Индукционный нагреватель

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Гимназия №1» г. Ядрин Чувашской Республики

Индукционный нагреватель металлов

Выполнил: Якутов Александр Анатольевич,

ученик 11 класса МБОУ «Гимназия №1» г. Ядрин,

Руководитель: Николаев Виктор Робинзонович,

учитель технологии

МБОУ «Гимназия №1» г. Ядрин

г. Ядрин 2017 г.

Содержание

1. Обоснование проекта и формулировка задач

2. Опорная схема размышления

3. История возникновения

4. Маркетинговые исследования

5. Альтернативные варианты проектов

6. Выбор инструмента

7. Выбор материала

8. Технологическая карта изготовления изделия

9. Расчет себестоимости изделия

10. Экономическое и экономическое обоснование

1. Проведение опытов

2. Самооценка изделия

3. Реклама

4. Список использованной литературы

1. Обоснование проекта и формулировка задач

Уникальность человека заключается в том, что он все время изобретает приборы и механизмы, которые в значительной степени облегчают труд в жизненной деятельности. Для этого, как правило, применяются новейшие разработки в области науки. Исключением не стал и индукционный нагрев. В последнее время принцип индукции получил широкое применение во многих сферах, к которым можно смело отнести: в металлургии индукционный нагрев используется для плавки металлов; в некоторых отраслях промышленности используются специальные печи быстрого разогрева, функционирование которых основано на принципе индукции; в бытовой сфере индукционные нагреватели можно использовать, например, для приготовления пищи, нагрева воды или отопления частного дома. На сегодняшний день существует великое множество индукционных установок промышленного типа. Но это отнюдь не означает, что конструкция таких приборов очень сильно замысловатая. Простейший индукционный нагреватель вполне возможно изготовить для бытовых нужд своими руками.

2. Опорная схема размышления

С помощью это устройства можно закаливать, плавить различные металлы. В учебной мастерской гимназии имелись свёрла, кернеры, зубила, биты, которые необходимо было закалить. И я решил собрать простой индукционный нагреватель и проводить различные эксперименты. Принцип работы этого устройства позволяет закрепить знания, полученные на уроках физики.

Изначально я поставил себе такие задачи: чтобы мой индукционный нагреватель был оригинальным, простым и экономичным в изготовлении, надёжным и так далее. Схема собирается на основе транзисторов IRFP260N, которые можно заказать из Китая (стоимость которого 50 рублей) или купить в магазине радиодеталей за 130 рублей. Остальные детали можно найти, или изготовить в учебной мастерской.

3. История возникновения

Открытие электромагнитной индукции в 1831 году принадлежит Майклу Фарадею. При движении проводника в поле магнита в нём наводится ЭДС, так же как при движении магнита, силовые линии которого пересекают проводящий контур. Ток в контуре называется индуцированным. В 1841 году Джеймс Джоуль сформулировал количественную оценку теплового действия электрического тока: «Мощность тепла, выделяемого в единице объёма среды при протекании электрического тока, пропорциональна произведению плотности электрического тока на величину напряженности электрического поля» (закон Джоуля — Ленца). Тепловое действие индуцированного тока породило поиски устройств бесконтактного нагрева металлов. Первые опыты по нагреву стали с использованием индукционного тока были сделаны Е. Колби в США. Первая успешно работающая т. н. канальная индукционная печь для плавки стали была построена в 1900 году в Швеции.

Рис. 1.2. Закалочная установка для последовательной закалки 1 — закаливаемое изделие;  2 — индуктор;  3 — закалочный трансформатор;  4 — преобразователь частоты;  5 — конденсатор 

4.Маркетинговые исследования

Характеристики транзистора IRFP260N:

Наименование прибора: IRFP260N

Тип транзистора: MOSFET

Полярность: N

Максимальная рассеиваемая мощность: 280 Вт

Предельно допустимое напряжение сток-исток: 200 В

Предельно допустимое напряжение затвор-исток: 10 В

Максимально допустимый постоянный ток стока: 46 A

Сопротивление сток-исток открытого транзистора: 0.055 Oм

Особенности:

• Потребление тока: менее 10 В ≥ 5A, выше 12 В ≥ 10A

• Минимум внешних элементов

• Рабочая частота: 30 кГц-100 кГц

• Водяное охлаждение

5. Альтернативные варианты проектов

На просторах интернета размещено достаточное количество разнообразных конструкций, создаваемых для различных целей. Индукционные агрегаты, конструируются своими руками, как правило, принято разделить на типа:

• Вихревые индукторные нагреватели (ВИН), которые в основном используются для нагрева воды и обогрева жилища;

• Обогреватели, в конструкции которых предусмотрено использование различных типов электронных деталей и узлов.

Вариант 1

Характеристики транзистора IRF740:

Полярность: N

Максимальная рассеиваемая мощность: 125 Вт

Предельно допустимое напряжение сток-исток: 400 В

Предельно допустимое напряжение затвор-исток: 20 В

Максимально допустимый постоянный ток стока: 30 A

Сопротивление сток-исток открытого транзистора: 0.075 Oм

Вариант 2

Вариант 3

6. Выбор инструмента

1. Линейка, карандаш, штангенциркуль

2. Плоскогубцы

3. Паяльник, олово, канифоль

4. Перекись водорода, лимонная кислота, поваренная соль

5. Набор сверл, кернер

6. Электродрель

1. Выбор материала

Для изготовления корпуса индукционного нагревателя я решил использовать корпус от старого блока питания от компьютера.

8. Технологическая карта изготовления изделия

Технологическая карта:

1. Выбор радиодеталей

2. Изготовление печатной платы

3. Размещение деталей и сборка схемы

4. Изготовление катушки из медной трубки

5. Размещение в корпусе платы, медной трубки

6. Размещение на передней панели выключателя, кулера, выводов на питание

7. Испытание готового изделия

9. Расчет себестоимости изделия

Итого: 850 руб.

10. Экономическое и экологическое обоснование

Мое изделие товар, можно продать, пополнить семейный бюджет. Для изготовления индукционного нагревателя детали от старой ненужной радиоаппаратуры, вместо того, чтобы их выбрасывать. Дынное изделие не приносит вреда окружающей среде.

11. Проведение опытов

Реквизиты для опытов

1. Аккумулятор батарея на 12 В.

2. Мультиметр

3. Калькулятор

4. Осциллограф Hantek DCO5102P

5. Термометр

6. Кернер, зубила

1. Измерения частоты колебательного контура с помощью осциллографа.

Индуктивность дросселя по питанию – 70 мкГн.

Ёмкость 13 конденсаторов (C) – 4.32 мкФ.

f = 1/(2π√(LC))Гц.

f = 97.5 кГц.

2. Вычисление индуктивности индуктора.

Частота (f) – 97.5 кГц.

Ёмкость 13 конденсаторов (C) – 4.32 мкФ.

L = 1/(4π²F²C)

L = 0.63 мкГн.

3. Проверка работоспособности индукционного нагревателя. Помещаем кернер внутри индуктора. Внимание!! Кернер не должен соприкасаться с индуктором. Включаем устройство. Ждём, пока металл не нагреется до необходимой температуры. Проверяем температуру с помощью приборов.

12.Самооценка изделия

Изделие имеет положительные стороны:

• Оригинальность

• Технологические операции доступны для радиолюбителей

• Возможность использования для термической обработки

• Отсутствие вредных выделений

• Многофункциональность

• В результате изготовления индукционного нагревателя закреплены знания, полученные на уроках физики и технологии. Появилась уверенность в своих силах. Намеченная цель достигнута.

Изделие имеет некоторые отрицательные стороны:

• Невозможность регулировки температуры

• Для изготовления индукционного нагревателя подходят лишь термостойкие конденсаторы.

• Для надёжного охлаждения индуктора и транзисторов нужно использовать воду и насос.

• Для охлаждения конденсаторов нужно использовать вентилятор.

13. Реклама

Знание – это сила!

14.Список используемой литературы

1. В. Г. Борисов «Юный радиолюбитель» Москва «Радио и связь» 1985

2. А. А. Зайцев, А. И. Миркин Справочник полупроводниковые приборы «Радио и связь» 1989 год

3. Справочник по электронным приборам Д. С. Гурлеев Киев «Техника» 1979 г.

Ресурсы из интернета:

1. http://teplo.guru/elementy/ustroistva/induktsionnyiy-nagrevatel-svoimi-rukami.html

2. http://kavmaster.ru/indukcionnyj-nagrevatel-500-vatt-svoimi-rukami/

3. https://www.youtube.com/watch?v=Bl6uNFvubgk

4. https://ru.aliexpress.com/popular/induction-heater.html