Індукційний нагрівач – принцип роботи, переваги та недоліки, особливості самостійного виготовлення
Принцип розігріву матеріалів наведеними струмами високої частоти давно застосовується у промисловості. Метод можна використовувати в побуті для нагрівання води, у тому числі з метою опалення будинку, оскільки передача енергії відбувається більш ефективно та з меншими втратами. Розберемо, що являє собою індукційний нагрівач, як він працює, які плюси і мінуси має, а також у чому полягають особливості його самостійного виготовлення.
Індукційне нагрівання – що це таке застосування
Нині у промисловості широко застосовується метод безконтактного розігріву заготовок перед виконанням різноманітних операцій – плавки, зварювання, паяння, кування та ін. Ефективність його настільки висока, що швидко витісняє традиційні способи нагріву. При цьому через особливості передачі енергії – без використання провідника – втрати мінімальні, і тому метод має високий економічний показник.
Індукційне нагрівання - це підвищення температури предметів з електропровідних матеріалів за допомогою дії в їх структурі змінного магнітного поля. Технологічна суть процедури полягає в наступному:
- Предмет, який потрібно нагріти, вміщується всередину індуктора – звитого у вигляді спіралі провідника.
- Далі в індуктор за допомогою спеціального генератора направляються змінні струми великої сили та різної частоти.
- В результаті провідник починає випромінювати змінне магнітне поле.
- Електропровідний предмет пронизується цим полем, у результаті у ньому з'являються наведені струми.
- Під впливом вихрових струмів температура матеріалу підвищується.
Така схема «індуктор-предмет» насправді є трансформатором без сердечника. У ній індуктор – це первинна обмотка, предмет – коротко замкнута вторинна. Потоки магнітного поля замикаються між ними повітрям. На потужних промислових установках індукторний провідник сам може сильно розігріватися, тому для забезпечення безпеки до нього підводиться система охолодження.
Принцип індукційного нагріву знаходить широке застосування в різних областях:
- Безконтактне зварювання, плавка та паяння надвисокої чистоти.
- Термічна обробка та згинання елементів та вузлів в автопромисловості.
- Створення експериментальних зразків сплавів.
- Виготовлення ювелірних виробів.
- Загартовування виробів поверхнею.
- Термообробка дрібно габаритних деталей, не доступних для дії плазмою та дугою.
- Термічна обробка та загартовування елементів складних форм.
- Дезінфекція приладів та інструментів у медицині.
На замітку! Метод безконтактного розігріву також знайшов широке застосування виготовлення побутових нагрівальних приладів, особливо води. Однак за ціною такі моделі суттєво перевершують традиційні аналоги, що працюють на ТЕН. Тому за достатнього досвіду їх можна виготовити самостійно.
Принцип роботи нагрівача
Механізм вироблення тепла у побутових електроприладів розглянутого типу заснований на тому самому законі, на якому функціонують промислові установки. Однак у схемі їхньої роботи є свої особливості. Насамперед вони стосуються пристрою. Так, побутовий індукційний проточний водонагрівач складається з наступних основних елементів:
- Індуктор - котушка-намотка мідного дроту. При проходженні через нього струму утворюється магнітне поле, під дією якого розігрівається електропровідний матеріал нагрівача.
- Генератор – перетворювач стабільного побутового струму в необхідний потужності високочастотний потік.
- Нагрівальний елемент – металева труба, якою пропускається водяний потік для нагріву. Нагрівач принагідно виконує функцію охолоджувача для індуктора, тим самим забезпечуючи йому стабільні характеристики роботи та довговічність.
Генератор перетворює струм із звичайного на високочастотний і подає його на котушку. Обмотка із дроту виробляє магнітне поле. Нагрівач-трубка, що знаходиться всередині неї, розігрівається і передає тепло водяному потоку, що проходить через нього. Зважаючи на відсутність прямого контакту при переході з одного виду енергії в інший, втрати мінімальні. ККД таких електронагрівачів досягає 98%.
Довідка! За аналогічною вище розглянутою схемою працює індукційний котел, що є економним, ефективним та довговічним обігрівачем для дому. Тільки замість трубки в індуктор міститься теплообмінний контур, проходячи через який нагрівається і розподіляється по всіх радіаторах житлової площі спеціальний теплоносій.
Достоїнства і недоліки
Переваги побутового нагрівача води розглянутого типу полягають у наступному:
- Великий термін служби. Середній період гарантії більшості виробників – 30 років. При цьому установка не потребує серйозного технічного обслуговування та ремонту із заміною основних елементів протягом усього періоду експлуатації. Профілактичне чищення проводиться не частіше одного разу на 7-9 років.
- Економна витрата електроенергії. Для виробництва однієї й тієї ж кількості тепла в порівнянні з різновидами, що працюють на традиційних ТЕН-ах, енергії витрачається на 30-40% менше.
- Відсутність накипу. Специфіка механізму дії приладу унеможливлює утворення накипу на робочих елементах установки. Крім того, у включеному стані прилад злегка вібрує, що також є хорошим захисним фактором від наросту різного роду відкладень на його внутрішніх частинах, що контактують з водою.
- Мінімальний ризик протікання. Безконтактна технологія нагріву виключає фактори руйнування – коли під дією тепла та вогкості металеві елементи швидко іржавіють.
- Висока міра природної конвекції. Завдяки цьому в більшості випадків прилад, який використовується для опалення, може функціонувати без застосування циркуляційного насоса.
При такій великій кількості плюсів індукційний нагрівач води не позбавлений і деяких явних недоліків:
- Прилад нагріває навколишній простір. Це може бути небезпечно не тільки з точки зору протипожежних правил, а й людей або тварин, що знаходяться поруч. Тому при монтажі потрібно дотримуватися особливого ряду умов, а для потужних установок виділяти окреме приміщення.
- Для ефективної роботи потрібна стабільна мережа. У місцевостях із перервною подачею електроенергії та її нестабільними характеристиками у роботі обладнання такого типу будуть постійні проблеми.
- Необхідність постійного контролю робочих параметрів. Насамперед температура та тиск не повинні перевищувати безпечних значень. В іншому випадку теплоносій може перейти в пароподібну фазу, внаслідок чого може статися аварія - від розгерметизації труб або корпусу до вибуху. Тому прилад повинен обладнатися манометром, термодатчиком чи комплексною системою автоматики.
- Робочий шум. Електронагрівач індукційного типу нерідко видає різні шуми, особливо при неправильному монтажі чи неписьменному саморобному складанні.
Важливо! Дія змінного магнітного поля, створюваного індуктором, не обмежується нагрівальним елементом і виходить далеко за межі корпусу. Тому для виключення шкідливого впливу на людей, тварин та рослини його необхідно якісно екранувати та встановлювати у нежитловому приміщенні.
Особливості самостійного виготовлення
Для того, щоб зробити індукційний нагрівач, необхідно мати досвід електротехнічних робіт та складання саморобних електроприладів, а також навички з обробки металу та інших матеріалів та вміти монтувати проводку. Тому за їх відсутності довірити таку роботу краще професіоналам. При цьому загальний алгоритм виготовлення приладу складається з наступних послідовних етапів:
- Виготовлення нагрівача. Як правило, використовується відрізок металевої товстостінної труби з перехідниками на кінцях, укладений в термостійку пластикову трубку більшого діаметру.
Корисне відео
- Створення індуктора. На трубку щільно намотується ізольований мідний провід перетином близько 1-1,5 мм2. Кількість витків має бути не менше ніж 90.
- Підбір відповідного генератора змінного струму. Найбільш простий та доступний спосіб – скористатися інвертором від відповідного зварювального агрегату.
- З'єднання нагрівача з індуктором до водопроводу або опалювальної труби.
- Підключення індуктора до мережі. Контактні жили від котушки приєднуються до плюсових контактів інвертора.
- Підведення електроживлення. На висновках встановлюються діоди-випрямлячі. Без них напруга струму, що подається, буде подаватися випрямленим, і котушка функціонуватиме за типом електромагніту, а не індуктора.
- Увімкнення та перевірка роботи приладу.
Зверніть увагу! Виготовлений самотужки нагрівач на відміну від заводських аналогів не оснащений системою захисту та контролю. Тому перед увімкненням необхідно переконатися, що нагрівальний елемент заповнений водою.
Корисне відео
Висновок
Індукційне нагрівання ґрунтується на здатності змінного магнітного поля підвищувати температуру предметів з електропровідних матеріалів. Нагрів здійснюється безконтактним способом і відрізняється високою продуктивністю та малими втратами енергії. Тому метод знаходить широке застосування в різних сферах - плавці, зварюванні, пайці металів, термообробці вузлів і елементів у виробництві, дезінфекції інструментів в медицині.
У роботі побутового водонагрівача діє той самий принцип. Нагрівальний елемент, через який проходить вода, поміщається в котушку-індуктор. При подачі високочастотного струму виробляється змінне магнітне поле, що розігріває металевий нагрівач. Серед головних плюсів таких приладів є:
- Довговічність.
- Економність.
- Відсутність накипу.
- Робота без протікання.
- Природна конвекція.
Недоліки пов'язані з виділенням тепла в навколишній простір, необхідністю стабільної подачі електроенергії, постійному контролю робочих характеристик, робочим шумом та шкідливим випромінюванням. При виготовленні пристрою необхідно слідувати інструкції та мати достатній досвід.
