Схема 3.5 квт индукционные плиты. Как выбрать индукционную печь

Индукционные печи были изобретены аж в 1887 году. И уже через три года появилась первая промышленная разработка, с помощью которой плавили различные металлы. Хотелось бы отметить, что в те далекие годы эти печи были в диковинку. Все дело в том, что ученые того времени не совсем понимали, какие процессы происходят в ней. Сегодня в этом разобрались. Нас же в этой статье будет интересовать тема – индукционная печь своими руками. Насколько проста ее конструкция, можно ли в домашних условиях собрать этот агрегат?

Принцип работы

Начинать сборку надо, разобравшись в принципе работы и устройстве прибора. С этого и начнем. Обратите внимание на рисунок выше, по нему и будем разбираться.

В состав прибора входят:

Генератор G, который создает переменный ток.
Конденсатор С вместе с катушкой L создает колебательный контур, который и обеспечивает установку высокой температурой.

Внимание! В некоторых конструкциях используется так называемый автоколебательный генератор. Это дает возможность убрать из схемы конденсатор.
Катушка в окружающем пространстве образует магнитное поле, в котором присутствует напряжение, обозначенное на нашем рисунке буквой «Н». Само магнитное поле существует в свободном пространстве, а может замыкаться через ферромагнитный сердечник.
Оно же действует и на шихту (W), в которой создает магнитный поток (Ф). Кстати, вместо шихты может быть установлена какая-нибудь заготовка.
Магнитный поток индуцирует вторичное напряжение, равное 12 В. Но это происходит лишь в том случае, если W является электропроводящим элементом.
Если нагреваемая заготовка большая и цельная, то внутри нее начинает действовать так называемый ток Фуко. Он вихревого типа.
При этом вихревые токи передают от генератора через магнитное поле тепловую энергию, тем самым нагревая заготовку.

Электромагнитное поле достаточно широкое. И даже многоступенчатость преобразования энергии, которое присутствует в самодельных индукционных печах, обладает максимальным КПД – до 100%.

Тигельная печь

Разновидности

Существуют две основные конструкции индукционных печей:

Канальные.
Тигельные.

Не будем здесь расписывать все их отличительные особенности. Просто отметим, что канальный вариант – это конструкция, которая похожа на сварочный аппарат. К тому же, чтобы плавить металл в таких печах, приходилось оставлять немного расплава, без которого процесса просто не получалось. Второй вариант – это усовершенствованная схема, где используется технология без остаточного расплава. То есть, тигель просто устанавливается прямо в индуктор.

Как это работает

Зачем дома нужна такая печь?

Вообще, вопрос достаточно интересен. Давайте рассмотрим вот такую ситуацию. Существует достаточно большое количество советских электрических и электронных приборов, в которых использовались золотые или серебряные контакты. Изъять эти металлы можно разными способами. Один из них – индукционная печка.

То есть, берете контакты, складываете их в узкий и длинный тигель, который устанавливаете в индуктор. Через минут так 15-20, снизив мощность, остудив аппарат и разбив тигелек, вы получите стержень, на конце которого вы обнаружите золотой или серебряный кончик. Срезаете и сдаете в ломбард.

Хотя необходимо отметить, что с помощью этого самодельного агрегата можно проводить различные процессы с металлами. К примеру, можно провести закалку или отпуск.

Катушка с батарейкой (генератором)

Компоненты печки

В разделе «Принцип работы» мы уже упоминали о всех частях индукционной печи. И если с генератором все понятно, то с индуктором (катушкой) надо бы разобраться. Для нее подойдет медная трубочка. Если вы собираете аппарат мощностью 3 кВт, то вам потребуется трубка диаметром 10 мм. Сама же катушка скручивается диаметром 80-150 мм, при количестве витков от 8 до 10.

Обратите внимание, что витки медной трубки не должны соприкасаться друг с другом. Оптимальное расстояние между ними 5-7 мм. Сама катушка не должна касаться экрана. Расстояние между ними – 50 мм.

Обычно промышленные индукционные печи имеют узел охлаждения. В домашних условиях сделать такое невозможно. Но для агрегата мощностью 3 кВт работа до получаса ничем не грозит. Правда, со временем на трубке будет образовываться медная окалина, которая снижает КПД прибора. Так что периодически катушку придется менять.

Генератор

В принципе, сделать генератор своими руками – не проблема. Но это возможно лишь в том случае, если вы обладаете достаточными знаниями в радиоэлектронике на уровне среднего радиолюбителя. Если таковых знаний нет, тогда забудьте об индукционной печке. Самое главное, что и эксплуатировать этот прибор тоже надо умеючи.

Если вы встали перед дилеммой выбора схемы генератора, тогда примите один совет – у него должен отсутствовать жесткий спектр тока. Для того чтобы было понятнее, о чем идет речь, предлагаем самую простую схему генератора для индукционной печи на фотографии снизу.

Схема генератора

Необходимые знания

Электромагнитное поле действует на все живое. В качестве примера можно привести мясо в микроволновке. Поэтому стоит позаботиться о безопасности. И, неважно, вы собираете печь и тестируете ее или работаете на ней. Есть такой показатель, как плотность потока энергии. Так вот он зависит от именно от электромагнитного поля. И чем выше частота излучения, тем хуже человеческому организму.

Во многих странах приняты меры безопасности, в которых учитывается плотность потока энергии. Есть разработанные допустимые пределы. Это 1-30 мВт на 1 м² тела человека. Эти показатели действуют, если облучение происходит не больше одного часа в сутки. Кстати, установленный оцинкованный экран снижает плотность потолка в 50 раз.

Не забудьте оценить статью.

Индукционные электроприборы долгое время применялись в металлургии и сварочном деле. Несмотря на кажущуюся сложность устройств, их изготовление не относится к высоким технологиям. Поэтому уже два десятилетия этот принцип широко используется в быту: в частности при создании электроплит.

Поломка оборудования с подобным нагревателем не является большой проблемой, однако сервисные центры выставляют внушительные ценники при каждом обращении. Поэтому при наличии элементарных навыков в радиоделе, можно произвести ремонт индукционной плиты своими руками. Об этом расскажет наш обзор.

Как работает индукционный нагреватель

Принцип работы основан не разогреве металлов индуцированными вихревыми токами. Любой металл, попавший в зону действия высокочастотного магнитного поля, интенсивно нагревается. Для этого необходимо выполнить несколько условий:

Материал должен эффективно поглощать энергию вихревого поля. Поэтому посуда для таких плит изготавливается из ферромагнитных металлов. Чаще всего - это сталь.
Частота колебаний переменного магнитного поля должна быть не менее, чем 20–60 кГц, для этого применяются соответствующие генераторы.
Зона действия индукционного поля очень компактна, поэтому металл (в данном случае дно посуды) должно быть как можно ближе к катушке индуктивности.

С точки зрения физики процесса, это высокочастотный трансформатор.

Роль первичной обмотки выполняет катушка индуктивности, по которой протекает ток высокой частоты. Вторичная обмотка, ни что иное, как дно посуды, в которой при воздействии переменного магнитного поля возникают такие-же токи, как в катушке. Благодаря этому возникает сильный нагрев металла.

Остановимся еще на одном условии:

Площадь поверхности обеих катушек (а они конструктивно плоские) должна быть максимально одинаковой.

Только в этом случае обеспечивается баланс передачи энергии. Для чего он нужен? На пустом пространстве (над катушкой индуктивности), вихревые токи работают вхолостую. «Лишняя» энергия магнитного поля начинает перегревать первичную катушку. Кроме того, избыточная температурная нагрузка переходит на выходные каскады генератора высокой частоты. Если радиаторы охлаждения не справляются, схема выходит из строя, и требуется ремонт компонентов индукционной плиты.

Устройство индукционного нагревателя

На иллюстрации изображены основные компоненты нагревательного элемента (условно без верхней «обмотки), то есть посуда отсутствует.

Датчик температуры контролирует степень нагрева, и в критических режимах отключает питание.
Катушка (первичная обмотка) представляет собой массивный медный проводник, плотно уложенный в виде спирали.
Ферриты, размещенные в корпусе, образуют ферромагнитный комплекс вместе с катушкой.
Печатная плата генератора переменного тока высокой частоты, оснащена теплоотводом выходного каскада, с принудительным охлаждением (вентилятор).
Корпус генератора обеспечивает эффективный обдув всей схемы.

Настоящие и мнимые неисправности индукционных плит

Полезный совет: если подходящей посуды нет, а у вас только индукционная плита, воспользуйтесь подходящим по диаметру ферромагнитным диском. Они есть в продаже, или его можно изготовить из толстой стальной сковороды.

Правда эффективность приготовления резко снизится, ведь источником тепла будет не сама посуда, а металлический диск. Зато вы сможете готовить на любимой медной сковороде или кастрюле из жаропрочного стекла.

Важно! Наличие в немагнитной посуде жидкости (даже воды) не заставит работать индукционную конфорку. Это не микроволновка.

Разборка и ремонт

Все причины, по которой индукционная варочная панель «имеет право» не работать, проверены: остается полноценный ремонт. В первую очередь, отсоедините плиту от электропитания (даже если вы уверены в себе, как мастер-электрик).

Затем нужно аккуратно снять декоративную поверхность, для получения доступа к внутренностям. Вне зависимости от бренда производителя, препарированные индукционные плиты выглядят так:

Производим внешний осмотр. Любые следы копоти, изменение цвета компонентов, следы температурной побежалости на металле, должны вызвать подозрение. Проблему надо искать с внешних проявлений.

Если ничего подозрительного не обнаружено - действуем по алгоритму «от простого к сложному:

Совет: процесс ремонта сильно упростится, если в вашем распоряжении окажется принципиальная схема электрической части. Ее можно скачать на профильных ремонтных сайтах или на портале производителя.

Неважно, что она может быть на английском языке (скорее всего это так). Любой начинающий мастер, умеющий читать схемы, легко в ней разберется.

Не лишним будет фотографировать каждый шаг, особенно перед демонтажем каждого узла. В последствии вы не допустите ошибок при сборке.

Самая «популярная» и реальная неисправность

Если взглянуть на упрощенную схему, становится ясно, что одним из важных компонентов является управляющий транзистор T1 выходного каскада (тот самый, который охлаждается радиатором).

Именно он подвержен тепловым перегрузкам, особенно в случае применения посуды меньшего диаметра. Работа схемы устроена таким образом, что при повышенной нагрузке на индукционную катушку, резко увеличивается рабочий ток транзистора. Перегоревшая деталь не обязательно диагностируется визуально, поскольку радиатор на месте, и он эффективен. Поэтому, если есть подозрение на выход транзистора из строя, его необходимо проверить индивидуально.

С помощью мультиметра можно без труда выявить неисправность, и заменить эту ответственную деталь.

Еще один претендент «на вылет» - это силовой конденсатор. На упрощенной схеме он обозначен как Cr. Он работает непосредственно вместе с индукционной катушкой, и также подвержен перегреву.

Алгоритм такой же: если на нем нет следов пробоя, выпаиваем и проверяем с помощью мультиметра.

Итог

Для опытного радиолюбителя ремонт платы генератора вполне посильная задача. А новичок может рассчитывать в основном на визуальные проверки и банальную прозвонку элементов.

Видео по теме

1. Теория.
Нагрев происходит за счет перемагничивания ферромагнетика, а не токов Фуко/Эдди/вихревых в сковороде, ибо при использовании только токов Фуко, в самой плите будет выделяться большее количество тепла или конструкция будет очень сложной с медными трубками. Все что дальше написанное, взято из pdf onsemiconductor, holtek и fairchild. На практике не проверял, по этому могу заблуждаться. Упрощенная схема индукционной плитки.

Cbus - конденсатор для стабилизации напряжения питания в течении одного периода колебательного процесса, 4...8мкФ;
Сr - резонансный конденсатор, 0.2...0.3мкФ;
Lr - индуктор, 100мкГн;
T1/D1 - IGBT типа IHW20N120R2, FGA15N120ANTD, IRGP20B120UD (Vces=1200V/Ic=15A/Toff+Tf=400нС/Vsat=1.6 V).

Какие процессы происходят, я отобразил на таком графике.

Цикл работы состоит из двух больших этапов: заряд индуктора линейнонарастающим током через открытый транзистор/диод и затухающего колебательного процесса при закрытом транзисторе. Которые можно разделить на несколько малых тактов.

Затухающий колебательный процесс при закрытом транзисторе. Исходное состояние здесь всегда одно и тоже: Cr заряжен до уровня Ubas, ибо он всегда, мгновенно, заряжается до уровня Ubas при открывании IGBT.

Cr разряжается на индуктор : ток через индуктор и напряжение на коллекторе IGBT нарастает до Ubas, ибо Uce=Ubas-Ucr.
Индуктор разряжается на Cr: ток через индуктор уменьшается, а напряжение на коллекторе IGBT растет до максимального возможного значения. Это значение пропорционально времени открытого состояния транзистора.
Cr разряжается на Lr до напряжения Ubas : ток индуктора растет, а напряжение коллектора IGBT падает до 0. Когда напряжение на коллекторе станет меньше нуля - откроется встречный диод IGBT.

Линейный процесс накачки индуктора. Исходное состояние здесь всегда одно и тоже: Cr заряжен до уровня Ubas, ибо при этом уровне заряда напряжение на встречном диоде переходит через ноль. Если отпирающий импульс на затвор транзистора придет раньше отпирания диода или когда диод уже закроется, т. е. резонансный конденсатор не зарядится до Ubus или уже разрядится на индуктор, то в начальный момент времени через транзистор пройдет большей ток и он будет сильно греться. Что плохо скажется на надежности. На этом этапе Cr всегда заряжен до уровня Ubas, а напряжение на коллекторе близко к 0.
1. Ток индуктора идет через встречный диод : ток через индуктор линейно падает до нуля. В это оптимальное время подавать отпирающий импульс на затвор.
2. Ток индуктора идет через IGBT : ток через индуктор линейно нарастает. В это время надо вовремя закрыть транзистор, что бы индуктор не накопил энергии достаточной для пробоя транзистора при такте 1.2.

Следствия.

Мощность регулируют при помощи изменения длительности пачки импульсов, ибо ШИП регулировать сложно: момент включения транзистора определяется переходом через ноль напряжения коллектора, а момент выключения максимальным возможным напряжением на коллекторе, то есть частота и скваженность связаны обратной зависимостью и регулировать ими мощность простым способом не получиться.
Если на плите нет посуды, то это может вывести из строя транзистор из-за повышения максимального напряжения (Cr зарядится до большего напряжения). Для предотвращения этого, каждые две секунды проводят процедуру контроля наличия сковороды: подают затравочный импульс, а потом считают сколько циклов будет затухать колебательный процесс. Если больше 3 - значит посуды нет и надо выключать плиту.
Самый тяжелый - первый импульс, ибо тогда заряжается Cr через IGBT.

2. Силовая схема.

Назначение элементов:
Li - ферритовый тор, надетый на сетевой провод, служит для подавления синфазных помех. В большинстве случаев его нет;
FUSE - предохранитель;
С1 - конденсатор фильтрации импульсных помех, в большинстве случаев его нет;
R1 - резистор для разряда C1 после отключения питания;
D1, D2 - выпрямитель для ИИП и контроля напряжения сети (для расчета мощности и защиты от перенапряжения);
RJ - шунт в виде куска толстого провода;
L1 - фильтр от импульсных помех, чаще всего его нет;
С2 - конденсатор для возможности возврата энергии колебательного контура с индуктором в промежуточный контур постоянного тока Ubas;
С3 - резонансный конденсатор, нужен для обеспечения непрерывного тока после запирания транзистора;
Lr1 - индуктор, служит для передачи энергии в посуду;
T1 - IGBT транзистор, нужен для преобразования постоянного тока в переменный;
R2 - резистор, предназначенный для гарантированного нахождения транзистора в запертом состоянии после включения;
R3 - резистор, предназначенный для подавления высокочастотного тока на затворе;
Uoutlet - выпрямленное напряжение в сети;
Ush - контроль тока для защиты от перегрузки;
Uce - контроль напряжения на коллекторе IGBT, служит защиты от перенапряжения и совместно с Ubas определяет момент включения IGBT;
Ubus - служит для определения момента включения IGBT.

Теорию работы я описал раньше, поэтому повторяться не буду.

3. Драйвер.

Назначение элементов:
D2 - не дает проседать 18V при уменьшении 18V на выходе ИИП, вместо диода может быть резистор сопротивлением 51 Ом или вообще ничего не быть;
С2 - стабилизация напряжение питания драйвера, может не быть;
R3, T4, R2, T3 - два каскада усиления с общим эмиттером;
T1 и T2 - эмитерный повторитель;
D1 - не дает подняться напряжению на выходе выше 18V;
R1 - ограничивает ток заряда затвора IGBT;
R5 - увеличивает входное сопротивление драйвера, необходимо для защиты выхода контроллера;
R4 - служит для канализации тока утечки T4;
С1 - ускоряет процесс переключения T4.

4. Источник Импульсного Питания 5 и 18 Вольт.
Они делаются по двум схемам: обратноходового преобразователя и прямоходового. В обоих случаях используются одни и теже компоненты: микросхема ШИП (ШИМ/PWM со встроенным ключом, чаще всего Viper12A), 78L05, трансформатор, резисторы и конденсаторы.

В обоих схемах S1 - это термопредохранитель упирающийся на теплостойкую крышку плитки. Часто его не бывает; R1 - служит для фильтрации (это если судить по схеме в datasheet samsung: там вместо резистора стоит дроссель на 300 мкГн) или как предохранитель (так написано у stm).

4.1. Обратноходовой преобразователь (flyback converter).

4.2 Прямоходовой преобразователь (Double Output Buck Converter) на тех же элементах.

Схема содрана у STM (AN1514, 3 страница), с точностью до номиналов используется в alaska ic1800. .

Несколько схем из AN1514.

5. Контроль напряжения на индукторе.
Несмотря на то, что IGBT надо открывать когда напряжение на коллекторе (Uce) чуть ниже нуля (когда открыт встроенный в него обратный диод), этот момент времени определяется не через пересечение этим напряжением нуля, а при помощи сравнения его с напряжением промежуточного контура постоянного тока (Ubus), с последующей задержкой. Напряжения сравниваются в встроенном в управляющую микросхему компараторе.
Еще этот компаратор используется для определения наличия сковороды: раз в 2 секунды открывается IGBT на 1 мС, а потом считаются колебания до полного их затухания, если их будет больше 3...24, то значит сковороды на плитке нет. Поэтому здесь используются два делителя, которые приводят входные напряжения около 1200V к величинам меньше 5V (напряжение питания управляющей микросхемы).
Дополнительно напряжение на коллекторе подается на аналоговый вход управляющей мс, для защиты от перенапряжения. Поэтому это напряжение делится еще в 1.5-3 раза. Хотя этого дополнительного делителя может и не быть.
Так как напряжение в 1200V пробьет любой одиноко стоящий резистор, то в верхних плечах делителя используют 2 или 3 последовательно включенных резистора на 1-2Вт, но так как Ubas сильно больше 300V быть не может, то в верхнем плече делителя Ubus на один или два резистора меньше ставят. На выходе делителей, последовательно с входами ic могут быть по резистору на 100-39000 Ом, вероятно, они нужны для дополнительной фильтрации помехи. В результате получается такая схема.

6. Контроль напряжения в сети.
В принципе - это тоже самое Ubus, но измеренное до выпрямителя. Используется для замера мощности и защиты от перенапряжения. Для обоих целей используются разные делители напряжения: выход одного делителя идет на вход АЦП, а другого на вход компаратора. Схемы делителей похожи предыдущие. Только напряжение на входе АЦП сильно усредняется конденсатором большой емкости.

Для экономии одного большого резистора, они могут на делитель подключенный к компоратору подавать постоянное напряжение подавать с делителя подключенного к АЦП через маленький резистор (это напряжения заведомо меньше 5V), а переменку через конденсатор.

7. Контроль тока.
Для контроля тока используется встроенный в управляющую микросхему операционный усилитель. То есть для этой схемы нужны два вывода: вход ОУ и его выход. В некоторых плитках еще используется встроенный компаратор для защиты по току. Схема понятна без пояснений.

8. Контроль температуры igbt.
Под igbt, при помощи резинки, вплотную прижат терморезистор. Он нужен для контроля температуры igbt.

Схема - обычный делитель напряжения, в одном плече которого стоит NTC термистор типа 3950-100k.

Рекомендуемая samsung логика контроля:
-температура выше 85° - понижаем мощность;
-температура выше 90° - выключаем плиту.

9. Контроль температуры поверхности.
Схема идентична предыдущей, только термистор прижат к поверхности плиты. Где находится термистор.

10. Пищалка и вентилятор.
Они могут управляться от отдельных выходов управляющей микросхемы, но в последнее время их подключают к одному выходу, но пищалку через конденсатор. Причем другой выход пищалки может быть подключен к любому напряжению: 0V, 5V или 18V.

11. Другие варианты конструкций.
1. Схема на тиристоре с резонансом напряжений. Она хотя проще этой, но она надежнее (не надо беспокоиться об моменте выключения тиристора), дороже (резонансный конденсатор емкостью в 10 раз больше) и тяжелее (конденсаторы тяжее будут). Сейчас ее не реализовать, ибо инверторные тиристоры промышленность перестала выпускать массово.

2. Полумостовой резонансный инвертор, предлагается STM.

Развитие кухонной бытовой техники не стоит на месте, и с недавних пор среди бытовых приборов появились современные модели, которые быстро завоевали популярность. Речь идет об индукционных варочных плитах.

Разберемся подробнее, что из себя представляет устройство, которое работает на основе таких физических явлений, как индукционные токи.

Виды индукционных плит

Панель этого типа пришла на кухни в 80-е годы прошлого столетия. В это время появились первые коммерческие образцы под торговой маркой AEG. Их стоимость являлась очень высокой. К тому же покупатели не были готовы отказаться от традиционных, известных и надежных печек. Поэтому новые поверхности были встречены довольно равнодушно.

Однако постепенно почитателей индукционных агрегатов становилось все больше. Такие варочные устройства перестали быть редкостью на кухне. Многие домашние хозяйки имеют собственный опыт их использования.

В наши дни торговля предлагает несколько видов индукционных панелей .

В комплекте с духовым шкафом . Это плита, состоящая из двух частей: индукционной варочной панели и духовки.
Комбинированные приборы . В таких приборах имеется несколько разных конфорок. В некоторых устройствах комбинируется принцип функционирования . Например, в панели из четырех конфорок две являются индукционными, а две — обычными электрическими .
Варочная панель с несколькими конфорками . Она удобна тем, что легко вставляется в столешницу . По желанию владельца, ее можно совместить с духовкой, которую ставят непосредственно под поверхностью. Но это не единственный вариант, ведь место под столешницей можно занять вместительными ящиками. В них всегда под рукой будет разная кухонная утварь.
Существуют также небольшие плитки с одной конфоркой . Они удобны своей мобильностью . Для них необязательно подыскивать одно единственное место, ведь такую плиточку нетрудно переставить на другое место. А еще она подходит для перевозок , ее можно даже взять с собой в командировку или путешествие.

Устройство индукционных плит

Конструкция состоит из таких элементов.

Горизонтальная поверхность , размер которой зависит от количества имеющихся на ней конфорок. Поверхность изготовлена из стеклокерамики, которая подходит для функционирования конструкции и становится интересной деталью интерьера.
Индукционные катушки , обеспечивающие работу прибора.
Блок управления .

Принцип работы

Работа устройства основана на свойствах электромагнитной индукции ,то есть появлении электротока в закрытом контуре из-за изменения магнитного тока.

Справка . Данное физическое явление было открыто англичанином М. Фарадеем еще в 1831 году.

Во многих электрических приборах, которыми мы пользуемся ежедневно, присутствует трансформатор.

Индукционная плита, по сути, это тот же трансформатор. Схема действия устройства проста. Стеклокерамическая поверхность скрывает катушку, обеспечивающую движение электрического тока. Его частота от 20 до 60 кГц.

Индукционная катушка – это первичная катушка, вторичной же становится кастрюлька, сковородка или другая посуда, в которой готовится то или другое блюдо.

При подаче индукционного тока на днище посуды происходит ее нагрев. Соответственно, нагревается и ее содержимое.

Важно! Особенность индукционных плит в том, что разогреваются кастрюли и сковороды. А сама поверхность, находящаяся над нагревательным элементом и под посудой, меняет свою температуру незначительно.

Следовательно, при нагреве токами индукции происходит минимизация тепловых потерь .
Заметные изменения происходят и с временем, которое тратится на нагревание посуды. По скорости нагрева индукционные конструкции превосходят результаты, которые показывают другие приборы .

Условие качественного функционирования

Качественная работа индукционных кухонных панелей обеспечивается использованием ферромагнитной посуды .

Такие сковороды и кастрюли могут быть металлическими. Но подойдет только такой металл, который реагирует на действие магнита. Поэтому необязательно искать какую-то специализированную посуду. Чтобы приготовить вкусное блюдо, достаточно использовать обыкновенную посуду, например, старые добрые чугунные сковородки. Допустимо использовать даже эмалированную посуду, но при одном условии, она должна притягивать магнит .

Важно! Посуда из фарфора, стекла и других материалов не подходит для индукционной панели.

Требования к посуде

При использовании обычной посуды нужно следить, чтобы она соответствовала ряду параметров.

По днищу минимальный диаметр не должен быть менее 120 мм.
Можно использовать посуду, имеющую днище толщиной от 2 до 6 мм .
Посуда, специально изготовленная для использования на индукционных панелях, имеет специальную маркировку . Она наносится на днище изделия.

Каждая компания изготовитель маркирует такую посуду по своим правилам. Но указание о том, что в ней можно варить на индукционной плите, можно найти в инструкции по эксплуатации .

Стоимость специально изготовленной посуды может превышать стоимость традиционной и напрямую зависит от бренда. Существует множество компаний, занимающиеся производством особой посуды.

Среди лидеров бренды Fissler и Woll из Германи и. В их каталогах не только сковородки и кастрюльки. Популярностью пользуются также жаровни и другая посуда. Некоторые изделия производятся вручную, имеют корпус толщиной 10 мм с керамическим покрытием.

Германия — не единственная страна, специализирующаяся на выпуске таких изделий. Их выпускают и другие европейские страны – Финляндия, Франция и многие другие. Продукция, изготавливаемая здесь, стоит несколько ниже, но также имеет достойное качество.

Сравнение индукционных плит и других варочных устройств

Индукционные агрегаты – это высокотехнологичные приборы, использующие иные физические принципы, чем другие устройства. Индукционный ток открывает для потребителей новые горизонты в приготовлении пищи и позволяет полностью контролировать этот процесс.

Отличия

Все дело в принципе

Главное различие разных варочных устройств относится к принципу их работы.

На газовых агрегатах не будем долго задерживаться. Здесь отличия очевидны: они в разных видах топлива, благодаря которому функционирует устройство.

Электроплиты в этом отношении, казалось бы, имеют не отличия, а сходство. Ведь в этих конструкциях все основано на электроэнергии. Но разница тем не менее есть!

Электроплита при включении нагревается до установленной температуры разогрева. Затем горячая поверхность устройства передает тепло посуде и тем самым нагревает емкость и ее содержимое.
Индукционная плита активирует магнитные токи, которые приводят к нагреванию кастрюль или сковородок, но панель при этом не меняет своей температуры .

Эффективность

Сравним эффективность использования различных устройств.

КПД нагрева :

электроплита со стеклокерамикой - 50–60%;
газовая плита - 60–65%;
индукционная панель - 90%.

Плюсы и минусы индукционных устройств

Достоинства

К несомненным достоинствам индукционных устройств относят следующие.

Увеличение скорости нагрева . Во время включения происходит нагревание посуды и соответственно продуктов, в то время как сама панель практически не нагревается.
Экономия электрической энергии . Физические принципы, ставшие основой этой кухонной техники, позволяют приготовить пищу с минимальными затратами электроэнергии. Это объясняется тем, что энергия расходуется, чтобы создать магнитное поле. Спираль разогревать не приходится.
Повышенная безопасность индукционных кухонных приборов. О ее поверхность невозможно обжечься . Эксплуатация такого устройства исключает возникновение загорания, даже при оставленной надолго конфорке. Как только блюдо приготовлено и плита выключена, она будет не горячей, а теплой.
Автоотключение . Плита самостоятельно распознает наличие посуды на своей поверхности и отключается в автоматическом режиме.

Недостатки

Справедливости ради надо отметить, что такая панель не лишена недостатков.

Для некоторых потребителей настороженное отношение к новому виду техники для кухни связано с тем, что приготовление пищи на индукционной плите требует использования специальной посуды . Она должна обладать определенными ферромагнитными свойствами. А посуду, изготовленную из алюминия или стекла, использовать не стоит.
Технику этого класса настойчиво не рекомендуется устанавливать рядом бытовыми приборами, изготовленными из металла.
Панель этих устройств требует бережного отношения . Упавшая на нее крышка или нож могут привести к трещине. Ставить на панель посуду также следует осторожно, потому что иначе плита может разбиться.
Но ключевой недостаток этой бытовой техники – высокая стоимость в сравнении с плитами, работающими на других принципах.

Какую индукционную панель выбрать

На рынке нашей страны большого выбора подобных плит нет.

Но все же среди того, что есть, можно остановиться на моделях, которые поставляет концерн AEG-Electrolux. По внешнему виду продукция этой компании мало чем отличается от традиционной электрической плиты со стеклокерамической поверхностью.

По состоянию на осень 2018 года ее стоимость лежит в пределах 30 тысяч рублей. представляет собой полнофункциональную кухонную технику. Конфорки этой модели по центру разогреваются до 100 градусов, по краям до 40 градусов.

Других компаний на нашем рынке нет.

Индукционная печь изобретена давно, еще в 1887 г, С. Фарранти. Первая промышленная установка заработала в 1890 г. на фирме Benedicks Bultfabrik. Долгое время индукционные печи и в индустрии были экзотикой, но не вследствие дороговизны электричества, тогда оно было не дороже теперешнего. В процессах, происходящих в индукционных печах, было еще много непонятного, а элементная база электроники не позволяла создавать эффективные схемы управления ими.

В индукционно-печной сфере переворот произошел буквально на глазах в наши дни, благодаря появлению, во-первых, микроконтроллеров, вычислительная мощность которых превышает таковую персональных компьютеров десятилетней давности. Во-вторых, благодаря… мобильной связи. Ее развитие потребовало появления в продаже недорогих транзисторов, способных отдавать мощность в несколько кВт на высоких частотах. Они, в свою очередь, были созданы на основе полупроводниковых гетероструктур, за исследования которых российский физик Жорес Алферов получил Нобелевскую премию.

В конечном итоге, индукционные печки не только совершенно преобразились в промышленности, но и широко вошли в быт. Интерес к предмету породил массу самоделок, которые, в принципе, могли бы быть полезными. Но большинство авторов конструкций и идей (описаний которых в источниках много больше, чем работоспособных изделий) плоховато представляют себе как основы физики индукционного нагрева, так и потенциальную опасность неграмотно выполненных конструкций. Настоящая статья призвана прояснить некоторые наиболее смутные моменты. Материал построен на рассмотрении конкретных конструкций:

Промышленной канальной печи для плавки металла, и возможности ее создания самостоятельно.
Тигельных печей индукционного типа, самых простых в исполнении и наиболее популярных среди самодельщиков.
Индукционных водогрейных котлов, стремительно вытесняющих бойлеры с ТЭНами.
Бытовых варочных индукционных приборов, конкурирующих с газовыми плитами и по ряду параметров превосходящих микроволновки.

Примечание: все рассматриваемые устройства основаны на магнитной индукции, создаваемой катушкой индуктивности (индуктором), поэтому и называются индукционными. В них можно плавить/нагревать только электропроводящие материалы, металлы и т.п. Есть еще электроиндукционные емкостные печи, основанные на электрической индукции в диэлектрике между обкладками конденсатора, они применяются для «нежного» плавления и электротермообработки пластиков. Но распространены они гораздо меньше индукторных, рассмотрение их требует отдельного разговора, поэтому пока оставим.

Принцип действия

Принцип работы индукционной печи иллюстрирует рис. справа. В сущности она – электрический трансформатор с короткозамкнутой вторичной обмоткой:

Генератор переменного напряжения G создает в индукторе L (heating coil) переменный ток I1.
Конденсатор С совместно с L образуют колебательный контур, настроенный на рабочую частоту, это в большинстве случаев повышает техпараметры установки.
Если генератор G автоколебательный, то С часто исключают из схемы, используя вместо него собственную емкость индуктора. Она у описанных ниже высокочастотных индукторов составляет несколько десятков пикофарад, что как раз соответствует рабочему диапазону частот.
Индуктор в соответствии с уравнениями Максвелла создает в окружающем пространстве переменное магнитное поле с напряженностью H. Магнитное поле индуктора может как замыкаться через отдельный ферромагнитный сердечник, так и существовать в свободном пространстве.
Магнитное поле, пронизывая помещенную в индуктор заготовку (или плавильную шихту) W, создает в ней магнитный поток Ф.
Ф, если W электропроводящая, индуцирует в ней вторичный ток I2, то тем же уравнениям Максвелла.
Если Ф достаточно массивна и цельная, то I2 замыкается внутри W, образуя вихревой ток, или ток Фуко.
Вихревые токи по закону Джоуля-Ленца отдает полученную им через индуктор и магнитное поле от генератора энергию, нагревая заготовку (шихту).

Электромагнитное взаимодействие с точки зрения физики достаточно сильно и обладает довольно высоким дальнодействием. Поэтому, несмотря на многоступенчатое преобразование энергии, индукционная печь способна показать в воздухе или вакууме КПД до 100%.

Примечание: в среде из неидеального диэлектрика с диэлектрической проницаемостью >1 потенциально достижимый КПД индукционных печей падает, а в среде с магнитной проницаемостью >1 добиться высокого КПД проще.

Канальная печь

Канальная индукционная плавильная печь – первая из примененных в промышленности. Она и конструктивно похожа на трансформатор, см. рис. справа:

Первичная обмотка, питаемая током промышленной (50/60 Гц) или повышенной (400 Гц) частоты, выполнена из медной, охлаждаемой изнутри жидким теплоносителем, трубки;
Вторичная короткозамкнутая обмотка – расплав;
Кольцеобразный тигель из жаростойкого диэлектрика, в котором помещается расплав;
Наборный из пластин трансформаторной стали магнитопровод.

Канальные печи используются для переплавки дюраля, цветных спецсплавов, получения высококачественного чугуна. Промышленные канальные печи требуют затравки расплавом, иначе «вторичка» не замкнется накоротко и нагрева не будет. Или между крошками шихты возникнут дуговые разряды, и вся плавка просто взорвется. Поэтому перед пуском печи в тигель наливают немного расплава, а переплавленную порцию выливают не до конца. Металлурги говорят, что канальная печь имеет остаточную емкость.

Канальную печь на мощность до 2-3 кВт можно сделать и самому из сварочного трансформатора промышленной частоты. В такой печи можно расплавить до 300-400 г цинка, бронзы, латуни или меди. Можно переплавлять дюраль, только отливке нужно по остывании дать состариться, от нескольких часов до 2-х недель, в зависимости от состава сплава, чтобы набрала прочность, вязкость и упругость.

Примечание: дюраль вообще был изобретен случайно. Разработчики, обозлившись, что легировать алюминий никак не удается, бросили в лаборатории очередной «никакой» образец и ушли в загул с горя. Протрезвились, вернулись – а никакой изменил цвет. Проверили – а он набрал прочность едва ли не стали, оставшись легким, как алюминий.

«Первичку» трансформатора оставляют штатной, она уже рассчитана на работу в режиме КЗ вторички сварочной дугой. «Вторичку» снимают (ее потом можно поставить обратно и использовать трансформатор по прямому назначению), а вместо нее надевают кольцевой тигель. Но пытаться переделать в канальную печь сварочный ВЧ-инвертор опасно! Его ферритовый сердечник перегреется и разлетится в куски из-за того, что диэлектрическая проницаемость феррита >>1, см. выше.

Проблема остаточной емкости в маломощной печке отпадает: в шихту для затравки кладут проволочку из того же металла, согнутую в кольцо и со скрученными концами. Диаметр проволоки – от 1 мм/кВт мощности печи.

Но появляется проблема кольцевого тигля: единственный подходящий для малого тигля материал – электрофарфор. В домашних условиях обработать его самому невозможно, а где взять покупной подходящий? Прочие огнеупоры не годятся вследствие высоких диэлектрических потерь в них или пористости и малой механической прочности. Поэтому, хотя канальная печь дает плавку высочайшего качества, не требует электроники, а ее КПД уже при мощности 1 кВт превышает 90%, у самодельщиков они не в ходу.

Под обычный тигель

Остаточная емкость раздражала металлургов – сплавы-то плавились дорогие. Поэтому, как только в 20-х годах прошлого века появились достаточно мощные радиолампы, тут же родилась идея: выкинуть на (не будем повторять профессиональные идиомы суровых мужиков) магнитопровод, а обычный тигель засунуть прямо в индуктор, см. рис.

На промышленной частоте так не сделаешь, магнитное поле низкой частоты без концентрирующего его магнитопровода расползется (это т. наз. поле рассеяния) и отдаст свою энергию куда угодно, только не в расплав. Компенсировать поле рассеяния можно повышением частоты до высокой: если диаметр индуктора соизмерим с длиной волны рабочей частоты, а вся система – в электромагнитном резонансе, то до 75% и более энергии ее электромагнитного поля будет сосредоточено внутри «бессердечной» катушки. КПД выйдет соответственный.

Однако уже в лабораториях выяснилось, что авторы идеи проглядели очевидное обстоятельство: расплав в индукторе, хотя бы и диамагнитный, но электропроводящий, за счет собственного магнитного поля от вихревых токов изменяет индуктивность нагревательной катушки. Начальную частоту понадобилось устанавливать под холодную шихту и менять по мере ее плавления. Причем в пределах тем больших, чем больше заготовка: если для 200 г стали можно обойтись диапазоном в 2-30 МГц, то для болванки с железнодорожную цистерну начальная частота будет около 30-40 Гц, а рабочая – до нескольких кГц.

Подходящую автоматику на лампах сделать сложно, «тянуть» частоту за болванкой – нужен высококвалифицированный оператор. Кроме того, на низких частотах сильнейшим образом проявляет себя поле рассеяния. Расплав, который в такой печи еще и сердечник катушки, до некоторой степени собирает магнитное поле возле нее, но все равно, для получения приемлемого КПД понадобилось окружать всю печь мощным ферромагнитным экраном.

Тем не менее, благодаря своим выдающимся достоинствам и уникальным качествам (см. далее) тигельные индукционные печи широко применяются и в промышленности, и самодельщиками. Поэтому остановимся подробнее на том, как правильно сделать такую своими руками.

Немного теории

При конструировании самодельной «индукционки» нужно твердо помнить: минимум потребляемой мощности не соответствует максимуму КПД, и наоборот. Минимальную мощность от сети печка возьмет при работе на основной резонансной частоте, Поз. 1 на рис. Болванка/шихта при этом (и на более низких, дорезонансных частотах) работает как один короткозамкнутый виток, а в расплаве наблюдается всего одна конвективная ячейка.

В режиме основного резонанса в печке на 2-3 кВт можно расплавить до 0,5 кг стали, но разогрев шихты/заготовки займет до часа и более. Соответственно, общее потребление электричества от сети будет большим, а общий КПД – низким. На дорезонансных частотах – еще ниже.

Вследствие этого индукционные печи для плавки металла работают чаще всего на 2-й, 3-й и др. высших гармониках (Поз. 2 на рис.) Требуемая для разогрева/расплавления мощность при этом возрастает; для того же полкило стали на 2-й понадобится 7-8 кВт, на 3-ей 10-12 кВт. Но прогрев происходит очень быстро, за минуты или доли минут. Поэтому и КПД выходит высокий: печка не успевает «съесть» много, как расплав уже можно лить.

У печей на гармониках есть важнейшее, даже уникальное достоинство: в расплаве возникает несколько конвективных ячеек, мгновенно и тщательно его перемешивающих. Поэтому можно вести плавку в режиме т. наз. быстрой шихты, получая сплавы, которые в любых других плавильных печах выплавить принципиально невозможно.

Если же «задрать» частоту в 5-6 и более раз выше основной, то КПД несколько (ненамного) падает, но проявляется еще одно замечательное свойство индукционки на гармониках: поверхностный нагрев вследствие скин-эффекта, вытесняющего ЭМП к поверхности заготовки, Поз. 3 на рис. Для плавки этот режим используется редко, но для разогрева заготовок под поверхностную цементацию и закалку – милое дело. Современная техника без такого способа термообработки была бы просто невозможна.

О левитации в индукторе

А теперь проделаем фокус: накрутим первые 1-3 витка индуктора, затем перегнем трубку/шину на 180 градусов, и остальную обмотку навьем в обратном направлении (Поз 4 на рис.) Подключим к генератору, введем в индуктор тигель в шихтой, дадим ток. Дождемся расплавления, уберем тигель. Расплав в индукторе соберется в сферу, которая там останется висеть, пока не выключим генератор. Тогда – упадет вниз.

Эффект электромагнитной левитации расплава используют для очистки металлов путем зонной плавки, для получение высокоточных металлических шариков и микросфер, и т.п. Но для надлежащего результата плавку нужно вести в высоком вакууме, поэтому здесь о левитации в индукторе упомянуто только для сведения.

Зачем индуктор дома?

Как видим, даже маломощная индукционная печка для квартирной проводки и лимитов потребления мощновата. Для чего же стоит ее делать?

Во-первых, для очистки и разделения драгоценных, цветных и редких металлов. Берем, к примеру, старый советский радиоразъем с позолоченными контактами; золота/серебра на плакировку тогда не жалели. Кладем контакты в узкий высокий тигелек, суем в индуктор, плавим на основном резонансе (выражаясь профессионально, на нулевой моде). По расплавлении постепенно снижаем частоту и мощность, давая застыть болванке в течение 15 мин – получаса.

По остывании разбиваем тигелек, и что видим? Латунный столбик с ясно различимым золотым кончиком, который остается только отрезать. Без ртути, цианидов и прочих убийственных реагентов. Нагревом расплава извне любым способом этого не добиться, конвекция в нем не даст.

Ну, золото-золотом, а сейчас и черный металлолом на дороге не валяется. Но вот необходимость равномерного, или точно дозированного по поверхности/объему/температуре нагрева металлических деталей для качественной закалки у самодельщика или ИП-индивидуала всегда найдется. И тут опять выручит печка-индуктор, причем расход электричества будет посильным для семейного бюджета: ведь основная доля энергии нагрева приходится на скрытую теплоту плавления металла. А меняя мощность, частоту и расположение детали в индукторе, можно нагреть именно нужное место именно как надо, см. рис. выше.

Наконец, сделав индуктор специальной формы (см. рис. слева), можно отпустить закаленную деталь в нужном месте, на нарушая цементации с закалкой на конце/концах. Затем, где надо – гнем, плющим, а остальное остается твердым, вязким, упругим. В конце можно снова разогреть, где отпускали, и опять закалить.

Приступаем к печке: что нужно знать обязательно

Электромагнитное поле (ЭМП) воздействует на человеческий организм, хотя бы прогревая его во всем объеме, как мясо в микроволновке. Поэтому, работая с индукционной печью в качестве конструктора, мастера или эксплуатанта, нужно четко уяснить себе суть следующих понятий:

ППЭ – плотность потока энергии электромагнитного поля. Определяет общее физиологическое воздействие ЭМП на организм независимо от частоты излучения, т.к. ППЭ ЭМП одной и той же напряженности растет с ростом частоты излучения. По санитарным нормам разных стран допустимое значение ППЭ от 1 до 30 мВт на 1 кв. м. поверхности тела при постоянном (свыше 1 часа в сутки) воздействии и втрое-впятеро больше при однократном кратковременном, до 20 мин.

Примечание: особняком стоят США, у них допустимая ППЭ – 1000 мВт (!) на кв. м. тела. Фактически, американцы считают началом физиологического воздействия внешние его проявления, когда человеку уже становится плохо, а долговременные последствия облучения ЭМП полностью игнорируют.

ППЭ при удалении от точечного источника излучения падает по квадрату расстояния. Однослойная экранировка оцинковкой или мелкоячеистой оцинкованной сеткой снижает ППЭ в 30-50 раз. Вблизи катушки по ее оси ППЭ будет в 2-3 раза выше, чем сбоку.

Поясним на примере. Есть индуктор на 2 кВт и 30 МГц с КПД в 75%. Следовательно, наружу из него уйдет 0,5 кВт или 500 Вт. На расстоянии в 1 м от него (площадь сферы радиусом 1 м – 12,57 кв. м.) на 1 кв. м. придется 500/12,57=39,77 Вт, а на человека – около 15 Вт, это очень много. Индуктор нужно располагать вертикально, перед включением печи надевать на него заземленный экранирующий колпак, следить за процессом издали, а по его окончании немедленно выключать печь. На частоте в 1 МГц ППЭ упадет в 900 раз, и с экранированным индуктором можно работать без особых предосторожностей.

СВЧ – сверхвысокие частоты. В радиэлектронике СВЧ считают с т.наз. Q-диапазона, но по физиологии СВЧ начинается примерно со 120 МГц. Причина – электроиндукционный нагрев плазмы клеток и резонансные явления в органических молекулах. СВЧ обладает специфически направленным биологическим действием с долговременными последствиями. Достаточно получить 10-30 мВт в течение получаса, чтобы подорвать здоровье и/или репродуктивную способность. Индивидуальная восприимчивость к СВЧ крайне изменчива; работая с ним, нужно регулярно проходить специальную медкомиссию.

Пресечь СВЧ-излучение очень трудно, оно, как говорят профи, «сифонит» сквозь малейшую щелочку в экране или при малейшем нарушении качества заземления. Эффективная борьба с СВЧ-излучением аппаратуры возможна только на уровне его конструирования высококлассными специалистами.

Важнейшая часть индукционной печи – ее нагревательная катушка, индуктор. Для самодельных печей на мощность до 3 кВт пойдет индуктор из голой медной трубки диаметром 10 мм или медной же голой шины сечением не менее 10 кв. мм. Внутренний диаметр индуктора – 80-150 мм, количество витков – 8-10. Витки не должны соприкасаться, расстояние между ними – 5-7 мм. Также никакая часть индуктора не должна касаться его экрана; минимальный зазор – 50 мм. Поэтому для прохождения выводов катушки к генератору нужно предусмотреть окно в экране, не мешающее его снимать/ставить.

Индукторы промышленных печей охлаждают водой или антифризом, но на мощности до 3 кВт описанный выше индуктор при работе его в продолжении до 20-30 мин принудительного охлаждения не требует. Однако он сам при этом сильно нагревается, а окалина на меди резко снижает КПД печи вплоть до потери ею работоспособности. Сделать самому индуктор с жидкостным охлаждением невозможно, поэтому его придется время от времени менять. Применять принудительное воздушное охлаждение нельзя: пластиковый или металлический корпус вентилятора вблизи катушки «притянут» к себе ЭМП, перегреются, а КПД печи упадет.

Примечание: для сравнения – индуктор для плавильной печи на 150 кг стали согнут из медной трубы 40 мм наружным диаметром и 30 внутренним. Число витков – 7, диаметр катушки по внутри 400 мм, высота тоже 400 мм. Для его раскачки на нулевой моде нужно 15-20 кВт при наличии замкнутого контура охлаждения дистиллированной водой.

Генератор

Вторая главная часть печи – генератор переменного тока. Сделать индукционную печь, не владея основами радиоэлектроники хотя бы на уровне радиолюбителя средней квалификации, не стоит и пытаться. Эксплуатировать – тоже, ведь, если печка не под компьютерным управлением, настроить ее в режим можно, только чувствуя схему.

При выборе схемы генератора следует всячески избегать решений, дающих жесткий спектр тока. В качестве антипримера приводим довольно распространенную схему на тиристорном ключе, см. рис. выше. Доступный специалисту расчет по прилагаемой к ней автором осциллограмме показывает, что ППЭ на частотах свыше 120 МГц от индуктора, запитанного таким образом, превышает 1 Вт/кв. м. на расстоянии 2,5 м от установки. Убийственная простота, ничего не скажешь.

В качестве ностальгического курьеза приводим еще схему древнего лампового генератора, см. рис. справа. Такие делали советские радиолюбители еще в 50-х годах, рис. справа. Настройка в режим – воздушным конденсатором переменной емкости С, с зазором между пластинами не менее 3 мм. Работает только на нулевой моде. Индикатор настройки – неоновая лампочка Л. Особенность схемы – очень мягкий, «ламповый» спектр излучения, так что пользоваться этим генератором можно без особых мер предосторожности. Но – увы! – ламп для него сейчас не найдешь, а при мощности в индукторе около 500 Вт энергопотребление от сети – более 2 кВт.

Примечание: указанная на схеме частота 27,12 МГц не оптимальна, она выбрана из соображений электромагнитной совместимости. В СССР она была свободной («мусорной») частотой, для работы на которой разрешения не требовалось, лишь бы устройство помех никому не давало. А вообще-то С можно перестраивать генератор в довольно широком диапазоне.

На следующем рис. слева – простейший генератор с самовозбуждением. L2 – индуктор; L1 – катушка обратной связи, 2 витка эмалированного провода диаметром 1,2-1,5 мм; L3 – болванка или шихта. В качестве контурной емкости используется собственная емкость индуктора, поэтому эта схема не требует настройки, она автоматически входит в режим нулевой моды. Спектр мягкий, но при неправильной фазировке L1 мгновенно сгорает транзистор, т.к. он оказывается в активном режиме с КЗ по постоянному току в цепи коллектора.

Также транзистор может сгореть просто от изменения наружной температуры или саморазогрева кристалла – каких-либо мер по стабилизации его режима не предусмотрено. В общем, если у вас завалялись где-то старые КТ825 или им подобные, то начинать эксперименты по индукционному нагреву можно с этой схемки. Транзистор должен быть установлен на радиатор площадью не менее 400 кв. см. с обдувом от компьютерного или ему подобного вентилятора. Регулировка можности в индукторе, до 0,3 кВт – изменением напряжения питания в пределах 6-24 В. Его источник должен обеспечивать ток не менее 25 А. Мощность рассеивания резисторов базового делителя напряжения не менее 5 Вт.

Схема на след. рис. справа – мультивибратор с индуктивной нагрузкой на мощных полевых тразисторах (450 B Uk, не менее 25 A Ik). Благодаря применению емкости в цепи колебательного контура дает довольно мягкий спектр, но внемодовый, поэтому пригоден для разогрева деталей до 1 кг для закалки/отпуска. Главный недостаток схемы – дороговизна компонент, мощных полевиков и быстродействующих (граничная частота не менее 200 кГц) высоковольтных диодов в их базовых цепях. Биполярные мощные транзисторы в этой схеме не работают, перегреваются и сгорают. Радиатор здесь такой же, как и в предыдущем случае, но обдува уже не нужно.

Следующая схема уже претендует на звание универсальной, мощностью до 1 кВт. Это – двухтактный генератор с независимым возбуждением и мостовым включением индуктора. Позволяет работать на 2-3 моде или в режиме поверхностного нагрева; частота регулируется переменным резистором R2, а диапазоны частот переключаются конденсаторами С1 и С2, от 10 кГц до 10 МГц. Для первого диапазона (10-30 кГц) емкость конденсаторов С4-С7 должна быть увеличена до 6,8 мкФ.

Трансформатор между каскадами – на ферритовом кольце с площадью сечения магнитопровода от 2 кв. см. Обмотки – из эмалированного провода 0,8-1,2 мм. Радиатор транзисторов – 400 кв. см. на четверых с обдувом. Ток в индукторе практически синусоидальный, поэтому спектр излучения мягкий и на всех рабочих частотах дополнительных мер защиты не требуется, при условии работы до 30 мин в день через 2 дня на 3-й.

Видео: самодельный индукционный нагреватель в работе

Индукционные котлы

Индукционные водогрейные котлы, без сомнения, вытеснят бойлеры с ТЭНами везде, где электричество обходится дешевле других видов топлива. Но их неоспоримые достоинства породили и массу самоделок, от которых у специалиста иной раз буквально волосы дыбом встают.

Скажем, такая конструкция: пропиленовую трубу с проточной водой окружает индуктор, а он запитан от сварочного ВЧ-инвертора на 15-25 А. Вариант – из термостойкого пластика делают пустотелый бублик (тор), по патрубкам пропускают через него воду, а для нагрева обматывают шиной, образующий свернутый в кольцо индуктор.

ЭМП передаст свою энергию воде хорошо; та обладает неплохой электропроводностью и аномально высокой (80) диэлектрической проницаемостью. Вспомните, как стреляют в микроволновке оставшиеся на посуде капельки влаги.

Но, во-первых, для полноценного обогрева квартиры или зимой нужно не менее 20 кВт тепла, при тщательном утеплении снаружи. 25 А при 220 В дают всего 5,5 кВт (а сколько это электричество стоит по нашим тарифам?) при 100% КПД. Ладно, пусть мы в Финляндии, где электричество дешевле газа. Но лимит потребления на жилье – все равно 10 кВт, а за перебор нужно платить по увеличенному тарифу. И квартирная проводка 20 кВт не выдержит, нужно тянуть отдельный фидер от подстанции. Во что такая работа обойдется? Если еще электрикам далеко до перебора мощности по району и они ее разрешат.

Затем, сам теплообменник. Он должен быть или металлическим массивным, тогда будет действовать только индукционный нагрев металла, или из пластика с низкими диэлектрическими потерями (пропилен, между прочим, к таким не относится, годится только дорогой фторопласт), тогда вода непосредственно поглотит энергию ЭМП. Но в любом случае выходит, что индуктор греет весь объем теплообменника, а воде тепло отдает только внутренняя его поверхность.

В итоге, ценой больших трудов с риском для здоровья, получаем бойлер с КПД пещерного костра.

Индукционный котел отопления промышленного изготовления устроен совсем по-иному: просто, но в домашних условиях невыполнимо, см. рис. справа:

Массивный медный индуктор подключается непосредственно к сети.
Его ЭМП греет также массивный металлический лабиринт-теплообменник из ферромагнитного металла.
Лабиринт одновременно изолирует индуктор от воды.

Стоит такой бойлер в несколько раз дороже обычного с ТЭНом, и пригоден для установки только на пластиковые трубы, но взамен дает массу выгод:

Никогда не сгорает – в нем нет раскаленной электроспирали.
Массивный лабиринт надежно экранирует индуктор: ППЭ в непосредственной близости от 30 кВт индукционного бойлера – ноль.
КПД – более чем 99,5%
Абсолютно безопасен: собственная постоянная времени обладающей большой индуктивностью катушки – более 0,5 с, что в 10-30 раз больше времени срабатывания УЗО или автомата. Его еще ускоряет «отдача» от переходного процесса при пробое индуктивности на корпус.
Сам же пробой вследствие «дубовости» конструкции исключительно маловероятен.
Не требует отдельного заземления.
Безразличен к удару молнии; сжечь массивную катушку ей не под силу.
Большая поверхность лабиринта обеспечивает эффективный теплообмен при минимальном температурном градиенте, что почти исключает образование накипи.
Огромная долговечность и простота пользования: индукционный бойлер совместно с гидромагнитной системой (ГМС) и фильтром-отстойником работает без обслуживания не менее 30 лет.

О самодельных котлах для ГВС

Здесь на рис. приведена схема маломощного индукционного нагревателя для систем ГВС с накопительным баком. В ее основе – любой силовой трансформатор на 0,5-1,5 кВт с первичной обмоткой на 220 В. Очень хорошо подходят сдвоенные трансформаторы от старых ламповых цветных телевизоров – «гробов» на двухстержневом магнитопроводе типа ПЛ.

Вторичную обмотку с таких снимают, первичку перематывают на один стержень, увеличив количество ее витков для работы в режиме, близком к КЗ (короткому замыканию) по вторичке. Сама же вторичная обмотка – вода в U-образном колене из трубы, охватывающем другой стержень. Пластиковая труба или металлическая – на промчастоте все равно, но металлическая должна быть изолирована от остальной системы диэлектрическими вставками, как показано на рис, чтобы вторичный ток замыкался только через воду.

В любом случае такая водогрейка опасна: возможная протечка соседствует с обмоткой под сетевым напряжением. Если уж идти на такой риск, то в магнитопроводе нужно насверлить отверстие под болт-заземлитель, и прежде всего наглухо, в грунт, заземлить трансформатор и бак стальной шиной не менее 1,5 кв. см. (не кв. мм!).

Далее трансформатор (он должен располагаться непосредственно под баком), с подключенным к нему сетевым проводом в двойной изоляции, заземлителем и водогрейным витком заливают в одну «куклу» силиконовым герметиком, как моторчик помпы аквариумного фильтра. Наконец, крайне желательно весь агрегат подключить к сети через быстродействующее электронное УЗО.

Видео: “индукционный” котел на основе бытовой плитки

Индуктор на кухне

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.

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.

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.