Four à pain à induction DIY. Principe de fonctionnement des fours à induction. Le principe du chauffage par induction. Vidéo : échec du chauffage à induction d'une cuisinière de cuisine

Les fours à induction ont été inventés en 1887. Et en trois ans, le premier développement industriel est apparu, à l'aide duquel divers métaux ont été fondus. Je voudrais souligner que dans ces années lointaines, ces poêles étaient une nouveauté. Le fait est que les scientifiques de l’époque ne comprenaient pas vraiment quels processus s’y déroulaient. Aujourd'hui, nous l'avons compris. Dans cet article, nous nous intéresserons au sujet - four à induction à faire soi-même. Quelle est la simplicité de sa conception, est-il possible d'assembler cet appareil à la maison ?

Principe de fonctionnement

Vous devez commencer l'assemblage en comprenant le principe de fonctionnement et la structure de l'appareil. Commençons par ceci. Faites attention à la figure ci-dessus, nous la comprendrons en fonction de celle-ci.

L'appareil comprend :

• Générateur G, qui produit du courant alternatif.
• Le condensateur C, associé à la bobine L, crée un circuit oscillant qui fournit à l'installation une température élevée.
  

  Attention! Certaines conceptions utilisent un générateur dit auto-oscillant. Cela permet de retirer le condensateur du circuit.

• La bobine dans l'espace environnant forme un champ magnétique dans lequel existe une tension, indiquée sur notre figure par la lettre « H ». Le champ magnétique lui-même existe dans l’espace libre et peut être fermé grâce à un noyau ferromagnétique.
• Il agit également sur la charge (W) dans laquelle il crée un flux magnétique (F). À propos, au lieu de la charge, une sorte de blanc peut être installé.
• Le flux magnétique induit une tension secondaire de 12 V. Mais cela ne se produit que si W est un élément électriquement conducteur.
• Si la pièce chauffée est grande et solide, alors ce qu'on appelle le courant de Foucault commence à fonctionner à l'intérieur. C'est du type vortex.
• Dans ce cas, les courants de Foucault transmettent l'énergie thermique du générateur à travers un champ magnétique, chauffant ainsi la pièce.

Le champ électromagnétique est assez large. Et même la conversion d'énergie en plusieurs étapes, présente dans les fours à induction faits maison, a une efficacité maximale - jusqu'à 100 %.

Four à creuset

Variétés

Il existe deux modèles principaux de fours à induction :

• Canal.
• Creuset.

Nous ne décrirons pas ici toutes leurs particularités. Notez simplement que la version canal est une conception similaire à une machine à souder. De plus, pour faire fondre le métal dans de tels fours, il était nécessaire de laisser un peu de matière fondue, sans laquelle le processus ne fonctionnerait tout simplement pas. La deuxième option est un schéma amélioré utilisant une technologie sans fusion résiduelle. Autrement dit, le creuset est simplement installé directement dans l'inducteur.

Comment cela marche-t-il

Pourquoi avez-vous besoin d'un tel poêle à la maison ?

En général, la question est assez intéressante. Regardons cette situation. Il existe un assez grand nombre d'appareils électriques et électroniques soviétiques utilisant des contacts en or ou en argent. Ces métaux peuvent être éliminés de différentes manières. L'un d'eux est une cuisinière à induction.

C'est-à-dire que vous prenez les contacts, les placez dans un creuset étroit et long, que vous installez dans l'inducteur. Après 15-20 minutes, en réduisant la puissance, en refroidissant l'appareil et en cassant le creuset, vous obtiendrez une tige au bout de laquelle vous trouverez une pointe en or ou en argent. Coupez-le et apportez-le à un prêteur sur gages.

Il convient toutefois de noter qu'avec l'aide de cet appareil fait maison, vous pouvez effectuer divers processus avec des métaux. Par exemple, vous pouvez durcir ou tempérer.

Bobine avec batterie (générateur)

Composants du poêle

Dans la section Principe de fonctionnement, nous avons déjà mentionné toutes les pièces d'un four à induction. Et si tout est clair avec le générateur, alors l'inducteur (bobine) doit être réglé. Un tube en cuivre lui convient. Si vous assemblez un appareil d'une puissance de 3 kW, vous aurez alors besoin d'un tube d'un diamètre de 10 mm. La bobine elle-même est torsadée avec un diamètre de 80 à 150 mm, avec un nombre de tours de 8 à 10.

Veuillez noter que les tours du tube de cuivre ne doivent pas se toucher. La distance optimale entre eux est de 5 à 7 mm. La bobine elle-même ne doit pas toucher l'écran. La distance entre eux est de 50 mm.

Généralement, les fours à induction industriels disposent d’une unité de refroidissement. Il est impossible de faire cela à la maison. Mais pour une unité de 3 kW, travailler jusqu'à une demi-heure ne menace rien. Certes, avec le temps, du tartre de cuivre se formera sur le tube, ce qui réduira l'efficacité de l'appareil. Il faudra donc changer périodiquement la bobine.

Générateur

En principe, fabriquer un générateur de vos propres mains n'est pas un problème. Mais cela n'est possible que si vous possédez des connaissances suffisantes en radioélectronique au niveau d'un radioamateur moyen. Si vous n’avez pas de telles connaissances, oubliez la cuisinière à induction. Le plus important est que vous deviez également utiliser cet appareil avec habileté.

Si vous êtes confronté au dilemme du choix d'un circuit générateur, suivez un conseil : il ne devrait pas avoir un spectre de courant dur. Pour que ce dont nous parlons soit plus clair, nous proposons le circuit générateur le plus simple pour un four à induction sur la photo ci-dessous.

Circuit générateur

Connaissances requises

Le champ électromagnétique affecte tous les êtres vivants. Un exemple est la viande cuite au micro-ondes. Il convient donc de veiller à la sécurité. Et peu importe que vous assembliez le poêle, que vous le testiez ou que vous travailliez dessus. Il existe un indicateur tel que la densité de flux énergétique. Cela dépend donc du champ électromagnétique. Et plus la fréquence des rayonnements est élevée, plus c'est mauvais pour le corps humain.

De nombreux pays ont adopté des mesures de sécurité qui tiennent compte de la densité du flux énergétique. Il existe des limites acceptables développées. Cela représente 1 à 30 mW pour 1 m² de corps humain. Ces indicateurs sont valables si l'exposition ne se produit pas plus d'une heure par jour. À propos, l'écran galvanisé installé réduit la densité du plafond de 50 fois.

N'oubliez pas de noter l'article.

Les fours à induction sont utilisés pour la fusion des métaux et se distinguent par le fait qu'ils sont chauffés par le courant électrique. Le courant est excité dans l'inducteur, ou plus précisément dans un champ constant.

Dans de telles structures, l'énergie est convertie plusieurs fois (dans cet ordre) :

• en électromagnétique ;
• électrique;
• thermique

De tels poêles vous permettent d'utiliser la chaleur avec une efficacité maximale, ce qui n'est pas surprenant, car ce sont les plus avancés de tous les modèles existants fonctionnant à l'électricité.

Faites attention! Les modèles à induction sont de deux types : avec ou sans noyau. Dans le premier cas, le métal est placé dans une goulotte tubulaire située autour de l'inducteur. Le noyau est situé dans l'inducteur lui-même. La deuxième option est appelée creuset, car le métal et le creuset se trouvent déjà à l'intérieur de l'indicateur. Bien entendu, on ne peut parler d’aucun noyau dans ce cas.

Dans l'article d'aujourd'hui, nous parlerons de la façon de faireFour à induction bricolage.

Parmi les nombreux avantages, il convient de souligner les suivants :

• propreté et sécurité de l'environnement;
• homogénéité accrue de la masse fondue due au mouvement actif du métal ;
• vitesse – le four peut être utilisé presque immédiatement après la mise en marche ;
• orientation énergétique zonale et focalisée ;
• taux de fusion élevé;
• pas de vapeurs provenant de substances d'alliage ;
• possibilité de réglage de la température;
• nombreuses possibilités techniques.

Mais il y a aussi des inconvénients.

1. Les scories sont chauffées par le métal, ce qui leur confère une basse température.
2. Si les scories sont froides, il est alors très difficile d'éliminer le phosphore et le soufre du métal.
3. Le champ magnétique est dissipé entre la bobine et le métal en fusion, une réduction de l'épaisseur du revêtement sera donc nécessaire. Cela entraînera bientôt une défaillance de la doublure elle-même.

Vidéo – Four à induction

Application industrielle

Les deux modèles sont utilisés dans la fusion de la fonte, de l'aluminium, de l'acier, du magnésium, du cuivre et des métaux précieux. Le volume utile de telles structures peut aller de plusieurs kilogrammes à plusieurs centaines de tonnes.

Les fours industriels sont divisés en plusieurs types.

1. Les conceptions moyenne fréquence sont couramment utilisées en génie mécanique et en métallurgie. Avec leur aide, l'acier est fondu et lors de l'utilisation de creusets en graphite, les métaux non ferreux sont fondus.
2. Les conceptions de fréquence industrielles sont utilisées dans la fusion du fer.
3. Les structures de résistance sont destinées à la fusion de l'aluminium, des alliages d'aluminium et du zinc.

Faites attention! C'est la technologie à induction qui a constitué la base d'appareils plus populaires - les fours à micro-ondes.

Usage domestique

Pour des raisons évidentes, un four à induction pour la fusion n'est pas souvent utilisé dans la vie quotidienne. Mais la technologie décrite dans l'article se retrouve dans presque toutes les maisons et appartements modernes. Ceux-ci incluent les fours à micro-ondes, les cuisinières à induction et les fours électriques mentionnés ci-dessus.

Prenons par exemple les dalles. Ils chauffent les plats grâce aux courants de Foucault par induction, ce qui entraîne un chauffage presque instantané. Il est courant qu'il soit impossible d'allumer un brûleur sans ustensiles de cuisine.

L'efficacité des cuisinières à induction atteint 90 %. A titre de comparaison : pour les cuisinières électriques, il est d'environ 55 à 65 % et pour les cuisinières à gaz, il ne dépasse pas 30 à 50 %. Mais en toute honnêteté, il convient de noter que pour faire fonctionner les poêles décrits, des ustensiles spéciaux sont nécessaires.

Four à induction fait maison

Il n'y a pas si longtemps, les radioamateurs nationaux ont clairement démontré qu'il était possible de fabriquer soi-même un four à induction. Il existe aujourd'hui de nombreux schémas et technologies de fabrication différents, mais nous n'avons présenté que les plus populaires d'entre eux, c'est-à-dire les plus efficaces et les plus faciles à mettre en œuvre.

Four à induction fabriqué à partir d'un générateur haute fréquence

Vous trouverez ci-dessous un circuit électrique permettant de fabriquer un appareil fait maison à partir d'un générateur haute fréquence (27,22 mégahertz).

En plus du générateur, l'assemblage nécessitera quatre ampoules haute puissance et une lampe lourde pour l'indicateur de disponibilité.

Faites attention! La principale différence entre un poêle fabriqué selon ce schéma est la poignée du condenseur - dans ce cas, elle est située à l'extérieur.

De plus, le métal situé dans la bobine (inducteur) va fondre dans un appareil de moindre puissance.

Lors de la fabrication, il est nécessaire de rappeler certains points importants qui affectent la vitesse de découpe du métal. Ce:

• pouvoir;
• fréquence;
• pertes de Foucault ;
• intensité du transfert de chaleur ;
• pertes par hystérésis.

L'appareil sera alimenté à partir d'un réseau standard 220 V, mais avec un redresseur préinstallé. Si le four est destiné à chauffer une pièce, il est recommandé d'utiliser une spirale en nichrome, et s'il est destiné à la fusion, des brosses en graphite. Examinons de plus près chacun des modèles.

Vidéo - Construction d'un onduleur de soudage

L'essence de la conception est la suivante : une paire de brosses en graphite est installée et de la poudre de granit est versée entre elles, après quoi la connexion est établie au transformateur abaisseur. Il est courant que pendant la fusion, il n'y ait pas lieu de s'inquiéter d'un choc électrique, puisqu'il n'est pas nécessaire d'utiliser du 220 V.

Technologie d'assemblage

Étape 1. La base est assemblée - une boîte en briques réfractaires mesurant 10x10x18 cm, posée sur des carreaux résistant au feu.

Étape 2. La boîte est finie avec du carton amiante. Après mouillage avec de l'eau, le matériau se ramollit, ce qui permet de lui donner n'importe quelle forme. Si vous le souhaitez, la structure peut être enveloppée de fil d'acier.

Faites attention! Les dimensions du coffret peuvent varier en fonction de la puissance du transformateur.

Étape 3. La meilleure option pour un four à graphite est un transformateur d'une machine à souder d'une puissance de 0,63 kW. Si le transformateur est conçu pour 380 V, il peut alors être rembobiné, bien que de nombreux électriciens expérimentés affirment que vous pouvez tout laisser tel quel.

Étape 4. Le transformateur est enveloppé d'aluminium fin - de cette façon, la structure ne deviendra pas trop chaude pendant le fonctionnement.

Étape 5. Des brosses en graphite sont installées, un substrat d'argile est installé au fond de la boîte - de cette façon, le métal en fusion ne se propagera pas.

Le principal avantage d'un tel four est sa température élevée, qui convient même à la fusion du platine ou du palladium. Mais parmi les inconvénients figurent le chauffage rapide du transformateur, son petit volume (pas plus de 10 g peuvent être fondus à la fois). Pour cette raison, une conception différente sera nécessaire pour les masses fondues de plus grand volume.

Ainsi, pour fondre de gros volumes de métal, vous aurez besoin d’un four avec du fil nichrome. Le principe de fonctionnement de la conception est assez simple : le courant électrique est fourni à une spirale en nichrome, qui chauffe et fait fondre le métal. Il existe de nombreuses formules différentes sur Internet pour calculer la longueur d'un fil, mais elles sont toutes, en principe, identiques.

Étape 1. Pour la spirale, on utilise du nichrome ø0,3 mm d'une longueur d'environ 11 m.

Étape 2. Le fil doit être enroulé. Pour ce faire, vous aurez besoin d'un tube de cuivre droit ø5 mm sur lequel est enroulée la spirale.

Étape 3. Un petit tuyau en céramique de ø1,6 cm et de 15 cm de long est utilisé comme creuset. Une extrémité du tuyau est bouchée avec du fil d'amiante - de cette façon le métal en fusion ne s'écoulera pas.

Étape 4. Après avoir vérifié le fonctionnement, la spirale est posée autour du tuyau. Dans ce cas, le même fil d'amiante est placé entre les spires - cela évitera les courts-circuits et limitera l'accès à l'oxygène.

Étape 5. La bobine finie est placée dans une douille de lampe haute puissance. Ces cartouches sont généralement en céramique et ont la taille requise.

Avantages de cette conception :

• productivité élevée (jusqu'à 30 g par passage) ;
• chauffage rapide (environ cinq minutes) et refroidissement long ;
• facilité d'utilisation - il est pratique de verser du métal dans des moules;
• remplacement rapide de la spirale en cas de grillage.

Mais il y a bien sûr des inconvénients :

• le nichrome brûle, surtout si la spirale est mal isolée ;
• insécurité - l'appareil est connecté à une alimentation 220 V.

Faites attention! Vous ne pouvez pas ajouter de métal dans le poêle si la portion précédente y a déjà fondu. Sinon, tout le matériel se dispersera dans toute la pièce et pourrait également vous blesser les yeux.

En conclusion

Comme vous pouvez le constater, vous pouvez toujours fabriquer vous-même un four à induction. Mais pour être franc, la conception décrite (comme toutes celles disponibles sur Internet) n'est pas exactement un poêle, mais un onduleur de laboratoire Kukhtetsky. Il est tout simplement impossible d'assembler une structure d'induction à part entière à la maison.

Le type de chauffage le plus avancé est celui dans lequel la chaleur est créée directement dans le corps chauffé. Cette méthode de chauffage est très bien réalisée en faisant passer un courant électrique à travers le corps. Cependant, l'inclusion directe d'un corps chauffé dans un circuit électrique n'est pas toujours possible pour des raisons techniques et pratiques.

Dans ces cas, le type de chauffage parfait peut être obtenu en utilisant le chauffage par induction, dans lequel la chaleur est également créée dans le corps chauffé lui-même, ce qui élimine la consommation d'énergie inutile, généralement importante, dans les parois du four ou dans d'autres éléments chauffants. Par conséquent, malgré l'efficacité relativement faible de la génération de courants à hautes et hautes fréquences, l'efficacité globale du chauffage par induction est souvent supérieure.

La méthode d'induction permet également un chauffage rapide des corps non métalliques de manière uniforme sur toute leur épaisseur. La mauvaise conductivité thermique de tels corps exclut la possibilité d'un chauffage rapide de leurs couches internes de la manière habituelle, c'est-à-dire en apportant de la chaleur de l'extérieur. Avec la méthode d'induction, la chaleur est générée de manière égale dans les couches externe et interne, et il peut même y avoir un risque de surchauffe de cette dernière si l'isolation thermique nécessaire des couches externes n'est pas réalisée.

Une propriété particulièrement précieuse du chauffage par induction est la possibilité d'une très forte concentration d'énergie dans le corps chauffé, qui se prête facilement à un dosage précis. Il n'est possible d'obtenir que le même ordre de densité énergétique, cependant, ce mode de chauffage est difficile à contrôler.

Les caractéristiques et les avantages bien connus du chauffage par induction ont créé de larges possibilités d'utilisation dans de nombreuses industries. De plus, cela permet de créer de nouveaux types de structures qui ne sont pas du tout réalisables avec les méthodes conventionnelles de traitement thermique.

Processus physique

Dans les fours et les appareils à induction, la chaleur dans un corps chauffé électriquement conducteur est libérée par les courants induits par un champ électromagnétique alternatif. Ainsi, un chauffage direct a lieu ici.

Le chauffage par induction des métaux est basé sur deux lois physiques : et la loi Joule-Lenz. Des corps métalliques (ébauches, pièces, etc.) y sont placés, ce qui y excite un vortex. La force électromotrice induite est déterminée par le taux de variation du flux magnétique. Sous l'influence de la force électromotrice induite, des courants de Foucault (enfermés à l'intérieur des corps) circulent dans les corps, libérant de la chaleur. Cet EMF se crée dans le métal, l'énergie thermique libérée par ces courants provoque un échauffement du métal. Le chauffage par induction est direct et sans contact. Il permet d'atteindre des températures suffisantes pour faire fondre les métaux et alliages les plus réfractaires.

Un chauffage par induction intense n'est possible que dans des champs électromagnétiques de haute intensité et fréquence, créés par des dispositifs spéciaux - des inducteurs. Les inducteurs sont alimentés à partir d'un réseau 50 Hz (réglages de fréquence industriels) ou de sources d'alimentation individuelles - générateurs et convertisseurs de moyennes et hautes fréquences.

L'inducteur le plus simple pour les appareils de chauffage par induction indirecte à basse fréquence est un conducteur isolé (allongé ou enroulé) placé à l'intérieur d'un tuyau métallique ou placé sur sa surface. Lorsque le courant circule à travers le conducteur inducteur, des éléments chauffants 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.).

Chauffage par induction et trempe des métaux

Le plus largement utilisé est le chauffage par induction directe des métaux à moyennes et hautes fréquences. À cette fin, des inducteurs spécialement conçus sont utilisés. L'inducteur émet , qui tombe sur le corps chauffé et y est amorti. L'énergie de l'onde absorbée est convertie en chaleur dans le corps. Plus le type d'onde électromagnétique émise (plate, cylindrique, etc.) est proche de la forme du corps, plus l'efficacité de chauffage est élevée. Par conséquent, des inducteurs plats sont utilisés pour chauffer des corps plats et des inducteurs cylindriques (solénoïdes) sont utilisés pour chauffer des pièces cylindriques. En général, ils peuvent avoir une forme complexe, en raison de la nécessité de concentrer l’énergie électromagnétique dans la direction souhaitée.

Une caractéristique de l’apport d’énergie inductive est la capacité de réguler l’emplacement spatial de la zone d’écoulement.

Premièrement, 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, quelles que soient les dimensions hors tout du corps.

Deuxièmement, la profondeur de la zone de circulation des courants de Foucault et, par conséquent, la zone de libération d'énergie dépend, entre autres facteurs, de la fréquence du courant inducteur (augmente à basse fréquence et diminue avec l'augmentation de la fréquence).

L'efficacité du transfert d'énergie de l'inducteur au courant chauffé dépend de la taille de l'écart entre eux et augmente à mesure qu'il diminue.

Le chauffage par induction est utilisé pour le durcissement superficiel des produits en acier, par chauffage pour la déformation plastique (forgeage, estampage, pressage, etc.), la fusion des métaux, le traitement thermique (recuit, revenu, normalisation, durcissement), le soudage, le surfaçage et le brasage de métaux.

Le chauffage indirect par induction est utilisé pour chauffer des équipements de traitement (canalisations, conteneurs, etc.), chauffer des fluides liquides, sécher des revêtements et des matériaux (par exemple le bois). Le paramètre le plus important des installations de chauffage par induction est la fréquence. Pour chaque processus (durcissement superficiel, par chauffage), il existe une gamme de fréquences optimale qui offre les meilleures performances technologiques et économiques. Pour le chauffage par induction, des fréquences de 50 Hz à 5 MHz sont utilisées.

Avantages du chauffage par induction

1) Le transfert d’énergie électrique directement vers le corps chauffé permet un chauffage direct des matériaux conducteurs. Dans le même temps, la vitesse de chauffage augmente par rapport aux installations indirectes, dans lesquelles le produit n'est chauffé que depuis la surface.

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

3) En raison du phénomène d’effet de surface, une puissance maximale est libérée 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 élevée de la surface de la pièce à noyau relativement visqueux. Le processus de durcissement de surface par induction est plus rapide et plus économique que les autres méthodes de durcissement de surface d'un produit.

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

Fours de fusion à induction

Un four ou un appareil à induction peut être considéré comme une sorte de transformateur dans lequel l'enroulement primaire (inducteur) est connecté à une source de courant alternatif et le corps chauffé lui-même sert d'enroulement secondaire.

Le processus de travail des fours de fusion à induction est caractérisé par le mouvement électrodynamique et thermique du métal liquide dans un bain ou un creuset, ce qui contribue à l'obtention d'un métal de composition homogène et de sa température uniforme dans tout le volume, ainsi que de faibles déchets métalliques (plusieurs fois moins que dans les fours à arc).

Les fours de fusion par induction sont utilisés dans la production de pièces moulées, y compris de pièces façonnées, à partir d'acier, de fonte, de métaux et d'alliages non ferreux.

Les fours de fusion par induction peuvent être divisés en fours industriels à canal de fréquence et en fours à creuset industriels, moyenne et haute fréquence.

Un four à induction à canal est un transformateur, généralement de fréquence industrielle (50 Hz). L'enroulement secondaire du transformateur est une bobine de métal en fusion. Le métal est enfermé dans un canal annulaire réfractaire.

Le flux magnétique principal induit une FEM dans le métal du canal, la FEM crée un courant, le courant chauffe le métal, donc un four à canal à induction est similaire à un transformateur fonctionnant en mode court-circuit.

Les inducteurs des fours à canal sont constitués d'un tube de cuivre longitudinal, il est refroidi à l'eau, la partie canal de la pierre de foyer est refroidie par un ventilateur ou par un système d'air centralisé.

Les fours à induction à canaux sont conçus pour un fonctionnement continu avec de rares transitions d'une qualité de métal à une autre. Les fours à induction à canal sont principalement utilisés pour la fusion de l'aluminium et de ses alliages, ainsi que du cuivre et de certains de ses alliages. D'autres séries de fours sont spécialisées comme mélangeurs pour contenir et surchauffer la fonte liquide, les métaux non ferreux et les alliages avant de les verser dans des moules.

Le fonctionnement d'un four à creuset à induction repose sur l'absorption de l'énergie électromagnétique d'une charge conductrice. La cage est placée à l'intérieur d'une bobine cylindrique - un inducteur. D'un point de vue électrique, un four à creuset à induction est un transformateur à air en court-circuit dont l'enroulement secondaire est une charge conductrice.

Les fours à creuset à induction sont utilisés principalement pour la fusion des métaux destinés aux pièces moulées façonnées en mode discontinu, ainsi que, quel que soit le mode de fonctionnement, pour la fusion de certains alliages, comme le bronze, qui ont un effet néfaste sur le revêtement des fours à canaux.

L'article traite de la conception de fours de fusion par induction industriels (à canaux et creuset) et d'installations de trempe par induction alimentés par des convertisseurs de fréquence mécaniques et statiques.

Schéma d'un four à canal à induction

Presque toutes les conceptions de fours à induction industriels à conduits sont fabriquées avec des unités à induction amovibles. L'unité d'induction est un transformateur de four électrique doté d'un canal revêtu pour accueillir le métal en fusion. L'unité d'induction se compose des éléments suivants : boîtier, noyau magnétique, revêtement, inducteur.

Les unités à induction sont réalisées en monophasé ou biphasé (double) avec un ou deux canaux par inducteur. L'unité d'induction est connectée au côté secondaire (côté BT) du transformateur du four électrique à l'aide de contacteurs dotés de dispositifs de suppression d'arc. Parfois, deux contacteurs avec des contacts de puissance fonctionnant en parallèle dans le circuit principal sont activés.

Sur la fig. La figure 1 montre le schéma d'alimentation d'une unité d'induction monophasée d'un four à canal. Les relais de courant maximum PM1 et PM2 sont utilisés pour contrôler et éteindre le four en cas de surcharges et de courts-circuits.

Les transformateurs triphasés sont utilisés pour alimenter des fours triphasés ou biphasés dotés soit d'un noyau magnétique triphasé commun, soit de deux ou trois noyaux magnétiques de type noyau distincts.

Pour alimenter le four pendant la période d'affinage du métal et maintenir le mode inactif, des autotransformateurs sont utilisés pour réguler plus précisément la puissance pendant la période de finition du métal jusqu'à la composition chimique souhaitée (dans un mode calme, sans ébullition, fusion), ainsi que pour les premiers démarrages du four lors des premières fusions, qui sont réalisées avec un faible volume de métal dans le bain pour assurer un séchage et un frittage progressifs du revêtement. La puissance de l'autotransformateur est choisie entre 25 et 30 % de la puissance du transformateur principal.

Pour contrôler la température de l'eau et de l'air de refroidissement de l'inducteur et du boîtier de l'unité d'induction, des thermomètres à contact électrique sont installés qui émettent un signal lorsque la température dépasse la limite admissible. L’alimentation du four est automatiquement coupée lorsque le four est allumé pour drainer le métal. Pour contrôler la position du four, des interrupteurs de fin de course sont utilisés, verrouillés avec l'entraînement du four électrique. Pour les fours et mélangeurs continus, lors de la vidange du métal et du chargement de nouvelles portions de charge, les unités à induction ne sont pas éteintes.

Riz. 1. Schéma schématique de l'alimentation de l'unité à induction d'un four à canal : VM - interrupteur d'alimentation, CL - contacteur, Tr - transformateur, C - batterie de condensateurs, I - inducteur, TN1, TN2 - transformateurs de tension, 777, TT2 - transformateurs de courant, P - sectionneur, PR - fusibles, PM1, PM2 - relais de courant maximum.

Pour assurer une alimentation électrique fiable pendant le fonctionnement et en cas d'urgence, les moteurs d'entraînement des mécanismes d'inclinaison du four à induction, du ventilateur, de l'entraînement des dispositifs de chargement et de déchargement et des systèmes de contrôle sont alimentés par un transformateur auxiliaire séparé.

Schéma d'un four à creuset à induction

Les fours industriels à creuset à induction d'une capacité supérieure à 2 tonnes et d'une puissance supérieure à 1000 kW sont alimentés par des transformateurs abaisseurs triphasés avec régulation de tension secondaire en charge, connectés à un réseau de fréquence industriel haute tension.

Les fours sont monophasés, et pour assurer une charge uniforme des phases du réseau, un dispositif balun est connecté au circuit de tension secondaire, composé d'un réacteur L avec régulation d'inductance par modification de l'entrefer dans le circuit magnétique et d'une batterie de condensateurs Cc , connecté à un inducteur selon un schéma triangulaire (voir ARIS sur la Fig. .2). Les transformateurs de puissance d'une capacité de 1 000, 2 500 et 6 300 kV-A comportent 9 à 23 étages de tension secondaire avec contrôle automatique de la puissance au niveau souhaité.

Les fours de plus petite capacité et puissance sont alimentés par des transformateurs monophasés d'une puissance de 400 à 2 500 kV-A ; avec une consommation électrique supérieure à 1 000 kW, des dispositifs balun sont également installés, mais du côté HT du transformateur de puissance. Avec une puissance inférieure du four et une alimentation électrique à partir d'un réseau haute tension de 6 ou 10 kV, vous pouvez abandonner le dispositif balun si les fluctuations de tension lors de l'allumage et de l'extinction du four sont dans des limites acceptables.

Sur la fig. La figure 2 montre le schéma d'alimentation d'un four à induction à fréquence industrielle. Les fours sont équipés de régulateurs de mode électrique ARIR qui, dans des limites spécifiées, assurent le maintien de la tension, de la puissance Рп et du cosphi en modifiant le nombre d'étapes de tension du transformateur de puissance et en connectant des sections supplémentaires de la batterie de condensateurs. Les régulateurs et les équipements de mesure sont situés dans les armoires de commande.

Riz. 2. Circuit d'alimentation pour un four à creuset à induction à partir d'un transformateur de puissance avec un dispositif balun et des régulateurs de mode de four : PSN - interrupteur à échelon de tension, C - capacité du balun, L - réacteur du dispositif balun, S-St - batterie de condensateurs de compensation, I - inducteur de four, ARIS - régulateur balun, ARIR - régulateur de mode, 1K-NK - contacteurs de contrôle de capacité de la batterie, TT1, TT2 - transformateurs de courant.

Sur la fig. La figure 3 montre un diagramme schématique de l'alimentation de fours à creuset à induction à partir d'un convertisseur de machine moyenne fréquence. Les fours sont équipés de régulateurs automatiques de mode électrique, d'un système d'alarme « alimentation » du creuset (pour les fours à haute température), ainsi que d'une alarme en cas de défaut de refroidissement des éléments refroidis à l'eau de l'installation.

Riz. 3. Circuit d'alimentation pour un four à creuset à induction à partir d'un convertisseur de machine moyenne fréquence avec un schéma fonctionnel de contrôle automatique du mode de fusion : M - moteur d'entraînement, G - générateur moyenne fréquence, 1K-NK - démarreurs magnétiques, TI - transformateur de tension , TT - transformateur de courant, IP - four à induction, C - condensateurs, DF - capteur de phase, PU - appareil de commutation, UFR - amplificateur-régulateur de phase, 1KL, 2KL - contacteurs linéaires, BS - unité de comparaison, BZ - unité de protection, OV - enroulement d'excitation, RN - régulateur de tension.

Schéma d'installation de durcissement par induction

Sur la fig. La figure 4 montre un diagramme schématique de l'alimentation électrique d'une machine de trempe par induction à partir d'un convertisseur de fréquence de machine. En plus de l'alimentation M-G, le circuit comprend un contacteur de puissance K, un transformateur de durcissement TrZ, sur l'enroulement secondaire duquel est connectée une inductance I, une batterie de condensateurs de compensation Sk, des transformateurs de tension et de courant TN et 1TT, 2TT, mesurant instruments (voltmètre V, wattmètre W, phasemètre) et ampèremètres pour le courant du générateur et le courant d'excitation, ainsi que des relais de courant maximum 1РМ, 2РМ pour protéger la source d'alimentation des courts-circuits et des surcharges.

Riz. 4. Schéma électrique schématique d'une installation de trempe par induction : M - moteur d'entraînement, G - générateur, TN, TT - transformateurs de tension et de courant, K - contacteur, 1PM, 2RM, ZRM - relais de courant, Rk - parafoudre, A, V, W - instruments de mesure, TRZ - transformateur de durcissement, OVG - enroulement d'excitation du générateur, RR - résistance de décharge, PB - contacts de relais d'excitation, PC - résistance réglable.

Pour alimenter les anciennes installations à induction pour le traitement thermique des pièces, des convertisseurs de fréquence de machines électriques sont utilisés - un moteur d'entraînement de type synchrone ou asynchrone et un générateur moyenne fréquence de type inducteur dans les nouvelles installations à induction - des convertisseurs de fréquence statiques ;

Le circuit d'un convertisseur de fréquence à thyristors industriel destiné à alimenter une installation de trempe par induction est illustré à la Fig. 5. Le circuit convertisseur de fréquence à thyristors se compose d'un redresseur, d'un bloc de selfs, d'un convertisseur (onduleur), de circuits de commande et de composants auxiliaires (réacteurs, échangeurs de chaleur, etc.). Selon le mode d'excitation, les onduleurs sont réalisés avec une excitation indépendante (de l'oscillateur maître) et avec une auto-excitation.

Les convertisseurs à thyristors peuvent fonctionner de manière stable à la fois avec un changement de fréquence sur une large plage (avec un circuit oscillant auto-ajusté en fonction de l'évolution des paramètres de charge) et à une fréquence constante avec une large plage de changements dans les paramètres de charge dus aux changements de résistance active du métal chauffé et ses propriétés magnétiques (pour les pièces ferromagnétiques).

Riz. 5. Schéma schématique des circuits de puissance d'un convertisseur à thyristors de type TPC-800-1 : L - réacteur de lissage, BP - unité de démarrage, VA - interrupteur automatique.

Les avantages des convertisseurs à thyristors sont l'absence de masses en rotation, de faibles charges sur la fondation et la faible influence du facteur d'utilisation de la puissance sur la réduction du rendement ; le rendement est de 92 à 94 % à pleine charge et à 0,25, il ne diminue que de 1 à 2 %. De plus, comme la fréquence peut être facilement modifiée dans une certaine plage, il n'est pas nécessaire d'ajuster la capacité pour compenser la puissance réactive du circuit oscillant.

Une cuisinière à induction domestique peut facilement chauffer votre maison. Dans l'industrie, ces appareils sont utilisés dans la fusion de divers métaux. De plus, ils peuvent participer au traitement thermique des pièces, ainsi qu’à leur durcissement. Le principal avantage d’un four à induction est sa facilité d’utilisation. De plus, ils sont faciles à entretenir et ne nécessitent pas d’inspections périodiques, ce qui est très important.

Il n'est absolument pas nécessaire de prévoir une pièce séparée pour installer cet appareil. Les performances de ces appareils sont très bonnes. Cela est dû en grande partie au fait que la conception ne contient pas de pièces soumises à une usure mécanique. En général, les fours à induction sont sans danger pour la santé humaine et ne présentent aucun danger pendant leur fonctionnement.

Comment cela marche-t-il?

Le fonctionnement d'un four à induction commence par l'alimentation du générateur en courant alternatif. En même temps, il traverse un inducteur spécial situé à l’intérieur de la structure. Ensuite, l'appareil utilise un condensateur. Sa tâche principale est la formation d'un circuit oscillatoire. Dans ce cas, l’ensemble du système est réglé sur la fréquence de fonctionnement. L'inducteur du four crée un champ magnétique alternatif. A ce moment, la tension dans l'appareil augmente jusqu'à 200 V.

Pour fermer le circuit, le système dispose d'un noyau ferromagnétique, mais il n'est pas installé sur tous les modèles. Par la suite, le champ magnétique interagit avec la pièce et crée un flux puissant. Ensuite, l’élément électriquement conducteur est induit et une tension secondaire apparaît. Dans ce cas, un courant de Foucault se forme dans le condensateur. Selon la loi Joule-Lenz, il cède son énergie à l'inducteur. En conséquence, la pièce dans le four chauffe.

Fours à induction faits maison

Un four à induction à faire soi-même est réalisé strictement selon les dessins dans le respect des règles de sécurité. Le corps de l'appareil doit être choisi en alliage d'aluminium. Une grande plate-forme doit être prévue au sommet de la structure. Son épaisseur doit être d'au moins 10 mm. Un gabarit en acier est le plus souvent utilisé pour remplir le creuset. Pour évacuer le métal en fusion, vous aurez besoin d'une cavité de revêtement en forme de bec. Dans ce cas, la structure doit disposer d'une zone de rembourrage.

Pour les profilés, un support isolant est installé au dessus du gabarit. Juste en dessous se trouvera un support articulé. Afin de refroidir l'inducteur, il doit y avoir un raccord dans le four. La tension est fournie à l'appareil via le pont situé au bas de l'appareil. Pour incliner le conteneur, un four à induction fabriqué maison doit avoir une boîte de vitesses séparée. Dans ce cas, il est préférable de réaliser une poignée afin de pouvoir vidanger le métal manuellement.

Fours de la société Termolit

Les fours à induction pour la fusion des métaux de cette marque ont une puissance de convertisseur acceptable. Cependant, la capacité des caméras des modèles peut varier considérablement. La vitesse moyenne de fusion des métaux est de 0,4 t/h. Dans ce cas, la tension nominale du réseau d'alimentation fluctue autour de 0,3 V. La consommation d'eau dans un four à induction dépend du système de refroidissement. Généralement, ce paramètre est de 10 mètres cubes/heure. Dans le même temps, la consommation énergétique spécifique est assez élevée.

Caractéristiques du four Termolit TM1

Ce four de fusion (induction) a une capacité totale de 0,03 tonne. Dans le même temps, la puissance du convertisseur n'est que de 50 kW et la vitesse de fusion moyenne est de 0,04 tonne par heure. La tension d'alimentation doit être d'au moins 0,38 V. La consommation d'eau pour le refroidissement de ce modèle est insignifiante. Cela est dû en grande partie à la faible puissance de l'appareil.

L'un des inconvénients est la consommation élevée d'énergie. En moyenne, le four consomme environ 650 kW par heure de fonctionnement. Le convertisseur de fréquence de ce modèle est de la classe TFC-50. En général, Termolit TM1 est un équipement économique, mais aux performances médiocres.

Four à induction "TG-2"

Les fours de fusion par induction de la série "TG" sont produits avec une capacité de chambre de 0,6 tonne. La puissance nominale de l'appareil est de 100 kW. De plus, en une heure de fonctionnement continu, il est possible de fondre 0,16 tonne de métaux non ferreux. Ce modèle est alimenté par un réseau avec une tension de 0,3 V.

La consommation d'eau du four à induction "TG-2" est assez importante et en moyenne jusqu'à 10 mètres cubes de liquide sont consommés par heure de fonctionnement. Tout cela est dû à la nécessité d'un refroidissement intensif de la boîte de vitesses. Le côté positif est une consommation d’énergie modérée. En règle générale, jusqu'à 530 kW d'électricité sont consommés par heure de fonctionnement. Le convertisseur de fréquence du modèle TG-2 est installé dans la classe TFC-100.

Fours "Thermo Pro"

Les principales modifications apportées aux équipements de cette société sont les fours de fusion à induction "SAT 05", "SAK-1" et "SOT 05". Leur point de fusion nominal moyen est de 900 degrés. Dans le même temps, la puissance des appareils oscille autour de 150 kW. De plus, il convient de noter leurs bonnes performances. En une heure de travail, 80 kg de métaux non ferreux peuvent être fondus. Parallèlement, de nombreux modèles Thermo Pro sont fabriqués pour une utilisation très ciblée. Certains sont conçus exclusivement pour travailler l’aluminium, tandis que d’autres sont conçus pour faire fondre le plomb ou l’étain.

Modification "SAT 05"

Ce four à induction est conçu pour faire fondre l'aluminium. La puissance de cet appareil est exactement de 20 kW. Dans le même temps, jusqu'à 20 kg de métal peuvent être traversés par heure de fonctionnement. La capacité de la chambre dans le modèle « SAT 05 » est de 50 kg et le convertisseur de fréquence est de classe « TFC ».

Les batteries de l'appareil sont du type condensateur. Le constructeur a installé un câble spécial refroidi par eau dans la partie inférieure de la structure. Ce modèle dispose d'un panneau de commande. Entre autres choses, il convient de noter un grand ensemble de poêles SAT 05. Il comprend tous les accessoires d'installation, ainsi que les documents opérationnels.

Paramètres du four SAK-1

Ce four à induction est le plus souvent utilisé pour fondre le plomb ainsi que l’étain. Dans certains cas, l'utilisation du cuivre est autorisée, mais la productivité chute considérablement. La température moyenne de fusion oscille autour de 1000 degrés, cet appareil a une puissance de 250 kW. En une heure de fonctionnement continu, il est possible de faire passer jusqu'à 400 kg de métaux non ferreux. Dans le même temps, la capacité de l'équipement permet de charger jusqu'à 1 000 kg de matériel. La tension d'alimentation est de 0,3 kV.

La consommation d'eau pour refroidir le modèle SAK-1 est insignifiante. Le four consomme environ 10 mètres cubes de liquide par heure. La consommation électrique spécifique est également faible et s'élève à 530 kW. Le convertisseur de fréquence de cette conception est de la marque TPCH-400. En général, le modèle SAK-1 s'est avéré économique et facile à utiliser.

Examen du modèle "SAK 05"

Les fours à induction pour la fusion des métaux "SAK 05" se distinguent par une grande capacité - 0,5 tonne. Dans le même temps, la puissance du convertisseur d'alimentation est de 400 kW. La vitesse de fusion opérationnelle dans ce four est assez élevée. La tension nominale de l'appareil est de 0,3 kV. Pendant une heure de fonctionnement, environ 11 mètres cubes d'eau sont consommés pour refroidir le système. A noter également que la consommation électrique est considérable et s'élève à 530 kW. Le convertisseur de fréquence de l'appareil est de la classe TFC-400. Dans le même temps, il est capable d'augmenter la température maximale jusqu'à 800 degrés. Le four à induction "SAK 05" est destiné exclusivement à la fusion de l'aluminium et du bronze. L'armoire d'échange thermique a été installée par le fabricant de la marque "IM". Une autre chose à noter est la télécommande pratique. Il y a un système d'alarme et une station hydraulique dans le système.

Entre autres choses, le kit standard comprend un jeu de pneus turbo et des accessoires de montage. En général, le modèle « SAK 05 » s'est avéré assez protégé et vous pouvez l'utiliser sans risque pour la santé. Ceci a été largement réalisé grâce à des tiges montées sur des vérins hydrauliques. Dans ce cas, le métal n'éclabousse pratiquement pas. Le réglage direct de la fréquence pendant le fonctionnement s'effectue en mode automatique. Des condensateurs sont utilisés dans ce modèle moyenne tension.