Советы по безопасности
Установки этого типа широко применяются не только для отопления помещений, но и для проведения плавильных работ. Основная проблема, связанная с индукционными устройствами домашнего изготовления, связана с отсутствием узлов, обеспечивающих контроль показателей температуры и давления и предохранение от взрыва
Поэтому при эксплуатации таких агрегатов нужно проявлять внимательность и осторожность
Перед запуском индукционного котла необходимо заполнить систему теплоносителем
Перед запуском котла надлежит проверить наполнение полости теплоносителем. Корпус, выполненный из полимеров, без регулярного охлаждения жидкостью начнет плавиться. Это влечет за собой деформационные изменения и полный выход установки из строя. Также опасность может представлять выпадение накаленного металла из плавящегося корпуса. При таком инциденте потребуется провести замену ряда узлов установки.
Конструкции и параметры индукционных печей
Канальная
Одним из вариантов изготовления индукционной печи своими руками является канальная.
Для ее изготовления можно использовать обычный сварочный трансформатор, работающий на частоте 50 Гц.
В этом случае вторичную обмотку трансформатора надо заменить кольцевым тигелем.
В такой печи можно плавить до 300-400 г цветных металлов, а потреблять она будет 2-3 кВт мощности. Такая печь будет иметь большой кпд и позволит выплавлять металл высокого качества.
Основной трудностью изготовления канальной индукционной печи своими руками является приобретение подходящего тигеля.
Для изготовления тигеля должен использоваться материал с высокими диэлектрическими свойствами и высокой прочности. Такой как электрофарфор. Но такой материал не просто найти, а еще трудней обработать в домашних условиях.
Тигельная
Важнейшими элементами тигельной печи индукционного типа являются:
- индуктор;
- генератор напряжения питания.
В качестве индуктора для тигельных печей мощностью до 3 кВт можно использовать медную трубку или провод диаметром 10 мм или медную шину сечением 10 мм². Диаметр индуктора может составлять около 100 мм. Число витков от 8 до 10.
При этом существует много модификаций индуктора. Например, его можно выполнить в виде восьмерки, трилистника или иной формы.
В процессе работы индуктор обычно сильно нагревается. В промышленных образцах для индуктора используется водяное охлаждение витков.
В домашних условиях использование такого метода затруднительно, однако индуктор может нормально работать в течение 20-30 минут, что вполне достаточно для домашних работ.
Однако такой режим работы индуктора вызывает появление на его поверхности окалины, что резко уменьшает кпд печи. Поэтому время от времени индуктор приходится заменять на новый. Некоторые специалисты для защиты от перегрева предлагают покрывать индуктор жаропрочным материалом.
Генератор переменного тока высокой частоты – другой важнейший элемент тигельной печи индукционного типа. Можно рассмотреть несколько типов таких генераторов:
- генератор на транзисторе;
- генератор на тиристоре;
- генератор на МОП- транзисторах.
Простейшим генератором переменного тока для питания индуктора является генератор с самовозбуждением, схема которого имеет один транзистор типа КТ825, два резистора и катушку обратной связи. Такой генератор может вырабатывать мощность до 300 Вт, а регулировка мощности генератора осуществляется путем изменения постоянного напряжения источника питания. Источник питания должен обеспечивать ток до 25 А.
Предлагаемый для тигельной печи генератор на тиристоре включает в схему тиристор типа Т122-10-12, динистор КН102Е, ряд диодов и импульсный трансформатор. Тиристор работает в импульсном режиме.
Проведенный анализ схемы показал, что в такой схеме имеются достаточно мощные паразитные колебания на частотах, близких к 120 МГц.
Индукционная печь самостоятельного изготовления
Такие сверхвысокочастотные излучения могут негативно повлиять на здоровье человека. В соответствии с российскими нормами безопасности с высокочастотными колебаниями разрешается работать при плотности потока электромагнитной энергии не более 1-30 мВт/м². Для данного генератора, как показали расчеты, это излучение на расстоянии в 2,5 м от источника достигает 1,5 Вт/м². Такая величина является неприемлемой.
Схема генератора на МОП-транзисторах включает четыре МОП-транзистора типа IRF520 и IRFP450 и представляет собой двухтактный генератор с независимым возбуждением и индуктором, включенным в мостовую схему. В качестве задающего генератора используется микросхема типа IR2153. Для охлаждения транзисторов требуется радиатор не менее 400 см² и воздушный обдув. Этот генератор может обеспечивать мощность питания до 1 кВт и менять частоту колебаний в пределах от 10 кГц до 10 МГц. Благодаря этому печь, использующая генератор такого типа, может работать как в режиме плавления, так и поверхностного нагрева.
Эргономика
Большинство домохозяек мечтают о стильной кухне в одну линию, чтобы все шкафчики висели ровно.
Индукционная панель прекрасно для этого предназначена. У электрической плиты в этом плане есть строгие ограничения.
Минимальная высота установки шкафчиков или вытяжки над ней – от 550мм и выше (у газа – 650мм).
Ограничения связаны с пожарной безопасностью.
Теоретически фасад может обуглиться или даже воспламениться. У индукции такой проблемы нет.
А еще она экономит место. При маленькой кухне и нехватке рабочей зоны, вы можете снять кастрюлю с плиты, и тут же на ее место положить разделочную доску, не прерывая готовки.
Получается, что поверхность вашей плиты может выполнять двойную функцию. Не нужно выделять для этого лишние метры и обходить при готовке “огненный шар”.
Виды индукционных агрегатов
При проектировании и производстве оборудования, в котором используется мощное электромагнитное поле, производители обязательно учитывают минимизацию его негативного воздействия на людей и окружающую среду. С целью обеспечения технологической и эксплуатационной безопасности при изготовлении устройств такого класса используются высококачественные марки стали, надежные электроцепи и автоматика.
SAV
SAV — это отечественное оборудование от научно-производственной . В настоящее время компанией предлагается несколько линеек оборудования. В серию индукционных котлов «Готовые решения» входят аппараты мощностью от 2,5 до 7 кВт. Они лучше всего подходят под установку в частных домах или коттеджах, так как для питания требуется однофазная бытовая сеть 220В-50Гц.
Самая маломощная модель серии PROF SAV 2,5 предназначена для обогрева помещений площадью от 80 до 100 м2. Котел PROF SAV 7 рассчитан на обогрев дома площадью от 200 до 300 м2. При рекомендуемой производителем цене в 35500 руб на модель мощностью 2,5 кВт оборудование является отличной альтернативой агрегатов на ТЭНах и других видах топлива.
Отличительной особенностью теплогенераторов SAV PROF является богатая комплектация, в которую входят надежный циркуляционный насос Wilo Star — RS 25\4, пусковое реле, терморегулятор, датчик протока и другие детали, необходимые для корректной работы приборы.
ВИН
Держателем бренда ВИН (Вихревой индукционный нагреватель) является . В модельный ряд продукции предприятия входят агрегаты мощностью от 3-х до 80-ти киловатт. Модели с потребляемой мощностью более 7 кВт выпускаются только в трехфазном исполнении.
Цена агрегата ВИН-3 в базовой комплектации составляет 35000 руб. Стоимость ВИН-3 VIP с улучшенными характеристиками и расширенной комплектацией начинается от 50000 руб. В комплекте с котлом ВИН-3 VIP поставляется циркуляционный насос UPS-25\60, терморегулятор с недельным программатором, датчик потока и группа безопасности.
Аппараты ВИН устанавливаются в частных домах как в качестве основного, так и резервного источника тепла. Например, мощности ВИН-15 в трехфазном исполнении вполне достаточно для обогрева дома 250 м2 при включении на 10-15 часов в сутки.
Обзор производителей и цен
На рынках России и стран СНГ практически не встречаются бытовые индукционные устройства от западных производителей.
Лидерами по изготовлению и продаже являются:
- ;
- ООО «Альтернативная энергия»;
- ЗАО НПК «Инера»;
- НПК «Экспо» (г.Донецк).
Стоимость индукционного оборудования во многом определяется его комплектацией. Учитывая конкуренцию, фирмы-изготовители стараются удерживать расценки на приемлемом уровне. На базовые модели мощностью 2,5-3 кВт цена начинается с 35000 руб. Стоимость котла мощностью 7 кВт в среднем составляет 50000 руб.
Если продавец предлагает индукционные агрегаты с такими же показателями мощности, но по гораздо меньшим расценкам, то велик риск приобретения некачественного товара. Только приобретая брендовое оборудование, можно быть уверенным в том, что оно безаварийно прослужит многие годы.
Как пользоваться проточным нагревателем
Важно разбираться не только в порядке подключения проточного водонагревателя, но и в особенностях его использования. В случае если спираль нагревателя будет покрыта жидкостью в недостаточном объеме, она сломается и пользоваться прибором станет невозможно. В случае если спираль нагревателя будет покрыта жидкостью в недостаточном объеме, она сломается и пользоваться прибором станет невозможно
В случае если спираль нагревателя будет покрыта жидкостью в недостаточном объеме, она сломается и пользоваться прибором станет невозможно.
Как пользоваться проточным нагревателем
Схема подключения водонагревателя в квартире
Вне зависимости от выбранного вами варианта подсоединения проточного нагревателя использование такого устройства выполняется в следующем порядке:
- открывается вентиль;
- холодная вода переводится на нагреватель;
- через некоторое время из лейки нагревателя начинает выходить холодная жидкость;
- вы включаете водонагреватель;
- спустя 30-60 секунд из лейки идет уже нагретая вода.
Выключение прибора выполняется в аналогичном порядке – вы отключаете нагреватель, ждете, пока из душевой лейки начинает идти холодная жидкость, и лишь после этого выключаете подачу воды.
Сила индукции
Для того чтобы было легче разобраться в схемах и правильно собрать конструкцию, нелишним будет заглянуть в историю электричества. Способы нагрева металлических конструкций электромагнитным током катушки широко используются в промышленном изготовлении бытовых приборов — котлов, нагревателей и плит. Оказывается, можно сделать рабочий и долговечный индукционный нагреватель своими руками.
Принцип работы устройств
Принцип работы устройств
Знаменитый британский ученый XIX века Фарадей в течение 9 лет проводил исследования, чтобы преобразовать магнитные волны в электричество. В 1931 году наконец было совершено открытие, получившее название электромагнитная индукция. Проволочная обмотка катушки, в центре которой находится сердечник из магнитящегося металла, создает магнитное поле под силой переменного тока. Под действием вихревых потоков сердечник нагревается.
Открытие Фарадея стали применять как в промышленности, так и при изготовлении самодельных моторов и электронагревателей. Первую плавильню на основе вихревого индуктора открыли в 1928 году в Шеффилде. Позже по тому же принципу обогревали цеха заводов, а для нагрева воды, металлических поверхностей знатоки собирали индуктор своими руками.
Схема устройства того времени действительна и сегодня. Классический пример — индукционный котел, в составе которого имеются:
- металлический сердечник;
- корпус;
- тепловая изоляция.
Особенности схемы для ускорения частоты тока следующие:
- промышленная частота в 50 Гц не подходит для самодельных приборов;
- прямое подключение индуктора к сети приведет к гулу и слабому нагреву;
- эффективное нагревание осуществляется при частоте 10 кГц.
Сборка по схемам
Собрать индуктивный нагреватель своими руками может любой человек, знакомый с законами физики. Сложность устройства будет варьироваться от степени подготовленности и опытности мастера.
Существует множество видеоуроков, следуя которым можно создать эффективное устройство. Практически всегда необходимо использовать такие основные составляющие:
- стальная проволока диаметром 6−7 мм;
- медная проволока для катушки индуктивности;
- сетка из металла (для удержания проволоки внутри корпуса);
- переходники;
- трубы для корпуса (из пластика или стали);
- высокочастотный инвертор.
Этого будет достаточно для сборки индукционной катушки своими руками, а ведь именно она находится в основе проточного водонагревателя. После подготовки необходимых элементов можно подходить непосредственно к процессу изготовления аппарата:
- нарезать проволоку на отрезки в 6−7 см;
- металлической сеткой покрыть внутреннюю часть трубы и засыпать проволоку доверху;
- аналогично закрыть отверстие трубы снаружи;
- намотать на пластиковый корпус медную проволоку не менее 90 раз для катушки;
- вставить конструкцию в систему отопления;
- с помощью инвертора подключить катушку к электричеству.
По похожему алгоритму можно легко собрать индукционный котел, для чего следует:
- нарезать заготовки из стальной трубы 25 на 45 мм со стенкой не толще 2 мм;
- сварить их друг с другом, соединяя меньшими диаметрами между собой;
- приварить железные крышки к торцам и просверлить отверстия для патрубков с резьбой;
- сделать крепление для индукционной печки, приварив с одной стороны два уголка;
- вставить варочную панель в крепление из уголков и подключить к электросети;
- внести в систему теплоноситель и включить нагрев.
- нарезать заготовки из стальной трубы 25 на 45 мм со стенкой не толще 2 мм;
- сварить их друг с другом, соединяя меньшими диаметрами между собой;
- приварить железные крышки к торцам и просверлить отверстия для патрубков с резьбой;
- сделать крепление для индукционной печки, приварив с одной стороны два уголка;
- вставить варочную панель в крепление из уголков и подключить к электросети;
- внести в систему теплоноситель и включить нагрев.
Многие индукторы работают на мощности не выше 2 — 2,5 кВт. Такие обогреватели рассчитаны на помещение 20 — 25 м²
Если генератор используют в автосервисе, можно подключить его к сварочному аппарату, но важно учитывать определенные нюансы:
- Необходим переменный ток, а не постоянный как у инвертора. Сварочный аппарат придется исследовать на наличие точек, где напряжение не имеет прямой направленности.
- Количество витков к проводу большего сечения подбирается математическим вычислением.
- Потребуется охлаждение работающих элементов.
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.
Режимы работы тигельной индукционной печи
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.
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.
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.
К счастью, диапазон частот, в котором работают индукционные печи, до СВЧ не простирается. Но при неумелом конструировании или пользовании печь может войти в режим, при котором появляется паразитное СВЧ. Разумеется, этого следует всячески избегать.
Принцип индукционного нагрева
Данная технология широко применяется в металлургической промышленности.
Индукционному нагреву более 100 лет, поэтому его нельзя назвать новинкой. Он применяется во многих сферах, особенно в промышленных. Установки индукционного нагрева активно используются в металлообрабатывающих цехах. Ранее для плавки металлов использовался уголь или природный газ, теперь же этим занимаются токи высокой частоты. Такая технология в отношении металлов позволяет минимизировать габариты печей и добиться их высокой производительности.
Как вообще работает индукционный нагрев? Принцип действия нагревателей очень прост – нагрев ведется за счет генерации токов высокой частоты, питающих индукторы. Сами индукторы представляют собой мощные катушки, внутри которых создается переменное магнитное поле. Катушки не имеют сердечников – вместо них здесь работают разогреваемые материалы. Например, индукционная печь для плавки металлов представляет собой большую катушку, внутрь которой помещаются металлические заготовки для дальнейшей обработки.
Включение генератора приводит к созданию мощных вихревых потоков магнитной индукции, в результате чего размещенные внутри индукторов металлы начинают разогреваться. Что касается отопительных котлов, то здесь сердечником индуктора является металлическая труба, через которую протекает теплоноситель – под воздействием вихревых токов труба и теплоноситель разогреваются, отправляя тепло в отопительную систему.
Проходя через катушку, теплоноситель нагревается и передает тепло в радиаторы отопления.
Технология индукционного нагрева чрезвычайно проста и эффективна. На ее основе создаются современные отопительные котлы, не требующие частого обслуживания и обладающие продолжительным сроком службы. Правда, их достоинства принято завышать, из-за чего у людей создается масса ложных впечатлений. Вот несколько примеров.
- Продавцы нередко говорят об экономичности котлов с индукционным нагревом – отчасти это так, но экономия вряд ли превысит несколько процентов. В то же время бренды говорят об экономичности до 20-30%.
- Быстрота нагрева – индукционные котлы нагревают теплоноситель чуть быстрее ТЭНовых аналогов. Но эту скорость нельзя назвать революционной.
- Новизна технологии – как мы уже говорили, данная технология известен уже более сотни лет.
Что представляет собой и как работает индукционный водонагреватель
Принцип действия всех приборов индукционного типа основан на способности вихревых (наведенных) токов нагревать находящиеся в поле излучения предметы. Индукционный проточный водонагреватель еще относится к разряду постоянно усовершенствующегося оборудования, но и уже существующие модели обладают достаточно высокой тепловой мощностью.Конструктивно водонагреватель такого типа представляет собой металлическую закрытую емкость небольшого диаметра. Основным элементом является высокочастотная индукционная катушка, помещенная внутрь бака. Характеристики наматываемой спирали зависят от требуемой мощности и производительности устройства. Внутри катушки проходит трубопровод небольшого диаметра, через который проходит нагреваемая вода.Основным электрическим элементом является понижающий трансформатор и инвертор, позволяющий получить из обычного бытового электричества токи высокой частоты. При прохождении такого тока через индукционную катушку происходит нагрев пространства внутри нее, которое может быть заполнено специальным антифризом или даже обычной водой.Благодаря повышению температуры внутри катушки осуществляется нагрев проходящей по медной трубке воды. Медь используется в силу своей хорошей теплопроводности.
Принцип работы индукционного водонагревателяКак видите, схема индукционного водонагревателя достаточно проста. Имея навыки работы с электрооборудованием собрать такое устройство можно даже самостоятельно.Эксперты отмечают целый ряд положительных моментов использования индукционной техники для обеспечения горячего водоснабжения и даже отопления:
- Агрегаты индукционного типа отличаются исключительной долговечностью. Средний срок службы достигает 25-30 лет. При этом не требуется дорогостоящее техническое обслуживание, профилактическая чистка может осуществляться один раз в 10 лет.
- Индукционные водонагреватели могут обладать значительной тепловой мощностью, наряду с этим потребление электроэнергии (по сравнению с традиционным оборудованием на тэнах) снижено на 30-50%.
- Образование накипи на индукционном греющем элементе невозможно в принципе. Переменное магнитное поле препятствует образованию и оседанию труднорастворимых солей на внутренних поверхностях конструкции.
Конечно, водонагреватели такого типа нельзя отнести к разряду дешевой бытовой техники, на сегодняшний день даже небольшие по мощности модификации стоят не менее 30 тысяч рублей. Но постоянное усовершенствование конструкции, увеличение объемов продаж приводит к постепенному снижению цен на такие устройства. Поэтому в ближайшем будущем индукционные водонагреватели могут стать доступными для широких слоев населения.
