Nagrzewnica indukcyjna - zasada działania, zalety i wady, cechy własnej produkcji
Zasada nagrzewania materiałów przez indukowane prądy o wysokiej częstotliwości jest od dawna stosowana w przemyśle. Metoda może być wykorzystywana w życiu codziennym do podgrzewania wody, w tym do ogrzewania domów, ponieważ transfer energii odbywa się wydajniej i przy mniejszych stratach. Przeanalizujmy czym jest nagrzewnica indukcyjna, jak działa, jakie ma zalety i wady oraz jakie są cechy jej samodzielnej produkcji.
Ogrzewanie indukcyjne - co to jest, zastosowanie
Obecnie przemysł szeroko stosuje metodę bezdotykowego nagrzewania detali przed wykonaniem różnych operacji - topienie, spawanie, lutowanie, kucie itp. Jego wydajność jest tak wysoka, że szybko zastępuje tradycyjne metody ogrzewania. Jednocześnie, ze względu na specyfikę transferu energii - bez użycia przewodnika - straty są minimalne, a zatem metoda ma wysoki wskaźnik ekonomiczny.
Nagrzewanie indukcyjne to wzrost temperatury przedmiotów wykonanych z materiałów przewodzących prąd elektryczny poprzez działanie zmiennego pola magnetycznego w ich strukturę. Istota technologiczna zabiegu jest następująca:
- Ogrzewany przedmiot jest umieszczony wewnątrz wzbudnika - przewodnika skręconego w formie spirali.
- Ponadto prądy przemienne o dużej sile i różnych częstotliwościach są przesyłane do cewki indukcyjnej za pomocą specjalnego generatora.
- W rezultacie przewodnik zaczyna promieniować zmiennym polem magnetycznym.
- Pole to przenika do obiektu przewodzącego prąd elektryczny, w wyniku czego powstają w nim prądy indukowane.
- Prądy wirowe zwiększają temperaturę materiału.
Taki obwód cewka-obiekt jest zasadniczo transformatorem bezrdzeniowym. W nim cewka indukcyjna jest uzwojeniem pierwotnym, obiekt jest zwartym wtórnym. Strumienie pola magnetycznego są zamknięte między nimi przez powietrze. W potężnych instalacjach przemysłowych sam przewodnik indukcyjny może stać się bardzo gorący, dlatego w celu zapewnienia bezpieczeństwa dostarczany jest do niego system chłodzenia.
Zasada ogrzewania indukcyjnego jest szeroko stosowana w różnych dziedzinach:
- Bezdotykowe spawanie, topienie i lutowanie o ultra wysokiej czystości.
- Obróbka cieplna i gięcie elementów i podzespołów w przemyśle motoryzacyjnym.
- Tworzenie doświadczalnych próbek stopów.
- Robienie biżuterii.
- Produkty utwardzające na powierzchni.
- Obróbka cieplna małych części, które nie są dostępne dla ekspozycji na plazmę i łuk.
- Obróbka cieplna i hartowanie elementów o skomplikowanych kształtach.
- Dezynfekcja urządzeń i narzędzi w medycynie.
Uwaga! Metoda ogrzewania bezkontaktowego znalazła również szerokie zastosowanie w produkcji domowych urządzeń grzewczych, zwłaszcza do wody. Jednak w cenie takie modele są znacznie lepsze od tradycyjnych odpowiedników działających na elemencie grzewczym. Dlatego przy wystarczającym doświadczeniu można je wykonać niezależnie.
Zasada działania grzałki
Mechanizm wytwarzania ciepła w domowych urządzeniach elektrycznych tego typu opiera się na tym samym prawie, na którym działają instalacje przemysłowe. Jednak ich schemat pracy ma swoje osobliwości. Przede wszystkim dotyczą urządzenia. Tak więc przepływowy podgrzewacz wody dla gospodarstw domowych składa się z następujących głównych elementów:
- Cewka indukcyjna to uzwojenie cewki z drutu miedzianego. Gdy przepływa przez nią prąd, powstaje pole magnetyczne, pod wpływem którego nagrzewa się elektrycznie przewodzący materiał grzałki.
- Generator jest konwerterem stabilnego prądu domowego na strumień wysokiej częstotliwości o wymaganej mocy.
- Elementem grzejnym jest metalowa rura, przez którą przepływa strumień wody do ogrzewania. Grzałka pełni jednocześnie funkcję chłodnicy dla cewki indukcyjnej, zapewniając w ten sposób stabilną pracę i trwałość.
Generator przekształca prąd z normalnej na wysoką i dostarcza go do cewki. Uzwojenie drutu wytwarza pole magnetyczne. Znajdująca się w niej rura grzejna nagrzewa się i przekazuje ciepło przepływającej przez nią wodzie. Ze względu na brak bezpośredniego kontaktu podczas przejścia z jednego rodzaju energii na inny straty są minimalne. Sprawność takich grzałek elektrycznych sięga 98%.
Odniesienie! Kocioł indukcyjny działa zgodnie z omówionym powyżej schematem, który jest ekonomicznym, wydajnym i trwałym grzejnikiem do domu. Tylko zamiast rury w cewce indukcyjnej umieszczony jest obwód wymiany ciepła, przez który przechodzi specjalny płyn chłodzący i rozprowadzany po wszystkich grzejnikach w pomieszczeniu mieszkalnym.
Zalety i wady
Zalety podgrzewacza wody użytkowej tego typu są następujące:
- Długa żywotność. Średni okres gwarancji dla większości producentów wynosi 30 lat. Jednocześnie instalacja nie wymaga poważnej konserwacji i naprawy z wymianą głównych elementów przez cały okres eksploatacji. Czyszczenie zapobiegawcze przeprowadza się nie częściej niż raz na 7-9 lat.
- Ekonomiczne zużycie energii elektrycznej. Aby wyprodukować taką samą ilość ciepła, w porównaniu z odmianami działającymi na tradycyjnych elementach grzewczych, zużywa się o 30-40% mniej energii.
- Brak skali. Specyfika mechanizmu działania urządzenia wyklucza powstawanie kamienia na elementach roboczych instalacji. Dodatkowo, gdy urządzenie jest włączone, lekko wibruje, co jest również dobrym zabezpieczeniem przed powstawaniem różnego rodzaju osadów na jego wewnętrznych częściach w kontakcie z wodą.
- Minimalne ryzyko wycieków. Bezkontaktowa technologia grzewcza eliminuje czynniki zniszczenia - gdy pod wpływem ciepła i wilgoci elementy metalowe szybko rdzewieją.
- Wysoki stopień naturalnej konwekcji. Dzięki temu w większości przypadków urządzenie służące do ogrzewania może funkcjonować bez użycia pompy obiegowej.
Przy tak dużej liczbie zalet indukcyjny podgrzewacz wody nie jest pozbawiony oczywistych wad:
- Urządzenie nagrzewa otoczenie. Może to być niebezpieczne nie tylko z punktu widzenia przepisów przeciwpożarowych, ale także dla znajdujących się w pobliżu ludzi lub zwierząt. Dlatego podczas instalacji wymagane jest przestrzeganie specjalnej liczby warunków, a w przypadku potężnych instalacji przydzielenie osobnego pomieszczenia.
- Do wydajnej pracy wymagana jest stabilna sieć energetyczna. W obszarach o przerywanym zasilaniu i jego niestabilnej charakterystyce będą stale występować problemy z działaniem tego typu sprzętu.
- Konieczność stałego monitorowania parametrów pracy. Przede wszystkim temperatura i ciśnienie nie powinny przekraczać bezpiecznych wartości. W przeciwnym razie płyn chłodzący może przejść do fazy gazowej, w wyniku czego może dojść do wypadku - od rozprężania rur lub obudowy do wybuchu. Dlatego urządzenie musi być wyposażone w manometr, czujnik temperatury lub zintegrowany system automatyki.
- Hałas pracy. Nagrzewnica elektryczna typu indukcyjnego często wydaje różne dźwięki, zwłaszcza przy nieprawidłowym montażu lub niepiśmiennym samodzielnym montażu.
Ważny! Działanie zmiennego pola magnetycznego wytwarzanego przez cewkę indukcyjną nie ogranicza się do elementu grzejnego i wykracza daleko poza ciało. Dlatego, aby wykluczyć szkodliwy wpływ na ludzi, zwierzęta i rośliny, musi być wysokiej jakości ekranowany i instalowany w pomieszczeniach niemieszkalnych.
Cechy samodzielnej produkcji
Aby wykonać nagrzewnicę indukcyjną, musisz mieć doświadczenie w pracach elektrycznych i montażu domowych urządzeń elektrycznych, a także umiejętności obróbki metalu i innych materiałów oraz umieć zamontować okablowanie. Dlatego pod ich nieobecność lepiej powierzyć taką pracę profesjonalistom. W tym przypadku ogólny algorytm wytwarzania urządzenia składa się z następujących kolejnych etapów:
- Produkcja grzejników. Z reguły stosuje się kawałek grubościennej metalowej rury z adapterami na końcach, zamknięty w żaroodpornej plastikowej rurce o większej średnicy.
Przydatne wideo
- Stworzenie cewki indukcyjnej. Izolowany drut miedziany o przekroju około 1-1,5 mm2 jest ciasno owinięty wokół rury. Liczba zwojów musi wynosić co najmniej 90.
- Dobór odpowiedniego alternatora. Najłatwiejszym i najtańszym sposobem jest użycie falownika z odpowiedniej spawarki.
- Podłączenie nagrzewnicy z wzbudnikiem do rury wodociągowej lub grzewczej.
- Podłączanie cewki indukcyjnej do sieci. Rdzenie stykowe cewki są połączone z dodatnimi stykami falownika.
- Zasilacz. Na zaciskach zainstalowane są diody prostownicze. Bez nich napięcie dostarczanego prądu zostanie wyprostowane, a cewka będzie działała jak elektromagnes, a nie cewka indukcyjna.
- Włączenie i sprawdzenie działania urządzenia.
Notatka! Własna grzałka, w przeciwieństwie do analogów fabrycznych, nie jest wyposażona w system ochrony i sterowania. Dlatego przed włączeniem upewnij się, że element grzejny jest napełniony wodą.
Przydatne wideo
Podsumowanie
Nagrzewanie indukcyjne opiera się na zdolności zmiennego pola magnetycznego do podnoszenia temperatury przedmiotów wykonanych z materiałów przewodzących prąd elektryczny. Ogrzewanie odbywa się w sposób bezkontaktowy i charakteryzuje się wysoką wydajnością oraz niskimi stratami energii. Z tego powodu metoda jest szeroko stosowana w różnych dziedzinach – topieniu, spawaniu, lutowaniu metali, obróbce cieplnej komponentów i elementów w produkcji, dezynfekcji instrumentów w medycynie.
Ta sama zasada dotyczy podgrzewacza wody użytkowej. Element grzejny, przez który przepływa woda, umieszczony jest w cewce indukcyjnej. Po przyłożeniu prądu o wysokiej częstotliwości generowane jest zmienne pole magnetyczne, które podgrzewa metalową grzałkę. Wśród głównych zalet takich urządzeń wyróżniają się:
- Trwałość.
- Oszczędność.
- Brak skali.
- Praca bez wycieków.
- Naturalna konwekcja.
Wady są związane z uwalnianiem ciepła do otaczającej przestrzeni, potrzebą stabilnego zasilania energią elektryczną, stałym monitorowaniem wydajności, hałasem pracy i szkodliwym promieniowaniem. Podczas produkcji urządzenia należy postępować zgodnie z instrukcjami i mieć wystarczające doświadczenie.
