Индукционен нагревател: прости вериги за DIY изпълнение. Високочестотно индукционно нагряване

Пещ за топене на метали у дома може да се използва и за бързо нагряване на метални елементи, например при калайдисване или формоване. Работните характеристики на представените инсталации могат да бъдат настроени към конкретна задача чрез промяна на параметрите на индуктора и изходния сигнал на генераторните агрегати - по този начин можете да постигнете тяхната максимална ефективност.

© При използване на материали от сайта (цитати, изображения) трябва да се посочи източникът.

Индукционната пещ е изобретена отдавна, през 1887 г., от С. Фаранти. Първо индустриална инсталациязапочва работа през 1890 г. в компанията Benedicks Bultfabrik. Дълго време индукционните пещи бяха екзотика в индустрията, но не поради високата цена на електроенергията, а тогава тя не беше по-скъпа от сега. Все още имаше много неизвестни в процесите, протичащи в индукционните пещи, а елементната база на електрониката не позволяваше създаването ефективни схемиуправлението им.

В индустрията за индукционни пещи се случи революция буквално пред очите ни, благодарение на появата, първо, на микроконтролери, чиято изчислителна мощност надвишава тази на персоналните компютри преди десет години. Второ, благодарение на... мобилните комуникации. Неговото развитие изисква наличието на евтини транзистори, способни да доставят мощност от няколко kW при високи честоти. Те от своя страна са създадени на базата на полупроводникови хетероструктури, за изследването на които руският физик Жорес Алферов получи Нобелова награда.

В крайна сметка индукционните печки не само напълно преобразиха индустрията, но и станаха широко използвани в ежедневието. Интересът към темата породи много домашни продукти, които по принцип биха могли да бъдат полезни. Но повечето автори на проекти и идеи (в източниците има много повече описания, отколкото функционални продукти) имат слабо разбиране на основите на физиката индукционно нагряване, както и потенциалната опасност от некачествено изпълнени конструкции. Тази статия има за цел да изясни някои от по-объркващите точки. Материалът се основава на разглеждане на специфични структури:

1. Индустриална канална пещ за топене на метал и възможността да я създадете сами.
2. Индукционни тигелни пещи, най-простите за използване и най-популярните сред домашните пещи.
3. Индукционните водогрейни котли бързо изместват котлите с нагревателни елементи.
4. Домакински индукционни уреди за готвене, които се конкурират с газовите печки и превъзхождат микровълновите по редица параметри.

Забележка: Всички разглеждани устройства се основават на магнитна индукция, създадена от индуктор (индуктор), и следователно се наричат ​​индукция. В тях могат да се топят/нагряват само електропроводими материали, метали и др. Съществуват и електрически индукционни капацитивни пещи, базирани на електрическа индукция в диелектрика между пластините на кондензатора; те се използват за "нежно" топене и електротермична обработка на пластмаси. Но те са много по-рядко срещани от индукторните; разглеждането им изисква отделна дискусия, така че засега ще ги оставим.

Принцип на действие

Принципът на работа на индукционна пещ е илюстриран на фиг. точно. По същество тя е електрически трансформаторс късо съединена вторична намотка:

• Генераторът на променливо напрежение G създава променлив ток I1 в индуктора L (нагревателна намотка).
• Кондензатор C заедно с L образуват осцилаторна верига, настроена на работната честота, това в повечето случаи увеличава техническите параметри на инсталацията.
• Ако генераторът G е самоосцилиращ, тогава C често се изключва от веригата, като вместо това се използва собственият капацитет на индуктора. За високочестотните индуктори, описани по-долу, това е няколко десетки пикофарада, което точно съответства на работния честотен диапазон.
• В съответствие с уравненията на Максуел индукторът създава променливо магнитно поле с интензитет H в околното пространство. Магнитното поле на индуктора може да бъде затворено чрез отделна феромагнитна сърцевина или да съществува в свободно пространство.
• Магнитното поле, проникващо в детайла (или топилния заряд) W, поставен в индуктора, създава в него магнитен потокЕ.
• F, ако W е електропроводим, индуцира в него вторичен ток I2, тогава същите уравнения на Максуел.
• Ако Ф е достатъчно масивен и твърд, тогава I2 се затваря вътре в W, образувайки вихров ток или ток на Фуко.
• Вихровите токове, съгласно закона на Джаул-Ленц, освобождават енергията, получена през индуктора и магнитното поле от генератора, нагрявайки детайла (заряд).

Електромагнитното взаимодействие от гледна точка на физиката е доста силно и има доста голям ефект на дълги разстояния. Следователно, въпреки многостепенното преобразуване на енергията, индукционната пещ може да покаже ефективност до 100% във въздух или вакуум.

Забележка: в среда, направена от неидеален диелектрик с диелектрична константа >1, потенциално постижимата ефективност на индукционните пещи пада, а в среда с магнитна пропускливост >1 е по-лесно да се постигне висока ефективност.

Канална пещ

Каналната индукционна топилна пещ е първата използвана в индустрията. Той е структурно подобен на трансформатор, вижте фиг. дясно:

1. Първичната намотка, захранвана от ток с индустриална (50/60 Hz) или висока (400 Hz) честота, е направена от медна тръба, охлаждана отвътре с течен охладител;
2. Вторична късо съединена намотка – стопилка;
3. Пръстенообразен тигел от топлоустойчив диелектрик, в който се поставя стопилката;
4. Магнитна верига, сглобена от плочи от трансформаторна стомана.

Каналните пещи се използват за топене на дуралуминий, цветни специални сплави и производство на висококачествен чугун. Индустриалните канални пещи изискват грундиране със стопилка, в противен случай „вторичната“ няма да даде късо съединение и няма да има отопление. Или ще се появят дъгови разряди между трохите на заряда и цялата стопилка просто ще избухне. Следователно, преди да стартирате пещта, малко стопилка се излива в тигела и претопената част не се излива напълно. Металурзите казват, че каналната пещ има остатъчен капацитет.

Канална пещ с мощност до 2-3 kW може да бъде направена сами от индустриален честотен заваръчен трансформатор. В такава пещ можете да разтопите до 300-400 g цинк, бронз, месинг или мед. Можете да разтопите дуралуминий, но отливката трябва да се остави да старее след охлаждане от няколко часа до 2 седмици, в зависимост от състава на сплавта, така че да придобие здравина, здравина и еластичност.

Забележка: дуралуминият всъщност е изобретен случайно. Разработчиците, ядосани, че не могат да легират алуминий, изоставиха още една проба „нищо“ в лабораторията и започнаха да се разхождат от скръб. Изтрезняхме, върнахме се - и никой не беше променил цвета си. Те го провериха - и той придоби здравината на почти стомана, като същевременно остана лек като алуминий.

„Първинката“ на трансформатора е оставена стандартна, тя вече е проектирана да работи в режим на късо съединение на вторичната със заваръчна дъга. „Вторичната“ се отстранява (след това може да се върне обратно и трансформаторът да се използва по предназначение), а на негово място се поставя пръстеновиден тигел. Но опитът да се преобразува HF заваръчен инвертор в канална пещ е опасен! Неговата феритна сърцевина ще прегрее и ще се разбие на парчета поради факта, че диелектричната константа на ферита е >>1, вижте по-горе.

Проблемът с остатъчния капацитет в пещ с ниска мощност изчезва: тел от същия метал, огънат в пръстен и с усукани краища, се поставя в заряда за засяване. Диаметър на телта – от 1 mm/kW мощност на пещта.

Но възниква проблем с пръстеновидния тигел: единственият материал, подходящ за малък тигел, е електропорцеланът. Невъзможно е да го обработите сами у дома, но къде можете да вземете подходящ? Други огнеупори не са подходящи поради големи диелектрични загуби в тях или порьозност и ниска механична якост. Следователно, въпреки че каналната пещ произвежда топене най-високо качество, не изисква електроника, а ефективността му вече при мощност от 1 kW надвишава 90%;

За обикновен тигел

Остатъчният капацитет дразнеше металурзите - сплавите, които топяха, бяха скъпи. Ето защо, веднага щом се появиха достатъчно мощни радио тръби през 20-те години на миналия век, веднага се роди идея: хвърлете магнитна верига върху (няма да повтаряме професионалните идиоми на яките мъже) и поставете обикновен тигел директно в индуктор, вижте фиг.

Не можете да направите това при индустриална честота; нискочестотно магнитно поле без магнитна верига, която го концентрира, ще се разпространи (това е така нареченото бездомно поле) и ще отдаде енергията си навсякъде, но не и в стопилката. Разсеяното поле може да бъде компенсирано чрез увеличаване на честотата до висока: ако диаметърът на индуктора е съизмерим с дължината на вълната на работната честота и цялата система е в електромагнитен резонанс, тогава до 75% или повече от нейната енергия електромагнитно полеще бъдат концентрирани в "безсърдечната" намотка. Ефективността ще бъде съответна.

Но още в лабораториите стана ясно, че авторите на идеята са пренебрегнали очевидно обстоятелство: стопилката в индуктора, макар и диамагнитна, е електропроводима, поради собственото си магнитно поле от вихрови токове, тя променя индуктивността на нагряване бобина. Първоначалната честота трябваше да бъде зададена под студения заряд и да се променя, когато се стопи. Освен това обхватът е по-голям, колкото по-голям е детайлът: ако за 200 g стомана можете да преминете с диапазон от 2-30 MHz, тогава за заготовка с размер на железопътна цистерна първоначалната честота ще бъде около 30- 40 Hz, а работната честота ще бъде до няколко kHz.

Трудно е да се направи подходяща автоматизация на лампите; "издърпването" на честотата изисква висококвалифициран оператор. Освен това разсеяното поле се проявява най-силно при ниските честоти. Стопилката, която в такава пещ също е сърцевината на намотката, до известна степен събира магнитно поле близо до нея, но все пак, за да се получи приемлива ефективност, беше необходимо цялата пещ да бъде обградена с мощен феромагнитен екран.

Независимо от това, поради своите изключителни предимства и уникални качества (вижте по-долу), тигелните индукционни пещи се използват широко както в промишлеността, така и от домашно изработени хора. Затова нека разгледаме по-отблизо как правилно да го направите със собствените си ръце.

Малко теория

Когато проектирате домашна „индукция“, трябва твърдо да запомните: минималната консумация на енергия не съответства на максималната ефективност и обратно. Печката ще вземе минимална мощност от мрежата, когато работи на основната резонансна честота, поз. 1 на фиг. В този случай заготовката/зарядът (и при по-ниски, пред-резонансни честоти) работи като един късо съединение и в стопилката се наблюдава само една конвективна клетка.

В режим на основен резонанс до 0,5 kg стомана може да се разтопи в пещ с мощност 2-3 kW, но нагряването на заряда / детайла ще отнеме до час или повече. Съответно общата консумация на електроенергия от мрежата ще бъде висока, а общата ефективност ще бъде ниска. При предрезонансните честоти е още по-ниска.

В резултат на това индукционните пещи за топене на метал най-често работят на 2-ри, 3-ти и други по-високи хармоници (поз. 2 на фигурата се увеличава мощността). за същия половин килограм стомана, 2-ри ще трябва 7-8 kW, а 3-ти 10-12 kW. Но загряването става много бързо, за минути или части от минути. Следователно ефективността е висока: печката няма време да „яде“ много, преди стопилката да може да се излее.

Пещите, използващи хармоници, имат най-важното, дори уникално предимство: няколко конвективни клетки се появяват в стопилката, незабавно и старателно я смесват. Поради това е възможно да се извърши топене в така наречения режим. бързо зареждане, произвеждайки сплави, които е фундаментално невъзможно да се топят в други топилни пещи.

Ако „повдигнете“ честотата 5-6 или повече пъти по-висока от основната, тогава ефективността пада малко (не много), но се появява друго забележително свойство на хармоничната индукция: повърхностно нагряване поради скин-ефекта, измествайки ЕМП към повърхност на детайла, поз. 3 на фиг. Този режим рядко се използва за топене, но за нагряване на детайли за повърхностно циментиране и закаляване е хубаво нещо. Съвременните технологии биха били просто невъзможни без този метод на термична обработка.

Относно левитацията в индуктор

Сега нека направим един трик: навийте първите 1-3 оборота на индуктора, след това огънете тръбата/шината на 180 градуса и навийте останалата част от намотката в обратната посока (поз. 4 на фигурата). генератор, поставете тигел в заряда в индуктора и подайте ток. Нека изчакаме, докато се разтопи и извадете тигела. Стопилката в индуктора ще се събере в сфера, която ще остане да виси там, докато не изключим генератора. Тогава ще падне.

Ефектът от електромагнитната левитация на стопилката се използва за пречистване на метали чрез зоново топене, за получаване на високопрецизни метални топки и микросфери и др. Но за правилен резултат, топенето трябва да се извърши във висок вакуум, така че тук левитацията в индуктора се споменава само за информация.

Защо индуктор у дома?

Както можете да видите, дори индукционна печка с ниска мощност за окабеляване на апартамента и ограничения на потреблението е твърде мощна. Защо си струва да го направите?

Първо, за пречистване и отделяне на благородни, цветни и редки метали. Вземете например стар съветски радиоконектор с позлатени контакти; Тогава не са пестили злато/сребро за покритие. Поставяме контактите в тесен висок тигел, поставяме ги в индуктора и ги топим на основния резонанс (професионално казано на нулев режим). След топенето постепенно намаляваме честотата и мощността, оставяйки заготовката да се втвърди за 15 минути до половин час.

След като изстине, разбиваме тигела и какво виждаме? Месингов стълб с ясно видим златен връх, който просто трябва да бъде отрязан. Без живак, цианид и други смъртоносни реактиви. Това не може да се постигне чрез нагряване на стопилката отвън по никакъв начин;

Е, златото си е злато и сега няма черен скрап, който да лежи по пътя. Но необходимостта от равномерно или прецизно дозирано нагряване на метални части по повърхността / обема / температурата за висококачествено втвърдяване винаги ще бъде намерена от домашен майстор или индивидуален предприемач. И тук отново ще помогне индукторна печка, а потреблението на електроенергия ще бъде приемливо за семейния бюджет: в крайна сметка основният дял от топлинната енергия идва от латентната топлина на топенето на метала. И като промените мощността, честотата и местоположението на частта в индуктора, можете да загреете точно точното място точно както трябва, вижте фиг. по-високо.

И накрая, като направите индуктор със специална форма (вижте фигурата вляво), можете да освободите закалената част на правилното място, без да нарушавате втвърдяването на карбуризацията в края/краищата. След това, където е необходимо, използвайте огъване, бръшлян, а останалата част остава твърда, вискозна, еластична. Накрая можете да го затоплите отново там, където е пуснат и да го втвърдите отново.

Да стигнем до печката: какво трябва да знаете

Електромагнитното поле (ЕМП) влияе човешкото тяло, като най-малкото го затопляте изцяло, като месо в микровълнова фурна. Ето защо, когато работите с индукционна пещ като дизайнер, занаятчия или оператор, трябва ясно да разберете същността на следните понятия:

PES – плътност на енергийния поток на електромагнитното поле. Определя общото физиологично въздействие на ЕМП върху тялото, независимо от честотата на излъчване, т.к. PES на ЕМП със същия интензитет се увеличава с увеличаване на честотата на излъчване. от санитарни норми различни държавидопустимата стойност на PES е от 1 до 30 mW на 1 кв. м. телесна повърхност при постоянна (повече от 1 час на ден) експозиция и три до пет пъти повече при еднократна, до 20 минути.

Забележка: САЩ се отличават с допустима консумация на енергия от 1000 mW (!) на квадратен метър. м. тяло. Всъщност американците смятат началото на физиологичните ефекти за външни прояви, когато човек вече се разболее, а дългосрочните последици от излагането на ЕМП са напълно игнорирани.

PES намалява с разстоянието от точков източник на радиация на квадрат от разстоянието. Еднослойното екраниране с поцинкована или ситно поцинкована мрежа намалява PES 30-50 пъти. Близо до бобината по нейната ос, PES ще бъде 2-3 пъти по-висок, отколкото отстрани.

Нека обясним с пример. Има индуктор 2 kW и 30 MHz с ефективност 75%. Следователно от него ще излезе 0,5 kW или 500 W. На разстояние 1 м от него (площта на сфера с радиус 1 м е 12,57 кв.м.) на 1 кв. m ще има 500/12,57 = 39,77 W, а на човек - около 15 W, това е много. Индукторът трябва да бъде разположен вертикално, преди да включите пещта, поставете върху него заземена екранираща капачка, наблюдавайте процеса от разстояние и незабавно изключете пещта, когато приключи. При честота от 1 MHz, PES ще падне с фактор 900 и екраниран индуктор може да работи без специални предпазни мерки.

Микровълнова – ултра високи честоти. В радиоелектрониката микровълновите честоти се считат за т.нар. Q-лента, но според микровълновата физиология започва от около 120 MHz. Причината е електроиндукционното нагряване на клетъчната плазма и резонансните явления в органичните молекули. Микровълновата има специфично насочен биологичен ефект с дългосрочни последици. Достатъчно е да получите 10-30 mW за половин час, за да подкопаете здравето и/или репродуктивната способност. Индивидуалната чувствителност към микровълните е изключително променлива; Когато работите с него, трябва редовно да се подлагате на специален медицински преглед.

Много е трудно да се потисне микровълновото излъчване; професионалистите казват, че то „сифонира“ през най-малката пукнатина в екрана или при най-малкото нарушение на качеството на заземяване. Ефективната борба с микровълновото излъчване от оборудването е възможна само на ниво проектиране от висококвалифицирани специалисти.

Компоненти на пещта

Индуктор

Най-важната част от индукционната пещ е нейната нагревателна намотка, индукторът. За домашни печкиЗа мощност до 3 kW ще се използва индуктор от гола медна тръба с диаметър 10 mm или гола медна шина със сечение най-малко 10 квадратни метра. мм. Вътрешният диаметър на индуктора е 80-150 mm, броят на завоите е 8-10. Завоите не трябва да се докосват, разстоянието между тях е 5-7 мм. Също така никоя част от индуктора не трябва да докосва неговия екран; минималната празнина е 50 mm. Следователно, за да се прокарат кабелите на бобината към генератора, е необходимо да се предвиди прозорец в екрана, който да не пречи на неговото премахване/монтиране.

Индукторите на индустриалните пещи се охлаждат с вода или антифриз, но при мощност до 3 kW описаният по-горе индуктор не изисква принудително охлаждане при работа до 20-30 минути. Самият той обаче става много горещ, а котленият камък върху медта рязко намалява ефективността на пещта, докато тя загуби своята функционалност. Невъзможно е сами да направите индуктор с течно охлаждане, така че ще трябва да се променя от време на време. Не можете да използвате принудително въздушно охлаждане: пластмасовият или метален корпус на вентилатора в близост до намотката ще „привлече“ ЕМП към себе си, ще прегрее и ефективността на пещта ще падне.

Забележка: за сравнение, индуктор за 150 кг пещ за топене на стомана е огънат от медна тръба 40 мм външен диаметър и 30 вътрешен. Броят на навивките е 7, вътрешният диаметър на бобината е 400 mm, а височината също е 400 mm. За захранване в нулев режим са необходими 15-20 kW при наличие на затворен охладителен кръг с дестилирана вода.

Генератор

Втората основна част на пещта е алтернаторът. Не си струва дори да се опитвате да направите индукционна пещ, без да познавате основите на радиоелектрониката поне на нивото на среден радиолюбител. Работата е същата, защото ако печката не се управлява от компютър, можете да я настроите на режим само като опипате веригата.

Когато избирате генераторна верига, трябва по всякакъв начин да избягвате решения, които дават твърд спектър на тока. Като анти-пример представяме доста често срещана верига, използваща тиристорен превключвател, вижте фиг. по-високо. Достъпно за специалист изчисление на базата на приложената към него от автора осцилограма показва, че PES при честоти над 120 MHz от така захранен индуктор надхвърля 1 W/кв. м на разстояние 2,5 м от инсталацията. Убийствена простотия, меко казано.

Като носталгично любопитство представяме и схема на древен тръбен генератор, виж фиг. точно. Те са направени от съветски радиолюбители през 50-те години, фиг. точно. Настройка на режим - с въздушен кондензатор с променлив капацитет C, с разстояние между плочите най-малко 3 mm. Работи само на нулев режим. Индикаторът за настройка е неонова крушка L. Особеността на веригата е много мек, "лампов" емисионен спектър, така че този генератор може да се използва без специални предпазни мерки. Но – уви! – сега не можете да намерите лампи за него и с мощност в индуктора от около 500 W, консумацията на енергия от мрежата е повече от 2 kW.

Забележка: Честотата от 27,12 MHz, посочена в диаграмата, не е оптимална; избрана е от съображения за електромагнитна съвместимост. В СССР това беше безплатна („боклук“) честота, за която не се изискваше разрешение за работа, стига устройството да не пречи на никого. Като цяло C генераторът може да бъде настроен в доста широк диапазон.

В следващата фиг. наляво - прост генераторсъс самовъзбуждане. L2 – индуктор; L1 – бобина за обратна връзка, 2 навивки от емайлиран проводник с диаметър 1,2-1,5 mm; L3 – празен или зареден. Собственият капацитет на индуктора се използва като капацитет на веригата, така че тази верига не изисква настройка, тя автоматично влиза в режим на нулев режим. Спектърът е мек, но ако фазирането на L1 е неправилно, транзисторът моментално изгаря, т.к. се оказва в активен режим с DC късо съединение в колекторната верига.

Също така, транзисторът може да изгори просто от промяна на външната температура или самонагряване на кристала - не са предвидени мерки за стабилизиране на неговия режим. Като цяло, ако имате стари KT825 или подобни, които лежат някъде, тогава можете да започнете експерименти с индукционно нагряване с тази схема. Транзисторът трябва да бъде инсталиран на радиатор с площ най-малко 400 квадратни метра. виж с обдухване от компютър или подобен вентилатор. Регулиране на капацитета в индуктора до 0,3 kW чрез промяна на захранващото напрежение в рамките на 6-24 V. Неговият източник трябва да осигурява ток от най-малко 25 A. Разсейваната мощност на резисторите на основния делител на напрежението е най-малко 5 W.

Следва диаграмата. ориз. отдясно е мултивибратор с индуктивен товар, използващ мощни полеви транзистори (450 V Uk, най-малко 25 A Ik). Благодарение на използването на капацитет във веригата на осцилаторната верига, той произвежда доста мек спектър, но извън режим, следователно подходящ за нагряване на части до 1 kg за охлаждане/темпериране. Основният недостатък на схемата е високата цена на компонентите, мощните полеви превключватели и високоскоростните (гранична честота най-малко 200 kHz) високоволтови диоди в техните базови вериги. Биполярните мощни транзистори в тази схема не работят, прегряват и изгарят. Радиаторът тук е същият като в предишния случай, но въздушният поток вече не е необходим.

Следващата схема вече твърди, че е универсална, с мощност до 1 kW. Това е двутактен генератор с независимо възбуждане и мостово свързан индуктор. Позволява ви да работите в режим 2-3 или в режим на повърхностно отопление; честотата се регулира от променлив резистор R2, а честотните диапазони се превключват от кондензатори C1 и C2 от 10 kHz до 10 MHz. За първия диапазон (10-30 kHz) капацитетът на кондензаторите C4-C7 трябва да се увеличи до 6,8 μF.

Трансформаторът между етапите е върху феритен пръстен с площ на напречното сечение на магнитната сърцевина от 2 квадратни метра. вижте Намотки - изработени от емайлиран проводник 0,8-1,2 мм. Транзисторен радиатор – 400 кв. виж за четири с въздушен поток. Токът в индуктора е почти синусоидален, така че спектърът на излъчване е мек и не са необходими допълнителни защитни мерки при всички работни честоти, при условие че работи до 30 минути на ден след 2 дни на 3-ти.

Видео: домашен индукционен нагревател в действие

Индукционни котли

Индукция водогрейни котли, без съмнение, ще замени котлите с нагревателни елементи навсякъде, където електричеството е по-евтино от другите видове гориво. Но техните безспорни предимстваОт тях се появиха и много домашно приготвени продукти, от които понякога косите на специалистите направо настръхват.

Да кажем тази конструкция: пропиленова тръбас течаща вода около индуктора и се захранва от 15-25 A HF заваръчен инвертор. Вариант - куха поничка (торус) е направена от термоустойчива пластмаса, през която преминава вода през тръбите и за нагряване. е увит в гума, образувайки индуктор, навит в пръстен.

ЕМП ще прехвърли енергията си на воден кладенец; Има добра електрическа проводимост и необичайно висока (80) диелектрична константа. Спомнете си как останалите капчици влага върху съдовете излитат в микровълновата.

Но първо, за да затоплите напълно апартамент през зимата, имате нужда от поне 20 kW топлина, с внимателна изолация отвън. 25 A при 220 V осигуряват само 5,5 kW (колко струва това електричество по нашите тарифи?) при 100% ефективност. Добре, да кажем, че сме във Финландия, където електричеството е по-евтино от газа. Но лимитът на потребление за жилища все още е 10 kW, а за излишък трябва да платите по повишена тарифа. И окабеляването на апартамента няма да издържи 20 kW, трябва да издърпате отделно захранващо устройство от подстанцията. Колко ще струва такава работа? Ако електротехниците все още са далеч от преодоляване на района, те ще го позволят.

След това самият топлообменник. Трябва да е или масивен метал, тогава ще работи само индукционно нагряване на метала, или изработен от пластмаса с ниски диелектрични загуби (пропиленът, между другото, не е един от тях, подходящ е само скъп флуоропласт), тогава водата ще директно абсорбират енергията на ЕМП. Но във всеки случай се оказва, че индукторът загрява целия обем на топлообменника и само вътрешната му повърхност предава топлина на водата.

В резултат на това, с цената на много труд и риск за здравето, получаваме котел с ефективност на пещерен огън.

Промишлен индукционен отоплителен котел е проектиран по съвсем различен начин: просто, но невъзможно да се направи у дома, вижте фиг. дясно:

• Масивният меден индуктор е свързан директно към мрежата.
• Неговият ЕМП също загрява масивен метален лабиринт-топлообменник, изработен от феромагнитен метал.
• Лабиринтът едновременно изолира индуктора от водата.

Такъв котел струва няколко пъти повече от конвенционален с нагревателен елемент и е подходящ само за монтаж на пластмасови тръби, но в замяна осигурява много предимства:

1. Никога не изгаря - в него няма гореща електрическа намотка.
2. Масивният лабиринт надеждно екранира индуктора: PES в непосредствена близост до индукционния котел с мощност 30 kW е нула.
3. Ефективност – повече от 99,5%
4. Абсолютно безопасно: собствената времеконстанта на бобината с висока индуктивност е повече от 0,5 s, което е 10-30 пъти по-дълго от времето за реакция на RCD или машината. Допълнително се ускорява от „отката“ от преходен процеспри повреда на индуктивност на корпуса.
5. Самата повреда, поради „дубовостта“ на конструкцията, е изключително малко вероятна.
6. Не изисква отделно заземяване.
7. Безразлични към удари на мълнии; Не може да изгори масивна намотка.
8. Голямата повърхност на лабиринта осигурява ефективен топлообмен с минимален температурен градиент, което почти елиминира образуването на котлен камък.
9. Огромна издръжливост и лекота на използване: индукционният котел, заедно с хидромагнитна система (HMS) и седиментен филтър, работи без поддръжка най-малко 30 години.

Относно домашните котли за топла вода

Тук на фиг. показва схема на индукционен нагревател с ниска мощност за Системи за БГВс резервоар за съхранение. Тя се основава на всякакви силов трансформаторпри 0,5-1,5 kW с първична намотка от 220 V. Много подходящи са двойни трансформатори от стари тръбни цветни телевизори - „ковчези“ на двупръчкова магнитна сърцевина от тип PL.

Вторичната намотка се отстранява от тях, първичната се пренавива на един прът, увеличавайки броя на нейните завои, за да работи в режим, близък до късо съединение ( късо съединение) на вторичния. Самата вторична намотка е вода в U-образна тръбна чупка, заобикаляща друг прът. Пластмасова тръба или метал – няма значение при индустриална честота, но металната трябва да е изолирана от останалата част от системата диелектрични вложки, както е показано на фиг., така че вторичният ток се затваря само през вода.

Във всеки случай такъв бойлер е опасен: възможен теч е в непосредствена близост до намотката под мрежово напрежение. Ако ще поемате такъв риск, тогава трябва да пробиете дупка в магнитната верига за заземителния болт и преди всичко да заземите плътно трансформатора и резервоара със стоманена шина от поне 1,5 квадратни метра. см (не кв. мм!).

След това трансформаторът (трябва да се намира директно под резервоара), със свързан към него мрежов кабел с двойна изолация, заземителен проводник и намотка за нагряване на вода, се излива в една „кукла“ силиконов уплътнител, като двигател на филтърна помпа за аквариум. И накрая, силно препоръчително е да свържете целия модул към мрежата чрез високоскоростен електронен RCD.

Видео: "индукционен" котел на базата на битови плочки

Индуктор в кухнята

Индукция котлониза кухнята вече са станали познати, вижте фиг. Според принципа на работа това е същата индукционна печка, само дъното на всеки метален съд за готвене действа като късо съединена вторична намотка, вижте фиг. отдясно, а не само от феромагнитен материал, както често пишат невежите. Просто алуминиеви съдове за готвенеизлиза от употреба; лекарите са доказали, че свободният алуминий е канцероген, а медта и калайът отдавна не се използват поради токсичност.

Домакински индукционни котлони - продукт на века високи технологии, въпреки че идеята се заражда едновременно с индукционните топилни пещи. Първо, за да се изолира индукторът от готвенето, беше необходим издръжлив, устойчив, хигиеничен диелектрик без ЕМП. Подходящи стъклокерамични композити са влезли в производство сравнително наскоро и горната плоча на плочата представлява значителна част от нейната цена.

Тогава всички съдове за готвене са различни и съдържанието им променя електрическите си параметри, както и режимите на готвене също са различни. Специалист няма да може да направи това чрез внимателно затягане на копчетата до желаната мода, имате нужда от високопроизводителен микроконтролер. И накрая, съгласно санитарните изисквания, токът в индуктора трябва да бъде чиста синусоида, а неговата големина и честота трябва да варират по сложен начин в зависимост от степента на готовност на ястието. Тоест генераторът трябва да има цифрово генериране на изходния ток, управлявано от същия микроконтролер.

Няма смисъл сами да правите кухненски индукционен плот: само електронните компоненти на цени на дребно ще струват повече пари от готовия добри плочки. И все още е доста трудно да се управляват тези устройства: всеки, който има, знае колко бутони или сензори има с надписи: „Яхния“, „Печено“ и т.н. Авторът на тази статия видя плочка, която отделно изброява „Navy Borsch“ и „Pretanier Soup“.

Въпреки това, индукционните печки имат много предимства пред другите:

• Почти нула, за разлика от микровълновите фурни, ЛПС, дори ако сами седите на тази плочка.
• Възможност за програмиране за приготвяне на най-сложните ястия.
• Топене на шоколад, топене на рибена и птича мазнина, приготвяне на карамел без ни най-малък признак на загаряне.
• Висока ефективност в резултат на бързо нагряване и почти пълна концентрация на топлина в съда за готвене.

До последната точка: погледнете фиг. вдясно има графици за загряване на готвене на индукционна печка и газова горелка. Всеки, който е запознат с интеграцията, веднага ще разбере, че индукторът е с 15-20% по-икономичен и не може да се сравни с чугунена „палачинка“. Разходът на енергия за приготвяне на повечето ястия за индукционна готварска печка е сравним с този на газова готварска печка и още по-малко за задушаване и готвене на гъсти супи. Индукторът засега отстъпва на газа само по време на печене, когато е необходимо равномерно нагряване от всички страни.

Видео: повреден индукционен нагревател от кухненска печка

В заключение

Така че е по-добре да купувате индукционни електрически уреди за загряване на вода и готвене, те ще бъдат по-евтини и по-лесни. Но няма да навреди да имате домашно направена индукционна тигелна пещ в домашната си работилница: фините методи за топене и термична обработка на метали ще станат достъпни. Просто трябва да запомните за PES с микровълни и стриктно да спазвате правилата за проектиране, производство и експлоатация.

Наскоро възникна необходимостта да създадете малък индукционен нагревател със собствените си ръце. Разхождайки се из интернет, намерих няколко диаграми на индукционни нагреватели. Много схеми не бяха задоволителни поради доста сложното окабеляване, някои не работеха, но имаше и работещи опции.

Преди няколко дни стигнах до извода, че може да се направи индукционен нагревател от електронен трансформатор с минимални разходи.

Принципът на индукционното нагряване е ефектът на токовете на Фуко върху метала.Такъв нагревател се използва активно в повечето различни областинаука и технологии. На теория токовете на Фуко са безразлични към видовете и свойствата на металите, така че индукторът може да нагрее или разтопи абсолютно всеки метал.

Електронният трансформатор е импулсно захранване, на базата на което е изграден нашият нагревател. Това е прост полумостов инвертор, изграден върху два мощни биполярни транзистора от серията MJE13007, които прегряват ужасно по време на работа, така че се нуждаят от много добър радиатор.

Първо, трябва да премахнете главния трансформатор от електронния трансформатор. Ще направим един вид индуктор на базата на феритна чаша. За да направите това, вземете чаша 2000NM (размерът на чашата не е особено важен, но за предпочитане е по-голям). Навиваме 100 навивки от тел 0,5 мм върху рамката, отстраняваме лаковото покритие от краищата на жиците и ги калайдисваме. След това запояваме краищата на проводниците на мястото на стандартния импулсен трансформатор - всичко е готово!

Резултатът е доста мощен домашен индукционен нагревател (ефективност не повече от 65%), на базата на който можете дори да сглобите малка индукционна печка. Ако вземете парче метал и го доближите до центъра на намотката, след няколко секунди металът ще се нагрее. С такъв нагревател можете да топите проводници с диаметър 1,5 мм - аз успях само за 20 секунди, но в същото време високоволтовите транзистори на ЕТ толкова се нагорещиха, че можете да пържите яйца върху тях!

По време на работа може да има нужда от допълнително охлаждане на радиаторите, тъй като опитът показва, че радиаторът просто няма време да отстрани топлината от транзисторите.

Основната работа на такъв инвертор е доста проста. Самата схема на индукционния нагревател е удобна с това, че не изисква никаква конфигурация(край сложни схемиЧесто има нужда да се регулира веригата на резонансната честота, точно да се изчисли броят на завъртанията и диаметърът на проводника на веригата, както и да се преброи кондензаторът на веригата, но тук всичко това не е налице и веригата работи веднага).

Мрежовото напрежение (220 волта) първо се коригира от диоден токоизправител, след което се подава към веригата. Честотата се задава от динистор DB3 (диак). Самата схема няма никаква защита, само ограничителен резистор на входа на захранването, който уж трябва да работи като мрежов предпазител, но при най-малкия проблем транзисторите първи изхвърчат. Надеждността на веригата на индукционния нагревател може да се увеличи чрез замяна на диодите в токоизправителя с по-мощни, добавяне на мрежов филтър към входа на веригата и замяна на силовите транзистори с по-мощни, да речем MJE13009.

Като цяло не препоръчвам да включвате такъв нагревател за за дълго време, ако няма активно охлаждане, в противен случай ще трябва да сменяте транзистори на всеки 5 минути.

Индукция отоплителни котли- Това са апарати, които се характеризират с много висока ефективност. Те могат значително да намалят разходите за енергия в сравнение с традиционните устройства, оборудвани с нагревателни елементи.

Модели промишлено производствоне е евтино. Въпреки това, всеки домашен майстор, който притежава прост набор от инструменти, може да направи индукционен нагревател със собствените си ръце. За да му помогнем, предлагаме подробно описание на принципа на работа и монтаж ефективен нагревател.

Индукционното отопление е невъзможно без използването на три основни елемента:

• индуктор;
• генератор;
• нагревателен елемент.

Индукторът е намотка, обикновено изработена от медна тел, която генерира магнитно поле. Алтернаторът се използва за произвеждане на високочестотен ток от стандартния битов електрически ток от 50 Hz.

Като нагревателен елемент се използва метален предмет, способен да абсорбира енергия. топлинна енергияпод въздействието на магнитно поле. Ако свържете тези елементи правилно, можете да получите високоефективно устройство, което е идеално за отопление на охлаждащата течност и течност.

Използване на генератор електрически токс необходимите характеристики се подава към индуктора, т.е. върху медна бобина. При преминаване през него поток от заредени частици образува магнитно поле.

Принципът на работа на индукционните нагреватели се основава на възникването на електрически токове вътре в проводници, които се появяват под въздействието на магнитни полета

Особеността на полето е, че има способността да променя посоката си при високи честоти електромагнитни вълни. Ако в това поле се постави някакъв метален предмет, той ще започне да се нагрява без пряк контакт с индуктора под въздействието на създадените вихрови токове.

Високочестотният електрически ток, подаван от инвертора към индукционната намотка, създава магнитно поле с постоянно променящ се вектор от магнитни вълни. Металът, поставен в това поле, се нагрява бързо

Отсъствието на контакт позволява загубите на енергия при прехода от един тип към друг да бъдат незначителни, което обяснява повишена ефективностиндукционни котли.

За да загреете вода за отоплителния кръг, достатъчно е да осигурите контакта й с метален нагревател. Често като нагревателен елемент се използва метална тръба, през която просто преминава поток от вода. Водата едновременно охлажда нагревателя, което значително увеличава експлоатационния му живот.

Електромагнитът на индукционно устройство се получава чрез навиване на тел около феромагнитно ядро. Получената индукционна намотка се нагрява и предава топлина на нагрятото тяло или охлаждащата течност, протичаща наблизо през топлообменника

Предимства и недостатъци на устройството

Има много „предимства“ на вихровия индукционен нагревател. Лесно е за самоделноверига, повишена надеждност, висока ефективност, относително ниски разходи за енергия, дълъг експлоатационен живот, ниска вероятност от повреди и др.

Производителността на устройството може да бъде значителна; единици от този тип се използват успешно в металургичната промишленост. По отношение на скоростта на нагряване на охлаждащата течност устройствата от този тип уверено се конкурират с традиционните. електрически котли, температурата на водата в системата бързо достига необходимото ниво.

По време на работа на индукционния котел нагревателят леко вибрира. Тази вибрация се отърсва от стените метална тръбаваровик и други възможни замърсители, така че такова устройство рядко трябва да се почиства. Разбира се, отоплителната система трябва да бъде защитена от тези замърсители с помощта на механичен филтър.

Индукционна намотка загрява метала (тръба или парчета тел), поставен вътре в нея, използвайки високочестотни вихрови токове, не е необходим контакт

Постоянният контакт с вода минимизира вероятността от изгаряне на нагревателя, което е доста често срещан проблемза традиционни котли с нагревателни елементи. Въпреки вибрациите, котелът работи изключително тихо, не е необходима допълнителна шумоизолация на мястото на монтажа.

Друго хубаво нещо на индукционните котли е, че почти никога не текат, освен ако системата не е инсталирана правилно. Това е много ценно качество, тъй като елиминира или значително намалява вероятността от възникване на опасни ситуации.

Липсата на течове се дължи на безконтактния метод за пренос на топлинна енергия към нагревателя. Използвайки описаната по-горе технология, охлаждащата течност може да се нагрее почти до състояние на пара.

Това осигурява достатъчна топлинна конвекция за насърчаване на ефективното движение на охлаждащата течност през тръбите. В повечето случаи отоплителната система няма да е необходимо да се оборудва циркулационна помпа, въпреки че всичко зависи от характеристиките и дизайна на конкретната отоплителна система.

Изводи и полезно видео по темата

Видео #1. Преглед на принципите на индукционно нагряване:

Видео #2. Интересен вариантсъздаване на индукционен нагревател:

За да инсталирате индукционен нагревател, не е необходимо да получавате разрешение от регулаторните органи; индустриалните модели на такива устройства са доста безопасни, те са подходящи както за частен дом, така и за обикновен апартамент. Но собствениците домашно приготвени агрегатиНе забравяйте за предпазните мерки.

Занаятчиите са измислили много начини за отопление на къща. Един от тях е индукционен нагревател. Като всеки друг, той има своите предимства и недостатъци.

Принцип на действие

Работата се основава на закона на Джаул-Ленц, който отразява пряката зависимост на топлинната мощност на проводник от силата на електрическото поле. Всеки знае връзката между магнетизма и електричеството, които просто не могат да съществуват без другото. Ако към бобината се приложи ток с висока честота, около нея се образува магнитно поле. Неговият поток ще проникне през проводимата сърцевина, поставена в намотката. Получената магнитна индукция постоянно ще се променя по посока и време, което ще доведе до появата на вихрови токове, движещи се в порочен кръг. И това преобразува електромагнитната енергия в топлинна енергия. Такъв е общ контурсхема на индукционен нагревател.

Индукционните нагреватели са се доказали блестящо в голямо разнообразие от приложения. С тяхна помощ можете да извършите повърхностно втвърдяване метални изделия, ултрачисто, безконтактно заваряване, точково нагряване и дори топене на проводими материали. Индустриалните индуктори са оборудвани с мощен трансформатор, способен да доставя големи токове към тях.

Индуктор в ежедневието

Тъй като схемата на такъв нагревател не е сложна и ефективността на такова устройство е много висока (до 98%), вихровият индукционен нагревател не може да не заинтересува занаятчиите.

Много често много хора имат идеята да използват индукционния принцип за отопление на къща. В края на краищата, индукционният нагревател е способен да загрява вода почти мигновено. Следователно има цяла поредицаструктури, представляващи домашен индукционен нагревател.

Има много закони във физиката, които никога не можете да заобиколите. Енергията не се взема от нищото и следователно количеството консумирана електроенергия не може да бъде по-малко от необходимата топлинна енергия.

С други думи, ако са необходими 5 kW/h за отопление на една стая, няма да е възможно да се направи това, като се използват само 2 kW/h електроенергия, независимо колко страхотен е дизайнът на нагревателя. Ако планирате да се отоплявате с помощта на индуктор, трябва да сте готови да увеличите сметките си за електричество.

Най-популярният вариант сред занаятчиите е индукционен нагревател, направен от заваръчен инвертор. Има няколко причини за това:

1. Инверторът произвежда ток с по-високи честоти, което значително увеличава напрегнатостта на електрическото поле, а това има благоприятен ефект върху преноса на топлина.
2. Заваръчният инвертор е способен да доставя високи токове. От всички налични устройства за домакинска употреба, инверторът е най-подходящ за използване като захранване за индукционен нагревател.

Елементи на дизайна

Направи си сам индукционен нагревател се прави, както следва:

1. Парче пластмасова тръбас дебелина на стената най-малко 3 мм, тя се запълва с парчета метална тел. Дължината им е приблизително 5 см.
2. Двата края на този участък от тръбата са затворени метална мрежатака че да държи тези парчета на място. Тръбата трябва да бъде напълно запълнена с тел.
3. След това трябва внимателно да се увие с дебела медна тел - около 90 оборота. Препоръчително е да изберете тел с диаметър най-малко 3 mm.
4. С помощта на адаптери и фитинги тръбата е свързана към отоплителна система, който след това се пълни с вода.
5. Краищата на жицата са свързани към клемите на заваръчния инвертор.
6. Необходимо е да се гарантира спазването на всички мерки за пожарна и електрическа безопасност.

След включване на устройството, металните парчета тел моментално ще се нагреят и ще започнат да отделят топлина на водата, преминаваща през тях.

Особено си струва да се подчертае, че водата трябва да циркулира непрекъснато.

В противен случай температурата на тръбата ще се повиши толкова много, че има опасност тя да се стопи.

Това е един от най-сериозните недостатъци на такива нагреватели. При често отсъствие на собственици е необходима система за автоматично компютърно управление на работата на нагревателя.

Индукционният нагревател е доста подходящ за отопление, но има своите недостатъци. Те са напълно поправими с подходящо внимание към детайла. този дизайнспособен да се състезава с другите.