Индукционный нагреватель: схема нагрева, достоинства и недостатки, варианты устройства

Индукционный нагреватель: схема нагрева, достоинства и недостатки, варианты устройства

ПУЭ 7. Правила устройства электроустановок. Издание 7

Что это?

Индукционный нагрев применяется для плавки металлов, деформирования, закалки, пайки металлических деталей и других технологических операций. Он умеет выполнять практически все манипуляции с термической обработкой металла.
Устройство индукционного нагрева – это электромагнитное устройство для нагрева с помощью индукционных токов, которые возбуждаются в металле нагревательного элемента переменным магнитным полем.

Фактически это трансформатор, состоящий из первичной обмотки и специальной вторичной обмотки в виде трубок. Металл нагревательного элемента под действием магнитного поля, создаваемого катушками, нагревается и передает тепло теплоносителю.

Каждый индукционный блок работает по законам преобразования электричества в сильное электромагнитное поле. Проходя через индукционную катушку, электрическая энергия начинает преобразовываться в мощное электромагнитное поле и, проникая в металл, сразу же превращается в тепловую энергию, равномерно нагревая продукт.

Индукционный нагрев металлов происходит только на резонансной частоте. Параметры резонанса в основном определяются индуктивностью и емкостью самой установки. К индукционным установкам подключаются индукторы (индукторы) различной конструкции, имеющие разную индуктивность.

Металлы меняют свои свойства в процессе нагрева. В результате индукционная система должна регулировать собственную резонансную частоту для работы с максимальной эффективностью.

В последовательном резонансе напряжение на катушке индуктивности может достигать 1500 В, а токи – до нескольких сотен ампер. Или 20-100В на токи до 12000 ампер с помощью понижающего трансформатора.

Глубина этого нагрева зависит от частоты генерации и обычно составляет от 0,1 мм до 10 мм.

Ферромагнитные металлы нагреваются не только токами Фуко, но и за счет перемагничивания ферромагнитных доменов. Однако при достижении температуры точки Кюри, около 760 градусов Цельсия, ферромагнитная составляющая индукционного нагрева исчезает, и остается только нагревание током Фуко. Более того, интенсивность этого нагрева увеличивается с повышением температуры по мере увеличения омического сопротивления металла.

ВЧ – это: средняя частота – СЧ с диапазоном частот 5-20 кГц, высокая частота – ВЧ с диапазоном частот 30-100 кГц, сверхвысокая частота – УВЧ с диапазоном частот 100-450 кГц.

Принцип работы и устройство индукционного нагревателя

Индукция – это физическое явление, основанное на вихревых токах, которое было обнаружено и изучено французским физиком Ж. Б.Л. Фуко. Индукционные котельные устройства используют в своей работе токи Фуко, которые работают на основе той же электромагнитной индукции.

На катушку подается переменное напряжение, создается электромагнитное поле, провоцирующее образование вихревых токов, нагревающих металл. Вода нагревается в теплообменнике и, циркулируя в системе, нагревает помещения в частном доме.

Современные индукционные нагревательные устройства состоят из следующих элементов:

    теплообменник или сердечник; терминал; индукционная катушка; шкаф управления; гиды; входные и выходные патрубки.

Для обеспечения комфортной работы устройства в его конструкцию могут быть включены дополнительные элементы. Фактически, этот тип котла представляет собой индукционную катушку, заключенную в небольшой, но очень тяжелый корпус из сплава железа.

При этом вместо сердечника в некоторых устройствах монтируется обычная металлическая трубка с теплоносителем. Однако наличие сердечника увеличивает поверхность теплопередачи.

Эта система отличается высокой степенью надежности, поскольку индукционная катушка постоянно герметизирована в герметичном корпусе без прямого контакта с теплоносителем. Катушки практически невозможно проколоть, так как они не слишком плотно намотаны и дополнительно герметизированы специальным изоляционным составом.

Все это закрыто в толстостенном прочном корпусе, гарантирующем долгий срок службы. Производители дают гарантию 5-10 лет, но продавцы котельного оборудования говорят, что индукционный электрокотел без обслуживания может прослужить около 30 лет.

Конструктивные особенности двух типов котлов

Перед тем как купить индукционный электрокотел для самостоятельного обогрева дома, необходимо определиться, какой тип прибора наиболее подходит для вашего конкретного случая.

Существует два типа вихретоковых электрокотлов для нагрева теплоносителя – САВ и ВИН (вихревые токи), которые отличаются друг от друга.

    Электрокотел SAV не требует для работы инвертора. В этом случае напряжение от сети 50 Гц подается непосредственно на обмотку (катушку). В результате вторичная обмотка, представляющая собой расположение металлических трубок теплообменника, нагревается токами Фуко, быстро нагревая воду. Теплоноситель вытесняется в отопительном контуре циркуляционным насосом.

Индукционные печи SAV изготавливаются на 220 и 380 В. Устройство имеет мощность 2,5 кВт и может обогревать помещение площадью до 30 м2. Купить этот электрический котел САВ вместе с блоком автоматики и управления можно за 27000-32000 рублей.

    Электроиндукционные котлы типа ВИН (вихревые). Это модель нового поколения, для которой требуется специальный инвертор, преобразующий частоту электросети. Такое техническое решение позволило сделать конструкцию менее просторной и более легкой по сравнению с приборами типа SAV. В этом случае теплообменник выполнен из ферромагнитного сплава, а магнитопровод и вторичная обмотка являются не только теплообменником, но и корпусом устройства.

Индукционный котел типа WIN мощностью 3 кВт легко обогревает помещение площадью 40 м2. Электрокотел WIN в комплекте с блоком управления, насосом и циркуляционным насосом стоит немного дороже – от 37000 до 40 000 рублей.

Где используются

Использование индукционного нагрева в современном мире очень распространено. Сфера применения:

    плавка металлов, бесконтактная пайка; получение новых металлических сплавов; инженерное дело; изготовление ювелирных изделий; Производство мелких деталей, которые могут быть повреждены другими способами; поверхностное упрочнение (детали могут иметь самую сложную конфигурацию); Термическая обработка (обработка деталей машин, закаленных поверхностей); медицина (дезинфекция приборов и инструментов).
Читайте также:  4 способа добавить уют в комнату

Советы по безопасности

Установки этого типа широко используются не только для обогрева помещений, но и для плавления. Основная проблема домашних индукционных устройств – отсутствие узлов, обеспечивающих контроль температуры и давления, а также взрывозащиту. Поэтому при работе с такими устройствами следует проявлять осторожность и внимание.


Перед запуском индукционного котла заполните установку теплоносителем.

Перед вводом котла в эксплуатацию убедитесь, что ниша заполнена теплоносителем. Корпус из полимеров начнет плавиться без регулярного охлаждения жидкости. Это приводит к изменению деформации и полному разрушению системы. Потеря раскаленного металла из плавильного корпуса также может быть опасной. В этом случае придется заменить многие детали устройства.

Устройство подключается к источнику питания отдельным проводом от распределительного устройства. Контакты должны быть покрыты изоляционным материалом. Если в строительстве задействован сварочный аппарат, его инвертор необходимо заземлить. Провод, используемый для этой операции, должен иметь сечение 4-6 мм. Чтобы предотвратить перегрев системы при отсутствии воды, рекомендуется установить клапан избыточного давления во входном отверстии.

Про варочные поверхности

Еще одно применение дома, помимо системы отопления, нашло этот тип нагрева в варочных панелях.


Такая поверхность имеет внешний вид обычного трансформатора. Его катушка скрыта под поверхностью пластины, которая может быть стекло или керамика. Текущий протекает через него. Это первая часть катушки. Но вторая часть – блюда, в которых она приготовит. В нижней части сосудов есть вихревые токи. Во-первых, они нагревают посуду, а затем посуду в них.

Тепло будет выпущено только в том случае, если сосуд помещают на поверхность пластины.


Если нет блюда, никаких действий не происходит. Зона индукции будет соответствовать диаметру тарелки, размещенного на нем.

Для этих нагревательных пластин необходимы специальные кухонные утвари. Большинство ферромагнитных металлов могут повлиять на индуктивное поле: алюминий, нержавеющая сталь и эмалированная сталь, чугун. Только медные, керамические, стекло и нефосфинетические металлы не подходят для таких поверхностей.

Конечно, индукционная пластина включена только тогда, когда на нем установлено соответствующие блюда.

Современные кулинарные пластины оснащены электронным блоком управления, поэтому вы можете обнаружить пустые и неподходящие блюда. Основными преимуществами индукционных досок являются безопасность, простота очистки, скорости, производительности и экономики. На поверхности нагревательной пластины вы никогда не можете сжигать.

Мы узнали, как используется этот тип нагрева (индуктивное отопление).

Состояние проекта: завершено

Этот проект уже может быть введен в историю нашей лаборатории. Стоит отметить, что именно из этого проекта мы начали нашу практическую деятельность в области альтернативного энергетического оборудования. Уже при создании первого прототипа оказалось, что в устройстве не существует необычных тепловых выбросов, а по основным причинам мы завершили работу на устройстве.

В статье касается прототипа теплогенераторного устройства за счет токов Фуко, генерируемых путем переменного магнитного поля, создаваемого вращающимся диском с магнитами. Если алюминиевый или медь помещают в поле переменного поля, они начинают нагреваться довольно интенсивно. Это, например, клип с броским титулом «Бесплатное отопление».

Люди видят много таких фильмов и начинают создавать вещи, которые они видят. Чаще всего проект, который будет использоваться, невозможно. Оценка эффективности производится «для глаз», конечно, не без «плацебо».

Таким образом, миф № 1 – нагревание не свободно, нагревание происходит в результате электромагнитной индукции, порожденного Foucault в металле. Магнитный ротор в этом случае испытывает торможение пропорционально нагреванию.

ОСТОРОЖНОСТЬ. На этой фертильной теме (люди жаждущие «свободные» тепла) набирают мошенники, такие как этот:

Проблема, как всегда, качество изготовления и надлежащего измерения эффективности.

Для объективных измерений тепловой мощности, генерируемой устройством, мы создали тепловое положение

Конструктивно проще – повернуть диск магнитами и нагревать трубу или несколько труб с циркулирующим внутри теплоносителя – вода. Есть также другие строительные решения, такие как:

– цилиндрический ротор с продольными магнитами вращается, и вокруг этого цилиндра в виде внешнего кольца представляет собой трубу в виде спирали;

– алюминиевый цилиндр вращается, а вокруг него размещены все еще, продольно расположенные магниты (стержни) – воздухонагреватель.

Это не меняет сущность вещей, но есть много проблем, поэтому мы решили остановиться на «классическом макете».

Вот модель нашего первого прототипа:

Позже мы решили заменить двигатель для более подходящего, что привело к изменению всей структуры. Диаметр щита составляет 200 мм, толщина 25 мм, количество магнитов 36 шт., Сила 6,9 кг. Двигатель асинхронный, однофазный, мощностью 2,2 кВт.

Прототип является собранием.

Мы провели много времени на эксперименты с различными теплообменниками, мы пытались согнуть медные трубки с использованием специально сделанного шпинделя, но мы не добились серьезных успехов. Кроме того, если вы нагреваете одну круглую медную трубу, может произойти, что он не будет успеть передавать тепловую энергию, чтобы проточить воду и начать перегрев, нагревание более атмосферы, чем охлаждающая жидкость. Известно, что эффективность теплообменника зависит от рабочей поверхности.

В результате дизайн теплообменника был создан в виде пакета 4 алюминиевых труб с хорошей геометрией, максимальной «рабочей плоскостью» и большой площадью внутренних поверхностей. Такая диаграмма эффективно пропустит тепло от горячего металла в воду, накачанную теплообменником.

Общий вид установки с измерительной позицией, см. Фото в начале статьи.

Теперь самые интересные и самые ожидаемые номера.

Тепловая эффективность при употреблении 3 кВт не превышает 2 кВт, эффективность системы (тот факт, что она «закрыта» не повышает сомнения), может быть легко рассчитана.

Читайте также:  Регулирование воды Подогрев воды твой дом

И в соответствии с усовершенствованной схемой мы продолжаем эксперименты с кавитационным теплогенератором, и странный блок займет свое место в «Музее чудеса» как визуальные доказательства того, что Интернет полон многих ложных, непроверенных информации, а не все «Бесплатное отопление».

Текущее видео (05/03/14):

Принцип работы индукционного нагревателя

Индукционный нагреватель работает, влияя на токи вихрей, генерируемых электромагнитной коробкой с металлической поверхностью. Есть несколько шаблонов индукционного нагревателя с собственными руками. Самые дешевые из них являются сооружения из полипропиленовой трубы и сварочного инвертора.

Принцип работы индукционного нагревателя Преимущества и недостатки устройства Варианты домашних устройств Нагревательный элемент из трубы Установка индукционного котла Применение сварочного инвертора Как выполнить эффективный индукционный нагреватель Инструкции по технике безопасности Выводы и советы

Принцип работы индукционного нагревателя

Основной элемент индукционного нагревателя является катушка

Когда чередующийся электрический ток протекает через катушку, электромагнитное поле выпускается вокруг катушки. Когда металлический сердечник с магнитными свойствами расположен в середине катушки, его температура увеличивается. Этот индукционный нагрев является явлением, вызванным вихревыми токами. Он наблюдается только тогда, когда дроссель питается электрическим током с достаточно высокой частотой изменений и направления. Когда постоянный ток применяется к индукционной части, температура ядра не меняется.

Этот принцип является основой для работы травмы нагрева заготовок. Основным элементом устройства находится в большинстве случаев спиральной конфигурации из металла. Кваришки имеют сплющенный элемент в этой роли, расположенный на небольшом расстоянии от нагревательной пластины. В отопительном котле роль роли стальной трубы, заполненной охлаждающим агентом (его функция, полностью жидкая).

Генератор и нагревательный элемент являются важными элементами рассматриваемых устройств. Первый из них служит для получения достаточно высокой частоты мощности от типичной домашней частоты 50 Гц. Второй – это дизайн из металла, способный поглощать тепло при работе в поле. Генератор отправляет электрический ток на рисунок (спиральный элемент), адаптированный к требуемым параметрам. В то же время поток заряженных частиц протекает через катушку, создавая поле. Металл, помещенный в поле взаимодействия, нагревается течениям фуке без прямого контакта с индуктором. Чтобы нагревать воду в таком устройстве, необходимо обратиться к нагревательному элементу. Самый простой пример такой структуры будет металлическая пробирка, через которую потоки воды. В этом процессе жидкость охлаждает стены, что расширяет жизнь структуры.

Преимущества и недостатки прибора

Машинное масло или нетоходную жидкость можно использовать в качестве жидкости.

Индукционный нагрев может дать много преимуществ по сравнению с держателями электродов. Поскольку жидкость нагревается металлическим элементом, который не участвует в электрохимических реакциях, срок службы устройства зависит только от змеевика. Время работы устройства определяет, как долго устройство будет работать. Некоторые индукторы служат более 10 лет. С этим также связана совместимость устройства с разными типами теплоносителей. Помимо обычной воды для этого подходят машинные масла и антифризы.

Известковые отложения не влияют на внутренние компоненты устройства. Постоянный контакт с жидкостью снижает вероятность перегрева деталей, что также способствует увеличению срока службы. Конвекция в устройстве обычно настолько велика, что в циркуляционном насосе нет необходимости. Также нет необходимости использовать глушители – устройство работает достаточно тихо.

Датчик температуры необходим для аварийного отключения бытовой техники.

Однако у индукционного нагревателя есть и недостатки:

Электричество требуется для работы устройства. В помещении без электричества или без доступа к нему котел работать не будет. В местах с регулярными отключениями электричества он не будет работать эффективно. Когда температура повышается слишком сильно, теплоноситель переходит в газообразное состояние. Это вызывает резкое повышение давления в конструкции и трубы могут лопнуть. Чтобы этого не произошло, необходимо оборудовать установку приборами контроля давления и температуры. Это может быть манометр, датчик температуры или устройство аварийной остановки, если параметры выходят за пределы указанного диапазона.

Необходимость использования дополнительного оборудования может способствовать значительному удорожанию оборудования самодельного индукционного нагревателя.

Считается, что устройство работает практически бесшумно, но на практике это не всегда так. Это относится как к моделям промышленного производства, так и к моделям собственной разработки.

Варианты самодельных устройств

Утеплитель в домашних условиях можно сделать несколькими способами. Самый доступный вариант – сделать прибор из кухонной электроплиты и полипропиленовой трубы. Сложный в изготовлении, но достаточно мощный инверторный прибор.

Нагревательный элемент из трубы

Индукционная печь для постройки ТЭНа должна быть демонтирована.

Эта разработка заключается в демонтаже спирального индуктора, установленного в электронагревателе, и его замене на новую конструкцию. Для его изготовления понадобится полипропиленовая труба длиной 0,5 м и диаметром 4 см, магнитный элемент, 5 текстолитовых стержней, отводы для подключения к тепловой сети. Также потребуется купить катушку провода сечением 2 мм² в стеклянной изоляции (такой кабель часто используется в сварочных трансформаторах) и металлические губки для мытья посуды.

Последовательность действий при изготовлении камеры:

Магнит помещается в трубку и наполняется губками (можно использовать отрезанную проволоку). Установите трубы с резьбой. Вдоль корпуса приклеены стержни, на которые намотан провод, покрытый стеклянной изоляцией. Демонтировать нагревательную пластину и вынуть заводской индуктор в виде плоской спирали. На его место размещаем подготовленный проект.

Нагреватель в этом аппарате изготовлен из металлических губок, размещенных в изменяемой зоне змеевика. Когда панель работает в максимальном режиме с параллельным потоком воды, она нагревается до 15-20 ° C. Учитывая, что обычно используемая для строительства плитка имеет мощность не более 2000 Вт, полученный прибор подходит для обогрева жилых помещений площадью до 25 м².

Читайте также:  Станок для гибки арматуры своими руками: чертежи, видео

Эффективность устройства можно повысить, подключив его к сварочному аппарату, но такая работа связана со многими трудностями. Сначала устройство придется разобрать и поискать по периметру места, которые еще не отремонтировали. Это связано с тем, что он генерирует постоянный ток, а для работы нагревателя требуется переменный ток. Во-вторых, необходимо будет использовать более толстую проводку (например, медь диаметром 1,5 мм, покрытую эмалью) и рассчитать необходимое количество витков. Наконец, необходимо будет ввести в установку охлаждающий механизм.

Сборка индукционного котла

Принцип работы индукционного котла на отопление

Этот раствор не требует снятия плитки. Вместо этого мастеру предстоит сварить бак котла по его габаритам. Возьмите стальную профильную трубу толщиной 2 мм и размером отверстия 2 на 4 см. Потребуется изготовить сборные элементы по ширине панели. Трубы сваривают по всей длине, выравнивая меньшие стороны. Верх и низ необходимо герметично приварить к торцам листом железа. В них просверливаются отверстия и монтируются трубы с резьбой. Также нужно приварить несколько уголков, чтобы получилась полка для духовки.

Аппарат необходимо окрасить термостойкой эмалевой массой. После высыхания и фиксации котел монтируется на стену и включается в систему отопления. Варочная панель ставится в розетку с углами и подключается к электросети. Затем заполните установку теплоносителем, удалите воздух из воздушных масс и начните нагрев индукционного элемента.

Самодельный радиатор отличается недостаточной производительностью для обогрева больших жилых помещений. Холодной зимой он сможет обогреть две небольшие комнаты. В переходное время года, когда температура воздуха на улице около нуля, устройство сможет обрабатывать большие площади – до 40 м2.

Из сварочного инвертора

Собираясь использовать сварочный аппарат, необходимо помнить, что подключать индуктор напрямую к его клеммам категорически запрещено. Несоблюдение этого правила приведет к потере производительности всех компонентов системы. Чтобы подключить индукционный нагреватель к сварочному аппарату, последнему придется провести ряд сложных манипуляций, требующих опытного мастера и детального понимания устройства. Первичная обмотка должна быть подключена после высокочастотного преобразователя инверторного механизма вместо его встроенного индуктивного дросселя. Дополнительно необходимо распаять конденсатор и снять диодный мост.

Как сделать мощный индукционный нагреватель

Эффективный индукционный нагреватель с блоком питания

Рассматриваемые устройства имеют потребляемую мощность около 2,5 кВт. Чтобы сделать устройство с большей мощностью (4 кВт), мастеру нужны серьезные знания в области радиоэлектроники. Для неопытного радиолюбителя браться за эту работу небезопасно.

Одним из вариантов может быть конструкция из блока питания с двумя парами обмоток, трансформатором, драйвером и платой управления. Значение частоты, на которой работает устройство, ниже резонансной частоты. Две катушки используются для питания драйверов, одна для платы управления, а другая для платы питания. Они обеспечивают питание реле стартера, вентилятора и насоса чиллера.

Советы по безопасности

Установки этого типа широко используются не только для обогрева помещений, но и для плавления. Основная проблема бытовых индукционных агрегатов – отсутствие узлов, обеспечивающих контроль показателей температуры и давления и защиту от взрыва. Поэтому при работе с такими устройствами следует проявлять осторожность и внимание.

Перед запуском индукционного котла заполните установку теплоносителем.

Перед вводом котла в эксплуатацию убедитесь, что ниша заполнена теплоносителем. Корпус из полимеров начнет плавиться без регулярного охлаждения жидкости. Это приводит к изменению деформации и полному разрушению системы. Потеря раскаленного металла из плавильного корпуса также может быть опасной. В этом случае придется заменить многие детали устройства.

Устройство подключается к источнику питания отдельным проводом от распределительного устройства. Контакты должны быть покрыты изоляционным материалом. Если в строительстве используется сварочный аппарат, его инвертор необходимо заземлить. Провод, используемый для этой операции, должен иметь сечение 4-6 мм. Чтобы предотвратить чрезмерный нагрев системы в отсутствие воды, рекомендуется установить предохранительный клапан во впускном отверстии.

Выводы и рекомендации

Брать за самодельный прибор оправдано, если в хозяйстве уже есть индукционная плита. Стоимость его покупки довольно высока и сопоставима с ценой на нагреватель электрода. Мощность некоторых из этих моделей достигает 10 кВт, при этом в домашних условиях установку с показателем мощности более 2,5 кВт производить только мастеру с соответствующим уровнем компетенции (по крайней мере, нужно знать, как собрать схема преобразователя частоты). Также перед установкой убедитесь, что нет зазоров или отверстий, через которые может вытекать жидкость из теплогенератора: такое событие может вызвать пожар.

Простой индукционный нагреватель, рассчитанный на обработку небольшой площади помещения, сделать не сложно без специальной подготовки. Более прочные и эффективные варианты, например, со сварочным аппаратом или двумя печатными платами, требуют, чтобы установщик был компетентен в области радиоэлектроники. Особая конструкция этих устройств требует приобретения дополнительных элементов управления для обеспечения безопасности.

Оцените статью
Добавить комментарий