Индукционный нагрев, основные принципы и технологии

Что такое индукция и ее принцип

Электромагнитная индукция была открыта еще более ста лет назад. Она позволяет генерировать тепло с помощью высокочастотных токов – данная технология активно применяется для выплавки металлов. Дошла эта технология и до бытовых потребителей – мы можем увидеть ее воплощение на кухне в виде индукционных электрических печей. Индукционные печи позволяют быстро разогревать пищу и отличаются небольшими габаритами. Еще одним достоинством является их продолжительный срок службы.

Индукционный нагреватель представляет собой мощную катушку, на которую подается переменный ток высокой частоты. Внутри катушки помещается металлический сердечник, разогревающийся под действием вихревых токов. Таким образом, никаких привычных нагревательных элементов здесь нет, а тепло генерируется исключительно за счет индукционного нагрева.

Магнитная индукция используется в металлургической промышленности. Здесь она позволяет избавиться от угольных и газовых печей, отличающихся большими размерами. Сегодня в металлургических цехах стоят небольшие индукционные печи, быстро разогревающие металлы и сплавы до высоких температур. Они безопасны для людей и позволяют сократить время, затрачиваемое на переработку металлов.

Индукционный нагрев, основные принципы и технологии

С помощью индукционной катушки можно быстро нагреть металл до очень высоких температур.

В бытовой сфере магнитная индукция работает в индукционных кухонных печах и в электрических индукционных котлах. В чем заключаются преимущества такого нагрева?

  • Отсутствует прямой контакт между нагреваемым телом и индукционной катушкой.
  • Отсутствие накипи в индукционных котлах, что связано с отсутствием привычных нагревательных элементов.
  • Продолжительный срок службы оборудования.
  • Быстрый прогрев теплоносителей и металлических конструкций.
  • Высокая эффективность оборудования.
  • Безопасность для окружающих.

Электромагнитная индукция греет быстро и очень эффективно – коэффициент полезного действия тех же индукционных котлов достигает 98-99%. Также здесь отсутствует прямой контакт теплоносителя и токоведущих частей, что значительно повышает безопасность оборудования.

Напомним, что в ТЭНовых и электродных электрических отопительных котлах используется прямой контакт нагревательных элементов и теплоносителя.

Сделать индукционный нагреватель воды своими руками не так уж и сложно, как это может показаться на первый взгляд. Многие люди, обладающие познаниями в области электротехники и «прямыми руками», умеючи создают индукционные нагреватели, используемые для обогрева жилых домов. Давайте разберемся, как создаются такие нагреватели и что нам понадобится для самостоятельной сборки оборудования.

Канальная печь

Данный тип печей применяется для получения чугуна высокого качества, а также при плавке дюраля и цветных спецсплавов. Канальная печь мощностью до 3 кВт изготавливается самостоятельно из сварочного трансформатора, частота которого соответствует промышленной. Такая печь позволяет расплавить болванку бронзы или меди весом до полукилограмма. Канальная печь также позволяет переплавлять дюраль, только обязательно нужно учитывать, что за плавкой должен следовать процесс «состаривания». Время этого процесса может составлять до 2 недель и зависит от состава сплава.

Для изготовления печи первичную обмотку сварочного трансформатора оставляют без изменений, а на место вторичной обмотки помещают тигель кольцевого типа. Лучшим материалом для тигля небольшой канальной печи является электрофарфор. Другие варианты не подойдут из-за низкой прочности и диэлектрических потерь. По отзывам металлургов-любителей, проблема состоит в том, что обработать электрофарфор самостоятельно не представляется возможным, а найти подходящий элемент в продаже очень маловероятно. Именно из-за дефицитного тигля, канальная печь у энтузиастов широкого применения не нашла, хотя данный тип печи и обладает КПД более 90 %.

Преимущества и недостатки прибора

“Плюсов” у вихревого индукционного нагревателя великое множество. Это простая для самостоятельного изготовления схема, повышенная надежность, высокий КПД, относительно низкие затраты на электроэнергию, длительный срок эксплуатации, малая вероятность возникновения поломок и т.п.

Производительность прибора может быть значительной, агрегаты этого типа успешно используются в металлургической промышленности. По скорости нагрева теплоносителя устройства этого типа уверенно соперничают с традиционными электрическими котлами, температура воды в системе быстро достигает необходимого уровня.

Во время функционирования индукционного котла нагреватель слегка вибрирует. Эта вибрация стряхивает со стенок металлической трубы известковый осадок и другие возможные загрязнения, поэтому в очистке такой прибор нуждается крайне редко. Конечно, отопительную систему следует защитить от этих загрязнений с помощью механического фильтра.

Индукционный нагрев, основные принципы и технологии

Индукционная катушка нагревает металл (трубу или куски проволоки), помещенные внутри нее, с помощью высокочастотных вихревых токов, контакт не обязателен

Постоянный контакт с водой сводит к минимуму и вероятность перегорания нагревателя, что является довольно частой проблемой для традиционных котлов с ТЭНами. Несмотря на вибрацию, котел работает исключительно тихо, дополнительная шумоизоляция в месте установки прибора не понадобится.

Еще индукционные котлы хороши тем, что они практически никогда не протекают, если только монтаж системы выполнен правильно. Это очень ценное качество для , так как исключает или значительно сокращает вероятность возникновения опасных ситуаций.

Отсутствие протечек обусловлено бесконтактным способом передачи тепловой энергии нагревателю. Теплоноситель с помощью описанной выше технологии можно разогреть чуть ли не до парообразного состояния.

Это обеспечивает достаточную тепловую конвекцию, чтобы стимулировать эффективное перемещение теплоносителя по трубам. В большинстве случаев отопительную систему не придется оборудовать циркуляционным насосом, хотя все зависит от особенностей и схемы конкретной системы отопления.

Проточный индукционный водонагреватель своими руками

Прежде чем приступать к монтажу, вам необходимо запастись необходимыми деталями. Так, лучшим вариантом будет сварочный высокочастотный инвертор, плавно изменяющийся диапазон силы тока
. Такое устройство обойдется дешевле всего. Более дорогим вариантом станет трехфазный трансформатор, являющийся источником питания переменного тока для индуктора водонагревателя. В таком случае стоит использовать катушку на 50-90 витков, а в качестве материала взять медную проволоку с диаметром 3 или более миллиметров.

В качестве сердечника можно использовать как металлическую, так и полимерную трубу вместе с проволокой (используется как нагревательный элемент). В последнем случае толщина стен не должна быть менее 3 мм, чтобы спокойно выдерживать высокие температуры.

Для сборки водонагревателя вам понадобятся: кусачки, отвертки, паяльник и сварочный аппарат, если используется металлическая труба.

Монтаж индукционного нагревателя воды

Индукционный нагрев, основные принципы и технологии

Обмотайте трубу медной проволокой, сделав около 90 витков.

Вариантов сборки устройства существует множество. Предлагаем попробовать собрать прибор по следующей схеме:

  1. Подготовьте рабочее место, материалы и инструменты.
  2. Зафиксируйте небольшой отрезок полимерной трубы (не забывайте, что минимальная толщина стенки должна составлять 3 мм).
  3. Обрежьте торцы сердечника, чтобы осталось 10 см в запасе провода для отводов.
  4. На нижнем отводе смонтируйте уголок. В дальнейшем сюда следует подключить обратку от отопления (если нагреватель используется в качестве котла).
  5. Плотно уложите рубленый провод вокруг трубы. Необходимо сделать не менее 90 витков.
  6. Установите на верхнем патрубке тройник, через который будет выходить горячая вода.
  7. Смонтируйте защитный контур устройства. Его можно изготовить как из полимера, так и из металла.
  8. Подключите к клеммам водонагревателя медную проволоку, затем заполните сердечник водой.
  9. Проверьте работоспособность индуктора.

Рекомендации. На всех выводах лучше устанавливать шаровые краны для удобства и простоты демонтажа водонагревателя в случае поломки. А вот заполнять металлическими кусочками трубу необязательно, так как должного эффекта это не дает. Не забудьте оставить окошко в корпусе для доступа к панели управления сварочного аппарата.

Сборка своими руками

Вопрос, можно ли сделать индукционный паяльник своими руками, в основном носит теоретическую подоплеку. С практической стороны это неоправданно даже с чисто ценовой позиции.

Просто любая китайская паяльная станция будет стоить столько же, сколько сделанная своими руками. И разговор о самодельной конструкции в основном будет касаться именно блока управления. Для чего придется приобретать индукционный паяльник.

Что касается непосредственно изготовления самого инструмента, то его можно сделать из подручных материалов. Правда, такой индукционный паяльник будет маломощным.

Потребуется резистор на 5-10 Ом, медная проволока и ферритовая бусинка для изготовления катушки, а также провода для подачи электрического тока.

В первую очередь мультиметром проверяют сопротивление резистора. После чего с одной его стороны снимают крышку. Теперь потребуется стальная проволока.

К примеру, для этого можно использовать скрепку. Ее разворачивают, и один конец залуживают. Вторым концом оборачивают резистор в месте удаленной крышки.

Далее необходим кусочек текстолита, который с двух сторон также облуживается. Его размер подбирается так, чтобы он входил свободно в будущий корпус катушки. Теперь текстолитовую пластину припаивают к проволоке из скрепки и проводу от резистора.

Далее собирают катушку – на бусинку накручивают медную проволоку, к концам которой присоединяют проводки с вилкой. Луженая текстолитовая пластинка вставляется в подготовленную катушку. Во всех соединениях проводится пайка.

Остается только обмотать вокруг катушки изоленту, вставить в открытый резистор толстую медную проволоку, а саму катушку в подготовленный корпус. К примеру, это может быть алюминиевая трубка.

Обратите внимание, что медная проволока должна войти в резистор с натягом, чтобы жало индукционного паяльника не шевелилось в своем корпусе

И последнее – обмотка всего корпуса прибора изоляционной лентой. Вот такая простая схема сборки самодельного индукционного паяльника. Им, конечно, большие заготовки паять нельзя, а вот для небольшой микросхемы он подойдет в самый раз.

Принцип действия

Индукционный нагрев — это нагревание материалов электрическими токами, которые индуцируются переменным магнитным полем. Следовательно — это нагрев изделий из проводящих материалов (проводников) магнитным полем индукторов (источников переменного магнитного поля).

Индукционный нагрев проводится следующим образом. Электропроводящая (металлическая, графитовая) заготовка помещается в так называемый индуктор, представляющий собой один или несколько витков провода (чаще всего медного). В индукторе с помощью специального генератора наводятся мощные токи различной частоты (от десятка Гц до нескольких МГц), в результате чего вокруг индуктора возникает электромагнитное поле. Электромагнитное поле наводит в заготовке вихревые токи. Вихревые токи разогревают заготовку под действием джоулева тепла.

Система «индуктор-заготовка» представляет собой бессердечниковый трансформатор, в котором индуктор является первичной обмоткой. Заготовка является как бы вторичной обмоткой, замкнутой накоротко. Магнитный поток между обмотками замыкается по воздуху.

На высокой частоте вихревые токи вытесняются образованным ими же магнитным полем в тонкие поверхностные слои заготовки Δ (скин-эффект), в результате чего их плотность резко возрастает и заготовка разогревается. Нижерасположенные слои металла прогреваются за счёт теплопроводности. Важен не ток, а большая плотность тока. В скин-слое Δ плотность тока увеличивается в e раз относительно плотности тока в заготовке, при этом в скин-слое выделяется 86,4 % тепла от общего тепловыделения. Глубина скин-слоя зависит от частоты излучения: чем выше частота, тем тоньше скин-слой. Также она зависит от относительной магнитной проницаемости μ материала заготовки.

Для железа, кобальта, никеля и магнитных сплавов при температуре ниже точки Кюри μ имеет величину от нескольких сотен до десятков тысяч. Для остальных материалов (расплавы, цветные металлы, жидкие легкоплавкие эвтектики, графит, электропроводящая керамика и т. д.) μ примерно равна единице.

Формула для вычисления глубины скин-слоя в мм:

Δ=103ρμπf{\displaystyle \Delta =10^{3}{\sqrt {\frac {\rho }{\mu \pi f}}}},

где ρ — удельное электрическое сопротивление материала заготовки при температуре обработки, Ом·м, f — частота электромагнитного поля, генерируемого индуктором, Гц.

Например, при частоте 2 МГц глубина скин-слоя для меди около 0,047 мм, для железа ≈ 0,0001 мм[источник не указан 463 дня].

Индуктор сильно нагревается во время работы, так как сам поглощает собственное излучение. К тому же он поглощает тепловое излучение от раскалённой заготовки. Делают индукторы из медных трубок, охлаждаемых водой. Вода подаётся отсасыванием — этим обеспечивается безопасность в случае прожога или иной разгерметизации индуктора.

Принцип индукционного нагрева

Индукционный нагрев, основные принципы и технологии

Данная технология широко применяется в металлургической промышленности.

Индукционному нагреву более 100 лет, поэтому его нельзя назвать новинкой. Он применяется во многих сферах, особенно в промышленных. Установки индукционного нагрева активно используются в металлообрабатывающих цехах. Ранее для плавки металлов использовался уголь или природный газ, теперь же этим занимаются токи высокой частоты. Такая технология в отношении металлов позволяет минимизировать габариты печей и добиться их высокой производительности.

Как вообще работает индукционный нагрев? Принцип действия нагревателей очень прост – нагрев ведется за счет генерации токов высокой частоты, питающих индукторы. Сами индукторы представляют собой мощные катушки, внутри которых создается переменное магнитное поле. Катушки не имеют сердечников – вместо них здесь работают разогреваемые материалы. Например, индукционная печь для плавки металлов представляет собой большую катушку, внутрь которой помещаются металлические заготовки для дальнейшей обработки.

Включение генератора приводит к созданию мощных вихревых потоков магнитной индукции, в результате чего размещенные внутри индукторов металлы начинают разогреваться. Что касается отопительных котлов, то здесь сердечником индуктора является металлическая труба, через которую протекает теплоноситель – под воздействием вихревых токов труба и теплоноситель разогреваются, отправляя тепло в отопительную систему.

Индукционный нагрев, основные принципы и технологии

Проходя через катушку, теплоноситель нагревается и передает тепло в радиаторы отопления.

Технология индукционного нагрева чрезвычайно проста и эффективна. На ее основе создаются современные отопительные котлы, не требующие частого обслуживания и обладающие продолжительным сроком службы. Правда, их достоинства принято завышать, из-за чего у людей создается масса ложных впечатлений. Вот несколько примеров.

  • Продавцы нередко говорят об экономичности котлов с индукционным нагревом – отчасти это так, но экономия вряд ли превысит несколько процентов. В то же время бренды говорят об экономичности до 20-30%.
  • Быстрота нагрева – индукционные котлы нагревают теплоноситель чуть быстрее ТЭНовых аналогов. Но эту скорость нельзя назвать революционной.
  • Новизна технологии – как мы уже говорили, данная технология известен уже более сотни лет.

Плюсы и минусы индукционных устройств для нагрева воды

Прибор имеет довольно простую конструкцию и не требует специальных документов, разрешающих использование и установку. Индукционный нагреватель воды имеет высокую степень эффективности и оптимальную для пользователя надежность. При использовании его в качестве котла для отопления можно даже не устанавливать насос, так как вода течет по трубам благодаря конвекции
(при нагреве жидкость практически превращается в пар).

Также устройство обладает рядом преимуществ, что выгодно отличает его среди других видов водонагревателей. Итак, индукционный нагреватель:

В индукционных нагревателях вода становится горячей за счет трубы по которой течет, а последняя нагревается за счет индукционного тока, создаваемого катушкой.

  • намного дешевле своих аналогов, такое устройство можно без проблем собрать самостоятельно;
  • полностью бесшумный (хотя катушка и вибрирует при работе, но эта вибрация не ощутима для человека);
  • во время работы вибрирует, благодаря чему грязь и накипь не прилипает к его стенкам, поэтому и в чистке не нуждается;
  • имеет теплогенератор, который можно легко сделать герметичным благодаря принципу работы: теплоноситель находится внутри нагревательного элемента и энергия передается нагревателю посредством электромагнитного поля, никаких контактов не нужно; поэтому не понадобятся уплотнительные резинки, сальники и прочие элементы, способные быстро испортиться или протекать;
  • ломаться в теплогенераторе просто нечему, так как воду нагревает обычная труба, которая неспособна испортиться или перегореть, в отличие от ТЭНа;

Не стоит забывать и о том, что обслуживание индукционного нагревателя выйдет намного дешевле, чем бойлера или газового котла. Устройство имеет минимум деталей, которые практически никогда не выходят из строя.

Несмотря на огромное количество достоинств, индукционный водонагреватель имеет и ряд недостатков:

  • первый и самый болезненный для владельцев – это счет за электричество; прибор нельзя назвать экономичным, поэтому придется выкладывать порядочную сумму раз за его использование;
  • второе – устройство сильно греется и нагревает не только себя, но и окружающее пространство, поэтому лучше не прикасаться к корпусу теплогенератора во время его работы;
  • третье – прибор имеет крайне высокую эффективность и теплоотдачу, поэтому при его использовании обязательно устанавливайте датчик температуры, иначе может взорваться система
    .

Принцип действия индукционных нагревателей

Перед тем как приступить к сборке, давайте разберемся в принципе действия индукционных нагревателей. Здесь используется мощная индукционная катушка, располагающаяся вокруг пластиковой трубы. В трубе находится металлический сердечник, омываемый теплоносителем. Подача питающего напряжения на индукционную катушку приводит к появлению вихревых токов, вызывающих нагрев металлического сердечника. Он, в свою очередь, начинает прогревать теплоноситель.

Индукционный нагрев, основные принципы и технологии

В индукционной катушке образуются вихревые токи, которые и нагревают сердечник.

Металлический сердечник греется исключительно за счет вихревых токов. Нагреваясь до высокой температуры, он отдает тепло теплоносителю, который отправляется в отопительную систему. Установив в систему терморегулятор, можно добиться точного поддержания заданной температуры. Сама конструкция получается невероятно простой и надежной – кроме трубы с металлическим сердечником и катушки, здесь ничего нет, ломаться просто нечему.

Подобный принцип нагрева активно используется в отопительных котлах заводской сборки. Они отличаются:

  • продолжительным сроком службы – для некоторых моделей заявлено 20-30 лет работы;
  • отсутствием накипи – металлический сердечник не разогревается до таких температур, чтобы возникала накипь;
  • отсутствием требований к качеству теплоносителя – через котлы может протекать любой теплоноситель, начиная от воды и заканчивая незамерзающими жидкостями.

Учитывая столь блестящие свойства и характеристики заводского оборудования, попробуем создать индукционный нагреватель воды своими руками, воспользовавшись подручным инструментом.

Регулировка нагрева

Сердечник индукционного паяльника делают из меди (не магнитный материал), а заднюю его часть покрывают ферромагнитным материалом (сплав железа и никеля). Передняя часть служит жалом, сам сердечник называют картриджем.

Регулировка нагрева медного жала происходит следующим образом:

  • при подаче переменного напряжения, а значит и поля, в покрытии генерируются токи Фуко, которые разогревают материал;
  • тепло передается меди;
  • как только температура покрытия достигает точки Кюри, магнитные свойства исчезают и разогрев прекращается;
  • в процессе работы индукционным паяльником медное жало отдает тепло детали и остывает, остывает также ферромагнитное покрытие;
  • как только покрытие остывает, возвращаются магнитные свойства, и мгновенно возобновляется нагрев.

Максимальный нагрев индукционного паяльника зависит от свойств магнитного сплава и сердечника. Такое управление называется умным теплом (smart heat).

Менять температуру для конкретных условий пайки можно, установив температурный датчик, который подключается к блоку управления станцией, либо же меняя картриджи (сердечник с наконечником) которые вставляют в ручку индукционного паяльника.

Первый вариант дешевле второго, поэтому им сегодня пользуются не только профессионалы. Зато второй способ точнее и надежнее.

Реализация в бытовых условиях

Индукционное отопление ещё не завоевало в достаточной степени рынок из-за высокой стоимости самой системы обогрева. Так, например, для промышленных предприятий подобная система обойдётся в 100 000 рублей, для бытового использования – от 25 000 руб. и выше. Поэтому вполне понятен интерес к схемам, которые позволяют создать самодельный индукционный нагреватель своими руками

Индукционный нагрев, основные принципы и технологииИндукционный котел отопления

На базе трансформатора

Основным элементом системы индукционного отопления с трансформатором станет само устройство, у которого есть первичная и вторичная обмотки. Вихревые потоки будут формироваться в первичной обмотке и создадут электромагнитное индукционное поле. Это поле будет воздействовать на вторичную, которая и есть, по сути, индукционный нагреватель, реализованный физически в виде корпуса котла отопления. Именно вторичная короткозамкнутая обмотка передает энергию теплоносителю.

Индукционный нагрев, основные принципы и технологииВторичная короткозамкнутая обмотка трансформатора

Главными элементами установки индукционного нагрева являются:

  • сердечник;
  • обмотка;
  • два вида изоляции – тепло- и электроизоляция.

Сердечник – это две ферримагнитные трубки разного диаметра с толщиной стенок не менее 10 мм, вваренные друг в друга. Тороидальная обмотка из медного провода производится по внешней трубке. Необходимо наложить от 85 до 100 витков с равным расстоянием между витками. Переменный ток, изменяясь во времени, создаёт вихревые потоки в замкнутом контуре, которые и нагревают сердечник, следовательно, и теплоноситель, осуществляя индукционный нагрев.

 С использованием высокочастотного сварочного инвертора

Индукционный нагреватель может быть создан с использованием сварочного инвертора, где главными компонентами схемы служат генератор переменного тока, индуктор и нагревательный элемент.

Генератор используется для преобразования стандартной частоты в сети электропитания 50 Гц в в ток с более высокой частотой. Этот модулированный ток подаётся на цилиндрическую катушку-индуктор, где в качестве обмотки используется медная проволока.

Индукционный нагрев, основные принципы и технологииМедная проволока для обмотки

Катушка создаёт переменное магнитное поле, вектор которого меняется с заданной генератором частотой. Созданные вихревые токи, индуцированные магнитным полем, производят нагрев металлического элемента, который передаёт энергию теплоносителю. Таким образом реализуется ещё одна схема индукционного отопления, выполненная своими руками.

Индукционный нагрев, основные принципы и технологии

Нагревательный элемент тоже может быть создан своими руками из нарезанной металлической проволоки длиной около 5 мм и отрезка полимерной трубы, в которую помещается металл. При установке вентилей сверху и снизу трубы следует проверить плотность наполнения – не должно оставаться свободного пространства. Согласно схеме поверх трубы накладывается около 100 витков медной проводки, которая и является индуктором, подключаемым к клеммам генератора. Индукционный нагрев медной проволоки происходит за счёт вихревых токов, формируемых переменным магнитным полем.

Источник электроэнергии

Как мы помним, наша схема индукционного нагревателя предполагает наличие источника питания. Он подает напряжение на катушку, вызывая нагрев сердечника и теплоносителя. Что может выступать в качестве источника переменного тока? Обычная электрическая сеть нам не подойдет – частота тока в ней слишком низка. У нас остается два источника питания:

Индукционный нагрев, основные принципы и технологии

Из инверторного сварочного аппарата получится отличный источник питания для индукционного нагревателя.

  • индукционная кухонная печь;
  • инверторный сварочный аппарат.

Если у вас есть индукционная печь, которую не жалко разобрать, воспользуйтесь ей. Недостатком печки станет ее слишком низкая мощность. Поэтому мы рекомендуем воспользоваться инверторным сварочным аппаратом. Просто подключите катушку к выходу аппарата и включите его в сеть – наш самодельный индукционный нагреватель, который мы собрали своими руками, готов к запуску и эксплуатации.

Обратите внимание, что теперь вам стоит позаботиться о надлежащем исполнении нагревателя. Для того чтобы сделать его безопасным, поместите катушку в какой-нибудь аккуратный корпус

Например, это может быть толстая пластиковая труба большого диаметра. Разместите в ней катушку, после чего закрепите всю конструкцию на штатном месте. Подключите к самодельному нагревателю отопительные трубы и попробуйте запустить систему, проверяя ее эффективность.

Если у вас есть познания в области конструирования электронной техники, вы можете попробовать собрать инверторный преобразователь для индукционного нагревателя своими руками. Схему такого преобразователя можно найти в Интернете

Обратите внимание, что источник питания должен получиться достаточно мощным, чтобы обеспечить надлежащее питание нагревателя и его выход на максимальную мощность. В противном случае вас будут ждать холодные или едва теплые батареи

Индукционный генератор тепла в системе отопления

Чтобы организовать отопление частного дома с помощью индукционного нагревателя, проще всего использовать трансформатор, который состоит из первичной и вторичной короткозамкнутой обмотки. Вихревые токи в таком устройстве возникают во внутренней составляющей и направляют образовавшееся электромагнитное поле на вторичный контур, который одновременно выполняет роль корпуса и нагревательного элемента для теплоносителя.

Обратите внимание, что в качестве теплоносителя при индукционном нагреве может выступать не только вода, но также антифриз, масло и любые другие токопроводящие среды. При этом степень очистки теплоносителя большого значения не имеет

Инверторный нагреватель имеет компактные размеры, работает бесшумно и может быть установлен практически в любом подходящем месте, соответствующем требованиям техники безопасности

Чаще всего при изготовлении самодельных вихревых индукционных нагревателей используют недорогие модели сварочных инверторов, поскольку они удобны и полностью соответствуют требованиям

Необходимо отметить, что не стоит испытывать устройство, если в него не подается теплоноситель, иначе пластиковый корпус может очень быстро расплавиться.

Интересный вариант индукционного нагревателя, сделанного из варочной панели, представлен в видеоматериале:

Чтобы повысить безопасность конструкции, советуется выполнить изоляцию открытых участков медной катушки.

Следует размещать систему индукционного нагрева на расстоянии не менее 30 см от стен и мебели и не менее 80 см — от потолка или пола.

Чтобы сделать работу устройства более безопасной, рекомендуется оснастить его манометром, а также системой автоматического управления и приспособлениями для отвода попавшего в систему воздуха.

Простой индукционный нагреватель состоит мощного генератора высокой частоты и низкоомной катушки-контура, которая является нагрузкой генератора.Генератор с самовозбуждением генерирует импульсы на основании резонансной частоты контура. В результате в катушке возникает мощное переменное электромагнитное поле частотой порядка 35 кГц.Если в центр этой катушки поместить сердечник из токопроводящего материала, то внутри него возникнет электромагнитная индукция. В результате частой смены эта индукция вызовет в сердечнике вихревые токи, которые в свою очередь повлекут за собой выделение тепла. Это классический принцип преобразования электромагнитной энергии в тепловую. Индукционные нагреватели очень давно используются во многих областях производства. С их помощью можно делать закалку, бесконтактную сварку, и самое главное — точечный прогрев, а также плавление материалов. Я покажу вам схему простого низковольтного индукционного нагревателя, которая уже стала классической.

Индукционный нагрев, основные принципы и технологии

Элементы, которые понадобятся:

Устройство нагревательного прибора

Прибор состоит из таких элементов:

  1. Пластиковая трубка.
  2. Сетка из нержавейки.
  3. Проволока из стали.
  4. Медная проволока.
  5. Сварочный инвертор.

Одно из главных достоинств данного устройства — это простая конструкция. Схема индукционного нагревателя примерно такова. В круглом корпусе находится катушка — индуктор. Внутри последнего находится отрезок стальной трубы с 2-мя патрубками на концах. Они нужны для присоединения прибора к отопительной системе. После подключения через трубу будет проходить вода. Труба будет нагреваться. От соприкосновения с ней разогревается теплоноситель.

Индукционный нагрев, основные принципы и технологииСхема устройства индукционного нагревателя

У других видов прибора катушка крепится к электрической сети, однако имеется и другая схема подключения. Отличается она преобразователем, который повышает частоту колебаний тока, подаваемого на катушку. Этот преобразователь называется инвертором и состоит их 3-х модулей:

  1. Выпрямитель.
  2. Инвертор с 2-мя транзисторами.
  3. Схема управления транзисторами.

Процессы, происходящие в устройстве, похожи на работу трансформатора. Разница во вторичной обмотке, которая тут короткозамкнута и расположена внутри первичной. Еще одно отличие в том, что в случае с трансформатором нагрев — побочный эффект, его стараются избежать.

Проблема индукционного нагрева заготовок из магнитных материалов

Если инвертор для индукционного нагрева не является автогенератором, не имеет схемы автоподстройки частоты (ФАПЧ) и работает от внешнего задающего генератора (на частоте, близкой к резонансной частоте колебательного контура «индуктор — компенсирующая батарея конденсаторов»). В момент внесения заготовки из магнитного материала в индуктор (если размеры заготовки достаточно крупны и соизмеримы с размерами индуктора), индуктивность индуктора резко увеличивается, что приводит к скачкообразному уменьшению собственной резонансной частоты колебательного контура и отклонению её от частоты задающего генератора. Контур выходит из резонанса с задающим генератором, что приводит к увеличению его сопротивления и скачкообразному уменьшению передаваемой в заготовку мощности. Если мощность установки регулируется внешним источником питания, то естественной реакцией оператора является увеличить напряжение питания установки. При разогреве заготовки до точки Кюри, её магнитные свойства исчезают, собственная частота колебательного контура возвращается обратно к частоте задающего генератора. Сопротивление контура резко уменьшается, резко возрастает потребляемый ток. Если оператор не успеет снять повышенное напряжение питания, то установка перегревается и выходит из строя.
Если установка оборудована автоматической системой управления, то система управления должна отслеживать переход через точку Кюри и автоматически уменьшать частоту задающего генератора, подстраивая его в резонанс с колебательным контуром (либо уменьшать подаваемую мощность, если изменение частоты недопустимо).

Если производится нагрев немагнитных материалов, то вышесказанное значения не имеет. Внесение в индуктор заготовки из немагнитного материала практически не меняет индуктивность индуктора и не сдвигает резонансную частоту рабочего колебательного контура, и необходимости в системе управления нет.

Если размеры заготовки много меньше размеров индуктора, то она тоже не сильно сдвигает резонанс рабочего контура.

Индукционные плиты

Основная статья: Индукционная плита

Индукционная плита — кухонная электрическая плита, разогревающая металлическую посуду индуцированными вихревыми токами, создаваемыми высокочастотным магнитным полем, частотой 20-100 кГц.

Такая плита обладает большим КПД по сравнению с ТЭН электроплитками, так как меньше тепла уходит на нагрев корпуса, а кроме того отсутствует период разгона и остывания (когда зря тратится выработанная, но не поглощенная посудой энергия).

Индукционные плавильные печи

Основная статья: Индукционная тигельная печь

Индукционные (бесконтактные) плавильные печи — электрические печи для расплавления и перегрева металлов, в которых нагрев происходит за счет вихревых токов, возникающих в металлическом тигеле (и металле), либо только в металле (если тигель изготовлен не из металла; такой способ нагрева более эффективен, если тигель плохо теплоизолирован).

Применяется в литейных цехах металлургических заводов, а также в цехах точного литья и ремонтных цехах машиностроительных заводов для получения стальных отливок высокого качества. Возможна плавка цветных металлов (бронзы, латуни, алюминия) и их сплавов в графитовом тигле. Индукционная печь работает по принципу трансформатора, у которого первичной обмоткой является водоохлаждаемый индуктор, вторичной и одновременно нагрузкой — находящийся в тигле металл. Нагрев и расплавление металла происходят за счёт протекающих в нём токов, которые возникают под действием электромагнитного поля, создаваемого индуктором.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

один × пять =

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

Adblock
detector