Принцип разогрева материалов наведенными токами высокой частоты давно применяется в промышленности. Метод можно использовать в быту для нагрева воды, в том числе в целях отопления дома, так как передача энергии происходит более эффективно и с меньшими потерями. Разберем, что собой представляет индукционный нагреватель, как он работает, какими плюсами и минусами обладает, а также в чем заключаются особенности его самостоятельного изготовления.
Водонагревающий агрегат индукционного типа Источник by.kotel-electr.ru
Индукционное нагревание – что это такое, применение
В настоящее время в промышленности широко применяется метод бесконтактного разогрева заготовок перед выполнением различного рода операций – плавки, сварки, пайки, ковки и проч. Эффективность его настолько высока, что он быстро вытесняет традиционные способы нагрева. При этом ввиду особенностей передачи энергии – без использования проводника – потери минимальны, и потому у метода высокий экономический показатель.
Индукционный нагрев – это повышение температуры предметов из электропроводящих материалов посредством действия в их структуре переменного магнитного поля. Технологическая суть процедуры заключается в следующем:
- Предмет, который требуется нагреть, помещается внутрь индуктора – свитого в виде спирали проводника.
- Далее в индуктор посредством специального генератора направляются переменные токи большой силы и различной частоты.
- В результате проводник начинает излучать переменное магнитное поле.
- Электропроводящий предмет пронизывается этим полем, в следствие чего в нем возникают наведенные токи.
- Под действием вихревых токов температура материала повышается.
Простейший индукционный прибор для нагрева Источник ytimg.com
Такая схема «индуктор-предмет» по сути является трансформатором без сердечника. В ней индуктор – это первичная обмотка, предмет – накоротке замкнутая вторичная. Потоки магнитного поля замыкаются между ними по воздуху. На мощных промышленных установка индукторный проводник сам может сильно разогреваться, поэтому для обеспечения безопасности к нему подводится система охлаждения.
Принцип индукционного нагрева находит широкое применение в самых различных областях:
- Бесконтактная сварка, плавка и пайка сверхвысокой чистоты.
- Термическая обработка и гибка элементов и узлов в автопромышленности.
- Создание экспериментальных образцов сплавов.
- Изготовление ювелирных украшений.
- Закаливание изделий по поверхности.
- Термообработка мелко габаритных деталей, не доступных для воздействия плазмой и дугой.
- Термическая обработка и закаливание элементов сложных форм.
- Дезинфекция приборов и инструментов в медицине.
Проточный водонагреватель – одна из наиболее часто используемых областей применения индукционного нагрева в быту Источник equipmaster.ru
На заметку! Метод бесконтактного разогрева также нашел широкое применение для изготовления бытовых нагревательных приборов, особенно для воды. Однако по цене такие модели существенно превосходят традиционные аналоги, работающие на ТЭНе. Поэтому при достаточном опыте их можно изготовить самостоятельно.
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:
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
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
Принцип работы нагревателя
Механизм выработки тепла у бытовых электроприборов рассматриваемого типа основан на том же самом законе, на котором функционируют промышленные установки. Однако в схеме их работы есть свои особенности. Прежде всего они касаются устройства. Так, бытовой индукционный проточный водонагреватель состоит из следующих основных элементов:
- Индуктор – катушка-намотка медной проволоки. При прохождении через него тока образуется магнитное поле, под действием которого разогревается электропроводящий материал нагревателя.
- Генератор – преобразователь стабильного бытового тока в необходимый по мощности высокочастотный поток.
Принцип работы индукционного водяного нагревателя Источник vinteplo.ru
Смотрите также: Каталог компаний, что специализируются на инженерных системах (отоплении, водоснабжении, канализации и прочих) и сопутствующих работах
- Нагревательный элемент – металлическая труба, через которую пропускается водяной поток для нагрева. Нагреватель попутно выполняет функцию охладителя для индуктора, тем самым обеспечивая ему стабильные характеристики работы и долговечность.
Генератор преобразует ток из обычного в высокочастотный и подает его на катушку. Обмотка из проволоки вырабатывает магнитное поле. Находящийся внутри нее нагреватель-трубка разогревается и передает тепло проходящему через него водяному потоку. Ввиду отсутствия прямого контакта при переходе из одного вида энергии в другой, потери минимальны. КПД таких электронагревателей достигает 98%.
Справка! По аналогичной выше рассмотренной схеме работает индукционный котел, являющийся экономным, эффективным и долговечным обогревателем для дома. Только вместо трубки в индуктор помещается теплообменный контур, проходя через который нагревается и распределяется по всем радиаторам жилой площади специальный теплоноситель.
Устройство и принцип действия индукционного котла для отопления Источник oboiman.ru
Обзор производителей
Известных российские производители:
- Миратрон;
- Эдисон;
- Гейзер.
Миратрон дает возможность владельцу менять мощность агрегата — 4,5–30 кВт.
Обогреватель, автоматика находятся в ящике
Мощный котел Эдисон снабжен необходимой автоматикой.
Обогреватель Эдисон
Гейзер мощностью 4,5 — 250 кВт имеет 2-ой класс безопасности, не требуется заземление.
Обогреватель Гейзер с автоматикой
Когда есть полная информация о котлах, легче выбрать. Отзыв пользователя:
Средняя оценка 0
оценок более 0
Поделиться ссылкой
Комментарии
Кирилл Васильевич 24.10.2021 13:26
А индукционные катушки ведь могут быть выполнены сразу двумя параллельно лежащими шинковыми проводниками , но с разным расположением- плашмя и ребром . Получается двухконтурная система катушек , а токи должны течь в ней разнонаправленные поочередно в пульсирующем режиме , с частотой в сотни килогерц.Возникает ассиметричное электромагнитное поле у которого плотность вибрирует с частотой колебаний.
Достоинства и недостатки
Преимущества бытового нагревателя воды рассматриваемого типа заключаются в следующем:
- Большой срок службы. Средний период гарантии большинства производителей – 30 лет. При этом установка не требует серьезного технического обслуживания и ремонта с заменой основных элементов на протяжении всего периода эксплуатации. Профилактическая чистка проводится не чаще одного раза в 7-9 лет.
- Экономный расход электроэнергии. Для производства одного и того же количества тепла в сравнении с разновидностями, работающими на традиционных ТЭН-ах, энергии затрачивается на 30-40% меньше.
- Отсутствие накипи. Специфика механизма действия прибора исключает образование накипи на рабочих элементах установки. Кроме того, во включенном состоянии прибор слегка вибрирует, что также является хорошим защитным фактором от нароста различного рода отложений на контактирующих с водой его внутренних частях.
- Минимальный риск протечек. Бесконтактная технология нагрева исключает факторы разрушения – когда под действием тепла и сырости металлические элементы быстро ржавеют.
Индукционный нагреватель воды надежен, долговечен и экономичен Источник rusolymp.ru
Водяной котел с трансформатором
Для начала достаньте или купите недорогой сварочный инвертор (трансформатор) с регулировкой тока на 18-25 ампер. В качестве элементов для нагрева воды в водонагревателе применяют небольшие обрезки катанки или нержавеющей стали. Проволоку нарезают кусками длиной от 3,8 до 5,5 см (если используется катанка диаметром 6-8 мм). Затем из толстостенной пластиковой трубы диаметром 45-50 мм делают корпус нагревателя. Один конец этого отрезка трубы закрывают мелкой, ячеистой сеткой и засыпают со свободного открытого конца корпуса нарезанную проволоку.
схема устройства индукционного нагревателя.
Заполнив трубу обрезками доверху, приступают к изготовлению катушки индуктора. Берут эмалированный медный провод не менее 1,5-2 мм и наматывают вокруг сделанного корпуса. Количество витков колеблется (в зависимости от ампеража сварочного индуктора) и составляет 85-95. Катушку располагают по центру корпуса (трубы с обрезками). К системе водоснабжения или сети отопления нагреватель подсоединяют с помощью переходников.
Чтобы сделать на основе полученного нагревателя вихревой индукционный котел-водонагреватель, надо сварить из двух труб напоминающую бублик конструкцию. Это нагревательный элемент для воды. Берут любой подходящий по диаметру бак и вставляют в него входной (в верхней части бака) и выходной патрубки для воды. В этот корпус вставляют сделанную ранее индукционную катушку. Затем присоединяют нагреватель (бублик) к патрубкам так, чтобы он проходил внутри индуктора строго по центру. Изолируют выходные концы катушки и подсоединяют к трансформатору. Чтобы тепло не покидало водонагреватель, его покрывают теплоизоляционным экраном.
Вода, проходя внутри катушки по трубам, нагревается и из выходного патрубка выходит в горячем виде.
Такой индукционный котел-водонагреватель можно подсоединять и к системе, выполненной из пластиковых труб. С целью обеспечения безопасности котел устанавливают на расстоянии 80-90 см от пола и потолка и на 30-40 см от стены. Данный водонагреватель надо оснастить установленным на патрубке клапаном для сброса воздуха из системы. Подобный котел можно применить и как обогреватель небольшого помещения, добавив радиатор отопления.
Особенности самостоятельного изготовления
Для того, чтобы сделать индукционный нагреватель, необходимо иметь опыт электротехнических работ и сборки самодельных электроприборов, а также навыки по обработке металла и других материалов и уметь монтировать проводку. Поэтому при их отсутствии доверить такую работу лучше профессионалам. При этом общий алгоритм изготовления прибора состоит из следующих последовательных этапов:
- Изготовление нагревателя. Как правило, используется отрезок толстостенной металлической трубы с переходниками на концах, заключенный в термостойкую пластиковую трубку большего диаметра.
Схема принципиальная электрическая
Вот оригинальная схема генератора индукционного нагревателя, а ниже неё чуть изменённый вариант, по которому и была собрана конструкция мини ТВЧ установки. Ничего дефицитного тут нет — купить придётся только полевые транзисторы, использовать можно BUZ11, IRFP240, IRFP250 или IRFP460. Конденсаторы специальные высоковольтные, а питание будет от автомобильного аккумулятора 70 А/ч — он будет очень хорошо держать ток.
Проект на удивление оказался успешным — всё заработало, хоть и собрано было «на коленке» за час. Особенно порадовало что не требует сеть 220 В — авто аккумуляторы позволяют питать её хоть в полевых условиях (кстати, может из неё походную микроволновку сделать?). Можно поэкспериментировать в направлении чтобы снизить напряжение питания до 4-8 В как от литиевых АКБ (для миниатюризации) с сохранением хорошей эффективности нагрева. Массивные металлические предметы конечно плавить не получится, но для мелких работ пойдёт.
Ток потребления от источника питания 11 А, но после прогрева падает до примерно 7 A, потому что сопротивление металла при нагреве заметно увеличивается. И не забудьте сюда использовать толстые провода, способные выдержать более 10 А тока, иначе провода при работе станут горячие.
Видео описание
Видео-пример изготовления индукционного нагревателя:
- Создание индуктора. На трубку плотно наматывается изолированный медный провод сечением около 1-1,5 мм2. Количество витков должно быть не менее 90.
- Подбор подходящего генератора переменного тока. Наиболее простой и доступный способ – воспользоваться инвертором от соответствующего сварочного агрегата.
- Соединение нагревателя с индуктором к водопроводу или трубе отопления.
- Подключение индуктора к сети. Контактные жилы от катушки подсоединяются к плюсовым контактам инвертора.
- Подводка электропитания. На выводах устанавливаются диоды-выпрямители. Без них напряжение подаваемого тока будет подаваться выпрямленным, и катушка будет функционировать по типу электромагнита, а не индуктора.
- Включение и проверка работы прибора.
Обратите внимание! Изготовленный своими силами нагреватель в отличие от заводских аналогов не оснащен системой защиты и контроля. Поэтому перед включением необходимо убедиться, что нагревательный элемент заполнен водой.
Индуктор на кухне
Варочная индукционная плита
Индукционные варочные поверхности для кухни стали уже привычными, см. рис. По принципу действия это та же индукционная печка, только в роли короткозамкнутой вторичной обмотки выступает днище любой металлической варочной посудины, см. рис. справа, а не только из ферромагнитного материала, как часто не знаючи пишут. Просто алюминиевая посуда выходит из употребления; медики доказали, что свободный алюминий – канцероген, а медная и оловянная давно уже не в ходу по причине токсичности.
Бытовая индукционная плитка – порождение века высоких технологий, хотя идея ее зародилась одновременно с индукционными плавильными печами. Во-первых, для изоляции индуктора от стряпни понадобился прочный, стойкий, гигиеничный и свободно пропускающий ЭМП диэлектрик. Подходящие стеклокерамические композиты появились в производстве сравнительно недавно, и на долю верхней пластины плиты приходится немалая доля ее стоимости.
Схема кухонной индукционной плиты
Затем, все варочные посудины разные, а их содержимое изменяет их электрические параметры, и режимы приготовления блюд тоже разные. Осторожным подкручиванием ручек до нужной моды тут и специалист не обойдется, нужен высокопроизводительный микроконтроллер. Наконец, ток в индукторе должен быть по санитарным требованиям чистой синусоидой, а его величина и частота должны сложным образом меняться сообразно степени готовности блюда. То есть, генератор должен быть с цифровым формированием выходного тока, управляемым тем самым микроконтроллером.
Делать кухонную индукционную плиту самому нет смысла: на одни только электронные компоненты по розничным ценам денег уйдет больше, чем на готовую хорошую плитку. И управлять этими приборами пока еще сложновато: у кого есть, тот знает, сколько там кнопочек или сенсоров с надписями: «Рагу», «Жаркое» и т.п. Автор этой статьи видал плитку, где значилось отдельно «Борщ флотский» и «Суп претаньер».
Тем не менее, индукционные плиты имеют массу преимуществ перед прочими:
- Почти нулевая, в отличие от микроволновок, ППЭ, хоть сам на эту плитку садись.
- Возможность программирования для приготовления самых сложных блюд.
- Растопка шоколада, вытапливание рыбьего и птичьего жира, приготовление карамели без малейших признаков пригорания.
- Высокая экономичность как следствие быстрого нагрева и почти полного сосредоточения тепла в варочной посуде.
Разогрев варочной посуды на индукционной плите и газовой конфорке
К последнему пункту: взгляните на рис. справа, там графики разогрева стряпни на индукционной плите и газовой конфорке. Кто знаком с интегрированием, тот сразу поймет, что индуктор на 15-20% экономичнее, а с чугунным «блином» его можно и не сравнивать. Затраты денег на энергоноситель при приготовлении большинства блюд для индукционной плиты сравнимы с газовой, а на тушение и варку густых супов даже меньше. Индуктор пока уступает газу только при выпечке, когда необходим равномерный прогрев со всех сторон.
Коротко о главном
Индукционное нагревание основано на способности переменного магнитного поля повышать температуру предметов из электропроводных материалов. Нагрев осуществляется бесконтактным способом и отличается высокой производительностью и малыми потерями энергии. По этой причине метод находит широкое применение в различных сферах – плавке, сварке, пайке металлов, термообработке узлов и элементов в производстве, дезинфекции инструментов в медицине.
В работе бытового водонагревателя действует тот же принцип. Нагревательный элемент, через который проходит вода, помещается в катушку-индуктор. При подаче высокочастотного тока вырабатывается переменное магнитное поле, разогревающее металлический нагреватель. Среди главных плюсов таких приборов выделяются:
- Долговечность.
- Экономность.
- Отсутствие накипи.
- Работа без протечек.
- Естественная конвекция.
Недостатки связаны с выделение тепла в окружающее пространство, необходимостью стабильной подачи электроэнергии, постоянном контроле рабочих характеристик, рабочим шумом и вредным излучением. При изготовлении устройства необходимо следовать инструкции и иметь достаточный опыт.
Советы по безопасности
Установки этого типа широко применяются не только для отопления помещений, но и для проведения плавильных работ. Основная проблема, связанная с индукционными устройствами домашнего изготовления, связана с отсутствием узлов, обеспечивающих контроль показателей температуры и давления и предохранение от взрыва. Поэтому при эксплуатации таких агрегатов нужно проявлять внимательность и осторожность.
Перед запуском индукционного котла необходимо заполнить систему теплоносителем
Перед запуском котла надлежит проверить наполнение полости теплоносителем. Корпус, выполненный из полимеров, без регулярного охлаждения жидкостью начнет плавиться. Это влечет за собой деформационные изменения и полный выход установки из строя. Также опасность может представлять выпадение накаленного металла из плавящегося корпуса. При таком инциденте потребуется провести замену ряда узлов установки.
К электричеству аппарат подключают через отдельный провод, который ведется от щита. Контакты нужно перекрыть изоляционным материалом. Если в конструкции задействован аппарат для сварки, его инвертор должен быть заземлен. Провод, используемый для этой операции, должен иметь 4-6 мм в поперечнике. Для предотвращения избыточного нагревания установки при отсутствии воды целесообразно вмонтировать во входное отверстие клапан избыточного давления.
