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

[novikovfb]

есть подозрение, что с материалом индуктивность будет больше и напряжение надо будет повышать.

Есть подозрение, что короткозамкнутый виток, помещенный в катушку, существенно снижает индуктивность этой катушки.

[iiv]

Есть подозрение, что короткозамкнутый виток, помещенный в катушку, существенно снижает индуктивность этой катушки.

с одной стороны - да, с другой стороны - если смотреть, что там мю поднимется, из-за этого есть реальные непонятки.

По крайней мере, по формуле индуктивности для соленоида из википедии, я получаю 4мгГн, и измеряя прибором имею точно такую же величину. Если в этот же тигель положить железную палку из автоматной стали где-то 1см диаметра, то измеряемая индуктивность подскакивает до 11мкГн. Вот и нет понимания, поэтому и вопрошаю...

[Herz]

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.

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.

[iiv]

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 верно...

мне-то как раз хотелось бы быть уверенным, что можно работать на частотах ниже резонанса, ибо хоть у меня и есть позитивный опыт конструирования силовых полно-мостовых устройств на 500КГц+, но все равно там любой шаг в сторону приводит моментальному выгоранию всей электроники, и хочется минимальными силами это избежать.

Вроде ИМХО, проблем быть не должно, по крайней мере на трансформаторах не было, но вдруг я чего не учел, да и не делал я индукционки еще, вот и немного осторожничаю и вопрошаю!

[Herz]

Я тоже индукционных печек сам не делал, но интерес есть. Когда получится - похвастайтесь!

[_pv]

с одной стороны - да, с другой стороны - если смотреть, что там мю поднимется, из-за этого есть реальные непонятки.

Если в этот же тигель положить железную палку из автоматной стали где-то 1см диаметра, то измеряемая индуктивность подскакивает до 11мкГн.

а на какой частоте измерялась индуктивность?

имхо на 1МГц какую железяку внутрь не засунь, магнитного поля внутри неё не будет => индуктивность должна уменьшиться.

[iiv]

а на какой частоте измерялась индуктивность?

10КГц, на большей у меня под рукой инструмента не было.

имхо на 1МГц какую железяку внутрь не засунь, магнитного поля внутри неё не будет => индуктивность должна уменьшиться.

Ага, то есть в любом случае, у меня при больших частотах только на скин эффекте нагрев будет, и с маленькой индуктивностью будет маленькое сопротивление, что и приведет к большим токам, но маленькому напряжению.

Спасибо всем за советы!

Вроде все классно складывается, тогда буду пытаться на резонансе работать, как я понимаю, он всяко у меня меньше 1МГц должен лежать.

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? Хотелось бы протаскивать до 30-50ватт на квадратный см площади, и чтобы 50бар давления выдерживало... Понятно почти любой металл подойдет, но он короткозамкнутый виток сделает, а надобно чтоб не проводило.

[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.

[_pv]

а в чём смысл плавить в магнитном поле, точка Кюри всё равно ниже температуры плавления, не?

[iiv]

а в чём смысл плавить в магнитном поле, точка Кюри всё равно ниже температуры плавления, не?

не плавить, а кристаллизовать...

[_pv]

не плавить, а кристаллизовать...

ну я и имел ввиду не плавить, а наоборот, всё равно правильно поняли.
просто не знаю как у AlNiCo, как-то возникал похожий вопрос про всякие редкоземельные магниты, там когда оно кристаллизуется до точки Кюри ещё ой как далеко и соответственно магнитное поле там ни на что повлиять не может.

1.4Т можно из неодимовых магнитов получить, или празеодимовых, а если их до азотных температур охладить, то и больше.
но это я так понимаю для ЯМР, и жидкий азот не очень подходит.
а у неодимовых рабочая температура слишком мала?

ну и ещё коэрцитивная сила у таких магнитов не очень.

что для выжимания максимальных полей может оказаться критичым, хотя если речь про цилиндр намагниченный по Халлбаху, ему пожалуй всё равно, он размагничивающих полей себе не создаёт.

[iiv]

ну я и имел ввиду не плавить, а наоборот, всё равно правильно поняли.
просто не знаю как у AlNiCo, как-то возникал похожий вопрос про всякие редкоземельные магниты, там когда оно кристаллизуется до точки Кюри ещё ой как далеко и соответственно магнитное поле там ни на что повлиять не может.

AlNiCo если просто кристаллизовать, то там больше 0.3-0.5Т не сделать, если кристаллизовать в магнитном поле, то до 1.4Т. То есть у них точка Кюри равна точке кристаллизации. А по силе поля один в один с самыми топовыми неодимовыми магнитами, но зато температурный диапазон до 550С (устойчиво) и до 750С (с натяжкой).

1.4Т можно из неодимовых магнитов получить, или празеодимовых, а если их до азотных температур охладить, то и больше.

у меня неодимовый n52 на поверхности на раз 1.4Т при комнатной температуре показывает, только он до 60С работает. Но у неодимовых заводских неравномерность ужасная, мой алгоритм с катушками не справляется, поэтому я самарий-кобальт до этого использовал.

ну и ещё коэрцитивная сила у таких магнитов не очень.
хотя если речь про цилиндр намагниченный по Халлбаху, ему пожалуй всё равно, он размагничивающих полей себе не создаёт.

я тоже из-за коэрцитивной силы раньше их отметал, а как про хальбаха додумался, то понимаю, что это не должно влиять.

Уже пробно 2Т кривым полем получил, правда силой Лоренца катушку порвало Численно на 3Т намоделировал, думаю, что соберу на днях свою гравицапу и будет у меня 120МГц ЯМР в формате толстого фломастера.

[_pv]

я тоже из-за коэрцитивной силы раньше их отметал, а как про хальбаха додумался, то понимаю, что это не должно влиять.

тут оказывается тоже не всё так однозначно.
хоть поле в центре огромное и направлено вдоль намагниченности, сверху/снизу от отверстия поля направлены в обратную сторону, и отрицательные поля на внешней поверхности там вполне себе присутствуют.
и совсем маленькая коэрцитивная сила может и не справится.