Использование индукционного нагрева

Принцип действия и области применения индукционного нагрева

Электротермические устройства, которые осуществляют нагрев электропроводящих материалов посредством наведения в них индуктированных токов, называются индукционными нагревателями. Поскольку э. д. с. индукции возникает при изменении возбуждающих электромагнитное поле токов, то такие устройства могут работать только на переменном токе.

Основным элементом индукционных нагревателей является индуктор — катушка, содержащая определенное количество витков, которая при пропускании по ней переменного тока создает переменное магнитное поле. Здесь происходит преобразование (первое) электрической энергии в энергию магнитного поля.

При внесении в переменное магнитное поле электропроводящего тела индуктированная в нем э. д. с. вызывает появление “вторичного” тока. Происходит обратное преобразование (второе) энергии магнитного поля в электрическую энергию.

И, наконец, вторичный ток, наведенный в нагреваемом теле, согласно закона Джоуля-Ленца выделяет тепло: электрическая энергия переходит в тепловую. В результате третьего преобразования энергии и получается то тепло, которое обеспечивает нагрев или расплавление материалов в индукционных нагревателях.

Схема индукционного нагрева

Для работы индукционных нагревателей не требуется непосредственного контакта источника энергии с нагреваемым объектом, а необходимо только наличие магнитной связи между объектом и индуктором.

Основным и наиболее давним применением индукционных нагревателей в промышленности является их использование в качестве индукционных электропечей, предназначенных для плавки цветных и черных металлов и их сплавов. Индукционные электропечи обеспечивают высокую чистоту плавки, так как не вносят в расплавляемый материал никаких примесей.

Кроме того, индукционные электропечи создают равномерный прогрев всей массы расплавляемого материала без значительных местных перегревов. Последнее обстоятельство очень важно при выплавке многокомпонентных сплавов, составные части которых имеют различные температуры плавления. При наличии местных перегревов (как, например, в дуговых печах) в таких сплавах интенсивно угарают более легкоплавкие компоненты и начальный состав шихты нарушается.

Область применения индукционных нагревателей не ограничивается установками для плавления металлов. Очень часто в современном производстве индукционный нагрев используется для поверхностной закалки деталей, в операциях изгиба труб и профильного проката марки биметаллических изделий, для пайки изделий сложной конфигурации и т. д.

При нагреве электропроводящих материалов в электромагнитном поле высокой частоты большую роль играет наличие поверхностного эффекта. Поверхностный эффект проявляется все более и более отчетливо по мере увеличения частоты питающего тока.

Возможность быстрого нагрева только верхних слоев материала, необходимая при поверхностной закалке, целиком основана на использовании этого эффекта.

Толщина слоя, называемая “глубиной проникновения тока”, зависит от удельного сопротивления материала, частоты тока и абсолютной магнитной проницаемости.

Кроме того, подбирая такой режим работы индукционного нагревателя, чтобы при нем обеспечивалась высокая концентрация индуктированных токов в поверхностных слоях, можно получить значительное увеличение к. п. д. нагревателя.

Главным достоинством метода индукционной поверхностной закалки является возможность концентрированного выделения тепловой энергии в поверхностных слоях изделий произвольной формы и возможность передачи энергии без непосредственного контакта между нагревателем и деталью. Равномерность нагрева деталей сложной конфигурации обеспечивается с помощью индукторов специальной формы. В общем случае форма индуктора повторяет очертания детали.

Применение индукционных нагревателей, как правило, обеспечивает улучшение качественных показателей технологических операций, повышение производительности труда и создает условия для перехода производства на более высокий уровень с широкой механизацией и автоматизацией процессов.

Индукционный нагрев применяется и для такой распространенной операции, как наплавка. Наплавкой называется неразъемное соединение слоя наплавляемого металла с основным металлом.

Обычно применяется наплавка цветных металлов и сплавов на стальные и чугунные изделия. Для наплавки необходимо и достаточно расплавить присадочный металл, а основной металл довести до температуры, близкой к температуре плавления присадочного материала. Присадочный материал, применяемый для наплавки, может быть в любой форме — в виде прутков, полос, стружки и т. д.

Использование индукционных нагревательных устройств в промышленности не ограничивается рассмотренными примерами, область их применения чрезвычайно широка и увеличивается с каждым годом.

Значительные преимущества использования индукционных методов нагрева — экономичность, универсальность применения, высокое качество продукции, рост производительности труда и т. д. — позволяют оценить эти методы как прогрессивные, а индукционные нагреватели считать наиболее совершенным видом электротермических устройств.

Индукционный нагрев, основные принципы и технологии.

Индукционный нагрев (Induction Heating) — метод бесконтактного нагрева токами высокой частоты (англ. RFH — radio-frequency heating, нагрев волнами радиочастотного диапазона) электропроводящих материалов.

Индукционный нагрев – это нагревание материалов электрическими токами, которые индуцируются переменным магнитным полем. Следовательно – это нагрев изделий из проводящих материалов (проводников) магнитным полем индукторов (источников переменного магнитного поля). Индукционный нагрев проводится следующим образом. Электропроводящая (металлическая, графитовая) заготовка помещается в так называемый индуктор, представляющий собой один или несколько витков провода (чаще всего медного). В индукторе с помощью специального генератора наводятся мощные токи различной частоты (от десятка Гц до нескольких МГц), в результате чего вокруг индуктора возникает электромагнитное поле. Электромагнитное поле наводит в заготовке вихревые токи. Вихревые токи разогревают заготовку под действием джоулева тепла (см. закон Джоуля-Ленца).

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

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

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

Например, при частоте 2 МГц глубина скин-слоя для меди около 0,25 мм, для железа ≈ 0,001 мм.

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

Применение:
Сверхчистая бесконтактная плавка, пайка и сварка металла.
Получение опытных образцов сплавов.
Гибка и термообработка деталей машин.
Ювелирное дело.
Обработка мелких деталей, которые могут повредиться при газопламенном или дуговом нагреве.
Поверхностная закалка.
Закалка и термообработка деталей сложной формы.
Обеззараживание медицинского инструмента.

Высокоскоростной разогрев или плавление любого электропроводящего материала.

Возможен нагрев в атмосфере защитного газа, в окислительной (или восстановительной) среде, в непроводящей жидкости, в вакууме.

Нагрев через стенки защитной камеры, изготовленной из стекла, цемента, пластмасс, дерева — эти материалы очень слабо поглощают электромагнитное излучение и остаются холодными при работе установки. Нагревается только электропроводящий материал — металл (в том числе расплавленный), углерод, проводящая керамика, электролиты, жидкие металлы и т. п.

За счёт возникающих МГД усилий происходит интенсивное перемешивание жидкого металла, вплоть до удержания его в подвешенном состоянии в воздухе или защитном газе — так получают сверхчистые сплавы в небольших количествах (левитационная плавка, плавка в электромагнитном тигле).

Поскольку разогрев ведётся посредством электромагнитного излучения, отсутствует загрязнение заготовки продуктами горения факела в случае газопламенного нагрева, или материалом электрода в случае дугового нагрева. Помещение образцов в атмосферу инертного газа и высокая скорость нагрева позволят ликвидировать окалинообразование.

Удобство эксплуатации за счёт небольшого размера индуктора.

Индуктор можно изготовить особой формы — это позволит равномерно прогревать по всей поверхности детали сложной конфигурации, не приводя к их короблению или локальному непрогреву.

Легко провести местный и избирательный нагрев.

Так как наиболее интенсивно разогрев идет в тонких верхних слоях заготовки, а нижележащие слои прогреваются более мягко за счёт теплопроводности, метод является идеальным для проведения поверхностной закалки деталей (сердцевина при этом остаётся вязкой).

Лёгкая автоматизация оборудования — циклов нагрева и охлаждения, регулировка и удерживание температуры, подача и съём заготовок.

Установки индукционного нагрева:

На установках с рабочей частотой до 300 кГц используют инверторы на IGBT-сборках или MOSFET-транзисторах. Такие установки предназначены для разогрева крупных деталей. Для разогрева мелких деталей используются высокие частоты (до 5 МГц, диапазон средних и коротких волн), установки высокой частоты строятся на электронных лампах.

Также для разогрева мелких деталей строятся установки повышенной частоты на MOSFET-транзисторах на рабочие частоты до 1,7 МГц. Управление транзисторами и их защита на повышенных частотах представляет определённые трудности, поэтому установки повышенной частоты пока ещё достаточно дороги.

Индуктор для нагрева мелких деталей имеет небольшие размеры и небольшую индуктивность, что приводит к уменьшению добротности рабочего колебательного контура на низких частотах и снижению КПД, а также представляет опасность для задающего генератора (добротность колебательного контура пропорциональна L/C, колебательный контур с низкой добротностью слишком хорошо «накачивается» энергией, образует короткое замыкание по индуктору и выводит из строя задающий генератор). Для повышения добротности колебательного контура используют два пути:
– повышение рабочей частоты, что приводит к усложнению и удорожанию установки;
– применение ферромагнитных вставок в индукторе; обклеивание индуктора панельками из ферромагнитного материала.

Так как наиболее эффективно индуктор работает на высоких частотах, промышленное применение индукционный нагрев получил после разработки и начала производства мощных генераторных ламп. До первой мировой войны индукционный нагрев имел ограниченное применение. В качестве генераторов тогда использовали машинные генераторы повышенной частоты (работы В. П. Вологдина) или искровые разрядные установки.

Схема генератора может быть в принципе любой (мультивибратор, RC-генератор, генератор с независимым возбуждением, различные релаксационные генераторы), работающей на нагрузку в виде катушки-индуктора и обладающей достаточной мощностью. Необходимо также, чтобы частота колебаний была достаточно высока.

Например, чтобы «перерезать» за несколько секунд стальную проволоку диаметром 4 мм, необходима колебательная мощность не менее 2 кВт при частоте не менее 300 кГц.

Выбирают схему по следующим критериям: надёжность; стабильность колебаний; стабильность выделяемой в заготовке мощности; простота изготовления; удобство настройки; минимальное количество деталей для уменьшения стоимости; применение деталей, в сумме дающих уменьшение массы и габаритов, и др.

На протяжении многих десятилетий в качестве генератора высокочастотных колебаний применялась индуктивная трёхточка (генератор Хартли, генератор с автотрансформаторной обратной связью, схема на индуктивном делителе контурного напряжения). Это самовозбуждающаяся схема параллельного питания анода и частотно-избирательной цепью, выполненной на колебательном контуре. Она успешно использовалась и продолжает использоваться в лабораториях, ювелирных мастерских, на промышленных предприятиях, а также в любительской практике. К примеру, во время второй мировой войны на таких установках проводили поверхностную закалку катков танка Т-34.

Недостатки трёх точки:

Низкий кпд (менее 40 % при применении лампы).

Сильное отклонение частоты в момент нагрева заготовок из магнитных материалов выше точки Кюри (≈700С) (изменяется μ), что изменяет глубину скин-слоя и непредсказуемо изменяет режим термообработки. При термообработке ответственных деталей это может быть недопустимо. Также мощные твч-установки должны работать в узком диапазоне разрешённых Россвязьохранкультурой частот, поскольку при плохом экранировании являются фактически радиопередатчиками и могут оказывать помехи телерадиовещанию, береговым и спасательным службам.

При смене заготовок (например, более мелкой на более крупную) изменяется индуктивность системы индуктор-заготовка, что также приводит к изменению частоты и глубины скин-слоя.

При смене одновитковых индукторов на многовитковые, на более крупные или более малогабаритные частота также изменяется.

Под руководством Бабата, Лозинского и других учёных были разработаны двух- и трёхконтурные схемы генераторов, имеющих более высокий кпд (до 70 %), а также лучше удерживающие рабочую частоту. Принцип их действия состоит в следующем. За счёт применения связанных контуров и ослабления связи между ними, изменение индуктивности рабочего контура не влечёт сильного изменения частоты частотозадающего контура. По такому же принципу конструируются радиопередатчики.

Недостаток многоконтурных систем — повышенная сложность и возникновение паразитных колебаний УКВ-диапазона, которые бесполезно рассеивают мощность и выводят из строя элементы установки. Также такие установки склонны к затягиванию колебаний — самопроизвольному переходу генератора с одной из резонансных частот на другую.

Современные твч-генераторы — это инверторы на IGBT-сборках или мощных MOSFET-транзисторах, обычно выполненные по схеме мост или полумост. Работают на частотах до 500 кГц. Затворы транзисторов открываются с помощью микроконтроллерной системы управления. Система управления в зависимости от поставленной задачи позволяет автоматически удерживать

а) постоянную частоту
б) постоянную мощность, выделяемую в заготовке
в) максимально высокий КПД.

Например, при нагреве магнитного материала выше точки Кюри толщина скин-слоя резко увеличивается, плотность тока падает, и заготовка начинает греться хуже. Также пропадают магнитные свойства материала и прекращается процесс перемагничивания – заготовка начинает греться хуже, сопротивление нагрузки скачкообразно уменьшается – это может привести к “разносу” генератора и выходу его из строя. Система управления отслеживает переход через точку Кюри и автоматически повышает частоту при скачкообразном уменьшении нагрузки (либо уменьшает мощность).

Индуктор по возможности необходимо располагать как можно ближе к заготовке. Это не только увеличивает плотность электромагнитного поля вблизи заготовки (пропорционально квадрату расстояния), но и увеличивает коэффициент мощности Cos(φ).

Увеличение частоты резко уменьшает коэффициент мощности (пропорционально кубу частоты).

При нагреве магнитных материалов дополнительное тепло также выделяется за счет перемагничивания, их нагрев до точки Кюри идет намного эффективнее.

При расчёте индуктора необходимо учитывать индуктивность подводящих к индуктору шин, которая может быть намного больше индуктивности самого индуктора (если индуктор выполнен в виде одного витка небольшого диаметра или даже части витка — дуги).

Имеются два случая резонанса в колебательных контурах: резонанс напряжений и резонанс токов.
Параллельный колебательный контур – резонанс токов.
В этом случае на катушке и на конденсаторе напряжение такое же, как у генератора. При резонансе, сопротивление контура между точками разветвления становится максимальным, а ток (I общ) через сопротивление нагрузки Rн будет минимальным (ток внутри контура I-1л и I-2с больше чем ток генератора).

Читайте также:  Водоотвод КПУ: особенности

В идеальном случае полное сопротивление контура равно бесконечности – схема не потребляет тока от источника. При изменение частоты генератора в любую сторону от резонансной частоты полное сопротивление контура уменьшается и линейный ток (I общ) возрастает.

Последовательный колебательный контур – резонанс напряжений.

Главной чертой последовательного резонансного контура является то, что его полное сопротивление минимально при резонансе. (ZL + ZC – минимум). При настройке частоты на величину, превышающую или лежащую ниже резонансной частоты, полное сопротивление возрастает.
Вывод:
В параллельном контуре при резонансе ток через выводы контура равен 0, а напряжение максимально.
В последовательном контуре наоборот – напряжение стремится к нулю, а ток максимален.

Принцип работы индукционного нагревателя

Индуктивный нагреватель функционирует благодаря взаимодействию генерируемых электромагнитным полем дросселя вихревых токов с металлической поверхностью. Существует несколько схем изготовления индукционного нагревателя своими руками. Самые доступные из них – конструкции из полипропиленовой трубы и сварочного инвертора.

Принцип работы индукционного нагревателя

Когда переменный электрический ток протекает по спирали дросселя, вокруг него формируется электромагнитное поле. При помещении в середину катушки сердечника из металла, обладающего магнитными свойствами, его температура повышается. Это индукционный нагрев – явление, возникающее под действием вихревых токов. Наблюдается оно только при питании дросселя переменным электротоком, обладающим достаточной частотой изменений знака и направления. Когда на индуктивную деталь поступает постоянный ток, изменения температуры сердечника не происходит.

На этом принципе основано функционирование индуктора для нагрева заготовок. Основным компонентом агрегата в большинстве случаев является спиральная конфигурация из металла. В плитах для приготовления пищи в этой роли задействован уплощенный элемент, находящийся на малом расстоянии от варочной панели. В отопительном котле роль индуктора выполняет трубка из стали, наполненная теплоносителем (его функцию выполняет жидкость).

Важными составляющими рассматриваемого агрегата являются генератор переменного тока и нагревательный элемент. Первый применяют для получения питания достаточно высокой частоты из типовой квартирной электросети в 50 Гц. Второй представляет собой конструкцию из металла, способную к поглощению теплоты при нахождении в полевом пространстве. Генератор направляет на индуктор (спиральный элемент) электроток, приведенный к нужным параметрам. При этом через катушку идет поток заряженных частиц, создающий поле. Металл, помещенный в зону его действия, разогревается под действием токов Фуке без прямого соприкосновения с индуктором. Для подогрева воды в таком агрегате необходимо наличие ее контакта с нагревательным элементом. Самым простым примером такой конструкции будет труба из металла, по которой проходит водный поток. В процессе жидкость охлаждает стенки, что продлевает срок службы конструкции.

Преимущества и недостатки прибора

Индукционный нагрев может предоставить ряд выгод, которые не способно дать применение электродных приспособлений. Поскольку нагрев жидкости осуществляется металлическим элементом, не принимающим участия в электрохимических реакциях, долговечность устройства зависит только от катушки. Продолжительностью ее эксплуатации определяется продолжительность функционирования устройства. Некоторые индукторы сохраняют работоспособность более 10 лет. С этим же связана совместимость агрегата с разными типами жидкостей-теплоносителей. Помимо простой воды для этой роли пригодны машинные масла и незамерзающие составы.

Внутренние части агрегата в процессе использования не покрываются скоплениями накипи. Благодаря постоянному соприкосновению с жидкостью снижается вероятность перегрева деталей, что также способствует продлению срока эксплуатации. Конвекция в устройстве обычно достигает достаточного уровня, чтобы не потребовалось устанавливать циркуляционный насос. Нет необходимости и в шумоизоляционных мероприятиях – аппарат работает достаточно тихо.

Однако индукционный нагреватель имеет и слабые стороны:

  1. Для функционирования устройства требуется электрическая энергия. В помещении, где не проведено электричество или нет возможности обеспечить к нему доступ, котел работать не сможет. В местах с регулярными сетевыми перебоями он не будет работать эффективно.
  2. При чрезмерном повышении температуры переносящая тепло жидкость переходит в газообразное состояние. Это провоцирует сильное повышение давления в конструкции, в результате чего может случиться разрыв труб. Чтобы это не произошло, потребуется оборудовать установку средствами контроля давления и температуры. Это могут быть манометр, термодатчик, приспособление для аварийного отключения при выходе параметров за рамки заданного диапазона.

Потребность в дополнительных оснастках может поспособствовать серьезному увеличению расходов на оборудование самодельного индукционного обогревателя.

Устройство считается почти полностью бесшумным, но на практике это не всегда так. Это касается моделей промышленного производства и установок, спроектированных в домашних условиях.

Варианты самодельных устройств

Сделать обогреватель в домашних условиях можно несколькими способами. Самым доступным вариантом является изготовление устройства из кухонной электрической плиты и полипропиленовой трубы. Сложным в исполнении, но достаточно мощным является инверторный аппарат.

Нагревательный элемент из трубы

Данная разработка предполагает демонтаж спирального индуктора, установленного в электроплите, и размещение на его месте новой конструкции. Для ее изготовления потребуется полипропиленовая трубка длиной 0,5 м и диаметром 4 см, магнитный элемент, 5 текстолитовых стержней, отводы для соединения с сетью отопления. Также понадобится приобрести моток проводника с площадью поперечника 2 мм² с покрытием из стеклоизола (такой кабель часто используют в сварочных трансформаторных устройствах) и металлические мочалки для мытья посуды.

Последовательность действий при изготовлении аппарата:

  1. В трубку помещают магнит и заполняют ее мочалками (вместо них допустимо применение порубленной проволоки).
  2. Монтируют отводы, снабженные резьбой.
  3. Вдоль корпуса наклеивают стерженьки, на которые наматывают провод, покрытый стеклоизолом.
  4. Разбирают варочную панель и снимают с нее заводской индуктор, исполненный в виде плоской спирали. На его место устанавливают подготовленную конструкцию.

Нагревателем в данном аппарате выступают металлические мочалки, помещенные в переменное поле катушки. При запуске панели в максимальном режиме при параллельном пропускании воды ее получится нагреть на 15-20 °С. Учитывая, что используемые для конструкции плитки обычно имеют мощность не более 2000 Вт, получившийся агрегат пригоден для обогрева жилых помещений площадью до 25 м².

Эффективность устройства можно увеличить, соединив его со сварочным аппаратом, но такая работа сопряжена с рядом трудностей. Во-первых, аппарат потребуется разбирать и искать на схеме места, еще не подвергшиеся выпрямлению. Это связано с тем, что в нем создается постоянный ток, а для функционирования нагревателя требуется переменный. Во-вторых, потребуется использовать более толстую проводку (например, медную диаметром 1,5 мм, покрытую эмалевым составом) и рассчитывать необходимое количество витков. Наконец, необходимо будет внедрить в установку механизм охлаждения.

Сборка индукционного котла

Данное решение не предполагает разборки плитки. Вместо этого мастеру будет нужно сварить по ее габаритам бачок котла. Берется профильная трубка из стали толщиной 2 мм и габаритами отверстия 2 на 4 см. Из нее потребуется сделать заготовочные элементы по ширине панели. Трубы свариваются по длине, совмещаясь меньшими сторонами. Кверху и книзу к торцовым частям нужно герметически приварить покрышки из железа. В них проделываются дырочки и устанавливаются патрубки, снабженные резьбой. Также нужно приварить пару уголков, формирующих полочку для печи.

Красить аппарат нужно температуростойким эмалевым составом. После его высыхания и закрепления котел монтируют на стену и врезают в отопительную систему. Варочная панель помещается в гнездышко с уголками и подсоединяется к электрической сети. Затем нужно наполнить установку теплоносителем, провести стравливание воздушных масс и завести нагрев индукторного элемента.

Самодельный нагреватель отличается недостаточной мощностью для обогрева больших жилплощадей. Морозной зимой он сможет отопить две маленькие комнаты. В переходные сезоны, когда температура воздуха на улице держится около нуля, агрегат сможет обслужить большие площади – до 40 м2.

Из сварочного инвертора

При намерении задействовать сварочный аппарат необходимо учитывать, что подсоединять индуктор к его зажимам напрямую строго запрещается. Нарушение этого требования чревато потерей работоспособности всех элементов установки. Чтобы объединить индуктивный нагреватель со сварочным аппаратом, в последнем придется провести ряд сложных манипуляций, требующих опытности мастера и детального понимания устройства агрегата. Первичную обмотку необходимо подключить вслед за преобразователем высокочастотных сигналов инверторного механизма вместо его встроенного индуктивного дросселя. Помимо этого, необходимо провести спайку блока конденсации и демонтировать диодный мостик.

Как сделать мощный индукционный нагреватель

Рассмотренные устройства имеют потребляемую мощность в районе 2,5 кВт. Чтобы изготовить аппарат с более высоким показателем (4 кВт), от мастера нужны серьезные знания в области радиоэлектроники. Неопытному радиолюбителю браться за эту работу небезопасно.

Одним из вариантов может быть конструкция из блока питания с двумя парами обмоток, трансформатора, драйверной и управляющей плат. Значение частоты, на которой функционирует агрегат, уступает резонансной. Две катушки служат для снабжения драйверов, одна – для платы управления, и еще одна является силовой. Она питает пусковой релейный механизм, вентилятор и насос охладителя.

Советы по безопасности

Установки этого типа широко применяются не только для отопления помещений, но и для проведения плавильных работ. Основная проблема, связанная с индукционными устройствами домашнего изготовления, связана с отсутствием узлов, обеспечивающих контроль показателей температуры и давления и предохранение от взрыва. Поэтому при эксплуатации таких агрегатов нужно проявлять внимательность и осторожность.

Перед запуском котла надлежит проверить наполнение полости теплоносителем. Корпус, выполненный из полимеров, без регулярного охлаждения жидкостью начнет плавиться. Это влечет за собой деформационные изменения и полный выход установки из строя. Также опасность может представлять выпадение накаленного металла из плавящегося корпуса. При таком инциденте потребуется провести замену ряда узлов установки.

К электричеству аппарат подключают через отдельный провод, который ведется от щита. Контакты нужно перекрыть изоляционным материалом. Если в конструкции задействован аппарат для сварки, его инвертор должен быть заземлен. Провод, используемый для этой операции, должен иметь 4-6 мм в поперечнике. Для предотвращения избыточного нагревания установки при отсутствии воды целесообразно вмонтировать во входное отверстие клапан избыточного давления.

Выводы и рекомендации

Браться за самостоятельное изготовление устройства есть резон, если в хозяйстве уже имеется индукционная панель. Затраты на ее приобретение достаточно высоки и сопоставимы с ценой электродного нагревателя. Мощность некоторых таких моделей достигает 10 кВт, в то время как смастерить в домашних условиях установку с показателем выше 2,5 кВт под силу только мастеру с должным уровнем компетентности (как минимум, нужно уметь собирать схему частотного преобразователя). Также перед монтажом необходимо удостовериться в отсутствии щелей и прорех, через которые жидкость из теплогенератора может просочиться наружу: такой инцидент способен вызвать пожар.

Индукционный нагреватель простой конструкции, рассчитанный на обслуживание небольшой площади помещения, несложно смастерить без специальной подготовки. Более мощные и эффективные варианты, например, со сварочным аппаратом или двумя платами, требуют от сборщика компетенций в области радиоэлектроники. Особенности строения этих установок обусловливают необходимость приобретения дополнительных средств контроля для обеспечения безопасности.

Индукционный нагрев: использование индукторов при сварке

При выполнении ремонтных, монтажных и производственных работ, когда необходимо обеспечить максимальную точность и чистоту сварки, используются индукторы. Эти устройства необходимы для индукционного нагрева металлических заготовок. Применение такого оборудования позволяет буквально за несколько секунд нагреть детали до нужной температуры, при которой металл становится мягким и легко поддается сварке. Чтобы приобрести индукторы по доступной цене, обратитесь в ООО «ТСК». В продаже имеется большой выбор оборудования для индукционного нагрева металлических заготовок. Модели отличаются по мощности, рабочему напряжению и частоте тока, стоимости, конструктивным особенностям и другим критериям. Вы легко подберете устройство для индукционного нагрева, которое отвечает конкретным требованиям и устраивает по цене.

Устройство индуктора

Техника для индукционного нагрева металлов имеет сборную конструкцию. Она состоит из двух основных узлов – самого индуктора, а также генерирующей установки, которая вырабатывает высокочастотные импульсы тока.

Индуктор представляет собой обыкновенную катушку индуктивности, состоящую из нескольких витков медного проводника. Для производства этих компонентов используется только бескислородная медь, в которой содержание посторонних примесей не должно превышать 0,1 %. Данное устройство может иметь различный диаметр (от 16 до 250 мм в зависимости от модели). Количество витков варьируется в пределах от 1 до 4.

Генератор, вырабатывающий импульсные токи для катушки индукционного нагрева, имеет достаточно внушительные габариты и массу. Он может быть выполнен по любой схеме генерации высокочастотных импульсов. К примеру, в современной промышленности часто используются генерирующие агрегаты, построенные на базе мультивибраторов, RC-генераторов, релаксационных контуров и т. д.

Если оборудование используется преимущественно для нагрева мелких деталей, частота вырабатываемых импульсов должна составлять не менее 5 МГц. Эти агрегаты разрабатываются на основе электронных ламп. Если же техника применяется для нагрева крупных металлических заготовок, целесообразно использовать индукционные установки с рабочей частотой до 300 кГц, построенные на базе инверторов на IGBT-схемах или MOSFET-транзисторах.

Принцип работы индукторов

Устройства для индукционного нагрева металлов работают по простому принципу, базирующемуся на явлении электромагнитной индукции. Когда через катушку проходит переменный ток высокой частоты, вокруг и внутри нее образуется мощное магнитное поле. Оно вызывает появление вихревых токов внутри обрабатываемой металлической заготовки.

Поскольку деталь, как правило, имеет крайне малое электрическое сопротивление, она быстро нагревается под воздействием вихревых токов. В итоге ее температура увеличивается до такой степени, что металл становится более мягким и начинает плавиться. Именно в этот момент выполняется сваривание концов обрабатываемых заготовок.

Основные разновидности индукторов

В современной промышленности получили широкое распространение три типа агрегатов для индукционного нагрева металлических деталей:

  • трубчатые. Внешне такие устройства напоминают бытовые кипятильники. Индукторы состоят из 2, 3 или 4 витков медного проводника, поверхность которого обработана специальным защитным покрытием. Эти агрегаты применяются для индукционного нагрева небольших деталей. Внутренние диаметры рабочих элементов, как правило, варьируются в диапазоне от 16 до 90 мм;
  • ленточные. Отличительной особенностью оборудования этого типа является увеличенный внутренний диаметр. Данный параметр может варьироваться в пределах от 28 до 250 мм. Большинство моделей ленточных индукторов состоит из 1 или 2 витков. Витки помещены в защитную ленточную оболочку;
  • сборные. Оборудование данного вида применяется для индукционного нагрева больших металлических заготовок. Внутренний диаметр рабочих элементов составляет от 70 до 610 мм. Мощность нагрева для некоторых моделей этих устройств может достигать 400 кВт;
Читайте также:  Красивая и практичная мебель для балкона

Преимущества индукционного нагрева

Технология индукционного нагрева обладает рядом преимуществ.

  • Индукционное оборудование позволяет быстро разогревать и плавить любые металлические детали. Термическая обработка заготовок при этом может проводиться в десятки раз быстрее, чем при применении газовых горелок. Индукционный агрегат позволяет получить нужную температуру детали буквально за несколько секунд.
  • Нагрев можно проводить в различной среде. К примеру, индукционный агрегат вместе с заготовкой могут помещаться в атмосферу защитного газа, окислительную или восстановительную среду, жидкость и даже вакуум. Стандартные устройства газового разогрева не могут использоваться в подобных условиях.
  • Процесс индукционного нагрева происходит исключительно за счет тепловой энергии, которая выделяется при прохождении вихревых токов через заготовку. Поэтому поверхность детали не загрязняется продуктами горения факела (как при газопламенном нагреве) или веществом электрода (как при дуговой сварке).
  • Агрегаты индукционного нагрева можно использовать в любых условиях, даже в плохо проветриваемых и закрытых помещениях. Это обусловлено тем, что в процессе работы такое оборудование не загрязняет окружающий воздух продуктами сгорания.
  • Индукторы можно использовать для местного и избирательного нагрева заготовок, при котором нужно повысить температуру не всей детали, а отдельных ее частей.

Недостатки технологии

Метод индукционного нагрева металлических заготовок имеет и некоторые недостатки, которые обязательно нужно учесть, прежде чем приступить к работе с оборудованием.

  • Индукторы имеют достаточно сложную конструкцию. Для работы с ними, их ремонта и обслуживания нужно привлекать квалифицированных специалистов, прошедших соответствующую подготовку.
  • Для полноценной эксплуатации устройств индукционного нагрева требуется мощный источник электрической энергии. Также необходимо иметь специальный бак и насос, чтобы обеспечить качественное охлаждение агрегата.
  • Несмотря на довольно компактные размеры самого индуктора, вся установка в комплекте с генератором занимает много места и имеет большой вес. Поэтому такая техника непригодна для работы в полевых условиях. Ее целесообразно использовать для стационарной установки в помещениях. Для выездных работ лучше применять другие виды техники для нагрева металлических деталей.

Как индукционный нагрев применяется в сварке

Процесс сваривания металлических деталей при помощи устройств индукционного нагрева происходит следующим образом. Свариваемые заготовки помещаются внутрь витков индуктора, на него подается ток высокого напряжения и частоты. В этот момент возникают вихревые токи, в результате чего детали быстро нагреваются. Противоположные края свариваемых заготовок сближают по направлению друг к другу, располагая их под некоторым углом.

В момент, когда детали соприкасаются, между их кромками образуется V-образная щель. Вихревые токи, сгенерированные в заготовках, встречают на своем пути эту щель и отклоняются ближе к вершине угла схождения. В силу поверхностного эффекта электрический заряд сосредоточивается на краях свариваемых деталей, и именно в этих точках нагрев происходит более интенсивно. В конечном итоге кромки заготовок плавятся и соединяются между собой. По мере их сваривания положение деталей выравнивается до горизонтального, V-образная щель исчезает, и металлические элементы прочно привариваются друг к другу.

Вы можете приобрести оборудование для индукционной сварки в нашей компании. Чтобы сделать заказ, обсудить условия доставки и оплаты товара, позвоните по телефону, который указан на сайте.

Обогреватель индукционного типа

Нагревающие устройства, принцип действия которых основан на индукционном нагреве, называются индукционными нагревателями. Применяются они как в промышленности, так и в быту, причём в промышленности значение их использования трудно переоценить.

Рассмотрим эти устройства подробнее.

Устройство и принцип действия индукционного нагревателя

Упрощённо индукционный нагреватель состоит из трёх составных элементов:

  • генератор переменного тока (1);
  • индуктор (2);
  • сердечник (3).

В катушку, состоящую из определённого числа витков проводника заданной площади сечения, помещают токопроводящий (металлический, графитовый) стержень без непосредственного контакта с ней, после чего на контакты катушки с генератора переменного тока подаётся напряжение. Вокруг витков катушки образуется электромагнитное поле, под воздействием которого в стержне возникают вихревые токи Фуко, разогревающие сердечник. Таким образом, теплопередача на сердечник отсутствует, тепло вырабатывается им самостоятельно под воздействием блуждающих в нём токов, и может быть передано при помощи теплоносителя. Температура стержня повышается не одновременно по всей массе, а от поверхностных слоёв к центру, в зависимости от теплопроводности материала сердечника. При этом, повышение частоты переменного тока уменьшает глубину индуктивного нагрева, но увеличивает его интенсивность. Особого внимания заслуживает то обстоятельство, что катушка вокруг сердечника во время работы остаётся практически холодной.

Наглядно этот процесс выглядит так:

Области применения

В промышленности индукционные нагреватели используются для выполнения следующих сложных процессов:

  • сверхчистая плавка металлов (производится в канальных — бесконтактных индукционных печах);
  • гибка стальных труб большого диаметра;
  • выполнение поверхностной закалки стальных изделий (строительная арматура, детали передаточных механизмов станков и т.д.);
  • термообработка мелких деталей сложной конфигурации;

В быту индукционные нагревательные устройства распространены также достаточно широко. Области их применения:

  • бытовые автономные системы отопления (для дачи, квартиры, частного дома);
  • индукционные варочные поверхности и плитки для кухни;
  • тигельные печи малого объёма для бытовой плавки металла;
  • ювелирное ремесло.

Поскольку основная тема статьи – индукционный обогреватель, то подробно остановимся на отопительном котле, в основу работы которого заложена идея индуктивного нагрева теплоносителя.

Индукционный обогреватель – котёл отопления

С тех пор, как владельцы жилья стали устанавливать в своих домах автономные системы отопления, вопрос экономичности нагревательных котлов для них остаётся одним из самых важных. По этому показателю, по крайней мере, среди устройств, вырабатывающих тепло из электричества, индукционные котлы отопления лидируют. При этом мощность их, не сравнимая с идентичным параметром такого прибора, как плинтусный обогреватель, позволяет применять агрегаты в качестве основного способа отопления в помещениях большой площади.

Индукционные котлы отопления состоят из двух контуров – первичного (электромагнитного) и вторичного (теплообменная обвязка). Первый контур, состоящий из преобразователя напряжения и теплогенератора с нагревателем индукционного типа, создаёт электромагнитное поле, вихревые токи и вырабатывает тепло. Второй контур, включающий в себя теплообменник с системой обвязки, передаёт это тепло посредством циркуляции теплоносителя на радиаторы системы отопления. В качестве теплоносителя используется вода в чистом виде или с присадками.

Кроме указанных двух контуров, система отопления включает автоматику, отвечающую за работу отдельных узлов агрегата.

Современные индукционные котлы отопления устанавливаются только в теплообменный контур закрытого типа, имеющий в конструкции расширительный бачок мембранного типа и насос принудительной циркуляции. Использование циркуляционного насоса является вынужденной мерой и обусловлено малым объёмом теплоносителя при высокой интенсивности нагрева теплообменника. Возможность естественной циркуляции в такой системе исключена – без насоса закипание воды произойдёт раньше начала её движения по трубам.

Важно! Индукционный котёл должен быть обязательно заземлён. Кроме того, при монтаже системы отопления контур разводки теплоносителя в целях безопасности необходимо монтировать из пластиковых труб, или же изолировать нагревательный агрегат от стального контура вставкой фитингов из полипропилена.

Классифицируются индукционные котлы отопления идентично другим отопительным электрическим агрегатам – по мощности, исполнению, параметрам потребляемого электричества. Но у этих устройств имеется ещё классификация по конструктивному решению электрической части.

Разновидности индукционных котлов

Существуют следующие разновидности нагревательных котлов индукционного типа, обозначаемые как по принципу действия, так и по марке производителя:

  • SAV – разновидность и одновременно торговая марка котлов нового поколения мощностью от 2,5 до 100 кВт, с 2007 г. выпускаемых российской компанией ЗАО НПК «ИНЭРА»;
  • ВИН — аббревиатура является не только сокращением названия вида индукционных устройств (вихревые индукционные нагреватели), но и запатентованным названием котлов, производимых ижевской компанией «Альтернативная энергия».

Индукционные обогреватели SAV

Эксплуатация агрегатов SAV не требуют использования инвертора, на индуктор подаётся ток частотой 50 Гц. Индуцированное первичной обмоткой электромагнитное поле вызывает образование вихревых потоков во вторичной обмотке, роль которой в котлах данного типа выполняет участок замкнутого контура труб с теплоносителем. Данный участок трубы – вторичная обмотка интенсивно нагревается под воздействием токов Фуко и передаёт тепло теплоносителю, принудительно циркулирующему в системе отопления с помощью циркуляционного насоса.

Устройство отопительной системы выполняется с использованием радиаторов или лабиринтовым способом, напоминающим плинтусовый обогрев, чтобы увеличить общую площадь наружной поверхности (теплоотдачи) труб — контур отопления, как минимум, не должен быть минимальным по протяжённости.


Котлы SAV производятся под напряжение в 220V и 380V. В качестве теплоносителя в них используется вода (в чистом виде или с противозамерзающими присадками), а также антифриз. Выход агрегата на полную мощность работы занимает порядка 5-20 минут (в зависимости от объёма теплоносителя), КПД нагревателей таких устройств составляет минимум 98%. Для эффективного обогрева помещения площадью до 30 м кв. достаточно индукционного устройства мощностью в 2,5 кВт, покупка которого в комплекте с системами автоматики и управления обойдётся приблизительно в 30 тыс. руб.

ВИН-агрегаты отопления

Котлы данного типа более совершенны по принципу действия и конструкции, что, естественно, отражается на их стоимости. Для работы ВИН-устройств необходим инвертор – устройство повышения частоты входящего тока. Ток высокой частоты вызывает образование электромагнитного поля высокой напряжённости, которое, в свою очередь, обуславливает возникновение более мощных вихревых токов во вторичной обмотке. Кроме того, теплообменник и корпус котла изготавливаются из ферромагнитных сплавов, имеющих собственное магнитное поле. Результатом всех этих процессов является большая интенсивность нагрева теплообменника и, естественно, теплоносителя.

ВИН-агрегата мощностью в 3 КВт достаточно для отопления помещения площадью 35-40 м кв. (в зависимости от климатических условий и качества теплоизоляции наружных строительных конструкций).

ВИН-агрегаты вследствие большей производительности могут использоваться не только в системах отопления жилья, но и для горячего водоснабжения. Для этого в контур теплоносителя врезают дополнительные накопительные резервуары, оборудованные защитной автоматикой, ёмкость которых рассчитывается в зависимости от количества точек горячего водозабора. Горячей водой эти ёмкости обеспечиваются путём её циркуляции в системе с прямоточным нагревом индукционным обогревателем.

Оценка маркетинговых характеристик-утверждений

Индукционным котлам отопления приписывают множество достоинств, часто – без аргументов. Перечислим эти характеристики и дадим оценку степени соответствия утверждений факту:

Экономичность

Утверждение

Потребление электроэнергии индукционными котлами на 20-30% меньше, чем другими обогревателями на электричестве.

Все нагревательные электроприборы, не выполняющие механической работы, 100% энергии электрического тока превращают в тепло, их КПД всегда ниже 100%, но отличается по величине у разных устройств в разных условиях. Для выработки 1 КВт тепловой энергии необходимо затратить более 1 КВт электричества, а вот насколько более — зависит от параметров среды рассеивания. Внутри котла потери, конечно, тоже присутствуют – например, на нагрев катушки, так как любой материал проводника имеет сопротивление, но все эти потери остаются внутри помещения

Важно! Счётчики старого образца (бакелитовые) зафиксируют меньший (в 1,6 – 1,8 раза) расход электроэнергии, чем современные электронные, так как они не рассчитаны на учёт реактивной мощности индукционных котлов.

Возможно, этим фактом и обусловлено утверждение об экономичности индукционных котлов.

Долговечность

Утверждение

Высокая надёжность и большой ресурс оборудования — более 25 лет.

Действительно, отсутствие подвижных деталей исключает механический износ индукционных котлов. Но в систему отопления с ВИН-агрегатом входит циркуляционный насос, ресурс которого гораздо скромнее. Кроме того, в систему управления и автоматики входят механизмы, также состоящие из многих комплектующих, подверженных износу.

Сердечник индукционного нагревателя функционирует в условиях постоянного циклического нагрева и охлаждения, температурных деформаций, которые тоже являются отрицательным фактором. Поэтому называть ресурс индукционных котлов чуть ли не безграничным – преувеличение. Однако он и в самом деле в разы выше ТЭНовых нагревателей.

Неизменность характеристик за весь срок эксплуатации

Утверждение

Отсутствие процесса образования накипи на внутренней поверхности труб обуславливает постоянную эффективность нагревателя и теплообменника.

Накипь – это отложение солей, содержащихся в воде (теплоносителе). Количество этих примесей в ограниченном объёме теплоносителя также ограничено и невелико, поэтому влияние накипи на эффективность обогревателя незначительно. А в индукционном котле вторичная обмотка находится под почти постоянным воздействием вибрации, и образования накипи не происходит вообще. Так что утверждение верное, преувеличена лишь его значимость.

Бесшумность

Утверждение

Работа индукционных обогревательных котлов бесшумна, что отличает их от других электрических отопителей.

Утверждение справедливо, но — все бойлеры на электроэнергии не шумят при работе, так как в диапазон их колебаний акустические волны не входят. Шуметь может только циркуляционный насос, но при желании можно подобрать модель бесшумного действия.

Компактность

Утверждение

Индукционные котлы компактны, что удобно при выборе места их установки.

Это действительно так, если не применять каскада индукционных котлов и не устанавливать промежуточных резервуаров при наличии нескольких точек горячего водозабора в системе горячего водоснабжения, так как индукционный нагреватель – это по большому счёту небольшой кусок трубы с обмоткой.

Безопасность

Утверждение

Безопасность устройства абсолютна.

Абсолютно безопасных электронагревателей не существует. При эксплуатации индукционных устройств не исключена вероятность утечки теплоносителя из системы, а генератор электромагнитного поля продолжит свою работу, и система пустых труб будет нагреваться. Для предотвращения возникновения такой ситуации в конструкции котла предусмотрено устройство автоматического отключения, но ведь и оно может выйти из строя.

Поэтому индукционные обогреватели, выигрывая у соперников по некоторым критериям безопасности, полностью безопасными не являются.

Недостатки индукционных нагревателей

  • Высокая стоимость устройств.
  • Значительный вес при компактности.
  • Наличие фактора влияния электромагнитного поля на организм и приборы.

Последний пункт рассмотрим подробнее.

Электромагнитное поле влияет на живые организмы приблизительно так, как на продукты в микроволновой печи – прогревает их на определённую глубину, и это может иметь последствия. Интенсивность воздействия поля, в том числе на человека, определяется таким его показателем, как плотность потока энергии (ППЭ), растущая с увеличением частоты подаваемого на первичную обмотку тока. При эксплуатации индукционных обогревателей необходимо соблюдать санитарную норму предельного значения ППЭ, которая установлена в СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96, зависит от продолжительности воздействия поля и составляет, к примеру, для 8-часового воздействия – 25 мкВт/кв.см, одночасового – 200 мкВт/кв.см.

Читайте также:  5 самых удачных стилей для интерьера маленькой спальни

Кроме того, излучение индуктора отрицательно влияет на электронику и радиоаппаратуру, расположенную поблизости, создавая помехи при работе.

Важно! Чтобы защититься от воздействия электромагнитного поля, можно обнести котёл мелкоячеистой (1х1, 2х2 мм) металлической сеткой (клеткой Фарадея), не контактирующей с корпусом котла и заземлённой.

Правила эксплуатации

Безопасная эксплуатация индукционных котлов отопления, как и любых других технических устройств, обеспечивается выполнением ряда правил, касающихся как их монтажа, так и использования после установки:

  • Заземление котла обязательно.
  • Расстояние от устройства до стен по бокам должно быть не менее 30 см, от нижней точки котла до пола – 80 см, от верхней его точки до потолка – 80 см.
  • Индукционные котлы устанавливаются только в закрытый контур с расширительным баком мембранного типа.
  • Система должна включать в себя блок устройств обеспечения безопасности (манометр, воздушный клапан, клапан сброса избыточного давления, система автоматического отключения при перегреве).

Обзор известных производителей

  • Эдисон – нагреватели индукционного типа мощностью от 4,7 до 500 КВт, выпускаемые новосибирским заводом «СибТехноМаш», для бытовых и промышленных нужд;
  • Miratron – продукция российского производителя индукционного отопительного оборудования НПК Миратрон для бытового использования, отличающаяся передовым дизайном, позволяющим использовать оборудование без ущерба интерьеру помещения;
  • Teco-House – индукционные котлы отопления с уникальной системой управления, производимые одноимённой украинской компанией по стандартам ЕС и Российской Федерации.

Заключение

Современный рынок котлов для монтажа систем автономного отопления представлен сотнями моделей агрегатов различных видов. Объективность критерия цена/качество каждой разновидности различно. Выбор в пользу индукционных нагревательных устройств в плане риска последующего разочарования в покупке наиболее разумен.

Как сделать индукционный нагреватель своими руками из сварочного инвертора

Индукционные отопительные котлы – это приборы, которые отличаются очень высоким КПД. Они позволяют заметно снизить затраты на электроэнергию по сравнению с традиционными приборами, оборудованными ТЭНами.

Модели промышленного производства недешевы. Однако сделать индукционный нагреватель своими руками сможет любой домашний мастер, владеющий нехитрым набором инструментов. Ему в помощь мы предлагаем подробное описание принципа действия и сборки эффективного обогревателя.

Принцип работы индукционного нагревателя

Индукционный нагрев невозможен без использования трех основных элементов:

  • индуктора;
  • генератора;
  • нагревательного элемента.

Индуктор представляет собой катушку, обычно выполненную из медной проволоки, с ее помощью генерируют магнитное поле. Генератор переменного тока используют для получения высокочастотного потока из стандартного потока домашней электросети с частотой 50 Гц.

В качестве нагревательного элемента применяется металлический предмет, способный поглощать тепловую энергию под воздействием магнитного поля. Если правильно соединить эти элементы, можно получить высокопроизводительный прибор, который прекрасно подходит для подогрева жидкого теплоносителя и отопления дома.

С помощью генератора электрический ток с необходимыми характеристиками подается на индуктор, т.е. на медную катушку. При прохождении через нее поток заряженных частиц формирует магнитное поле.

Особенность поля состоит в том, что оно обладает способностью на высоких частотах изменять направление электромагнитных волн. Если в это поле поместить какой-нибудь металлический предмет, он начнет нагреваться без непосредственного контакта с индуктором под воздействием созданных вихревых токов.

Отсутствие контакта позволяет сделать потери энергии при переходе из одного вида в другой ничтожными, чем и объясняется повышенный КПД индукционных котлов.

Чтобы подогреть воду для отопительного контура, достаточно обеспечить ее контакт с металлическим нагревателем. Часто в качестве нагревательного элемента используют металлическую трубу, через которую просто пропускают поток воды. Вода попутно охлаждает нагреватель, что значительно увеличивает срок его службы.

Преимущества и недостатки прибора

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

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

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

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

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

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

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

Иногда циркуляционный насос необходим. Установить прибор относительно несложно. Хотя для этого понадобятся некоторые навыки монтажа электроприборов и отопительных труб. Но есть у этого удобного и надежного прибора ряд недостатков, с которыми также следует считаться.

Например, котел греет не только теплоноситель, но и все окружающее его рабочее пространство. Нужно выделить для такого агрегата отдельное помещение и удалить из него все посторонние предметы. Для человека длительное пребывание в непосредственной близости от работающего котла также может быть небезопасным.

Для работы прибора необходима электроэнергия. В местностях, где свободный доступ к этому благу цивилизации отсутствует, индукционный котел будет бесполезен. Да и там, где наблюдаются частые перебои с электричеством, он продемонстрирует невысокую эффективность. При неосторожном обращении с прибором может произойти взрыв.

Если перегреть теплоноситель, он превратится в пар. В результате давление в системе резко возрастет, чего трубы просто не выдержат, их разорвет. Поэтому для нормальной работы системы прибор следует снабдить как минимум манометром, а еще лучше – устройством аварийного отключения, терморегулятором и т.п.

Все это может заметно повысить стоимость самодельного индукционного котла. Хотя прибор и считается практически бесшумным, это не всегда так. Некоторые модели в силу разных причин могут все же издавать некоторые шумы. Для устройства, выполненного самостоятельно, вероятность такого исхода возрастает.

Шаги изготовления самоделки

Сделать такое устройство самостоятельно не так уж сложно. Для этого понадобится:

  1. Изготовить нагревательный элемент.
  2. Сделать катушку индуктора из медной проволоки.
  3. Взять готовый генератор переменного тока.
  4. Присоединить нагреватель с катушкой к системе отопления.
  5. Подключить катушку к генератору.
  6. Подвести электропитание к системе.
  7. Сделать пробный запуск, чтобы проверить работу агрегата.

В промышленных моделях в качестве нагревателя используется металлическая труба с толстыми стенками, но обеспечить достаточную мощность самодельного устройства, чтобы разогреть такой элемент, очень сложно и большого смысла не имеет. Индукционная катушка способна разогреть любой металл, поэтому нагреватель можно модифицировать.

В качестве корпуса для индукционного нагревателя из сварочного инвертора используют отрезок пластиковой трубы. Он должен быть немного больше в диаметре, чем трубы отопления. Длина трубы для нагревателя может составлять примерно один метр, внутренний диаметр можно варьировать в пределах 50-80 мм.

Для подключения нагревателя к системе следует установить переходники в нижней и верхней части корпуса. Нижнюю часть трубы нужно закрыть решеткой, затем внутрь корпуса кладут наполнитель, состоящий из небольших частичек металла. Получить наполнитель можно, пример, из проволоки, прутка, узкой металлической трубы и т.п.

Длину отрезков можно варьировать произвольно. Чаще всего для этого используют стальную проволоку диаметром 6-8 мм, которую просто нарезают небольшими кусочками. Некоторые мастера рекомендуют нарезать ее длинными прутьями, примерно по 90 см, т.е. почти по длине нагревателя.

Чем выше магнитное сопротивление стали, из которой изготовлена проволока, тем лучше она будет нагреваться. В зависимости от размеров этих кусочков подбирается и защитная сетка, которую монтируют внизу корпуса. Наполнитель засыпают или укладывают в трубу до самого верха. После этого верхнюю часть также закрывают сеткой.

Таким образом, самодельный нагреватель для индукционного котла выглядит как толстая пластиковая труба, набитая кусочками металла и закрытая с двух сторон сеткой. Сверху и снизу нагреватель имеет переходники для подключения к отопительному контуру. Полимерная труба для нагревателя должна иметь достаточно толстые стенки.

Кроме того, любой пластик для этих целей не подойдет, материал должен переносить воздействие довольно сильного нагрева и при этом не выделять в атмосферу или в теплоноситель никаких опасных веществ. Теперь следует изготовить индукционную решетку. Для этого берут медную проволоку и наматывают ее прямо на корпус нагревателя.

Чем больше витков проволоки, тем лучше. Считается, что у индукционной катушки должно быть не менее 90 витков. Индуктор наматывают на трубу очень плотно, между витками не должно быть никакого зазора.

Для обмотки подойдет медный изолированный провод на 1-1,5 мм. Более толстый кабель здесь не нужен, поскольку он и работы по обмотке затруднит, сложнее будет расположить витки вплотную.

Наличие зазоров может привести к возникновению шума из-за вибрации, которой сопровождается работа такого агрегата. Со временем такая ситуация может привести к разрушению изоляции, что вызовет межвитковое замыкание.

Сверху и снизу помимо переходников следует установить запорные краны. Они нужны, чтобы обеспечить возможность при необходимости перекрыть воду в отопительном контуре.

При установке нагревателя следует помнить, что его нижний конец должен быть направлен к обратке, трубы, предназначенной для сбора остывшего теплоносителя в двухтрубной отопительной системе. Самый простой способ обзавестись генератором переменного поля – взять инвертор от сварочного аппарата.

Контакты индукционной катушки присоединяют к полюсам инвертора. Как только к агрегату подведут электропитание и включат его в сеть, самодельный индукционный котел начнет работать.

Для изготовления такого устройства подойдет даже недорогой сварочный аппарат, например, модель китайского производства, которая позволяет регулировать силу тока, начиная с уровня в 10 А. Возле переходника на подаче следует установить датчик терморегулятора. Подключение сварочного инвертора выполняется через этот терморегулятор.

На выходах необходимо поставить выпрямительные диоды. Для этого придется вскрыть корпус сварочного аппарата и припаять к выходу проводники, затем присоединить их к диодам. Если выполнить подключение без диодов, напрямую, то на обмотку поступит ток с выпрямленным напряжением, и катушка будет работать как электромагнит, а не как индуктор.

В некоторых современных сварочных аппаратах имеется датчик касания, который запускает работу в момент, когда электрод касается рабочей поверхности. Этот момент необходимо учесть, чтобы датчик либо срабатывал в нужный момент, либо не влиял на работу самодельного котла.

Если с переделкой сварочного аппарата у неопытного мастера возникают проблемы, ему лучше обратиться за профессиональной консультацией.

Если все сделано правильно, сварочный аппарат в будущем можно использовать по прямому назначению. Нужно будет отпаять проводники с диодами и произвести обратную сборку. Под воздействием высокочастотного переменного тока индукционная катушка создаст магнитное поле.

Металл, находящийся внутри полимерного корпуса начнет нагреваться и передавать тепло воде, которая циркулирует по отопительному контуру. На разогрев теплоносителя устройству понадобится всего несколько минут.

Место для индукционного нагревателя следует правильно выбрать. Агрегат должен располагаться на 800 мм ниже уровня потолка, а от стен и предметов мебели его должно отделять минимум 300 мм.

Несколько слов о безопасности

Самодельные индукционные котлы обычно не снабжены системами контроля и защиты, что делает их небезопасными. Поэтому перед включением агрегата необходимо убедиться, что полость корпуса заполнена жидким теплоносителем.

Если полимерный корпус нагревателя будет подвергаться постоянному нагреву без омывания теплоносителем, он просто расплавится, иногда это приводит не только к деформации нагревателя, но и к его полному повреждению.

Опасным может быть и выпадение раскаленного металлического наполнителя из расплавившегося корпуса. В этом случае придется почти полностью демонтировать устройство и сделать для него новый нагревательный элемент.

Подключение к электропитанию следует выполнять по отдельному кабелю, проведенному от щитка. Разумеется, необходимо тщательно закрыть изоляцией все контакты. Инвертор сварочного аппарата также необходимо заземлить, это важный момент для обеспечения безопасности.

При этом понадобится кабель сечением не менее четырех миллиметров. Некоторые специалисты рекомендуют отдать предпочтение шестимиллиметровому кабелю. Чтобы предотвратить перегрев самодельного индукционного нагревателя из-за отсутствия в системе воды, рекомендуется установить на входе в нагреватель клапан избыточного давления.

Самодельное устройство этого типа, не снабженное специальными средствами защиты, это потенциально опасный объект, который требует постоянного контроля. Поэтому стоит потратить немного больше денег, но приобрести необходимые устройства.

При этом не помешает оценить затраты, возможно, покупка готового индукционного котла обойдется не намного дороже. Промышленные устройства обычно снабжены всей необходимой защитой.

Особенности и пошаговая технология изготовления еще одного варианта самодельного индукционного котла для системы отопления приведены здесь.

Выводы и полезное видео по теме

Ролик #1. Обзор принципов индукционного нагрева:

Ролик #2. Интересный вариант изготовления индукционного нагревателя:

Для установки индукционного нагревателя не нужно получать разрешение контролирующих органов, промышленные модели таких устройств вполне безопасны, они подходят и для частного дома, и для обычной квартиры. Но владельцам самодельных агрегатов не следует забывать о технике безопасности.

Комментируйте, пожалуйста, предложенный нами к ознакомлению материал. Задавайте вопросы по интересным или неясным моментам. Возможно, у вас есть собственный опыт в сооружении или в установке индукционного котла? Рассказать и разместить уникальные фото вы можете в блоке для комментариев, расположенном ниже.

Ссылка на основную публикацию