Установка для индукционного нагрева., Необходимы теория, расчеты, схемы... Опции

[Ostver]

Необходимо разработать установку для индукционного нагрева для закалки металлических изделий (известная также, как печь на токах высокой частоты - ТВЧ). Ориентировочная мощность 5...10 кВт. Никогда подобным не занимался, поэтому прошу поделиться информацией из этой области. В инете информации недостаточно, большей частью рекламного характера. Интересным будет все, что касается темы.

[Ostver]

To fir:
Благодарю за информативные рекомендации, однако возникли дополнительные вопросы:
1. Каким будет выглядеть узел подключения индуктора к электрической и охладительной системам (по ссылкам рисунки малы для подробного изучения)?
2. Почему выбор материала корпуса является серьезной задчей?
3. Чем обоснована рекомендация использования импортного феррита?

[fir]

1. Каким будет выглядеть узел подключения индуктора к электрической и охладительной системам (по ссылкам рисунки малы для подробного изучения)?
2. Почему выбор материала корпуса является серьезной задчей?
3. Чем обоснована рекомендация использования импортного феррита?

1. Подключение индуктора. Возьму классический вариант – индуктор из медной трубки свитый спиралью. Индуктор расположен вертикально. Соответственно концы трубки, от верхнего и нижнего витков, выводятся горизонтально в одну сторону. Под расстояние между концами трубок делается крепеж. В примитиве – две шины (медь, латунь, естественно обуженные) согнутые под углом 90 градусов. Шины крепятся на вертикальной диэлектрической плите, с таким расчетом, чтобы концы трубок индуктора легли на шины. Далее, берем, еще две (прямые) шины, длинной ~ равной полученным «полочкам». Накладываем сверху на трубки, и полученный «сандвич» скручиваем винтами. Т. е. в результате трубка сверху и снизу зажата шинами, а по бокам зажимные винты. К шинам, как, наверное, уже поняли, подключается электрическая система. Трубки или загибаем (в горизонтальной плоскости) под углом ~90, или пропускаем через плиту, и уже там шлангами подводим воду. Подача воды - на нижнюю трубку, слив - через верхнюю. После того как установка будет проверена и «обкатана», трубки дополнительно, можно припаять к «шинам-полкам».
2. Тут уже подсказали, правда, две причины свели в одну. Первое, стальная конструкция – вихревые токи и как следствие потери, на перемагничивание. Поля будут достаточно сильные. Второе, если Вы взяли алюм. корпус, не факт, что не наделаете паразитных контуров. Пример типичной ошибки – силовые провода (идущие на индуктор) разнесены в пространстве (это, в принципе, правильно), и выводятся через два отверстия в стенке блока. Считайте, что один паразитный контур, Вы уже получили. Делать надо так – в предполагаемом месте вывода делается «окно», которое закрывается диэл. пластиной, а вот уже в этой пластине делать отверстия для вывода проводов. Поэтому я и советовал, для начала не брать стальные корпуса, проблем хватит и с алюминиевым.
3. Первое, у наших ферритовых изделий низкая повторяемость. Второе, наши ферриты менее термостойки. Как показывает практика, свои свойств, они теряют, при гораздо меньших температурах, чем указанно в паспорте. Третье, отечественный П-образный феррит, для установки 10кВт, Вы, просто не найдете, т.к. его нет в природе.
4. Про КПД, Вы правильно заметили. Хотел бы я посмотреть на установку в 60кВт с «правильным воздушным охлаждением». Боятся, водяного охлаждения не следует, ведь так и так, воду придется подводить для охлаждения индуктора. Системы отвода тепла водой просты в изготовлении, и очень компактны. К тому же, Вы, наверное, не собирались, делать, 10кВт бытовой вариант, для закалки кухонных ножей. В цеховых условиях, обдувать силовой генератор, токопроводящей пылью… А так вообще-то до 2…3кВт.

[IgorRadvogin]

Мы генераторы делаем без водяного охлаждения, причем вентиляторы включаются при повышении температуры радиатора, а не все время. Больше 60 кВт нужна вода для радиаторов

[fir]

Зная, ток индуктора, сопротивление меди, толщину скин-слоя для данной частоты генератора, теплоемкость меди и теплоту ее плаления, легко вычислить, что без воды на мощности установки 10кВт индуктор расплавится примерно за 10 сек

Тут, по-моему, ни кто, не предлагал запускать индуктор без воды.

Мы  генераторы делаем без водяного охлаждения, причем вентиляторы включаются при повышении температуры радиатора, а не все время. Больше 60 кВт нужна вода для радиаторов

Возьмем гипотетический случай: генератор - 50кВт, КПД – 95%. Много, Вы, видели радиаторов способных рассеять, при естественной конвенции, 2 500Вт. Когда включатся вентиляторы, будет уже поздно. Да собственно вопрос, не в этом, а в целесообразности применять воздушное охлаждение в установках, к которым уже подводится вода. Выше, писал «2…3кВт», не потому что больше нельзя, а потому, что системы воздушного охлаждения начинают «распухать» и по габаритам и по стоимости. Да и сектор рынка у этих установок – не цеховой, т.е. эксплуатируются в относительно чистых помещениях. Собственно, производители ТВЧ установок, используют, силовые модули, а не дискретные IGBT/MOSFET приборы, в первую очередь из-за герметичности, данной сборки. Даже, не незаметное, на глаз, загрязнение, приводит к образованию облака плазмы и тогда все – прощай генератор.