Особенности самостоятельной сборки индукционного водонагревателя. Индуктивный нагреватель


Индукционный нагрев, основные принципы и технологии.

1 Августа 2013

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

Описание метода.

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.

Преимущества.

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 частотуб) постоянную мощность, выделяемую в заготовкев) 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).

Замечания.

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).

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.

Статья взята с сайта http://dic.academic.ru/ и  переработана в более понятный для читателя текст, компанией ООО «Проминдуктор».

prominductor.ru

Индукционный водонагреватель своими руками

Сегодня при организации нагрева воды большое распространение получил индукционный водонагреватель. Эта востребованность обеспечена тем, что прибор является полностью экологически безопасным, не сушит и не пережигает воздух. Использование такого прибора может быть реализовано для проточного нагревания воды или в качестве нагревательного котла. Купить индукционный водонагреватель можно как в магазине, так и изготовить своими руками. Стоит отметить, что по техническим характеристикам он не уступит покупаемой модели, правда, будет выглядеть не так привлекательно, но стоит при этом намного меньше.

Особенности приборов

Применение такого прибора в домашних условиях позволяет получить максимальную производительность и надежность в эксплуатации. При этом агрегат не нужно сопровождать особой документацией и разрешением для установки, например, как газовый бойлер. Применяя индукционный нагреватель в роли традиционного отопительного котла, в некоторых случаях не потребуется использование насоса. Движение теплоносителя достигается путем процессов конвекции: вода при большом нагревании превращается в пар.

Стоит отметить, что у индукционного водонагревателя есть масса преимуществ, которые выделяют его среди конкурентов.

  1. Стоимость такого устройство незначительная.
  2. Есть возможность собрать нагреватель самостоятельно.
  3. Не издает постороннего шума. Катушка в процессе работы достаточно сильно вибрирует, но она практически не ощутима.
  4. Из-за постоянной вибрации грязь и накипь не успевает прикрепляться к функциональным элементам, поэтому прибор не нуждается в регулярной чистке.
  5. В своем составе имеет тепловой генератор, который очень легко делается герметичным. Вода, выступающая теплоносителем, помещена в нагревательный элемент, благодаря чему энергия передается через магнитное поле. Здесь не требуется использование контактов, а соответственно сальников и различных уплотнительных резинок, которые имеют особенность быстро выходить из строя.
  6. Редко ломается, так как за нагрев воды отвечает простая трубка, в которой просто нечему сломаться или перегореть.

Выбирая индукционный водонагреватель, хозяин получает прибор с минимальным эксплуатационным обслуживанием, так как он состоит из небольшого числа составляющих. А они, в свою очередь, очень редко выходят из строя.

Устройство и принцип работы

Принцип работы индукционного котла

Но и без недостатков нельзя обойтись. Как и в любом виде техники, они есть.

  1. Высокое потребление электроэнергии, которое выльется большими счетами за свет;
  2. Устройство очень сильно нагревается, причем горячим становится все вокруг, поэтому не стоит прикасаться к прибору во время его работы.
  3. Индукционный водонагреватель имеет сильную теплоотдачу, поэтому необходима установка датчика температуры, чтобы предотвратить перегрев прибора, и, соответственно, взрыв.

Виды индукционных водонагревателей

Все приборы подобного типа, которые могут быть изготовлены своими руками, можно разделить на две группы:

  1. Вихревые нагреватели индукторного типа, которые чаще всего используются в домах для выполнения функций отопления. Именно их процесс изготовления будет рассмотрен ниже.
  2. Обогреватели, конструкция которых подразумевает применение разных видов электронных узлов и деталей.

При создании вихревого индукционного нагревателя (или сокращенно ВИН) своими руками, следует предусмотреть следующие конструкционные узлы:

  • элемент, отвечающий за преобразование электроэнергии в ток высокочастотного типа;
  • индуктор (чаще всего выполняется в виде цилиндрическом элементе из медной проволоки), что при использовании выполняет функцию трансформатора, отвечающего за образование поля магнитного характера;
  • элемент, который будет играть роль нагревательного, располагается внутри самого индуктора.

Работа ВИН выглядит следующим образом.

  1. Высокочастотный ток из преобразователя передается на индуктор.
  2. В индукторе образуется магнитное поле, что в свою очередь создает потоки вихревого характера.
  3. Теплообменник под действием вихревых потоков достаточно быстро достигает высокой температуры и, соответственно, нагревает теплоноситель, который распространяет тепло дальше.
Схема

Схема современного водонагревателя

Одним из самых главных компонентов является индукционная катушка, к изготовлению которой стоит отнестись с особой внимательностью. Медная проволока очень аккуратно наматывается на трубу из пластика, причем число мотков не должно быть меньше 100.

Из представленного описания можно сделать вывод, что изготовить индукционный водонагреватель самостоятельно не сложно.

Особенности изготовления

Индукционный нагреватель своими руками можно изготовить двумя способами. Вкратце стоит рассмотреть каждый из них.

Вариант 1

Наиболее простой прибор (при этом он будет иметь высокую мощность) можно изготовить на основе печатной схемы. Среди особенностей схемы, которая будет использоваться в приборе, следует выделить следующие моменты:

  • вся конструкция, по сути, представлена мультивибратором с организацией высокой мощности;
  • особое внимание стоит уделить сопротивлению, так как именно оно будет предотвращать перегрев транзисторов;
  • индуктор в таком приборе должен быть выполнен в виде спирали из 6-8 витков медной проволоки;
  • в качестве регулятора можно использовать соответствующий элемент из блока питания компьютера и не задумываться над его контракцией.

Специалисты рекомендуют: чтобы избежать поломок из-за выделения сильной энергии, транзисторы лучше всего устанавливать на радиаторы специальной конструкции.

Индукционный нагреватель

Вихревой индукционный нагреватель

Вариант 2

В основу изготовления такого прибора своими руками положено использование электронного трансформатора.

Суть такого способа изготовления индукционного водонагревателя состоит в следующем.

  1. Две трубы с использованием сварки стоит соединить так, чтобы визуально они походили на бублик. Этот элемент впоследствии будет играть роль как элемента для нагревания, так и проводника.
  2. На корпус потребуется намотать проволоку из меди.
  3. Чтобы обеспечить качественное и быстрое движение воды, в основной корпус приваривают 2 патрубка. В один из них вода будет поступать, а со второго выходить уже в саму систему.

Конструкция на основе трансформатора

Вот и все советы по тому, как собрать такой нагревательный прибор своими руками и обеспечить в доме качественное отопление и постоянное присутствие горячей воды.

tehnika.expert

Индукционный нагреватель. Огонь, вода, работающие люди, но не пожар!

Эту игрушку я ждал с нетерпением. Об индукционном нагреве я знал давно, со времен студенчества. Иногда видел ролики, как закаляют заготовки, припавают твердосплавные пластины на резцы и прочая-прочая. Но для меня все это было чем-то из области производства, грязных жарких и душных цехов.

Поэтому, когда в списке предлагаемых на обзор гаджетов я увидел данный нагреватель, колебаний не было. Я его просто возжелал!

Оговорка по Фрейду и п.18

Как и, наверное, большинство читателей, я интересуюсь разными вещами. Всегда есть соблазн и желание приобрести что-то для своего увлечения, либо просто хочется поиграть с приглянувшимся гаджетом, как известно с возрастом лишь меняется цена игрушек.

Обзоры — это совмещение приятного с полезным. Мне нравится делиться своим опытом взаимодействия с различными вещами, спонсорам нравится видимо, как я это делаю, и получается взаимовыгодное сотрудничество. Я никогда не беру на обзор вещи, которые мне не интересны, и с которыми я не хочу провести какое-то время. Как правило я беру вещи, предназначение и характеристики которых я себе неплохо представляю, так я избегаю своего и вашего, мои уважаемые читатели, разочарования в большинстве случаев.

Обзоры я делаю объективно, товары не рекламирую, и моя цель дать вам пищу для размышления, и поделиться своим опытом пользования данной вещи. Читайте, думайте, пишите свое мнение в комментариях — в общении и обмене мнениями рождается истина!

Недавно был обзор данного устройства от уважаемого dia. В этом обзоре dia даже выпаял часть деталей, чтобы лучше понять устройство этого гаджета и нарисовал его электрическую схему. Не буду дублировать его работу, можно сходить в тот обзор и все посмотреть. И не забудьте поставить dia плюсик пожалуйста.

В своем обзоре я бы хотел рассказать, что такое индукционные нагреватели, зачем они вообще нужны, и почему же я так радовался и ждал приезда этого гаджета. И самое интересное — что я с ним делал :-)

Как обычно, начнем с небольшого экскурса в историю.

Явление электромагнитной индукции открыл Майкл Фарадей в 1831 году. Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него. Без открытия Фарадея не было бы у нас трансформаторов, генераторов, радио и вообще электротехнической и электронной промышленности.

Индукционный нагрев — это нагревание материалов электрическими токами, которые индуцируются переменным магнитным полем. Т.е. создав переменное магнитное поле и поместив туда материал мы сможем его нагреть. И уже в 1900 г. шведская фирма «Benedicks Bultfabrik» построила и запустила первую индукционную сталеплавильную печь!

Для того, чтобы расплавить или хотя бы нагреть металл, нам необходимо создать колебательный контур и в поле, создаваемое данным контуром поместить металлический предмет.

Вот чертеж индукционной сталеплавильной печи. Как раз на нем видно, что тигель с расплавляемым металлом, окружен катушками, наводящими на него переменное магнитное поле.

А это печь в действии.

В общем случае схема индукционного нагрева выглядит следующим образом: У нас есть генератор и колебательный контур. Частота колебания в контуре зависит от индуктивности катушки и емкости конденсаторов. Различные материалы восприимчивы к различным частотам колебаний. Например, при частоте колебаний контура, при которой происходит плавления стали, например, цветные металлы могут даже не начать толком нагреваться. И наоборот.

Где же используется индукционный нагрев. На самом деле в огромном количестве мест. Он везде вокруг нас. Индукционные электроплиты, как самый яркий пример

Индукционные проточные водонагреватели

Портативные нагреватели, с их помощью например можно разогреть и открутить приржавевшую гайку.

А на производстве индукционный нагреватель используется для поверхностной закалки изделий. Это быстро, экономично и безопасно, с точки зрения отсутствия огня и горючих материалов.

И самое для меня наверное интересное, т.к. я обладатель небольших домашних токарного и фрезерного станков — напайка твердосплавных пластин на державки резцев.

Как я и говорил, для меня системы индукционного нагрева всегда были либо уделом промышленности, либо умельцев, паяющих огромные монструозные схемы с гигантскими блоками питания, которым место дома можно найти с огромной натяжкой. И какое же удивление вызвало обнаружение крохотного устройства из класса — «воткни в блок питания и получай удовольствие».

Переходим к герою нашего обзора. Состоит он из двух частей. Генератор построенный на основе обычного двухтранзисторного мультивибратора (за схемой можно сходить в обзор уважаемого dia), для тех кто разбирается в электронике, то ничего сложного, а для тех, для кого это незнакомые термины, то в двух словах — простая и надежная схема, работающая «из коробки». На плате генератора размещена сборка из емкостей. Вторая деталь — катушка колебательного контура. Соединяются обе детали винтовым разъемом.

Размер миниатюрный 5.5 см на 4 см и толщиной 2 см. Диаметр катушки 2.8 см, длина 7.5 см. Питание устройства 5-12В, ток до 5А.

Т.е. максимальная потребляемая мощность может составить 12В х 5А = 60Вт. Это потребление не самой яркой лампочки накаливания. Много это или мало? Давайте прикинем на пальцах. Современная сталелитейная промышленность в среднем тратит 650 кВтч на плавку 1 тонны стали, т.е. 650 Втч на 1 кг или 65 Втч на плавку 100 грамм. Таким образом наша малявка при должном подходе и минимизации теплопотерь в атмосферу за час может расплавить чуть меньше 100 грамм стали. Очень и очень недурственно. Казалось бы 60 Вт потребляемой мощности и 100 грамм расплавленной стали. Весьма полезно все считать, т.к. на глазок некоторые вещи совсем не очевидны, как например мне было в этом случае.

Давайте перейдем от слов к развлечениям делу.

У меня была целая куча идей, которые я хотел реализовать.

По всем идеям я снял подробное видео. Его можно будет посмотреть в конце обзора.

Идея номер 1. Закалка отверточных бит. Частенько, если приходится много закручивать шуруповертом винтов приходится наблюдать картину слизывания крестовины бит.

Есть способ продлить жизнь битам. Частенько биты продают чуть недозакалеными. Это делают видимо для избежания их раскалывания в процессе эксплуатации. Либо по каким-то другим неведомым причинам. Такие биты можно дозакалить. Этим мы и займемся.

Как же закаливают металлы? Существует огромное количество сплавов и индивидуальных режимов их термической обработки. Я не буду погружаться в рамках данного обзора в эти дебри. Если все предельно упростить, то для закалки в примитивных домашних условиях изделий из неопознанной стали можно (с кучей условностей разумеется) использовать следующий способ.

а. Нагрев до вишневого цвета (750 градусов по Цельсию). б. Охлаждение в воде в. Отпуск в духовке при температуре 180-190 градусов по Цельсию в течении 1 часа. Отпуск необходим для снятия внутренних напряжений, чтобы изделие не лопнуло у нас в руках в процессе эксплуатации

Привожу картинку с цветами металла и соответствующим им температурам

Соответственно, разогреваем биту

И охлаждаем ее в воде. Затем отпуск в духовке и… вуаля. Более прочная бита у нас в арсенале.

Идея номер 2. Из остатков ножовочного полотна сделать мини стамески по дереву. Подробный процесс в видео. Делюсь лишь фоткой конечных изделий

Выглядят они неказисто, но древесину режут исправно. Тест есть на видео.

Идея номер 3. Из подручных гвоздей и железяк сделать настоящее сверло. И сверло получилось! Оно успешно просверлило дерево, алюминий… и не только. Посмотрите на видео))) Заточка и закаленный кончик все выдержали, кроме тела сверла, которое я отпустил, но повторно не закалил. Вот что с ним стало после моих издевательств)))

Идея номер 4. Водонагреватель. Проверка концепции. Кладем гвоздь в трубочку, трубочку в спираль — вода кипит.

Можно сделать подогрев чего — либо, например воды в емкости. Туда поставить банку с молоком, подключить термодатчик, для контроля температуры и будет йогуртница))).

Вот видео моих издевательств над материей )))

Как резюме. Мне индукционный нагреватель понравился. Для домашнего использования мне лично пригодится однозначно. Я периодически нуждаюсь в необходимости закалить какую-либо небольшую деталь (ось накатки для токарника, например). И этот способ мне нравится больше горелки в домашних условиях. Также я получил большое удовольствие от процесса созидания из обломков пилки и ненужных ключей качественно новых вещей.

Хочу ли я нагреватель большей мощности? В квартиру — однозначно нет. Другие режимы, другая техника безопасности. В отдельную мастерскую — однозначно да.

Меня поражает скорость прогресса, если честно. И технологии. Устройство размером со спичечный коробок позволяет ощутить себя и кузнецом, и термистом и сантехником- отопителем))

Получайте удовольствие от жизни, выбирайте себе инструменты и игрушки по вкусу, и Удачи!

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

mysku.ru

устройство, преимущества и недостатки, изготовление своими руками

Индукционный проточный водонагреватель Если вы пришли в магазин за бойлером, а продавец-консультант настойчиво предлагает вам какую-то круглую весьма скромных размеров штуковину, не торопитесь смеяться над ним и крутить пальцем у виска. Именно так выглядит индукционный водонагреватель — новое слово в мире электрических теплогенераторов.

Тем, кто старается применять только самые экономичные и эффективные решения, стоит присмотреться к этим устройствам внимательнее. Так поступили и мы, после чего решили поделиться с читателем своими впечатлениями.

Электромагнитная индукция на службе у человека

Суть явления электромагнитной индукции состоит в образовании электрического тока внутри проводника при условии, что проходящий через него магнитный поток изменяется во времени. Добиться этого можно по-разному: либо меняя параметры самого поля, либо перемещая проводник внутри постоянного поля – главное, чтобы количество и интенсивность проходящих через него силовых линий постоянно изменялись.

Пользу от данного явления невозможно переоценить. Именно на нем основана работа любого электрогенератора – от маленькой бензиновой установки до гигантской электростанции мощностью 3000 МВт. Оно же используется в индукционных нагревательных установках.

Принцип электромагнитной индукции

Закон электромагнитной индукциии

Идея индукционного нагрева проста: если с помощью переменного магнитного поля возбудить электроток в материале с высоким сопротивлением, последний начнет нагреваться. Метод стали широко применять в промышленности, например, в металлургии, где с его помощью осуществляют плавку и закалку металлов.

Постепенно технология перекочевала и в бытовую сферу. Появились индукционные плиты и варочные поверхности, о которые невозможно обжечься. Затем – индукционные котлы отопления и водонагреватели.

Печь индукционнаяИндукционная печь применяется не только для плавки металла, но и для обогрева жилища. Такое устройство легко можно сделать самостоятельно. Индукционная печь своими руками: принцип действия, конструкция и параметры, а также особенности эксплуатации, читайте внимательно.

По каким критериям нужно выбирать электрический накопительный водонагреватель, читайте тут.

Какой водонагреватель лучше выбрать: накопительный или проточный? Здесь http://microklimat.pro/otopitelnoe-oborudovanie/vodonagrevateli/kakoj-luchshe-protochnyj-ili-nakopitelnyj.html вы узнаете все об особенностях каждого вида приборов. Сравнение по экономичности и практичности.

Устройство индукционного водонагревателя

Описать конструкцию индукционного водонагревателя можно буквально несколькими словами.

Простой индукционный нагревательОн состоит всего из трех компонентов:

  • трубы, по которой течет вода;
  • катушки из провода, намотанной вокруг этой трубы;
  • инвертора – электронного устройства повышающего частоту переменного электротока до нескольких десятков килогерц.

Вот и все. Чрезвычайно прост и принцип действия:

  1. Инвертор преобразует поступающий из городской электросети ток в высокочастотный и подает его на катушку.
  2. При пропускании тока через катушку она превращается в электромагнит, а поскольку ток является переменным, то и генерируемое магнитное поле постоянно меняется.
  3. Переменное магнитное поле возбуждает в сердечнике, то есть трубе с жидкостью, электроток, который приводит к ее нагреву.

Достоинства и недостатки технологии

По сравнению с обычным водонагревателем, оборудованным ТЭНами, индукционный имеет ряд преимуществ:

  1. Высокий КПД на уровне 97% — 98%, благодаря которому потребление электроэнергии удается сократить на 30% — 50%.
  2. Простота конструкции: нагрев воды с помощью резистивного элемента сопряжен с некоторыми сложностями. Во-первых, ТЭН нужно размещать внутри емкости с жидкостью, для чего целостность последней приходится нарушать, а место врезки – герметизировать. Нередко в этом месте появляются протечки, что требует вмешательства сервисной службы. Во-вторых, появляется необходимость защиты ТЭНа от образования накипи, для чего приходится применять магниевый анод. С определенной периодичностью эту деталь нужно менять. С индукционным водонагревателем дело обстоит проще. Никакие элементы с водой не контактируют, кроме стенок трубы, через которую она течет. Кроме того, переменное магнитное поле препятствует образованию на них солевых отложений.
  3. Высокая скорость нагрева: ТЭН передает тепловую энергию только той части жидкости, которая непосредственно контактирует с его поверхностью. Далее в дело вступает конвекция: нагретая вода поднимается вверх, холодная опускается вниз – все это, разумеется, требует времени. В индукционном нагревателе магнитное поле воздействует на весь объем находящейся в нем жидкости, поэтому ее нагрев происходит гораздо быстрее.
  4. Долговечность: благодаря тому, что все основные элементы индукционного водонагревателя не подвергаются негативному воздействию жидкости, такой агрегат сохраняет работоспособность в течение 30-ти лет.
  5. Самостоятельное изготовление. Простое устройство обуславливает еще один «плюс» — возможность изготовления индукционного водонагревателя своими руками.

Что можно сказать о недостатках? Есть только один – высокая стоимость.

ГелиоколлекторСолнечную батарею можно только купить в магазине, так как устройство сложное для самостоятельного изготовления. А вот солнечный водонагреватель своими руками сделать довольно просто. Рассмотрим особенности устройства солнечного коллектора для подогрева воды.

Виды электрических проточных водонагревателей рассмотрим в этой статье. Особенности выбора прибора.

Как сделать индукционный водонагреватель своими руками?

Для изготовления самодельного устройства понадобится следующее:

  • Инвертор и трансформатор от самого дешевого сварочного аппарата с возможностью настройки выходного тока на 18 – 25 А.
  • Несколько обрезков нержавеющей проволоки диаметром 6 – 8 мм и длиной от 3,8 до 5,5 см или аналогичных по размерам фрагментов листовой заготовки.
  • Отрезок толстостенной полимерной трубы диаметром 4,5 – 5 см.
  • Мелкая сетка из лески или нержавеющей проволоки.
  • Эмалированный провод из меди сечением 1,5 – 2 кв. мм.

Длина провода должна быть такой, чтобы с его помощью поверх пластиковой трубы можно было соорудить катушку из 85 – 95 витков (зависит от силы тока на выходе сварочного трансформатора).

Нагреватель, работающий на электромагнинтной индукции

Самодельный индукционный нагреватель

Если все готово, можно приступать к работе:

  1. Укрепите с одной стороны пластиковой трубы мелкую сетку.
  2. Развернув трубу вертикально сетчатым донышком вниз, заполните ее металлическими обрезками.
  3. Намотайте на трубу медный провод, так чтобы получившаяся катушка располагалась посредине отрезка.
  4. Подключите катушку к выходным клеммам сварочного трансформатора.
  5. С помощью переходников подключите самодельный водонагреватель к системе водоснабжения.

Чтобы добиться максимального эффекта, катушку с трубой следует поместить в корпус, изготовленный из любого бака или другой емкости. Затем корпус нужно утеплить.

При установке устройства учитываются следующие требования:
  • Водонагреватель должен располагаться вертикально сетчатым донышком вниз.
  • Вода должна поступать в устройство снизу вверх.
  • Если водонагреватель применяется в системе отопления, она должна быть оборудована циркуляционным насосом.
  • Минимально допустимое расстояние от водонагревателя до строительных конструкций: пол и потолок – 80 – 90 см, стены – 30 – 40 см.

Систему можно усовершенствовать путем установки терморегулятора.

Заключение

Индукционный водонагреватель во включенном режимеНесмотря на высокую стоимость, индукционные электронагреватели становятся все более популярными.

Это обусловлено несколькими преимуществами, о которых было рассказано в данной статье.

Также в материале приведена подробная инструкция, с помощью которой индукционный водонагреватель можно изготовить самостоятельно.

Видео на тему

microklimat.pro

Индукционный нагреватель | Катушки Тесла и все-все-все

Индукционный нагрев Индукционным нагревом называют явление бесконтактного разогрева проводников, расположенных в мощном переменном (обычно высокочастотном) поле внутри индуктора, происходящее вследствие токов Фуко. Статья в википедии и подробная инструкция по изготовлению данного устройства для лабораторных задач (т. е. прогрева, закалки и мелкого литья практически любых металлов, равно как и иной их термообработки), широко известная среди интересующихся темой, являются почти исчерпывающими для ознакомления с идеей и для самостоятельного построения подобного устройства. Индукционный нагрев Индукционный нагрев Мой индукционный нагреватель имеет в силовой части полумост с внешним генератором IRS27952 (улучшенная версия хорошо известной IR2153, специально предназначенная для построения резонансных инверторов) и драйвером MIC4423, включенных по даташитным схемам. Развязка сделана на GDT. В силовой части стоят два IGBT-транзистора HGTG20N60A4D, обвязанные снабберами и силовыми плёнками по питанию. Питание идёт от ЛАТРа с выпрямителем и 1000 мкф в фильтре после выпрямителя. Обычно для индукционки используют генератор с подстройкой частоты и фазы (ФАПЧ), но, поскольку я ещё не принимался за её изучение, а сделать индукционку хотелось, было применено более простое и менее удобное в работе решение в виде внешнего генератора без подстройки фазы. Индукционный нагрев Полумост нагружен на ферритовый трансформатор тока на двух синих кольцах EPCOS (материал неизвестен, но работают они до 500 кгц) сечением приблизительно 16х9 мм каждое. Намотан трансформатор литцендратом для уменьшения тепловых потерь, существенных вследствие скин-эффекта на обычном проводе, и содержит около 16 витков. Точное количество можно изменять в соответствии с размерами нагреваемой заготовки, но на практике это не требуется. Трансформатор надет на медную трубку вывода индуктора. Индуктор сменный: будучи намотан медной трубкой в 6 мм диаметром, он имеет на концах припаянные трубки 8 мм диаметром, от которых при необходимости может быть отпаян и заменён на другой индуктор, например, иной формы. Индукционный нагрев Параллельно индуктору для образования резонансного контура стоят силовые плёночные конденсаторы EFD (Eurofarad). Решив, что набирать батарею MMC из мелких плёнок типа К78-2 или CBB61, как это обычно делают, слишком утомительно, я взял заказанные некоторое время назад в США эти белые «таблетки», специально предназначенные для использования в индукционных нагревателях. При ёмкости в 3.75 мкф каждая, и будучи соединены последовательно, они образуют превосходный конденсатор на ~1.8 мкф, предназначенный для работы при большой реактивной мощности и больших токах. Индукционный нагрев Индукционный нагрев Контроль работы осуществляется на данный момент осциллографом, подключенным одним каналом к GDT (одному витку через него), а вторым — к трансформатору тока в первичной обмотке трансформатора индукционки. Согласно его показаниям, ток в первичном контуре через ключи достигает 50 ампер при правильной регулировке, активная мощность при этом может быть до 3 киловатт (9-10А потребление по постоянному току из розетки). На ключах выделяется очень небольшая её часть, а охлаждение индуктора проточной водой позволяет избежать и его саморазогрева своим же полем. Индукционный нагрев

Сам процесс разогрева и плавки — отдельная тема, относящаяся больше к металлургии, чем к электронике, и выходящая за рамки данной статьи. Индукционка нагревает стальной болт М12, опущенный шляпкой в индуктор, дожелта примерно за 15-20 секунд, в зависимости от его положения в индукторе, как видно из видео. Более мелкие объекты разогреваются просто моментально. Несколько хуже греются цветные металлы, хуже всего — медь (КПД при этом наиболее низкий, ниже только при нагреве серебра).

Индукционный нагрев

Интересный эффект наблюдается при использовании индуктора специальной формы и нагреве алюминия: ввиду сочетания высокой проводимости и малой плотности он начинает левитировать внутри индуктора. Чтобы предотвратить выталкивание его полем за пределы индуктора, делают индуктор, во-первых, конусовидной формы, и, во-вторых, содержащим т. н. обратный виток: крайний верхний виток наматывают в другую сторону, чем остальные витки индуктора, и его поле стабилизирует летающий кусочек алюминия, не давая ему улететь. Форму индуктора следует подбирать довольно тщательно, мои эксперименты пока не дали устойчивой левитации, хотя сам эффект имеет место (как видно из последней части видео).

Индукционный нагрев   Индукционный нагрев

При помещении внутрь индуктора теплоизолированного тигля можно заниматься литьём металлов. К сожалению, первый же эксперимент в этой области окончился несколько неудачно: около 20-30 грамм кипящей стали раскололи тигль, не выдержавший контраста температур расплава и водоохлаждаемой трубки, и вылились огромной раскалённой каплей прямёхонько на мой многострадальный ковёр, воспламенив его и начав прожигать дыру до деревянного пола. Пламя сбили огнетушителем, а каплю стали пришлось заливать водой из чайника. В результате в ковре образовалась огромная чёрная дыра с углём. Мораль — необходимо использовать по крайней мере керамический лоток или подобный несгораемый поддон при занятии такой хренотенью.

Индукционный нагрев Более удачной была плавка меди: удалось сплавить около 90 г. в этакую медную чушку. Она выглядит, конечно, ужасно, но тем не менее. Индукционный нагрев Индукционный нагрев Индукционный нагрев YouTube Трейлер Метки отсутствуют.

teslacoil.ru

Вихревой индукционный нагреватель. Мини. Питание 5 -12V.

Из товаров предоставленных на обзор, выбор пал на этот индукционный нагреватель. Зачем он мне..? Вихревой индукционный нагреватель. Пару слов теории. «В работе индукционного нагревателя используется энергия электромагнитного поля, которую нагреваемый объект поглощает и преобразует в тепловую. Для генерирования магнитного поля используется индуктор, т. е. многовитковая цилиндрическая катушка. Проходя через этот индуктор, переменный электрический ток создает вокруг катушки переменное магнитное поле. Если внутрь индуктора поместить нагреваемый объект, его будет пронизывать поток вектора магнитной индукции, который постоянно меняется во времени. При этом возникает электрическое поле, линии которого располагаются перпендикулярно направлению магнитного потока и движутся по замкнутому кругу. Благодаря этим вихревым потокам электрическая энергия трансформируется в тепловую и объект нагревается. Таким образом, электрическая энергия индуктора передается объекту без использования контактов, как это происходит в печах сопротивления. В результате тепловая энергия расходуется более эффективно, а скорость нагрева заметно повышается.» «Система «индуктор-заготовка» представляет собой бессердечниковый трансформатор, в котором индуктор является первичной обмоткой. Заготовка является как бы 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 (скин-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 плотность тока увеличивается в несколько раз относительно плотности тока в заготовке, 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 материала заготовки. 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.» В нашем случае индуктором является не медная трубка, а кусок медного провода скрученный в спираль. Для себя, я лично наметил только одно полезное применение такому мисиписечному нагревателю. Разогрев, а потом по возможности закалка переточенных кончиков всяких разных отверточек, шильцев и ковырялок… Заявленные ТТХ: — Питание модуля: 5-12V — Размеры: 5,5 х 4 х 2 см (L * W * H) — Размер катушки: длина: 7.5cм, диаметр: 2,8 см — Диаметр провода индуктора: Комплект: — модуль: 1 шт. — катушка: 1шт. Больше нам о нем пока ничего не известно. Ну что ж, проверим на что он способен и соответствует ли моим ожиданиям… Приехал модуль в таком виде. Размеры, чуть больше спичечного коробка, не считая дросселей. Ширина платки — 37 мм. Длина платки 55 мм. Высота от низа кондеров до верха дросселей — 45 мм. Размеры и диаметр катушки. Длина катушки — 35 мм. Диаметр — 22 мм. Диаметр провода — 2 мм. Длина катушки с выводами -70 мм. Вес конструкции в сборе 114 грамм. На платке есть надписи с рекомендуемым напряжением питания, его полярностью на разъеме. С обратной стороны платки имеется разъем для подключения катушки. Снизу кондеры. Распаиваем модуль. Сама платка сделана очень неплохо. Снизу шелкография, изображение скорпионов. Наверное какой-то фирменный знак производителя печатных плат. Надписи на транзисторах сточены напильником. :0) Рисуем схему. Схема оказалась самой распространенной в интернете. Хотя на данной плате стерта маркировка транзисторов и не удалось расшифровать маркировку стабилитронов, погуглив подобную схему легко найти в интернете. Хотя вполне возможно, что детали стоят несколько другие, но не суть важно. Легко найти аналог на замену при неисправности. Используемые конденсаторы. Теперь все собираем, прикручиваем катушку и подаем питание. Загорается синий светодиодик. Токи на холостом ходу. Токи под нагрузкой. В качестве «нагрузки» использовал трехгранный надфиль. Частота генератора на холостом ходу 214 кГц, под нагрузкой падает до 210 кГц. Маленькое видео нагрева кончика трехгранного надфиля.

Индукционный нагреватель работает, но очень много кушает на холостом ходу. Транзисторы распаянные на плате довольно прилично греются, плата плоховато рассеивает тепло. Если платку доработать, поставить транзисторы по мощнее да вынести их на радиаторы, может получиться вполне себе нагреватель. Чем я и займусь в ближайшем будущем. Посоветовал бы я купить? Наверное да, но не как рабочее законченное изделие, а скорее как ознакомительную версию с возможностью небольшого допила. Ну и если деньги лишние. :0)

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

mysku.ru

Индукционный нагреватель | ТермоТех

За последние 10-15 лет индукционные нагреватели на токах промышленной частоты приобрели широкое распространение. Впрочем, заявляемые производителями высокие потребительские качества индукционных нагревателей, такие как надежность, неприхотливость, экономичность находят подтверждение в условиях реальной эксплуатации. Но при этом почти каждый производитель демонстрирует очередной патент и заявляет, что его индукционный нагреватель – «самый индукционный». Давайте попробуем разобраться, что объединяет, а что различает индукционные нагреватели разных производителей.

Индукционные нагреватели: что общего?

Как бы это банально ни звучало, но общее в индукционных нагревателях – это индукционный способ нагрева. Мы уже рассматривали подробно принцип работы индукционных нагревателей и их отличие от других типов электронагревателей.

Любой индукционный нагреватель будет состоять из первичной обмотки (катушки индуктивности) и вторичной обмотки – теплообменного устройства. Теплообменное устройство представляет собой короткозамкнутый виток, который разогревается под воздействием переменного магнитного поля, индуцируемого катушками индуктивности (отсюда, собственно, само название – «индукционный нагреватель»). В общем виде, принцип можно проиллюстрировать так:

Принципиальная схема нагрева в индукционном нагревателе

Причем, что интересно, запатентовать этот принцип невозможно – он основан на элементарных физических законах и доступен каждому. Так, например, энергетикам известно такое свойство трансформатора как его разогрев в процессе работы. Только в случае с трансформатором выделение тепла – это головная боль для энергетиков, в конструкции же индукционного нагревателя это свойство возведено в абсолют, и сегодня производители заявляют о достижении ими КПД 98, а то и все 99%. Производители вообще любят показатель КПД, потому что этот показатель – относительный, а следовательно можно заявлять что угодно, и при этом не бояться ответственности: при определенных условиях можно заявить, что КПД вообще 100% — на то он и относительный коэффициент.

Индукционные нагреватели: единство и борьба противоположностей

Так в чем же тогда эти запатентованные различия? Оказывается, главным образом, в конструкции теплообменника. Конечно, есть различия и в конструкции магнитопроводов и в конструкции катушек – они могут быть вытянутыми, сплющенными, могут отличаться материалом провода и количеством витков, однако суть от этого не поменяется. Задача первичной обмотки – генерировать переменное магнитное поле, и в любом нагревателе она с этим справляется. Так что в способе нагрева различий у индукционных нагревателей разных производителей практически нет. Зато существенные различия заключаются в конструкциях теплообменников. Что интересно, общепринятой классификации в настоящее время не существует, поэтому возьмем на себя смелость предложить свою собственную, итак:

  1. Индукционный нагреватель кожухового типа
  2. Индукционный нагреватель с трубчатым теплообменником
  3. Индукционный нагреватель с объемным теплообменником (электронагреватель индуктивно-кондуктивного типа – именно так называет его сам производитель)

Индукционный нагреватель  кожухового типа

Начнем с первого – «индукционного нагревателя кожухового типа». Производители таких нагревателей называют их иначе, но в данной статье нам интересны не названия, а принцип нагрева.

Схема вихревого индукционного нагревателя

Мы назвали этот тип индукционных нагревателей «кожуховым» потому что внешне этот тип отличается от остальных тем, что производители помещают конструкцию нагревателя (т.е. индуктор и теплообменник) внутрь кожуха цилиндрической формы. Внешне он даже чем-то напоминает электродный котел, однако отличается от последнего способом нагрева теплоносителя.

Внутри кожуха размещен вытянутый индуктор, внутри и снаружи которого располагается теплообменник, нагревающийся под воздействием электромагнитного поля. Проходя через теплообменник, вода нагревается и подается в систему отопления.

Преимущества конструкции:

  1. Более компактен, имеет меньшие габариты и массу чем остальные типы индукционных нагревателей. Есть мнение, что эстетически он также выглядит лучше, но это спорно, во-первых, и не является определяющим для промышленного нагревателя – во-вторых.
  2. Менее материалоемок (теплообменное устройство состоит из «черного» металла марки Ст3сп) по сравнению с другими представителями класса, а потому у него ниже себестоимость и, соответственно, цена приобретения.
  3. Может размещаться на стене (другие индукционные нагреватели – только напольного исполнения)

Недостатки конструкции:

  1. Изготовление теплообменника из обычного металла удешевляет конструкцию, но делает ее элементы более подверженными коррозии, особенно в периоды профилактических работ и слива теплоносителя.
  2. Конструкция теплообменника такова, что она оказывает повышенное гидродинамическое сопротивление, вследствие чего снижается скорость теплоносителя, при поступлении его внутрь. Это может приводить сразу к двум неприятностям: во-первых, к осаждению загрязнений, имеющихся в теплоносителе, в нижней части нагревателя и, в дальнейшем, еще большему затруднению протока и, во-вторых, к снижению теплосъема с поверхности теплообменника. Вообще, конструкция таких нагревателей предполагает довольно высокую плотность теплового потока – 9-10 Вт/см2 и ухудшение теплопередачи вызовет кипение в пограничном слое теплоносителя. Это чревато ускоренным осаждением накипи в таких местах (по сути – по всей площади теплообменника), а также к дальнейшему снижению теплопередачи и, в конце концов, к перегреву греющего контура.
  3. Недостаток из предыдущего пункта усугубляется тем, что конструкция неремонтопригодна – стоимость и сроки ремонта будут примерно такими же, как и стоимость, и сроки на приобретение нового нагревателя.
  4. Также вертикальное расположение теплообменника приводит к тому, что растворенные в теплоносителе газы и воздух, в процессе нагрева, будут собираться в верхней части теплообменника, вытесняя оттуда теплоноситель, что может привести к местному перегреву теплообменника из-за отсутствия необходимого теплосъема, а теплонагруженность нагревателя, как мы указывали выше, достаточно велика.
  5. Несмотря на то, что одним из главных преимуществ электронагревателей индукционного типа является обеспечение 2-го класса защиты от поражения электрическим током (т.е. практически абсолютная защита даже без заземления), к конструкции этого типа нагревателей эта особенность, увы, не относится, поскольку в случае нарушения изоляции обмоток индуктора, теплоноситель окажется под напряжением – точно так же, как и ТЭНовый котел.
  6. Индукционные нагреватели кожухового типа ограничены в мощности и температуре нагрева. Мощность единичного нагревателя, как правило, не превышает 70-100 кВт, а максимальная температура теплоносителя – 100-110 °С (впрочем, для обычной системы отопления этого достаточно). Ограничение по мощности приводит к необходимости параллельной установки нескольких нагревателей.

Вывод: конструкция индукционных нагревателей кожухового типа получила достаточно широкое распространение, главным образом, благодаря простоте изготовления, относительно низкой себестоимости (а, следовательно, отпускной цены) и системе распределения через дилеров (маржинальность продукта позволяет делиться ею с посредниками). Однако данный тип нагревателей лишь условно относится к нагревателям «трансформаторного» типа, и не всегда заслуженно использует в своих заявлениях те преимущества, которые присущи этому типу нагревателей.

 

Индукционный нагреватель  с трубчатым теплообменником

Если говорить откровенно, то первый коммерческий успех индукционных электронагревателей истинно трансформаторного типа, сопутствовал именно этой конструкции индукционных нагревателей, которые появились на рынке в середине 90-х годов прошлого века и получили довольно широкое распространение. В чем их особенность:

 

Схема индукционного нагревателя с трубчатым теплообменником

Во-первых, эти нагреватели уже не прячутся в кожух. Особенной красотой они, конечно, не блещут, но для покупателя важны другие их свойства. Во-вторых, здесь катушка индуктивности (первичная обмотка) полностью отделена от теплообменника (вторичной обмотки) что исключает поражение электрическим током: даже в случае нарушения изоляции обмоток электросеть не может замкнуться на теплоноситель, так что это настоящий 2-ой класс электробезопасности. И, наконец, в третьих, теплообменное устройство здесь представляет собой набор трубок, огибающих катушки индуктора.

В остальном, все так же как у всех остальных индукционных нагревателей – катушки возбуждают магнитное поле, которое, проходя через металл теплообменника, возбуждает в нем вихревые токи, которые его и разогревают, а потом тепло снимается теплоносителем с принудительной циркуляцией.

Преимущества конструкции:

  1. Конструкция приближена к «сухому» трансформатору, а, следовательно, при должном высоком качестве производства, обладает такими свойствами как долговечность (до 100 000 часов), электрическая безопасность и высокая надежность (во всяком случае, выше чем у «кожуховых нагревателей» и многократно выше, чем у ТЭНовых нагревателей).
  2. Доступность больших мощностей в единице оборудования (до 500 кВт мощности в одном нагревателе). Аналогично кожуховым индукционным нагревателям, трубчатые индукционные нагреватели также могут устанавливаться в параллель, и тогда необходимая мощность будет ограничиваться только доступностью электроэнергии и потребностью в тепловой энергии.
  3. Возможность обеспечения высоких температур нагрева (до 250-300 °С), что существенно расширяет области применения нагревателей. Она уже не ограничивается областью отопления и горячего водоснабжения. При помощи высокотемпературного жидкого теплоносителя есть возможность заменять паровые системы нагрева в промышленности (реакторы, пресса и т.д.) на жидкостные, что существенно повышает надежность, безопасность и управляемость процессами нагрева.
  4. Вообще, если сравнивать с ТЭНами и электродными котлами, преимуществ можно указать множество. Наша же основная задача – сравнить с другими типами конструкций индукционных нагревателей.

Недостатки конструкции:

  1. Вероятно неравномерное распределение теплового потока по сечению трубы теплообменника. Из-за неравномерного омического сопротивления и поверхностного эффекта наибольшая часть тепловой энергии (рассчетно, до 70%) может выделяться всего в 30% поверхности трубы со стороны обмотки. Плотность теплового потока в этих зонах соизмерима с плотностью теплового потока обычного ТЭНа. Что может привести к локальному перегреву, парообразованию в пограничном слое теплоносителя и отложению солей на стенках трубы, с последующим ухудшением теплопередачи и, как следствие, местным перегревам. Эффект накипеобразования многократно усиливается в местах сварки труб, в связи с высокими значениями плотности тока в этих соединениях.
  2. Несмотря на заявляемый коэффициент мощности 0,98, эффект повышенного рассеяния магнитных потоков вокруг трубчатых витков, скорее всего, снижает этот коэффициент до 0,9, иначе чем объяснить, что для обеспечения одной и той же тепловой мощности, нагреватели с трубчатым теплообменником имеют боле высокие потребляемые мощности и токи в обмотках? В свою очередь это приводит к повышению затрат у потребителя, поскольку ему приходится использовать провода увеличенного сечения, а также повышает себестоимость производителя (и, следовательно, цену приобретения для покупателя).
  3. Трубчатый теплообменник оказывает повышенное гидродинамическое сопротивление, что приводит к необходимости установки более мощных (и дорогих) циркуляционных насосов.
  4. Повышена масса нагревателя, т. к. трубчатая конфигурация теплообменника требует значительного промежутка между стержнями сердечника трансформатора. Это приводит к увеличению ярем магнитопровода трансформатора и удорожанию изделия в целом.
  5. Катушки индуктора хоть и надежно пропитаны изоляцией, однако же ничем не защищены от случайного или (того хуже) целенаправленного механического воздействия, что, конечно же, не повышает надежность нагревателя.
  6. Трубчатый теплообменник не ремонтопригоден, и в случае выхода из строя подлежит полной замене на заводе-производителе.

Вывод: индукционные нагреватели с трубчатым теплообменником – это в принципе первые коммерчески успешные индукционные нагреватели, и это действительно шаг вперед по сравнению с ТЭНовыми котлами и нагревателями кожухового типа и сразу два шага вперед по отношению к электродным котлам (за счет факторов безопасности). Применение трубчатого теплообменника изначально было продиктовано технологическими ограничениями и финансовыми вопросами, поскольку трубчатый теплообменник проще в производстве, чем объемный (о котором речь пойдет далее), однако он не лишен недостатков, исправить которые производителям не позволяют рамки патентных правоотношений.

 

Индукционный нагреватель  с объемным теплообменником

Объемный тип теплообменника, в виде опытных образцов, появился даже раньше, чем трубчатый. Однако первые конструкции были не очень удачны – пожалуй, даже нет смысла их описывать, поскольку сейчас они если и выпускаются, то кустарно. Нас будет интересовать последняя итерация конструкции, которую производитель называет также нагревателем индуктивно-кондуктивного типа. Конечно, это лишь способ позиционирования продукта (об этом мы говорили вот в этой статье), однако это название очень четко отражает сущность данного нагревателя.

Индукционные нагреватели с объемным теплообменником появились уже в XXI веке и при их создании, несомненно, были учтены недостатки всех прочих конструкций. Что же представляет собой конструкция индуктивно-кондуктивного электронагревателя с объемным теплообменником?

Схема индукционного нагревателя с объемным теплообменником типа Терманик

Как видим из рисунка, конструкция довольно сильно напоминает индукционный нагреватель с трубчатым теплообменником, однако вместо трубок здесь используется полый цилиндр, внутри которого находится индуктор. По мнению многих (и автора в том числе) индуктивно-кондуктивные индукционные нагреватели эстетически выглядят лучше, чем нагреватели с трубчатым теплообменником, поскольку объемный теплообменник выполняет и роль кожуха: внешний вид создает ощущение законченности и какой-то защищенности.

Это также полноценный индукционный нагреватель, конструкция которого роднит его с «сухим» трансформатором. И он, конечно, обладает всеми преимуществами, которые из этого вытекают: высокая надежность, долговечность, пожарная и электрическая безопасность, поскольку первичная обмотка, на которую подается напряжение, отделена от теплообменника, что исключает поражение электрическим током: это полноценный 2-ой класс электробезопасности.

Вихревые токи здесь возникают в толще металла, из которого сделан полый цилиндр. Надо сразу отметить, что само конструктивное решение повышает надежность нагревателя и его устойчивость к повреждениям. Судите сами: обмотки катушек индуктивности, которые можно легко повредить у нагревателя с трубчатым теплообменником, здесь надежно закрыты от внешнего воздействия. От упорного вредителя они, конечно, не спасут, а вот случайно повредить индуктор уже значительно сложнее.

Материал теплообменника здесь – нержавеющая сталь марки AISI-304, так что коррозия ей не грозит.

Единственное место, которое можно отнести к узким местам (и о котором любят упоминать конкуренты) – это сварные швы на теплообменнике, ведь отливать полые цилиндры без швов человечество еще, к сожалению, не научилось. Но зато человечество научилось хорошо сваривать детали. Случай с объемными теплообменниками здесь не исключение.

Преимущества конструкции:

  1. Индуктивно-кондуктивный электронагреватель максимально приближен к конструкции «сухого» трансформатора, а, следовательно, обладает такими свойствами как долговечность (до 100 000 часов или, в пересчете на годы, порядка 30 лет!), электрическая безопасность, высокая надежность и все прочие преимущества по сравнению с ТЭНовыми и электродными котлами.
  2. Доступность больших мощностей в единице оборудования (до 500 кВт мощности в одном нагревателе). Также существуют модификации высоковольтных индукционных котлов, которые могут обеспечить мощность нагрева свыше 6 МВт. Аналогично прочим индукционным нагревателям, индукционные нагреватели с объемным теплообменником также могут устанавливаться в параллель, и, тем самым, обеспечивать любую мощность нагрева.
  3. Возможность обеспечения высоких температур нагрева (до 200-250 °С), что существенно расширяет области применения нагревателей. Это немного ниже, чем у трубчатых теплообменников, что обусловлено как раз конструкцией. Трубки обеспечивают лучшую вентиляцию и охлаждение катушек. В индукционных нагревателях с объемным теплообменником катушки закрыты, однако и температур, обеспечиваемых этими нагревателями, достаточно для многих технологических процессов (обогрев реакторов, гальванических ванн, сушильных камер, прессов и т.д.).
  4. Равномерное распределение теплового потока по более развитой поверхности теплообменника гарантирует отсутствие явлений местного перегрева, отложения накипи и очень небольшой градиент температур между теплоносителем и теплообменником (не более 20 °С) что служит дополнительным аргументом в пользу надежности и пожарной безопасности нагревателя индуктивно-кондуктивного типа.
  5. «Честный» высокий коэффициент мощности 0,98-0,985 благодаря более равномерному поглощению магнитного поля цилиндрическим теплообменником.
  6. Более низкая масса нагревателей по сравнению с аналогичными по мощности нагревателями на трубках.

Недостатки:

  1. Более высокая себестоимость материалов и высокотехнологичность производства: высокое качество и отличные потребительские свойства дешевыми не бывают.
  2. Низкая маржинальность (наценка) делает продукт не интересным для посредников, поэтому продукцию необходимо заказывать только у производителя.
  3. Теплообменник в большинстве случаев не ремонтопригоден, однако, риск выхода его из строя самый низкий из всех типов индукционных нагревателей. Кроме того, его замена может быть произведена эксплуатирующей организацией, а не только заводом-изготовителем.

Вывод: если говорить о том, что индукционные нагреватели – это следующий шаг по отношению к ТЭНовым и электродным котлам, то индуктивно-кондуктивные нагреватели с объемным теплообменником – это пример дальнейшего развития конструкции, которая, пожалуй, как никогда близка к ожидаемому идеалу. Главное, при наличии очень хорошей и энергоэффективной конструкции, — это высокая культура и качество производства, которая бы неукоснительно следовала конструкторской документации и исполняла замысел инженеров и ученых, положивших годы в создание такого сложного, но такого простого оборудования, как индукционный электронагреватель.

termanik.ru