Вопросы новичка по индукционному нагреву Опции

[iiv]

Добрый день,

планирую сделать микропечь с кучей сенсоров для плавки сплавов на основе алюминия и меди (где-то до 1000С) в графитовом тигле внешнего диаметра 30мм, внутреннего 25мм и высотой расплавленного металла около 20мм. Катушку хочу сделать из медной ленты в 10-20 слоев с изолятором обмотанной вокруг тигля с непосредственным контактным водяным охлаждением. Не критикуйте, пожалуйста, этот вариант, я не смогу это изменить из-за других параметров системы.

Индуктивность такой печки без материала получается около 4мкГн, резистивное сопротивление - около 4мОм (даже с учетом скин эффекта), паразитная емкость обмоток - около 20нФ.

Мощность 100Ватт нагрева самого металла должна быть достаточной, и, наверное надо примерно на 200Ватт на электрической части рассчитывать.

Под рукой есть полный мост на 40А и до 80В со внешним плисоуправлением частоты до 1МГц. Также там есть контроль тока, то есть я могу по проходящему току судить когда расплавился мой материал внутри тигля.

Исходя из индуктивности и паразитной емкости вроде резонансная частота получается 500КГц, при которой реактивное получается около 12Ом, то есть надо на 50В и 4А работать, но есть подозрение, что с материалом индуктивность будет больше и напряжение надо будет повышать.

Скажите, пожалуйста, правильно ли я понимаю, что частоту брать меньше резонансной тоже вроде можно, да и как-то 500КГц немного не хотелось бы ибо мосфеты полного моста при такой частоте достаточно сильно греются...

Если есть еще какая-то конструктивная критика к моему подходу, пожалуйста, критикуйте, буду очень премного благодарен!

EDIT: еще вопрос, скажите, пожалуйста, какой материал будет прочным, то есть выдерживать например примерно 50 бар давления, и не образовывать короткозамкнутый виток, и хорошо проводить тепло, чтобы из него сделать корпус этой всей конструкции и охлаждать снаружи погрузив в проточную воду?

Спасибо!

ИИВ

[Stanislav]

Добрый день,

планирую сделать микропечь с кучей сенсоров для плавки сплавов на основе алюминия и меди (где-то до 1000С) в графитовом тигле внешнего диаметра 30мм, внутреннего 25мм и высотой расплавленного металла около 20мм. Катушку хочу сделать из медной ленты в 10-20 слоев с изолятором обмотанной вокруг тигля с непосредственным контактным водяным охлаждением. Не критикуйте, пожалуйста, этот вариант, я не смогу это изменить из-за других параметров системы.

Всё же попробую.
Не мучьтесь, а сделайте катушку из толстой нихромовой (>2мм) проволоки.
Водяное охлаждение тогда не понадобится.
Лучше поместить всё хозяйство во внешнний теплоизолятор (керамическую трубку), чтобы уменьшить радиацию и конвекцию.

Под рукой есть полный мост на 40А и до 80В со внешним плисоуправлением частоты до 1МГц. Также там есть контроль тока, то есть я могу по проходящему току судить когда расплавился мой материал внутри тигля.

Я бы сказал, что наступление сего события весьма неочевидно.

Исходя из индуктивности и паразитной емкости вроде резонансная частота получается 500КГц, при которой реактивное получается около 12Ом, то есть надо на 50В и 4А работать, но есть подозрение, что с материалом индуктивность будет больше и напряжение надо будет повышать.

Скажите, пожалуйста, правильно ли я понимаю, что частоту брать меньше резонансной тоже вроде можно, да и как-то 500КГц немного не хотелось бы ибо мосфеты полного моста при такой частоте достаточно сильно греются...

Не используйте частоты выше примерно 200 кГц, а лучше добавьте ёмкость и сделайте резонансник.
Иначе почти вся Ваша мощность осядет в катушке (и пойдёт на нагрев воды, которой Вы зачем-то хотите её охлаждать).
Тогда вместо индукционного, лучше применить прямой джоулев нагрев, с питанием от обычной сети переменного тока.

Если же хотите сделать именно индукционный нагреватель, частота должна быть переменной, и всегда чуть отличаться от резонансной, чтобы контур имел индуктивную реактивность.
Это даст мягкий режим переключения транзисторов, иначе полевики на замену придётся закупать пачками.
Обычно достигается применением ФАПЧ.

EDIT: еще вначале спрашивал, вдруг кто поможет, скажите, пожалуйста, какой материал будет прочным, то есть выдерживать например примерно 50 бар давления, и не образовывать короткозамкнутый виток, и хорошо проводить тепло, чтобы из него сделать корпус этой всей конструкции и охлаждать снаружи погрузив в проточную воду?

Ещё раз вопрос: зачем при электрической мощности в пару сотен ватт (по-Вашему, достаточной) ещё отбирать тепло от корпуса?

Чтоб дать в зону плавки 100вт, при таком подходе Вам потребуются киловатты, уважаемый iiv.

[iiv]

Огромное спасибо, Станислав за дельные советы!

Не мучьтесь, а сделайте катушку из толстой нихромовой (>2мм) проволоки.
...
Чтоб дать в зону плавки 100вт, при таком подходе Вам потребуются киловатты, уважаемый iiv.

если бы все было бы так просто, то именно так бы и сделал. Цель - плавка маленькой болванки в сильном (0.4-0.5Т) постоянном магнитном поле. Собственно сам генератор этого поля надо охлаждать и именно он-то потребляет 1-5КВатт, и если не охлаждать, то сопротивление его обмоток растет и падает мощность этого генератора. Генератор - там же, у самых стенок этой плавильной штуковины

Посему хочется быстро нагреть индукционно, а потом включить генератор магнитного поля и медленно ронять температуру (индукционная часть в этот момент уже будет выключена).

Расплав на воздухе быстро окисляется (AlNiCo), поэтому расплавить где-то и залить - ИМХО не реально или конструктивно сложно.

[Stanislav]

Огромное спасибо, Станислав за дельные советы!

Не за что.
Есть небольшой опыт в этом деле. От трубочек отказались почти сразу, когда прикинули на пальцах.

если бы все было бы так просто, то именно так бы и сделал. Цель - плавка маленькой болванки в сильном (0.4-0.5Т) постоянном магнитном поле. Собственно сам генератор этого поля надо охлаждать и именно он-то потребляет 1-5КВатт, и если не охлаждать, то сопротивление его обмоток растет и падает мощность этого генератора. Генератор - там же, у самых стенок этой плавильной штуковины

Пердупреждать же надо!
Казалось, что именно просто, а оно вона, значит, как...

Геометрию установки не могли бы привести, хотя бы приблизительно?
Собственно, интересует сам магнит (генератор поля).

Посему хочется быстро нагреть индукционно, а потом включить генератор магнитного поля и медленно ронять температуру (индукционная часть в этот момент уже будет выключена).

Так с нихромовой индукционной катухой Вы, по ощущениям, его нагреете как раз быстрее, при меньших затратах энергии. Толстый нихром - тоже неплохой проводник.
Как защитить генератор поля от тепла - уже другой вопрос. См. выше.

Магнитная проницаемость и алюминия, и меди весьма мала (в сто раз меньше, чем у стали) и близка к проницаемости вакуума. Потому на индуктивность катушки повлияет слабо.

Это не так.
В старых радиоприёмниках, подстройку частоты контуров УКВ диапазона как раз осуществляли медными (латунными) резьбовыми сердечниками.
Вытеснение поля из катушки тоже влияет на индуктивность.
Поэтому, в индукционных резонансных печурках, подстройка частоты обязательна.
Иначе - жмени горелых полевиков, пополам с матом.