условиях мастерских ГБПОУ РО «ККПТ» и прошел испытания в реальных условиях эксплуатации (мастерской по обслуживанию и ремонту бытовой техики) показал высокое качество исполнения, стабильность заявленных технических характеристик.

Ю.А.Романенко к.т.н. С.А.Малофеева

В.В.Богуш

Содержание

Стр.

Аннотация                                                                                                                                                                                       4

1. Индукционный нагреватель Low ZVS 12-24 вольт 20 А                                                               5

2. Общее описание индукционного нагревателя                                                                                    6

3. Проверка работоспособности собранного индукционного                                                     

нагревателя                                                                                                                                                                                13

4 Список используемых источников и интернет ресурсов                                                          17

Аннотация

Индукционный нагреватель (индукционная печь) малогабаритное, низковольтное (12-24 вольт) электронное устройство, собранное на современной  электронной элементной базе. Данное устройство на практике использует явление электромагнитной индукции открытое Майклом Фарадеем в 1831 году. Электромагнитная индукция - явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него. Индукционный нагрев - это нагревание материалов электрическими токами, которые индуцируются переменным магнитным полем.

В общем случае схема индукционного нагрева выглядит следующим образом: У нас есть генератор и колебательный контур. Частота колебания в контуре зависит от индуктивности катушки и емкости установленных конденсаторов.

Различные материалы восприимчивы к различным частотам колебаний. Например, при частоте колебаний контура, при которой происходит плавления стали, например, цветные металлы, могут даже не начать толком нагреваться. И наоборот.

Данный образец предназначен для нагрева небольших изделий из металлов (сверло, резец, и пр.) для последующей их закалки. Находит широкое применение в металлообрабатывающей промышленности, металлургии.

Обеспечивает безопасный, быстрый, равномерный нагрев изделий.

1. Индукционный нагреватель Low ZVS 12-24 вольт 20 А.

Цель разработки:

Данный индукционный нагреватель (индукционная печь) имеет мощность до 500-600 Ватт при наличии дополнительного охлаждения его можно применить для практических целей, а не только для опытов по физике.

 

Рисунок 1 – Индукционный генератор (общий вид)

Для тестов изделия нужно учесть две основные особенности:

ü              Нагрев происходит только у токопроводящих магнитных материалов.

ü              Нагрев происходит в поверхностных слоях.

Область применения:

ü              Закалка металлорежущего инструмента;

ü              Бесконтактный нагрев при монтаже и демонтаже подшипниковых опор;     Ювелирное дело, переплавка драгоценных и цветных металлов.

Данный прибор индукционный нагреватель (индукционная печь) отлично поместится на верстаке или рабочем столе, а делать будет то же самое, конечно с меньшей мощностью и размерами закаливаемых заготовок.

 

Рисунок 2 - Промышленные установки закалки ТВЧ

 

Рисунок 3 - Закалка зубчатого колеса

Преимущества данной модели индукционного нагревателя (индукционной печи):

ü              Низкое напряжение питания (12-24 вольт) и как результат электробезопасность при эксплуатации;

ü              Малые габариты и вес;

ü              Высокая скорость и равномерность нагрева изделий для закалки;

ü              Простота сборки и эксплуатации;

ü              Современная и доступная элементная база используемая при сборке индукционного нагревателя.

2. Общее описание индукционного нагревателя

Индукционный нагреватель (индукционной печи) состоит из:

•               Медного индуктора;

•               Платы генератора (требуется сборка);

Для использования нагревателя нужно добавить блок питания 12-48 вольт до 20 ампер и желательно водяное охлаждение индуктора. Конструкция индуктора:

 

Рисунок 4 – Вид на индуктор сверху и сбоку

Внешне индуктор похож на кипятильник или змеевик самогонного аппарата, но в данном случае это катушка. 7 витков 6 мм медной трубки. Внутренний диаметр (куда вносится заготовка) - 46 мм. Длина намотки 54 мм. Возможно, установить водяное охлаждение.

Размеры платы: 100х100 мм, есть 4 отверстия диаметром 4 мм. для стоек или крепления в корпус. На клеммах подачи напряжения питания обозначен только "-". Есть зеленый светодиод - индикатор работы.

 

Рисунок 5 – Вид на индуктор спереди

Рисунок 6 - Плата генератора после сборки (вид сверху и снизу) Принципиальная схема индукционного нагревателя

 

Рисунок 7 – Схема электрическая принципиальная

Это двухтактный полумостовой преобразователь в автогенераторном режиме.

 

Рисунок 8 – Плата генератора вид сбоку

Стойки индуктора латунные шестигранники 6 мм по 3 штуки, сверху скоба. Максимальный ток для данного устройства - 20 ампер.

 

Рисунок 9 – Охлаждение полевых транзисторов (мосфеты IRFP260N в корпусе TO-247AC)

 

Рисунок 10 - Конденсаторы устройства 0,33 мкф 600 VAC 50 кГц.

 

Рисунок 11 – схема устройства при моделировании

 

Рисунок 12 - Осциллограмма генератора (теоретическая частота 90 кГц.)

Для питания устройства при тестах мы использовали БП от ноутбука 19 В

4.7 А.

 

Рисунок 13 - Ток на холостом режиме

 

Рисунок 14 - Напряжение на индукторе

 

Рисунок 15 – Ток при нагреве сверла

 

Рисунок 16 - Частота работы генератора (Очень близко к расчетной частоте).

Так как при работе индуктор быстро разогревается (от нагреваемой детали больше всего), опыты проводили при проточном водяном охлаждении. Исключением является кратковременный пуск в работу для проверки.

 

Рисунок 17 – Устройство с подключенным водяным охлаждением

Организовать его просто, две трубки одна к крану с холодной водой, вторая в раковину в слив. Главное разместить надежно, весит плата с индуктором более 500 грамм.

3. Проверка работоспособности собранного индукционного

нагревателя

•       Для плавки в тигле логично упрятать индуктор в изолятор.

•       Обдув большим вентилятором платы.

•       Усиленные медные прижимные пластины для выводов индуктора.

 

Рисунок 18 - Классическая проверка на гвозде

 

Рисунок 19 - Мелкие сверла разогреваются за минуту

 

Рисунок 20 – Замер рабочей температуры кухонным термометром

 

Рисунок 21 - Температуру стали для закалки можно определить по цвету

 

Рисунок 22 - Доработка индукционного нагревателя (индукционной печи)

При должном оснащении, этому индукционному нагревателю по силам и плавка легкоплавких металлов. Главное иметь мощный блок питания.

4 Список используемых источников и интернет ресурсов

1.     http://electricalschool.info/main/drugoe/235-indukcionnyjj-nagrev-iindukcionnaja.html

2.     http://elektro911.ru/dir/russkij_alfavit/z/zakon_ehlektromagnitnoj_indukcii_ zakon_faradeja_maksvella_lenca/10-1-0-145

3.     http://el-shema.ru/publ/ehlektrika/skhema_indukcionnoj_plity/10-1-0-141

4.     http://emchezgia.ru/elektropechi/6indukcionnye.php 

5.     http://inductor.su/techlit_1.php

6.     http://www.physbook.ru/index.php/Т._Генератор_пер._тока

7.     https://ru.wikipedia.org/wiki/Закон_Джоуля_-_Ленца

8.     https://ru.wikipedia.org/wiki/Индукционный_нагрев

• 1 слайд

  Автор: Сергиенко Иван Николаевич
  Ткаченко Олеся Игоревна
  
  Научный руководитель:
  Романенко Юрий Александрович
  Малофеева Светлана Анатольевна, к.т.н.
  Богуш Валентина Васильевна
  
  г. Красный Сулин, 2020
  Секция «Машиностроение и металлургия»
  Индукционный нагреватель
  (индукционная печь)
  Министерство общего и профессионального образования Ростовской области
  Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение
  Ростовской области
  «Красносулинский колледж промышленных технологий»
  

• 2 слайд

  Явление электромагнитной индукции открыл Майкл Фарадей в 1831 году. Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него.
  Индукционный нагрев — это нагревание материалов электрическими токами, которые индуцируются переменным магнитным полем. И уже в 1900 г. шведская фирма построила и запустила первую индукционную сталеплавильную печь!
  В общем случае схема индукционного нагрева выглядит следующим образом: У нас есть генератор и колебательный контур. Частота колебания в контуре зависит от индуктивности катушки и емкости конденсаторов. Различные материалы восприимчивы к различным частотам колебаний. Например, при частоте колебаний контура, при которой происходит плавления стали, например, цветные металлы могут даже не начать толком нагреваться. И наоборот.
  

• 3 слайд

  В общем случае схема индукционного нагрева выглядит следующим образом: У нас есть генератор и колебательный контур. Частота колебания в контуре зависит от индуктивности катушки и емкости конденсаторов.
  Различные материалы восприимчивы к различным частотам колебаний. Например, при частоте колебаний контура, при которой происходит плавления стали, например, цветные металлы могут даже не начать толком нагреваться. И наоборот.
  

• 4 слайд

  Использование индукционного нагрева в промышленности
  Тигельная печь
  

• 5 слайд

  ВакУумная индукционная печь
  

• 6 слайд

  Схема электрическая принципиальная двухтактного индукционного нагревателя
  

• 7 слайд

  индукционный нагреватель (общий вид)
  

• 8 слайд

  Этапы сборки индукционного Нагревателя
  Комплектующие индукционного обогревателя
  

• 9 слайд

  Проверка на исправность комплекта деталей
  

• 10 слайд

  Проверка на исправность комплекта деталей
  

• 11 слайд

  СБОРКА ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВАТЕЛЯ
  

• 12 слайд

  Процесс сборки индукционного нагревателя
  

• 13 слайд

  ОТЛАДКА ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВАТЕЛЯ
  

• 14 слайд

  индукционный нагреватель в сборе
  

• 15 слайд

  Индукционный нагреватель на лампах
  

• 16 слайд

  Ламповая схема
  

• 17 слайд

  СПАСИБО
  ЗА ВНИМАНИЕ!
  

Краткое описание документа:

Материалы конкурсной работы "Техника молодежи 2020" прошедшей в г.Волгодонске Ростовской области среди студентов ССУЗов. По факту работа заняла 1-е место в номинации "Машиностроение и металлургия". Конкурс проводился дистанционно