Как подключить трехфазную муфельную печь к сети?

Подключение муфельной печи

В комплекте с муфельными печами для обжига Дело мастеров и Project идет силовая розетка на 220В (или 380В). Подключить ее можно к существующей линии проводки, если та рассчитана на мощность печи. Или же можно провести от щитка отдельную линию. Вот небольшая инструкция, как это сделать:

Для установки печи на 220В рекомендуем приобрести трехжильный многопроволочный провод сечением 6 квадратов (чаще всего используют ПВСУ 2*6,0+1*6,0; если у вас нет в щитке провода заземления, то можно взять двужильный провод). Также нам потребуется однополюсной автомат, соответствующий мощности вашей муфельной печи (такой же по амперажу автомат, какой установлен на печи).

Подключение муфельной печи

Подключение муфельной печи

Снять внешнюю оболочку с провода, используя специальный инструмент (можно взять нож или ножницы). Это нужно делать аккуратно, чтобы не повредить провод.

Подключение муфельной печи

Зачистить каждую жилу провода. Рекомендуем использовать наконечники и обжать ими оголенные концы проводов.

Подключение муфельной печи

Разберите розетку, выкрутив 2 самореза отверткой.

Подключение муфельной печи

Разобрав розетку, вы увидите три контакта: ноль (всегда синий провод), фаза (любой цвет провода, кроме синего и желто-зеленого), земля (всегда желто-зеленый провод). В случае отсутствия земли в вашем помещении, используются только ноль и фаза. Расположение проводов должно быть исключительно как на фото (нажмите для увеличения).

Подключение муфельной печи

Соберите розетку в обратной последовательности.

Подключение муфельной печи

Второй конец провода необходимо подключить к распределительному щитку. Прежде всего нужно обесточить основной автомат. Снимите оболочку (как на фото 3) и зачистите каждую из трех жил (как на фото 4). Установите автомат на дин-рейку (его посадочное место). Напомним, что номинал автомата выбирается таким же, как и у автомата на печи.

Подключение муфельной печи

Еще раз убедитесь, что щиток обесточен и подключайте провода в соответствии с их цветом. Синий провод — на шину ноль (её можно определить по множеству синих проводов, которые к ней подключены), Желто-зеленый — на шину земля (определяется аналогично, но земля есть не во всех помещениях; ни в коем случае не прикручивайте ноль в батареям, ваннам и т.д.) Оставшийся третий провод подключите к автомату, как показано на фото. Все соединения нужно максимально хорошо прикрутить и затянуть. Убедитесь, что изолятор не поврежден и нигде нет оголенных участков проводов.
Теперь осталось только подать питание на автомат одножильным проводом от главного автомата или от счетчика. После этого включаете автоматы и пользуетесь печью.

Подключение муфельной печи

Данная инструкция является вспомогательной, и если у вас нет опыта работы с электричеством, мы настоятельно рекомендуем вызвать квалифицированного электрика для подключения муфельной печи.

И в заключение видео о важности правильного подключения:

Расчёт и изготовление муфельной печи. Часть первая — расчёт мощности печи.

Решил все свои расчёты оформить в отдельную статью. Во-первых, может быть кому-то ещё пригодится. Во-вторых — возможно кто-то обратит внимание на очевидные косяки, которые я упустил из виду. Приступим.
муфельная печь

Электрическая печь сопротивления — один из самых простых и доступных видов печей для обжига керамики и плавки некоторых металлов. Высокая температура в рабочей камере достигается за счёт нагрева спирали, изготовленной из проволоки с высоким показателем сопротивления и высокой температурой плавления. Традиционно используется для таких печей нихромовая или фехралевая проволока различных марок. Нихром примерно в два раза дороже фехрали, при этом его рабочая температура несколько ниже. В то же время фехраль при высоких температурах становится хрупким и коэффициент температурного расширения у него выше. То есть при нагреве фехралевая спираль может выйти из пазов, и следовательно на это необходимо обратить отдельное внимание при проектировании.
Нихромовая проволока стоит порядка 2000 рублей за килограмм, фехралевая — меньше 1000. В то же время фехраль сложнее достать на местах. Однако мы никуда не торопимся — поэтому закажем именно фехралевую проволоку с доставкой. Сочетание более выгодной цены и возможности поддерживать более высокую температуру в рабочей камере склонили меня принять решение именно в пользу фехрали. Кроме того сопротивление у фехрали примерно на 25% выше, чем у нихрома, а значит что и проволоки понадобится на 25% меньше(сопротивления метра нихромовой проволоки х20н80 диаметром 1.5мм — 0.62 ома, а фехралевой х23Ю5Т — 0.815 ома)
Для того, чтобы заказать проволоку нужно знать марку сплава, диаметр проволоки и количество погонных метров. Чтож, попробуем всё это дело рассчитать.
Марку выберем Х23Ю5Т. Температура плавления — 1500 градусов, что позволяет разогнать печку до 1200-1300 при хорошей теплоизоляции рабочей камеры.

Объём рассчитываемой печи — 61 литр, рабочая камера 560х340х320.
муфельная печь
Для небольших печей мощность подбирается исходя из простой пропорции — 100 ватт мощности на литр объёма камеры, то есть на 61 литр мощность печки составит 6.1 кВт. Первоначально я выполнял расчёт на печь объёмом 67 литров, а так, как пересчитывать лень — то добавим 600 ватт мощности про запас — хуже точно не будет.

Так как в цеху есть три фазы — то печь запитаем от трёхфазной сети. Так как фазы три — то и нагревателей будет тоже три. Итак, от трёхфазной сети нам необходимо отобрать 6.7 кВт мощности.

Для начала вычислим какой ток нам потребуется пропустить через нагревательные элементы при подключении звездой. I=P/U. I = 6700/220 = 30.45А. Но это суммарный ток, раскидаем его на 3 фазы и получим 10.15А на фазу. Очень даже комфортный ток.
При подлкючении треугольником получим ещё более низкий ток — 17,63А — или 5.88 А на фазу. Однако такой ток течёт через нагреватели, подключённые между двумя фазами. По участку цепи, от ввода до соединения нагревателей так же течёт ток 10.15 А. Следовательно разницы особой нет. Какую схему подключения выбрать мы будем решать с точки зрения оптимизации количества проволоки в спирали, так как сопротивление будет разным.

Кстати, теперь мы можем рассчитать и сопротивление проволоки, необходимое для получения проектной мощности.
Для каждого участка цепи звезды это будет R=U/I R=220В/10,15А = 21,67 Ом. Для каждого участка цепи треугольника это будет 380В/5,8А = 64,6 Ом

Сопротивление есть, остаётся найти таблицу и отмерять нужное количество проволоки.
Для выбранной марки фехрали сопротивление одного метра проволоки будет следующим: D=1.5мм — 0.815 Ом, D=2мм — 0.459 Ом, D = 2.5мм — 0.294 Ом, D = 3мм — 0.204 Ом.

Рассмотрим звезду. Сопротивление одного нагревателя должно составлять 21.67 Ом То есть проволоки полторашки нам понадобится 21.67/0,815 = 26.6 метра. На три нагревателя потребуется 80 метров проволоки. Скажем так — не мало. Но с другой стороны мало или много — это суть наши рассуждения и нежелание отдавать лишние деньги, а расчёт говорит, что именно такое количество проволоки нам потребуется. Что — можно заказывать?
Рассчитывать больший диаметр проволоки нет смысла — так как уже у двойки сопротивление в два раза меньше и следовательно нам её потребуется в два раза больше. Расчитывать вариант с треугольником — так же нет смысла, там на контур нам необходимо сопротивление в 64 Ом — а это в три раза больше проволоки. Получается расчёт окончен? Как бы не так!
Давайте посчитаем, какова площадь поверхности наших нагревателей. Зная площадь поверхности, мы сможем посчитать, какое количество энергии излучается с 1 кв.см поверхности.
Площадь поверхности S = Длина (L) x Диаметр (d) х 3.14 (Pi) = 8000(в сантиметрах) х 0.15 (в сантиметрах) х 3.14 = 3768 кв.см. Таким образом 3768 кв.см. излучает 6.7 кВт мощности. То есть с 1 кв.см излучается 1.77 ватта.
То, что мы сейчас посчитали — не что иное, как величина поверхностной нагрузки. Зная это значение мы можем определить — не перекалится ли наша проволока. Дело в том, что с увеличением данного показателя увеличивается разница между температурой в сердцевине проволоки и температурой на её поверхности. При значениях сильно свыше 2 Ватт на кв.см — это значение может различаться на сотню градусов. Чем это чревато думаю понятно — в то время, как наружная поверхность имеет рабочую температуру — сердцевина может разогреться до температур, близких к температуре плавления, что приведёт к перегоранию проволоки. Для отечественных фехралевых проволок значение оптимального коэффициента составляет от 1.2 до 1.4 Вт/кв.см. Значение, полученное нами несколько выше, но всё-же вполне себе применимо.
В качестве иллюстрации посмотрим, что у нас получится, если мы возьмём следующий диаметр — двойку.
21.67/0.459 = 47.21 метра на 1 нагреватель. То есть на 3 нагревателя — 141 метр проволоки!
Рассчитаем значение поверхностной нагрузки — получим 0,76 вт/кв.см. — это очень мало. Почти в два раза меньше рекомендуемого значения — это значит, что проволока будет отдавать тепло менее эффективно. А если взять двойки те же 80 метров? Тогда сопротивление на участке цепи для одного нагревателя составит 12.24 ом, соответственно ток составит 18А, а мощность участка — 4 кВт, три нагревателя дадут 12 кВт мощности, и значение поверхностной нагрузки — 2,38 вт/кв.см.

Что будет, если участок цепи с одним нагревателем пересчитать как участок с двумя параллельно подключенными нагревателями? Тогда сопротивление каждого нагревателя необходимо будет увеличить вдвое, а значит и количество проволоки тоже. Такой финт позволяет сэкономить, если в расчёте допустим проволока диаметром 2 мм не проходит по значению поверхностной нагрузки, и приходится мотать тройку. Тогда вместо одного нагревателя из тройки имеет смысл ставить два параллельно подключённых нагревателя из двойки -метраж и масса выйдут меньше. Но в нашем случае меньше полторашки использовать проволоку нет желания.

Как ещё можно поступить? Можно запитать всю длину проволоки от одной фазы — тогда получим 220/30,45 = 7,22 ома.

Понятное дело, что полторашку тут мы применить не сможем из-за просто зашкаливающей поверхностной нагрузки! Действительно, нам понадобится всего 9 метров проволоки, чтобы получить сопротивление в 7.22 ома, при этом во-первых, это будет очень маленький нагревательный элемент, который не сможет равномерно прогреть весь объём печи, во вторых — как уже говорилось, поверхностная нагрузка составит лютые 15.8 ватт на кв.см.
Но здесь хорошо зайдёт проволока с большим диаметром. Если мы возьмём диаметр 3.5мм с сопротивлением 0.15 ома на метр, то её понадобится всего 48 метров! Поверхностная нагрузка составит 1,27 — что очень хорошо. Однако 48 метров проволоки диаметром 3.5 будут весить 3.7 кг, в то время как 80 метров полторашки весит всего 1.1 кг! Вкупе с тем, что управлять током в 30 А несколько сложнее, нежели током в 10 ампер — то первоначально полученный результат является наиболее оптимальным для данной печи.
Кстати, вот тут можно применить ту самую фишку, с параллельным подключением двух спиралей меньшего диаметра, чем одной большего. Действительно, если мы подключим не 1 спираль диаметром 3.5 мм длиной 48 метров с сопротивлением 7.22 ома, а две спирали из проволоки диаметром 2.0 мм с сопротивлением 14.44 — то получим две спирали по 31.3 метра = 62,6 метра с массой 1.5 кг, что уже неплохо. На каждую спираль прийдётся половина нагрузки — то есть по 3.35 кВт, что в итоге даст нам значение поверхностной нагрузки 3350/(3130х0.2х3.14) = 1.7 вт/кв.см. По факту — те же яйца, только в профиль. Но тут есть момент, который опять таки заставляет меня принять первоначальный расчёт за рабочий. Дело в том, что даже разбив участок на два параллельных мы в итоге ничего не выигрываем. Проволоки всё равно нужно на полкило больше, чем полторашки. Ток, протекающий через 1 контур составит 15 ампер, а не 10, что близко к максимальной нагрузке того же bt139, которым я планирую управлять всем этим зоопарком. В то же время даже если я поставлю по bt139 на каждый контур, повешу гигантский радиатор с активным охлаждением, то всё равно я не смогу подключать эти контуры по отдельности, так как весь ток ломанётся через включённый контур. И тут то симистор точно не выдержит — это раз, а поверхностная нагрузка подключённого контура резво увеличится в два раза.

Читайте также  Как выбрать тканевые потолки

Остановимся на самом первом варианте:

Всё на сегодня. Голова забита, поэтому мог накосячить. Буду благодарен, если кто-то ткнёт носом в ошибки.

Электроника для муфельной печи

Началась эта затея, как обычно начинается множество подобных затей – случайно зашёл в мастерскую к знакомому, а он показал новую «игрушку» – полуразобранную муфельную печь МП-2УМ (рис.1). Печь старая, «родной» блок управления отсутствует, термопары нет, но нагреватель целый и камера в хорошем состоянии. Естественно, у хозяина вопрос – а нельзя ли приделать к ней какое-нибудь самодельное управление? Пусть простое, пусть даже с небольшой точностью поддержания температуры, но чтобы печь заработала? Хм, наверное, можно… Но сначала неплохо было бы посмотреть документацию на неё, а потом уточнить техническое задание и оценить возможности его воплощения.

Муфельная печь МП-2УМ

Итак, первое – документация есть в сети и легко находится по запросу «МП-2УМ» (также лежит в приложении к статье). Из перечня основных характеристик следует, что питание печи однофазное 220 В, потребляемая мощность примерно 2,6 кВт, верхний порог температуры – 1000°С.

Второе – нужно собрать электронный блок, который мог бы управлять питанием нагревателя с потребляемым током 12-13 А, а также мог бы показывать заданную и реальную температуры в камере. При конструировании блока управления следует не забывать, что нормального заземления в мастерской нет и неизвестно, когда будет.

Учитывая вышеперечисленные условия и имеющуюся электронную базу, решено собирать схему, измеряющую потенциал термопары и сравнивающую его с выставленным «заданным» значением. Сравнение проводить компаратором, выходной сигнал которого будет управлять реле, которое в свою очередь будет открывать и закрывать мощный симистор, через который сетевое напряжение 220 В будет поступать на нагревательный элемент. Отказ от фазоимпульсного управления симистором связан с большими токами в нагрузке и отсутствием заземления. Решили, что если при «дискретном» управлении окажется, что температура в камере колеблется в больших пределах, то тогда переделаем схему в «фазовую». Для индикации температуры можно применить стрелочный прибор. Питание схемы – обыкновенное трансформаторное, отказ от импульсного блока питания так же обусловлен отсутствием заземления.

Самым сложным было найти термопару. В нашем городишке магазины таким не торгуют, но выручили, как обычно, радиолюбители с их желанием вечно хранить в гаражах всякое радиоэлектронное барахло. Примерно через неделю после оповещения ближайших знакомых о «термопарной потребности» позвонил один из старейших радиолюбителей города и сказал, что есть какая-то, лежащая ещё с советских времён. Но её надо будет проверить – может оказаться, что она низкотемпературная хромель-копелевая. Да, конечно проверим, спасибо, ну, а для экспериментов подойдёт любая.

Небольшой «поход в сеть» на предмет просмотра того, что уже сделано другими по этой теме, показал, что в основном по такому принципу самодельщики их и конструируют –«термопара – усилитель – компаратор – силовое управление» (рис.2). Поэтому и мы не будем оригинальными – попробуем повторить уже проверенное.

Эксперименты

Сначала определимся с термопарой – она одна и она односпайная, поэтому в схеме компенсации изменения комнатной температуры не будет. Подключив к выводам термопары вольтметр и обдувая спай воздухом с разной температурой из термофена (рис.3), составляем таблицу потенциалов (рис.4) из которой видно, что напряжение растёт с градацией примерно в 5 мВ на каждые 100 градусов. Учитывая внешний вид проводников и сравнивая полученные показания с характеристиками разных спаев по таблицам, взятым из сети (рис.5), можно с большой вероятностью предположить, что применяемая термопара является хромель-алюмелевой (ТХА) и что её можно использовать длительное время при температуре 900-1000 °С.

После выяснения характеристик термопары экспериментируем со схемотехникой (рис.6). Схема проверялась без силовой части, в первых вариантах применялся операционный усилитель LM358, а в окончательный вариант был установлен LMV722. Он тоже двухканальный и тоже рассчитан на работу при однополярном питании (5 В), но, судя по описанию, имеет лучшую температурную стабильность. Хотя, очень может быть, что это была излишняя перестраховка, так как при применённой схемотехнике погрешность установки и поддержания заданной температуры и так достаточно велика.

Результаты

Окончательная схема, управления показана на рис.7. Здесь потенциал с выводов термопары T1 поступает на прямой и инверсный входа операционного усилителя ОР1.1, имеющего коэффициент усиления примерно 34 dB (50 раз). Затем усиленный сигнал проходит через фильтр низкой частоты R5C2R6C3, где 50-тигерцовая помеха ослабляется до уровня –26 dB от уровня, приходящего с термопары (эта цепь была предварительно симулирована в программе RFSim99, расчетный результат показан на рис.8). Далее отфильтрованное напряжение подаётся на инверсный вход операционного усилителя ОР1.2, выполняющего роль компаратора. Уровень порога срабатывания компаратора можно выбирать переменным резистором R12 (примерно от 0,1 В до 2,5 В). Максимальное значение зависит от схемы включения регулируемого стабилитрона VR2, на котором собран источник образцового напряжения.

Для того, чтобы компаратор не имел «дребезга» переключений при близких по уровню входных напряжениях, в него введена цепь положительной обратной связи – установлен высокоомный резистор R14. Это позволяет при каждом срабатывании компаратора смещать уровень образцового напряжения на несколько милливольт, что приводит к триггерному режиму и исключает «дребезг». Выходное напряжение компаратора через токоограничительный резистор R17 подаётся на базу транзистора VT1, управляющего работой реле К1, контакты которого открывают или закрывают симистор VS1, через который напряжение 220 В подаётся в нагреватель муфельной печи.

Блок питания электронной части выполнен на трансформаторе Tr1. Сетевое напряжение поступает на первичную обмотку через фильтр низкой частоты C8L1L2C9. Переменное напряжение со вторичной обмотки выпрямляется мостом на диодах VD2…VD5 и сгладившись на конденсаторе С7 на уровне около +15 В, поступает на вход микросхемы-стабилизатора VR1, с выхода которой получаем стабилизированные +5 В для питания ОР1. Для работы реле К1 берётся нестабилизированное напряжение +15 В, избыточное напряжение «гасится» на резисторе R19.

Появление напряжения в блоке питания индицируется зелёным светодиодом HL1. Режим срабатывания реле К1, а значит и процесс нагрева печи, показывает светодиод HL2 с красным цветом свечения.

Стрелочный прибор Р1 служит для индикации температуры в камере печи при левом положении кнопочного переключателя S1 и требуемой температуры при правом положении S1.

Детали и конструкция

Детали в схеме применены как обыкновенные выводные, так и рассчитанные на поверхностный монтаж. Почти все они установлены на печатной плате из одностороннего фольгированного текстолита размером 100х145 мм. На ней же закреплен трансформатор питания, элементы сетевого фильтра и радиатор с симистором. На рис.9 показан вид на плату со стороны печати (файл в формате программы Sprint-Layout находится в приложении к статье, рисунок при ЛУТ надо «зеркалить»). Вариант установки платы в корпус показан на рис. 10. Здесь же видны закрепленные на передней стенке стрелочный прибор Р1, светодиоды HL1 и HL2, кнопка S1, резистор R12 и пакетный переключатель S2.

Ферритовые кольцевые сердечники для сетевого фильтра взяты из старого блока питания компьютера и затем обмотаны до заполнения проводом в изоляции. Можно использовать дроссели и другого типа, но тогда потребуется внести необходимую правку в печатную плату.

Уже перед самой установкой блока управления на печь, в разрыв одного из проводников, идущих от фильтра к трансформатору был впаян обрывной резистор. Его цель не столько защищать БП, сколько понизить добротность резонансного контура, получающегося при шунтировании первичной обмотки трансформатора конденсатором С9.

Предохранитель F1 впаян на вводе 220 В в плату (установлен вертикально).

Трансформатор питания подойдёт любой, мощностью более 3…5 Вт и с напряжением на вторичной обмотке в пределах 10…17 В. Можно и с меньшим, то тогда потребуется установка реле на более низкое рабочее напряжение срабатывания (например, пятивольтовое).

Операционный усилитель ОР1 можно заменить на LM358, транзистор VT1 на близкий по параметрам, имеющий статический коэффициент передачи тока более 50 и рабочий ток коллектора более 50…100 мА (КТ3102, КТ3117). На печатной плате разведено место и для установки транзистора в smd исполнении (ВС817, ВС846, ВС847).

Резисторы R3 и R4 сопротивлением 50 кОм — это 4 резистора номиналом 100 кОм, по два «в параллель».

R15 и R16 припаяны к выводам светодиодов HL1, HL2.

Реле К1 – OSA-SS-212DM5. Резистор R19 набран из нескольких последовательно включенных для того, чтобы не перегревался.

Переменный резистор R12 – RK-1111N.

Кнопочный переключатель S1 – КМ1-I. Пакетный выключатель S2 – ПВ 3-16 (исполнение 1) или подобный из серии ПВ или ПП под нужное количество полюсов.

Симистор VS1 – ТС132-40-10 или другой из серий ТС122…142, подходящий по току и напряжению. Элементы R20, R21, R22 и C10 распаяны навесным монтажом на выводах симистора. Радиатор взят из старого компьютерного блока питания.

В качестве стрелочного электроизмерительного прибора Р1 подойдёт любой подходящего размера и с чувствительностью до 1 мА.

Проводники, идущие от термопары к блоку управления сделаны максимально короткими и выполнены в виде симметричной четырёхпроводной линии (как описано здесь ).

Силовой вводной кабель имеет сечение жил около 1,5 кв.мм.

Наладка и настройка

Отлаживать схему лучше поэтапно. Т.е. запаять элементы выпрямителя со стабилизаторами напряжения – проверить напряжения. Спаять электронную часть, подключить термопару – проверить пороги срабатывания реле (на этом этапе понадобится или какой-то нагревательный элемент, подключенный к внешнему дополнительному блоку питания (рис.11), или хотя бы свеча или зажигалка). Затем распаять всю силовую часть и, подключив нагрузку (например, электрическую лампочку (рис.12 и рис.13)) убедиться, что блок управления поддерживает выставленную температуру, включая и выключая лампочку.

Настройка может понадобиться только в усилительной части – здесь главное, чтобы напряжение на выходе ОР1.1 при максимальном нагреве термопары не превышало уровня 2,5 В. Поэтому если выходное напряжение велико – то его следует понизить изменением коэффициента усиления каскада (уменьшив сопротивление резисторов R3 и R4). Если же используется термопара с малым выходным значением ЭДС и напряжение на выходе ОР1.1 получается небольшим – то в этом случае нужно увеличить коэффициент усиления каскада.

Читайте также  Как сделать открытую террасу

Номинал подстроечного резистора R7 зависит от чувствительности применяемого прибора Р1.

Можно собрать вариант блока управления без индикации напряжения и, соответственно, без режима предварительной установки нужного температурного порога – т.е. удалить из схемы S1, Р1 и R7 и тогда для выбора температуры следует сделать риску на ручке резистора R12 и на корпусе блока нарисовать шкалу с температурными отметками.

Провести калибровку шкалы несложно – на нижних пределах это можно сделать с помощью термофена паяльника (но нужно как можно больше прогревать термопару, чтобы её длинные и относительно холодные выводы не остужали место термоспая). А более высокие температуры можно определить по плавлению разных металлов в камере печи (рис.14) – процесс это относительно долгий, так как требуется изменять установки малым шагом и давать печи достаточное время для прогрева.

Фото, показанное на рис. 15, сделано при первых включениях в мастерской. Температурная калибровка ещё не была сделана, поэтому шкала прибор чистая – в дальнейшем на ней появится множество разноцветных меток, нанесённых маркером прямо на стекло.

Через некоторое время владелец печи позвонил и пожаловался на то, что перестал загораться красный светодиод. При проверке оказалось, что он вышел из строя. Скорее всего, это произошло из-за того, что при последнем включении проверялись возможности печи и камера, со слов владельца, нагревалась до белого цвета. Светодиод заменили, блок управления переносить не стали – во-первых, может быть, дело было и не в перегреве блока управления, а во-вторых, больше таких экстремальных режимов не будет, так как нужды в таких температурах нет.

Муфельная печь своими руками

Имея муфельную печь в домашней мастерской, уже можно всерьёз осваивать термическую обработку металлов, что незаменимо при изготовлении ножей, деталей механизмов и инструментальной техники. Предлагаем простую и недорогую конструкцию закалочной печи с автоматическим управлением.

Детали корпуса

Электрическую закалочную печь можно достаточно легко соорудить на базе тонкостенной ёмкости объёмом от 15 литров. Для самых компактных вариантов подойдёт обычное оцинкованное ведро, для более крупных можно задействовать бак от стиральной машины, технические ёмкости или, например, свернуть в цилиндр лист кровельного железа и одинарной складкой завальцевать дно. Оболочка не обязательно должна быть несгораемой, ей достаточно выдерживать температуру в 80–100 °С.

Корпус следует установить таким образом, чтобы просвет от поверхности составлял около 100 мм, для чего нужно приделать простейшие ножки. В качестве оных сгодятся резьбовые шпильки, согнутые скобой, края которых вставлены в отверстия в корпусе и затянуты гайками с двух сторон. Высоту ножек нужно сразу отрегулировать и надёжно законтрить гайки.

В задней части корпуса необходимо проделать отверстие для подключения электрики. Лучше всего вырезать окно размерами 50х70 мм, а затем установить на это место панель из стеклотекстолита размерами около 100х120 мм.

Нагревательные элементы

Первым этапом изготовления самой закалочной печи будет расчёт и поиск нагревательных элементов с последующей их сборкой в единый тепловыделяющий контур. Сделать это можно двумя путями: подбором готовых нагревательных спиралей или их самостоятельным изготовлением.

Выбрать спирали не очень сложно, нужно только гарантировать, что они изготовлены из соответствующего материала и имеют достаточное сечение. Для закалочных печей не рекомендуется использовать проволочные нагревательные элементы с толщиной проволоки менее 0,4 мм. Оптимальный вариант материала спирали — фехраль Х27Ю5Т или Х23Ю5-Н-ВИ. Важнейшее правило при работе с такими сплавами — не нагревать их до окончательного формирования и сборки тепловыделяющего контура.

Расчёт нагревательных элементов нужно проводить индивидуально с учётом размеров топки и соответствующей мощности нагрева. В качестве примера можно взять печь с размерами нагревательной камеры 150х100х300 мм. Чтобы нагреть такое пространство до температуры 1 100 °С, потребуется общая мощность нагревательных элементов около 4 кВт, однако наиболее экономичным нагрев будет при совокупной мощности спиралей в 5,5–6 кВт. При подключении к сети 220 В ток составит 28 А, а общее сопротивление нагревателя — 7,86 Ом.

Используя эти данные, мы легко найдём необходимую длину проволоки с известной электропроводностью. Среднее удельное сопротивление фехраля составляет 1,25 Ом·мм 2 /м. Если использовать проволоку диаметром 0,9 мм, её сечение составит 0,64 мм 2 , а значит, сопротивление одного метра будет равным 0,8 Ом. Таким образом, требуется создать нагревательный элемент с общей длиной проволоки 9,83 м. Чтобы скрутить спираль, нужно воспользоваться прутком-оправкой, предварительно рассчитав длину одного витка. Если спираль имеет наружный диаметр 8 мм, длина витка получится чуть более 25 мм, то есть всего нагревательный элемент будет состоять из 393 витков.

В поперечном срезе периметр камеры составляет 500 мм, при нормальной плотности укладки в топке глубиной 300 мм спираль размещается в 5 рядов с отступом от переднего края в 40 мм. Таким образом, общая длина спирали составляет 2,5 метра, навивку нужно равномерно растянуть до этой длины. Если грубо подсчитать, то после растягивания расстояние между витками спирали получится чуть более 5 мм, что обеспечит достаточную плотность нагрева. Если бы шаг оказался выше 8 мм, диаметр проволоки пришлось бы уменьшить, при шаге витков менее 3 мм — увеличить.

Футеровка и обустройство топки

Само понятие муфельная печь подразумевает наличие муфеля — внутренней жаростойкой капсулы, которая закрывает спираль нагревательного контура, защищая её от мелкого мусора и окалины. Муфель, как правило, в печах съёмный, что позволяет осуществлять ремонт и замену нагревательных элементов.

Основная трудность в том, чтобы изготовить муфель и корпус нагревательной сборки одновременно. Для этого понадобится два вида жаростойкой керамики: один для изготовления корпуса с канавками, другой — для тонкостенного муфеля. Для керамической основы лучше использовать смесь огнеупорной глины с содержанием оксида алюминия не менее 30%. Глину следует развести водой с избытком и оставить набухать на сутки, после чего снять сверху отстоявшуюся воду и оставить только набухший осадок.

Керамический корпус нагревателя массивный, поэтому из чистого связующего его не изготовить, нужен наполнитель. В качестве последнего хорошо подойдёт стеклянная фибра, сухой кварцевый песок или дроблёный шамот. Общее содержание глины в растворе не должно быть меньше 50% по объёму, в итоге смесь приобретает консистенцию вязкой пластичной пасты. Если состав получился более жидким, избыток влаги удаляется добавлением небольших порций строительного гипса непосредственно перед использованием.

Шамотный порошок

Корпус нагревателя изготавливается на объёмном шаблоне из гофрокартона, размеры которого должны быть больше планируемых габаритов топки на 15–20 мм с каждой стороны. Предварительно на шаблон нужно намотать шнур или силиконовый шланг соответствующего диаметра, формируя нужное количество канавок под спираль. После этого шаблон со шнуром нужно облепить глиной со всех сторон, избегая образования пустот и добиваясь толщины стенки не менее 40 мм. Добавление алебастра помогает изделию поддерживать форму до обжига. С высушенного керамического корпуса нужно аккуратно удалить картонный вкладыш и вытянуть шнур из канавок.

Для футеровки топки используется керамика из более качественного каолина. Оптимально подойдёт обогащённая глина марки КФН-2, в качестве наполнителя лучше использовать дроблёный шамот высокой чистоты при содержании около 20–25% по объёму сухих компонентов. Смесь затворяется описанным выше способом и используется для формирования внутренней футеровки.

Чтобы муфель затем легко отделился, в керамический корпус заранее вставляют спирали. Затем внутреннюю поверхность оклеивают лоскутами газетной бумаги по принципу папье-маше. Должно получиться не менее 8–10 слоёв, при этом внутренняя поверхность должна содержать как можно меньшее количество неровностей. После высыхания бумаги изнутри наносится огнеупорный состав для футеровки. Это лучше делать в несколько заходов, давая время на испарение лишней влаги, в итоге стенка муфеля должна достичь толщины 15–20 мм. В таком состоянии вся сборка сушится в течение нескольких суток до полной потери пластичности и появления звонкого звука при простукивании.

После сушки производится первичный обжиг — на спирали подают напряжение и выдерживают раскалённое изделие в течение 4–6 часов. В ходе процесса обжига фехраль проходит кристаллизационный порог и, становясь более хрупкой, принимает форму каналов. Глина в керамическом вкладыше и муфеле запекается и стеклуется, обретая стойкость к циклическим перепадам температуры. Ну а бумага и остатки клея попросту выгорают, образуя при этом минимальный технологический зазор для лёгкого снятия и установки муфеля.

При таком способе изготовления можно использовать некоторые хитрости. Например — формировать керамический корпус на шаблоне конусной формы, чтобы облегчить извлечение муфеля. Также не будет лишним удлинить переднюю часть сборки, где нет нагревателей, или разместить небольшую спираль на дне камеры. Самих же муфелей для одной печи можно сразу изготовить несколько экземпляров.

Теплоизоляция печи

В результате описанных действий получается практически готовая топка закалочной печи, её необходимо только поместить в корпус, надёжно закрепить и минимизировать теплопотери. Для этого и пригодится изготовленная заранее ёмкость на ножках.

Внутренний объём ёмкости нужно заполнить минеральной ватой плотностью 45–50 кг/м 3 . Вату нужно свернуть спиралью, сначала укладывая её под наружные стенки и постепенно продвигаясь к центру. Плотность укладки должна быть максимальной, но при этом саму вату нельзя повредить. В итоге в центральную складку нужно поместить топку в сборе. Если плотности ваты достаточно, нагревательная часть не будет проминать утеплитель своим весом. Все выводы спиралей нужно тщательно замотать стеклотканью, вставить между ними дистанционные проставки из обрезков минеральной ваты, а затем вывести через заднюю стенку, подключить на обратную сторону шпилек и установить панель на место.

Чтобы надёжно закрепить топку и установить дверцу, вату нужно примять и утопить на 6–8 см глубже бортов. Поверхность утеплителя нужно несколько раз сбрызнуть алебастровым молоком, чтобы вата отвердилась и перестала интенсивно впитывать влагу. После этого лицевая часть печи заливается смесью алебастра, песка и минеральной фибры. Пока состав не застыл, в него вмуровывают топочную дверцу или закладные для её крепления.

Автоматика с температурно-временными задачами

Существует три типа автоматики для закалочных печей. Стоимость организации управления печью повышается вместе с комфортом использования. Простейший вариант — простейший термостат с термопарой в качестве датчика температуры. Это устройство просто будет поддерживать заданную температуру с гистерезисом около 30–50 °С. Время выдержки контролируется вручную, как и момент достижения температурной точки.

Более продвинутая автоматика разрабатывается специально для электрических печей. Термоконтроллеры типа Autonics TCN4 обладают функцией пропорционального регулирования мощности, обеспечивая регулируемый гистерезис вплоть до 1 °С. Также прибор оснащён дополнительными функциями, такими как сигнализация о достижении заданной температуры. При желании канал сигнализации можно использовать для активации реле выдержки времени, установленного последовательно с термостатом.

Читайте также  Как правильно подобрать растения для клумбы?

Наиболее продвинуты в этом плане устройства автоматики для печей типа «Профиль-М». Они отличаются не только встроенными силовыми реле, но также возможностью более гибкой настройки. В таких контроллерах предустановлен таймер, а также есть возможность настраивать термообработку со сложным температурным профилем, последовательно задавая длительность промежутков времени, в которые должна поддерживаться определенная температура.

Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов

Муфельная печь своими руками — особенности, расчеты, полезные советы

Муфельная печь позволяет поднимать температуру предметов до высоких значений, невозможных в обычных нагревателях. Это неотъемлемый элемент ювелирных или гончарных мастерских, других мелких предприятий. Домашние мастера нередко оказываются перед необходимостью расплавить металл или обеспечить термическое соединение стекла и керамики, обжечь глазурь, закалить металл и т.п.

Все эти процедуры требуют участия муфельной печи, но ее нет в наличии. Иногда это становится единственной проблемой, останавливающей важный творческий или ремонтный процесс. Однако, выход из положения есть — надо изготовить муфельную печь своими руками. Рассмотрим особенности и специфику этого процесса.

Что это такое?

Назначение муфельной печи — создание высоких температур для термической обработки материалов:

  • металл (плавка или закалка);
  • керамика;
  • стекло.

Источником тепловой энергии у муфельных печей является электричество или газ. Первый вариант удобнее с практической точки зрения, но гораздо затратнее в финансовом отношении — во время работы электрические муфельные печи расходуют большое количество электроэнергии.

Конструкция

Муфельная печь состоит из нескольких элементов, соединенных в единую конструкцию:

  • внешнюю часть печи представляет корпус (кожух). Это прочный, обычно металлический короб, образующий емкость для размещения внутренних элементов печи, а также несущий дверцу с запорным устройством;
  • слой теплоизоляции. Это важный элемент, по степени значимости сопоставимый с источником тепловой энергии. От качества и рабочих показателей теплоизоляции зависит КПД печи, способность сохранять тепло и общая работоспособность всей конструкции. Теплоизолятор, как правило, состоит из двух слоев — основного (топка из шамотного кирпича) и дополнительного (слой базальтовой ваты или перлита);
  • нагревательный элемент. Используют спирали из нихромовой проволоки (сплав хрома и никеля, толщина 1-2 мм), свободно переносящей сильный нагрев и не перегорающей в течение длительного времени.

Существуют разные конструкции муфельных печей:

  • горизонтальные;
  • вертикальные;
  • колпаковые;
  • трубчатые.

Эти разновидности отличаются друг от друга только конфигурацией топки и способом загрузки, общий принцип работы у всех моделей одинаков.

Порядок расчета электронагревательного элемента

Спираль самодельной муфельной печи изготавливают, как правило, самостоятельно. Для того, чтобы получить эффективное и работоспособное устройство, необходимо выполнить предварительный расчет.

Он преследует две цели:

  1. Создание мощной и эффективной печи, способной решать поставленные задачи.
  2. Возможность работы на имеющихся электросетях, отсутствие перегрузок и вызванных этим проблем.

Для выполнения расчета необходимо выяснить, каков ток отсечки у электрощитка. Часто для печи проводят отдельную линию, минуя УЗО для домашних бытовых приборов. В любом случае, надо выяснить, какую мощность может выдержать линия, чтобы не оставить без электричества всех соседей.

Мощность печи выбирают исходя из объема нагревательной камеры:

Объем камеры (или муфеля), л Мощность спирали (Вт/л)
1-5 300-500
6-10 120-300
11-50 80-120
51-100 60-80
101-500 50-60

По данным этой таблицы можно определить, какую мощность спирали следует использовать для имеющегося размера. Величину камеры надо определить для себя самостоятельно, исходя из характера предполагаемых работ. Необходимо сразу подсчитать мощность, умножая объем камеры на показатели таблицы. Если мощность оказывается чрезмерно высокой и невозможной для действующих сетей, размеры уменьшают.

После этого надо вычислить силу тока. Используется формула:

I = P / U

  • Где I — сила тока;
  • P — мощность (расчетная);
  • U — напряжение сети (220 В).

По результатам можно вычислить сопротивление нихромовой спирали:

R = U : I

  • Где R — искомое сопротивление;
  • U — напряжение (220 В);
  • I — сила тока (расчетное значение).

Этот расчет можно выполнять для однофазной сети. Если нужно выполнить трехфазное подключение, и самостоятельный расчет кажется слишком сложным, рекомендуется воспользоваться онлайн-калькулятором, который несложно найти в сети по соответствующему поисковому запросу.

Результаты расчета с помощью калькулятора вполне корректны, но, для большей уверенности, можно проверить полученные данные, продублировав расчет на другом калькуляторе.

Пошаговая инструкция по сборке

Рассмотрим порядок сборки муфельной печи. Для удобства разделим процесс на этапы:

Инструменты и материалы

Для изготовления печи необходимо приготовить
следующие инструменты:

    с отрезным и шлифовальным кругом; с набором электродов; с набором сверл;
  • набор слесарного инструмента (молоток,
    пассатижи, зубило, шило и т.п.).

Из материалов понадобятся:

  • листовой металл 2 мм для корпуса;
  • уголок стальной;
  • арматура 8 мм;
  • 1-2 мм нихромовая проволока;
  • шамотный кирпич;
  • базальтовая минвата рулонная 3-5 см;
  • огнеупорный раствор (состав для печей);
  • силиконовый герметик.

Изготовление огнеупорной камеры

Поскольку печь самодельная, правильнее начинать сборку с изготовления камеры из огнеупорного (шамотного) кирпича. Так проще, можно обойтись без лишней подгонки и подрезки.

Порядок действий:

  1. Наматывается спираль из нихромовой проволоки. Для намотки используют гладкий круглый сердечник диаметром не более 6 мм. Витки должны находиться на равном расстоянии друг от друга и не соприкасаться.
  2. Производится сборка камеры из шамотного кирпича. Сначала ее собирают насухо, укладывая части и отмечая на них линии для канавок под спирали. Затем детали камеры нумеруют, чтобы не перепутать, разбирают и проходят канавки глубиной не более 7мм.

После этого можно переходить ко второму этапу сборки.

Изготовление корпуса и дверцы

Корпус печи сваривают из листовой стали. Многие источники рекомендуют использовать старые корпуса от духовок или другие металлические коробки. Это вполне допустимый вариант, но его недостаток заключается в размерах — мастер оказывается привязан к величине имеющегося корпуса, что вынудит его изменять все расчетные параметры. Сборка корпуса по готовой нагревательной камере удобнее и не требует изменения характеристик печи.

Порядок действий:

  1. Измеряют боковые стороны, верхнюю часть и заднюю сторону печи. Вырезают листы металла с помощью болгарки и отрезного круга.
  2. Прихватывают боковые листы к уголкам подставки, затем так же крепят заднюю часть. Все детали поправляют, добиваясь прямоугольного стыкования по всем осям. Закрепляют листы прочнее и обвязывают поверх уголком.
  3. Спереди устанавливают лист с отверстием под дверцу. Его высверливают электродрелью (или сверлильным станком, если есть) по периметру, затем аккуратно подрезают болгаркой и вынимают внутреннюю часть. Зачищают периметр отверстия, удаляя следы подготовки. Затем крепят и обвязывают свободные кромки уголком.

Как регулировать температуру

Регулировку температуры можно осуществлять двумя способами:

  • подключать спирали по очереди, с увеличением их мощности;
  • установит внешнее устройство, регулирующее подачу напряжения на спирали.

Оба варианта имеют свои плюсы и минусы. Первый вариант проще, но нужен пакетный переключатель или отдельные автоматы на каждую спираль. Кроме этого, изменения нагрева производятся скачками.

Второй вариант сложнее — необходим регулятор, способный выдерживать рабочую нагрузку печи. Выбор подходящего варианта — прерогатива пользователя. Как правило, используют регуляторы — они компактнее и позволяют плавно изменять степень нагрева.

Частые вопросы

Многие вопросы, возникающие по ходу сборки печи, одинаковы у большинства пользователей. Это позволяет не ждать их, а сразу внести ясность:

В данном случае запас мощности действует наоборот — если дать запас длины, сопротивление увеличится и степень нагрева уменьшится. Рекомендуется действовать в точном соответствии с расчетными показателями.

Обычный кирпич не выдерживает высокую температуру и начинает крошиться. Кроме этого, у него высокая теплопроводность, из-за которой корпус печи будет сильно греться.

Корпус необходим для того, чтобы печь можно было переносить с места на место. Если в этом нет необходимости и печь стационарная, можно обойтись и без корпуса.

Нет, использовать ТЭНы для подобных установок не следует. Необходимую температуру получить не удастся, нагревательные элементы займут слишком много места и быстро перегорят.

Печь можно подключить минуя домашнюю проводку — провести отдельный кабель до общего щитка. Однако, если сама линия в плохом состоянии, лучше не рисковать. Можно оставить без электроэнергии всех соседей.

Видео-советы по сборке

Простая мощная муфельная печь

В этой инструкции мы разберем, как своими руками сделать простую муфельную печь для плавки металлов. За 3 часа печь способна разогреваться до температуры около 800°C и это не предел. В ней легко можно плавить алюминий. Собирается печь довольно легко, все материалы можно достать и стоят они недорого. В качестве изолятора используется печной кирпич и стекловата, а корпусом выступает кастрюля из нержавеющей стали. Для контроля температуры печь оборудована специальной электроникой, которую автор заказал из Китая, стоит она недорого. Рассмотрим более подробно, как такая печь работает и как ее собрать!

Материалы и инструменты, которые использовал автор:

Список материалов:
— печной кирпич (шамотный);
— стекловата (или другой изолятор);
— кастрюля из нержавеющей стали (подходящих размеров);
— нагревательный элемент – проволока х23ю5т длиной 18 метров и сечением 1 мм;
— контроллер температуры REX C-100 ;
— реле FOTEK SSR-40 DA ;
— термопара для высоких температур ;
— корпус блока питания от компьютера.

Список инструментов:
— болгарка с диском по бетону;
— чертежные принадлежности и бумага;
— зажимы;
— токарный станок;
— дрель.

Процесс изготовления печи:

Шаг первый. Работаем с кирпичом
Для начала нам нужно особым образом обрезать кирпич, чтобы выложить из него печь. Автор соорудил для таких целей специальную станину для болгарки. Кирпич используется шамотный, такой продается во многих строительных магазинах. Режется кирпич очень просто при помощи болгарки и диска по бетону. Всего автор использовал для своего проекта 6 кирпичей.















Шаг третий. Сборка печи
В качестве корпуса для печи используется кастрюля из нержавеющей стали. Плюс в этом таков, что нержавейка не боится сильного нагревания. Между кирпичом и кастрюлей есть зазор в 3 см, сюда укладывается изолятор в виде минеральной ваты. Конечно, такой изолятор слабоват и печь имеет повышенную теплопотерю. В будущем автор хочет изменить конструкцию, эта была сделана в качестве эксперимента.

Не забываем также установить кирпичи на дно печи и установить изолятор. В стенках кастрюли сверлим отверстия и выводим концы спирали для подключения ее к источнику питания.
















Вот и все, печь можно тестировать, автор решил в качестве эксперимента расплавить алюминий. В качестве тигля была использована эмалированная кружка с отрезанной ручкой. Печь без труда справилась с такой задачей.

Конечно, для более эффективной работы нужно будет еще улучшить изоляцию и изготовить крышку для печи. В целом, самоделка получилась удачной, надеюсь, вам проект понравился. Удачи и творческих вдохновений, если решите повторить. Не забывайте делиться своими самоделками с нами!

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: