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

[_pv]

насколько понял импульсно намагничивается отдельно в холодную, и катушки совсем не обязательно должны быть те же самые что при плавлении.
но ещё надо подмагничивать пока горячее, чтобы при остывании ориентированно было по полю.
иначе как попало застыв намагничиваться потом будет плохо.

я бы совсем разделил эти два процесса. и для финального намагничивания намотать можно отдельно что угодно.
и там разве с этими катушками что-нибудь за 680мкф*0.04Ом = 30мкс вообще намагнитится? внутрь-то поле проникнет? это редкоземельные магниты импульсно магнитят, а тут сплав хорошо проводящий, в несколько раз лучше чем NdFeB, да и проницаемость тоже не 1, а до 5.
ну то есть толщина скин слоя вроде бы 1мм получается для 30кГц.
ну и в момент финального намагничивания оно ведь уже не в графитовом тигеле находится?

[Stanislav]

насколько понял импульсно намагничивается отдельно в холодную

Там, типа, всё в одном процессе.
От этого и все мучения с тремя сотнями ампер, заради каких-то 0,5 Тл.

, и катушки совсем не обязательно должны быть те же самые что при плавлении.
но ещё надо подмагничивать пока горячее, чтобы при остывании ориентированно было по полю.
иначе как попало застыв намагничиваться потом будет плохо.

Это понятно.
Только решение Автора темы, насколько я его уразумел, представляется весьма странным.

ну и в момент финального намагничивания оно ведь уже не в графитовом тигеле находится?

Я понял, что именно там.

[_pv]

Я понял, что именно там.

Ну тогда ещё и скин слой графита добавится, у которого проводимость ещё в несколько раз лучше.

но проблема со скин слоем и тут может быть, так как даже при этих условиях скин слой может быть достаточно маленьким и составлять примерно 3мм

Да он там по оптимистичным оценкам 1мм получается для синуса 30кГц, а для единственного 30мкс импульса там ещё вроде как минимум корень из 2Pi в знаменателе вылезет, то есть в 2.5 раза меньше.

Возьмите готовые неодимовые кубики с размером 2-3мм из 48SH и будет вам и 150 градусов рабочей температуры и почти 1.4Т. И клейте из них вашу сферу Халлбаха.
https://www.hkcm.de/tesla/design.php?des=on...;l=de&dna=3
Занятие правда, как я представляю, наиувлекательнейшее, они так весело во все стороны разлетаться будут
Потом можно будет ещё немного усовершенствовать, добавив кубики намагниченные по диагонали от ребра к ребру и из угла в угол.
Но там разница как мне кажется и десятка процентов не наберётся по сравнению с идеальной плавно меняющейся намагниченностью, а не скачками по 90/45 градусов.
Несколько кубиков также можно заменить на диаметрально намагниченные цилиндры(покупаются готовые там же) и углом поворота вокруг оси даже неоднородности поля можно попробовать поисправлять.

Неужели рабочий температурный диапазон вашего спектрометра больше 100 градусов?

[iiv]

Ну тогда ещё и скин слой графита добавится, у которого проводимость ещё в несколько раз лучше.

про графит - это атавизм первого эксперимента, сейчас на каолине планирую чтобы еще и теплопроводность уменьшить. Кстати, проводимость AlNiCo на сколько я смог измерить, только примерно в 7 раз хуже меди, то есть графит проводит хуже в разы.

Да он там по оптимистичным оценкам 1мм получается для синуса 30кГц

так я писал же, что не 30КГц а 300Гц. Правда все равно прикидочно не сильно лучше, то есть около 3мм с учетом магнитной проницаемости материала.

Возьмите готовые неодимовые кубики с размером 2-3мм из 48SH и будет вам и 150 градусов рабочей температуры и почти 1.4Т. И клейте из них вашу сферу Халлбаха.

ага, еще и гемор получить из-за кривизны замагничивания. Я же писал - основная проблема - можно работать на самарий-кобальте, или самим делать магниты. И не только из-за температуры, а из-за кривизны поля. Неодимовые - все достаточно кривые. Поставщик самарий-кобальтовых отказался делать под мои габариты, сославшись на то, что он их сейчас делает в Китае и ему вподляк под мою геометрию при маленьких заказах подстраиваться.

И это на равномерную магнетизацию, а не на хальбахе.

Ну а если и делать самому, то сразу Хальбаха или такую магнетизацию, при которой соседние магнитные домейны не перемагничивают друг друга как это происходит в ширпотребных магнитах.

Неужели рабочий температурный диапазон вашего спектрометра больше 100 градусов?

именно этот факт всех интересует, и есть много потенциальных заказчиков, которые планируют массово поставить этот спектрометр в свои химические реакторы. Ну и цена тоже

[_pv]

про графит - это атавизм первого эксперимента, сейчас на каолине планирую чтобы еще и теплопроводность уменьшить. Кстати, проводимость AlNiCo на сколько я смог измерить, только примерно в 7 раз хуже меди, то есть графит проводит хуже в разы.

тем не менее какую-то часть поля он всё равно своим скин-слоем заэкранирует.

Неодимовые - все достаточно кривые.
Ну а если и делать самому, то сразу Хальбаха или такую магнетизацию, при которой соседние магнитные домейны не перемагничивают друг друга как это происходит в ширпотребных магнитах.

про перемагничивание соседних доменов - не понял.

идея взять магнит и сразу намагнитить его самому настолько аккуратно, чтобы однородность поля была достаточно хорошей для ЯМР спектрометра, без последующей дополнительной подстройки доработки напильником мне кажется слишком смелой. тем более что речь идёт не про однородное намагничивание.
а если всё равно потом измерять и подтачивать в нужных местах, то какая разница из чего он собран.

ну и мелкие кубики не по отдельности прессуют, а режут из больших кусков, соответственно сортировкой отдельных магнитов качество можно заметно поднять.

именно этот факт всех интересует, и есть много потенциальных заказчиков, которые планируют массово поставить этот спектрометр в свои химические реакторы. Ну и цена тоже

так диапазон температур-то какой?
было у вас места побольше рабочую температуру можно было бы немного поднять за счёт правильно подобранной геометрии.
вот магниты 40SH с температурой размагничивания 130 градусов паяют при 200:
https://www.classe.cornell.edu/public/CBN/2...13/CBN07-13.pdf

ну и даже получив достаточно однородное поле при комнатной температуре, если на пару сотен градусов подогреть однородность может заметно испортится.

[iiv]

тем не менее какую-то часть поля он всё равно своим скин-слоем заэкранирует.

каолин-то? Это ж диэлектрик! Наверное вы меня не поняли, до этого я пробно делал на графите, сейчас планирую в каолиновом тигле.

про перемагничивание соседних доменов - не понял.

ну это же о том, о чем вы изначально твердили! Если собрать какую-то магнитную структуру, то может так случиться, что в каком-то месте наведенное магнитное поле будет противоположно направленно тому, как там было намагничено. После этого этот кусок размагнитится.

идея взять магнит и сразу намагнитить его самому настолько аккуратно, чтобы однородность поля была достаточно хорошей для ЯМР спектрометра, без последующей дополнительной подстройки доработки напильником мне кажется слишком смелой. тем более что речь идёт не про однородное намагничивание.

да, у меня есть достаточно надежный тулс с катушками и синхронными осцилляторами, который позволяет убрать много, но не все из неравномерности и нестабильности поля. Ссылку я вам при прошлом обсуждении давал.

Этот тулс позволяет работать с самарий-кобальтом из е-бея, или неодимовыми магнитами больших (12см) размеров без оглядки на то, как эти магниты были произведены и не пилить потом это напильником и подстраиваться по большому диапазону температур (с температурами все хорошо только у самарий-кобальта).

Проблема, с которой я столкнулся - не готовность поставщика, который год назад мне обещал поставлять самарий-кобальтовые магниты по моим чертежам и вменяемой цене, а сейчас отказался из-за маленького заказа.

То есть даже если я слегка накосячу с неравномерностью, то тулс все исправит. Но "слегка" - тут критично. Не получится хальбах, сделаю обычные в равномерном поле, там сильно накосячить не получится. Как говорят "не добегу, так согреюсь".

Кстати, вытащил, что у моего материала скин слой при 1Гц около 18мм, то есть примерно при пульсе в 0.1с я таки смогу намагнитить свою балалайку. Да, понятно, надо будет по-другому катушку намотать, чтобы скоррелировать индуктивность этой катушки с временем пульса, но все равно все очень реально.

[iiv]

Подниму старую тему, ибо проблема в чем-то похожа, помогите, пожалуйста, советом, кто знает.

Есть сейчас проблема:

надо разогреть до 1500-1600С заготовку, состаящую из проводимого порошка и снаружи завернутую в плохо проводящий тепло и воздух керамический чехол. Размеры порошка - цилиндр примерно 24мм диаметром и 25мм высотой, чехол (в основном состоящий их оксида алюминия) имеет внешние габариты около 35мм диаметра и 40мм высоты. Зерна металла порошка около 1-10микрон.

Порошок плавится при 1400С. Порошок содержит ферромагнетик, но из-за маленьких размеров частиц, похоже не нагревается.

Резистивно нагреть не могу, так как температура высокая и нельзя поставлять примесь в расплав. Также чехол герметичен, и это - критично. Дуга тоже не проходит (или по крайней мере в первом приближении не проходит).

Нагревать надо максимально быстро. Идеально, чтобы за 1 минуту я с комнатной температуры достиг бы 1500С, то есть это возможно примерно если туда подавать 1КВатт.

Если положить внутрь проволоку из того же металла, то индукционно на примерно 50КГц и 500Ватт (30В, 20А, из которых 100Ватт на катушке рассеивается) все разогревается. Если проволоки нет - не получается расплавить. Если внутри была проволока, то не происходит достаточного перемешивания вещества. Положить какую-то металлическую болванку нельзя - или сплавится, или я потом не оторву ее от этого расплава (расплав после застывания имеет твердость сходную с вольфрам-кобальтовым покрытиям - то есть ничем не сверлится от слова совсем.

Гоняю пока все полным мостом. Он до 80В, и до 20А (40А уже критично, мосфеты сильно греются). Пробовал разные частоты от 1КГц до 200КГц, но такое чувство, что что есть у меня эта байда внутри катушки, что нет - ток не меняется, то есть образец электромагнитные волны не поглощает.

Магнитное поле как в обсуждении выше мне тут не нужно

Скажите, пожалуйста, правильно ли я понимаю, что мне надо как-то найти резонанс моей системы (как?) и таки работать только на нем?

Спасибо!