Метод на индукционно нагряване. Отопление с индукционно оборудване

7.1.3. ИНДУКЦИОННО НАГРЕВАНЕ

Начален период.Индукционното нагряване на проводници се основава на физическо явление електромагнитна индукция, открит от М. Фарадей през 1831 г. Теорията за индукционното нагряване започва да се развива от О. Хевисайд (Англия, 1884), С. Феранти, С. Томпсън, Юинг. Тяхната работа е в основата на създаването на технология за индукционно отопление. Тъй като при индукционно нагряване топлината се отделя в проводимо тяло - слой, равен на дълбочината на проникване електромагнитно поле, тогава има възможности за прецизен температурен контрол, за да се осигури висококачествено отопление при висока производителност. Друго предимство е безконтактното отопление.

Индукционни канални пещи с отворен канал. Един от първите известни проекти на пещ с индукционен канал (ICF) е предложен от S. Ferranti (Италия) през 1887 г. Пещта има керамичен канал, а над и под този канал са поставени плоски индукторни намотки. През 1890г Е.А. Colby (САЩ) предложи дизайн на пещ, при който индукторът покрива кръговия канал отвън.

Първата индустриална пещ със стоманено ядро ​​и индуктор, поставена вътре в канала (фиг. 7.7) е създадена през 1900 г. от Kjellin (Швеция). Мощност на пещта 170 kW, капацитет до 1800 kg, честота 15 Hz. Захранва се от специален генератор на ниска честота, който е необходим поради ниския фактор на мощността. До 1907 г. работят 14 такива пещи.

Ориз. 7.7. Скица на индукционна пещ с отворен канал, проектирана от Kjelly 1 - канал; 2 - индуктор; 3 - магнитна сърцевина

През 1905 г. Röcheling-Rodenhauser (Германия) проектира многофазни канални пещи (с два и три индуктора), в които каналите са свързани към вана, захранвана от мрежа 50 Hz. В следващите проекти на пещи, затворени канали са използвани и за топене на цветни метали. През 1918 г. W. Ron (Германия) построява вакуумна ICP, подобна на пещта Kjellin (налягане 2–5 mm Hg), което прави възможно получаването на метал с по-добри механични свойства.

Поради редица предимства на затворените канални пещи, развитието на отворените канални пещи е в застой. Въпреки това са правени опити за използване на такива пещи за топене на стомана.

През 30-те години в САЩ за претопяване на скрап от неръждаема стоманаизползван е еднофазен ICP с капацитет 6 тона с отворен канал и захранван от генератор с мощност 800 kW и честота 8,57 Hz. Пещта работи в дуплексен процес с дъгова пещ. През 40-те и 50-те години на миналия век в Италия се използват ICP с отворен канал за топене на стомана с вместимост 4–12 тона, произведена от Tagliaferri. В бъдеще използването на такива пещи беше изоставено, тъй като те бяха по-ниски по своите характеристики на дъговите и индукционните тигелни пещи за топене на стомана.

Индукционни канални пещи със затворен канал.От 1916 г. започват да се разработват първо експериментални, а след това и търговски ICP със затворен канал. Серия от ICP със затворен канал е разработена от Ajax-Watt (САЩ). Това са шахтови еднофазни пещи с вертикален канал за топене на медно-цинкови сплави с мощност 75 и 170 kVA и капацитет 300 и 600 kg. Те формират основата за развитието на редица фирми.

През същите години във Франция се произвеждат шахтови пещи с хоризонтален трифазен индукционен блок (мощност 150, 225 и 320 kW). В Англия компанията General Electric Limited предложи модификация на пещта с два канала на индуктор, с асиметричното им разположение, което кара стопилката да циркулира и намалява прегряването.

Пещите от E. Russ (Германия) са произведени с два и три канала на индуктор (вертикална и хоризонтална версия). E. Russ също така предложи дизайна на двоен индукционен блок (IE), свързан към две фази.

В СССР през 30-те години на миналия век ICP, подобни на пещите Ajax-Watt, започват да се произвеждат в Московския електрозавод. През 50-те години на миналия век ОКБ „Електропеч“ разработва пещи за топене на мед и нейните сплави с капацитет 0,4–6,0 т, а след това 16 т. През 1955 г. ICP за топене на алуминий с вместимост 6 t.

През 50-те години на миналия век в САЩ и Западна Европа ICP са станали широко използвани като смесители при топенето на чугун в дуплексния процес с купола или електродъгова пещ. За увеличаване на мощността и намаляване на прегряването на метала в канала са разработени IE дизайни с еднопосочно движение на стопилката (Норвегия). В същото време бяха разработени разглобяеми IE. През 70-те години на миналия век Ajax Magnetermic разработи двойни IE, които в момента достигат 2000 kW. Подобни разработки бяха извършени във VNIIETO през същите години. В развитието на ICP различни видовеактивно участва Н.В. Веселовски, Е.П. Леонова, М.Я. Столов и др.

През 80-те години на миналия век развитието на ICP у нас и в чужбина беше насочено към разширяване на областите на приложение и разширяване на технологичните възможности, например използването на ICP за производство на тръби от цветни метали чрез изтегляне от стопилка.

Индукционни тигелни пещи.Тъй като индукционните тигелни пещи с нисък капацитет (ITF) могат да работят ефективно само при честоти над 50 Hz, тяхното създаване беше възпрепятствано поради липсата на подходящи източници на енергия - честотни преобразуватели. Въпреки това през 1905-1906 г. редица фирми и изобретатели са предложили и патентовали ITP, сред тях са фирмата "Schneider - Creso" (Франция), O. Zander (Швеция), Gerden (Англия). В същото време дизайнът на ITP е разработен от A.N. Лодигин (Русия).

Първият индустриален ITP с искров високочестотен генератор е разработен през 1916 г. от E.F. Нортруп (САЩ). От 1920 г. тези пещи се произвеждат от Ajax Electrothermia. В същото време, ITP, задвижван от въртяща се искрова междина, е разработен от J. Ribot (Франция). Фирма "Метрополитен - Викерс" създаде ITP високочестотна и индустриална честота. Вместо искрови генератори са използвани машинни преобразуватели с честота до 3000 Hz и мощност 150 kVA.

В.П. Вологдин през 1930-1932 г създаде индустриален ITP с капацитет 10 и 200 кг, захранван от машинен честотен преобразувател. През 1937 г. той построява и ITP, захранван от лампен генератор. През 1936 г. A.V. Донской разработи универсална индукционна пещ с лампен генератор с мощност 60 kVA.

През 1938 г., за захранване на ITP (мощност 300 kW, честота 1000 Hz), компанията Brown-Boveri използва инвертор, базиран на многоаноден живачен клапан. От 60-те години на миналия век тиристорните инвертори се използват за захранване на индукционни инсталации. С увеличаването на капацитета на ITP това стана възможно ефективно приложениезахранващ ток с индустриална честота.

През 40-те и 60-те години на миналия век ОКБ "Електропеч" разработва няколко вида IHF: повишена честота за топене на алуминий с капацитет 6 тона (1959 г.), чугун с капацитет от 1 тон (1966 г.). През 1980 г. в завод в Баку е произведена пещ с капацитет 60 тона за топене на чугун (проектирана от VNIIETO по лиценз на Brown-Boveri). Е.П. Леонова, В.И. Кризентал, А.А. Простяков и др.

През 1973 г. Ajax Magnetermic, съвместно с изследователската лаборатория на General Motors, разработва и пуска в експлоатация хоризонтална непрекъсната тигелна пещ за топене на чугун с капацитет 12 тона и мощност 11 MW.

От 50-те години започват да се развиват специални видове индукционно топене на метали:

вакуум в керамичен тигел;

вакуум в перваза;

вакуум в студен тигел;

в електромагнитен тигел;

в окачено състояние;

използвайки комбинирано отопление.

Вакуумни индукционни пещи (ВИП) до 1940 г. се използват само в лабораторни условия. През 50-те години някои фирми, по-специално Hereus, започват да развиват индустриален VIP, чийто единичен капацитет започва да нараства бързо: 1958 г. - 1–3 тона, 1961–5 тона, 1964–15–27 тона, 1970–60 г. През 1947 г. MosZETO произвежда първата вакуумна пещ с капацитет 50 кг, а през 1949 г. започва масово производство на VIP с капацитет 100 кг. В средата на 80-те години производствената асоциация Sibelektroterm, базирана на разработките на VNIIETO, произвежда модернизирани VIP с капацитет 160, 600 и 2500 kg за топене на специални стомани.

Индукционното топене на реактивни сплави в пещи с черепи и пещи с меден водоохлаждан (студен) тигел започва да се използва през 50-те години. Пещ с прахообразен череп е разработена от Н.П. Глуханов, Р.П. Жежерин и други през 1954 г., и пещ с монолитен череп - М.Г. Коган през 1967 г. Идеята за индукционно топене в студен тигел е предложена още през 1926 г. в Германия от Сименс-Халске, но не намира приложение. През 1958 г. в IMET, заедно с Всеруския изследователски институт за високочестотни токове. В.П. Вологдин (VNI-ITVCH) под ръководството на A.A. Фогел провежда експерименти за индукционно топене на титан в студен тигел.

Желанието да се намали замърсяването с метали и загуба на топлинав студен тигел доведе до използването на електромагнитни сили за изтласкване на метала от стените, т.е. за създаването на "електромагнитен тигел" (L.L. Tir, VNIIETO, 1962)

Топенето на метали в суспендирано състояние за получаване на високочисти метали е предложено в Германия (O. Muck) още през 1923 г., но не получава широко разпространение поради липсата на източници на енергия. През 50-те години този метод започва да се развива в много страни. В СССР служителите на VNIITVCH работиха много в тази посока под ръководството на A.A. Фогел.

ICP за топене и ICP за комбинирано отопление започват да се използват от 50-те години, като първоначално се използват нафтови и газови горелки, например ICP за претопяване на алуминиеви стърготини (Италия) и ICP за чугун (Япония). По-късно плазмено-индукционните тигелни пещи станаха широко разпространени, например серия от пилотни пещи, разработени от VNIIETO през 1985 г. с капацитет 0,16–1,0 тона.

Инсталации за индукционно повърхностно втвърдяване.Първите експерименти за индукционно повърхностно втвърдяване са проведени през 1925 г. от V.P. Вологдин по инициатива на инженера на Путиловския завод Н.М. Беляев, които се смятаха за неуспешни, тъй като по това време се стремяха към втвърдяване. През 30-те години V.P. Вологдин и Б.Я. Романови подновяват тази работа и през 1935 г. получават патенти за втвърдяване с помощта на високочестотни токове. През 1936 г. В.П. Вологдин и A.A. Vogel получи патент за индуктор за втвърдяване на зъбни колела. В.П. Вологдин и неговият персонал разработиха всички елементи на втвърдителната инсталация: въртящ се честотен преобразувател, индуктори и трансформатори (фиг. 7.8).

Ориз. 7.8. Закалителна инсталация за прогресивно втвърдяване

1 - втвърден продукт; 2 - индуктор; 3 - втвърдителен трансформатор; 4 - честотен преобразувател; 5 - кондензатор

От 1936 г. Г.И. Бабат и М.Г. Лозински в завода "Светлана" (Ленинград) изследва процеса на индукционно втвърдяване с помощта на високи честоти, когато се захранва от генератор на лампа. От 1932 г. закаляването със средночестотен ток започва да се въвежда от TOKKO (САЩ).

В Германия през 1939 г. G.V. Zeulen извършва повърхностното втвърдяване на коляновия вал във фабриките на AEG. През 1943 г. К. Кегел предлага специална формаиндуктивна тел за втвърдяване на зъбни колела.

Широкото използване на повърхностното втвърдяване започва в края на 40-те години на миналия век. През 25-те години от 1947 г. насам VNIITVCH разработи повече от 300 закалителни устройства, включително автоматична линия за закаляване на колянови валове и инсталация за втвърдяване на железопътни релси по цялата дължина (1965 г.). През 1961 г. е пусната първата инсталация за закаляване на зъбни колела от нискозакаливаема стомана в автомобилния завод на име. Лихачов (ZIL) (технология, разработена от K.Z. Шепеляковски).

Една от посоките на развитие на индукционната топлинна обработка в последните годинитехнологии за закаляване и закаляване на стомана за тръбни стоки и газопроводи за нефтени страни голям диаметър(820–1220 мм), изграждане на арматурни пръти, както и укрепване на железопътни релси.

Чрез отоплителни инсталации.Използването на индукционно нагряване на метали за различни цели, с изключение на топене, на първия етап имаше проучвателен характер. През 1918 г. М.А. Бонч-Бруевич, а след това В.П. Вологдин използва високочестотни токове за нагряване на анодите на електронните тръби по време на тяхното евакуиране (дегазиране). В края на 30-те години в лабораторията на завод Светлана бяха проведени експерименти за използване на индукционно нагряване до температура 800–900 ° C при обработка на стоманен вал с диаметър 170 и дължина 800 mm за струг. Използван е тръбен генератор с мощност 300 kW и честота 100–200 kHz.

От 1946 г. в СССР започва работа по използването на индукционно нагряване при обработка под налягане. През 1949 г. в ЗИЛ (ЗИС) е пуснат в експлоатация първият нагревател за коване. Работата на първата индукционна ковачница започва в Московския завод за малки автомобили (MZMA, по-късно AZLK) през 1952 г. Интересна двучестотна инсталация (60 и 540 Hz) за нагряване на стоманени заготовки (сечение - квадрат 160x160 мм) за налягане Лечението е стартирано в Канада през 1956 г. Подобна настройка е разработена във VNIITVCH (1959). Индустриалната честота се използва за нагряване до точката на Кюри.

През 1963 г. VNIITVCH произвежда нагревател за плочи (размери 2,5x0,38x1,2 m) с мощност 2000 kW при честота 50 Hz за производство на валцуване.

През 1969 г. в металургичния завод на Maclaut steel corp. (САЩ) използва индукционно нагряване на стоманени плочи с тегло около 30 тона (размери 7,9x0,3x1,5 m) с помощта на шест производствени линии (18 индустриални честотни индуктора с общ капацитет 210 MW).

Индукторите имаха специална форма, която осигуряваше равномерно нагряване на плочата. Работата по използването на индукционно нагряване в металургията беше извършена и във VNIIETO (P.M. Chaikin, S.A. Yaitskov, A.E. Erman).

В края на 80-те години в СССР индукционното нагряване се използва в около 60 ковашки цеха (предимно в автотракторите и отбранителна индустрия) с общ капацитет на индукционни нагреватели до 1 милион kW.

Нискотемпературно отопление с индустриална честота.През 1927–1930г в един от заводите за отбрана на Урал започна работа по индукционно нагряване с индустриална честота (N.M. Rodigin). През 1939 г. там успешно работят доста мощни индукционни отоплителни инсталации за термична обработка на изделия от легирана стомана.

ЦНИИТмаш (V.V. Александров) също извършва работа по използването на индустриална честота за топлинна обработка, отопление за засаждане и др. Извършени са редица работи по нискотемпературно отопление под ръководството на A.V. Донской. В Научноизследователския институт по стоманобетон (NIIZhB), Политехническия институт „Фрунзе“ и други организации през 60-70-те години се работи по топлинната обработка на стоманобетонни продукти с помощта на индукционно нагряване с честота 50 Hz. VNIIETO разработи и редица промишлени нискотемпературни отоплителни инсталации за подобни цели. Разработките на MPEI (A.B. Kuvaldin) в областта на индукционното нагряване на феромагнитна стомана са използвани в инсталации за нагряване на части за настилка, термична обработка на стомана и стоманобетон, нагряване на химически реактори, форми и др. (70–80-те години).

Високочестотно зоново топене на полупроводници.Методът на зоново топене е предложен през 1952 г. (W.G. Pfann, САЩ). Работата по високочестотно зоново топене без тигел започва у нас през 1956 г. и във ВНИИТВЧ е получен силициев монокристал с диаметър 18 мм. Създадени са различни модификации на инсталации от типа "Кристал" с индуктор вътре във вакуумната камера (Ю.Е. Недзвецки). През 50-те години на миналия век в завод Платиноприбор (Москва) съвместно с Държавния институт по редки метали (Гиредмет) се произвеждат инсталации за вертикално безтигелно зоново топене на силиций с индуктор извън вакуумната камера (кварцова тръба). Началото на серийното производство на инсталации Kristall за отглеждане на монокристали силиций датира от 1962 г. (в Таганрог ZETO). Диаметърът на получените монокристали достига 45 мм (1971 г.), а по-късно и повече от 100 мм (1985 г.)

Високочестотно топене на оксиди.В началото на 60-те F.K. Monfort (САЩ) извършва топенето на оксиди в индукционна пещ (отглеждане на монокристали от ферити с помощта на високочестотни токове - радиочестоти). В същото време A.T. Chapman и G.V. Кларк (САЩ) предложи технология за претопяване на блок от поликристален оксид в студен тигел. През 1965 г. Ж. Рибо (Франция) получава стопилки на оксиди на уран, торий и цирконий с помощта на радиочестоти. Топенето на тези оксиди става при високи температури (1700–3250°C), поради което е необходим голям източник на енергия.

В СССР технологията на високочестотно топене на оксиди е разработена във Физическия институт на Академията на науките на СССР (А. М. Прохоров, В. В. Осико). Оборудването е разработено от VNIITVCH и Ленинградския електротехнически институт (LETI) (Ю.Б. Петров, А.С. Василиев, В.И. Доброволская). Създадените от тях през 1990 г. заводи на Kristall са с общ капацитет от над 10 000 kW и произвеждат стотици тонове оксиди с висока чистота годишно.

Високочестотно плазмено нагряване.Феноменът на високочестотен разряд в газ е известен от 80-те години на миналия век. През 1926–1927г J.J. Томсън (Англия) показа, че безелектроден разряд в газ се създава от индуцирани токове, а Дж. Таунсенд (Англия, 1928) обяснява разряда в газ с действието електрическо поле. Всички тези изследвания са проведени при понижено налягане.

През 1940–1941г G.I. Бабат в завод „Светлана“ наблюдава плазмен разряд по време на дегазиране на електронни тръби с високочестотно нагряване и след това за първи път получи разряд при атмосферно налягане.

През 50-те години на миналия век се работи върху високочестотната плазма в различни страни (T. B. Reid, J. Ribot, G. Barkhoff и др.). В СССР те се провеждат от края на 50-те години в Ленинградския политехнически институт (А. В. Донской, С. В. Дресвин), MPEI (М. Я. Смелянски, С. В. Кононов), ВНИТВЧ (И. П. Дашкевич) и др. Изпускания в различни газове. , бяха проучени дизайни на плазмотрони и технологии с тяхното използване. Създадени са високочестотни плазмени горелки с кварцови и метални (за мощност до 100 kW) водно охлаждани (създадени през 1963 г.) камери.

През 80-те години високочестотни плазмени горелки с мощност до 1000 kW при честоти от 60 kHz - 60 MHz се използват за производство на свръхчисто кварцово стъкло, пигмент титанов диоксид, нови материали (например нитриди и карбиди), ултрачисти ултрафини прахове и разлагане на токсични вещества.

От книгата История на електротехниката автор Екип от автори

7.1.1. РЕЗИСТИВНО НАГРЕВАНЕ Начален период. Първите експерименти върху нагревателни проводници с електрически ток датират от 18 век. През 1749 г. Б. Франклин (САЩ), докато изучава изхвърлянето на лейденски буркан, открива нагряване и топене на метални проводници, а по-късно според него

От книгата на автора

7.1.2. ЕЛЕКТРИЧЕСКО ОТОПЛЕНИЕ Начален период. През 1878–1880 г W. Siemens (Англия) извърши редица работи, които формират основата за създаването на дъгови пещи с директно и непряко нагряване, включително еднофазна дъгова пещ с капацитет 10 кг. Те бяха помолени да използват магнитно поле

От книгата на автора

От книгата на автора

7.7.5. ПЛАЗМЕННО НАГРЕВАНЕ Начален период. Началото на работата по плазмено нагряване датира от 20-те години на миналия век. Самият термин "плазма" е въведен от И. Лангмюр (САЩ), а понятието "квазинеутрална" - от В. Шотки (Германия). През 1922 г. X. Gerdien и A. Lotz (Германия) провеждат опити с плазма, получена от

От книгата на автора

7.1.6. ЕЛЕКТРОННО ЛЪЧЕВО НАГРЕВАНЕ Начален период. Технологията на нагряване с електронен лъч (топене и рафиниране на метали, размерна обработка, заваряване, термична обработка, изпарително покритие, декоративна повърхностна обработка) се основава на постиженията на физиката,

От книгата на автора

7.1.7. ЛАЗЕРНО НАГРЕВАНЕ Начален период. Лазерът (съкращение от английското Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) е създаден през втората половина на 20 век. и намира приложение в електрическата технология.Идеята за процеса на стимулирана емисия е изразена от А. Айнщайн през 1916 г. През 40-те години В.А.

Индукционните котли за отопление са устройства, които имат много висока ефективност. Те могат значително да намалят разходите за енергия в сравнение с традиционните уреди, оборудвани с нагревателни елементи.

модели промишлено производствоне е евтино. Въпреки това, всеки домашен майстор, който притежава прост комплектинструменти. Предлагаме да му помогнем Подробно описаниепринципът на действие и монтаж на ефективен нагревател.

Индукционното нагряване не е възможно без използването на три основни елемента:

  • индуктор;
  • генератор;
  • нагревателен елемент.

Индукторът е намотка, обикновено изработена от медна тел, която генерира магнитно поле. Генератор променлив токизползва се за получаване на високочестотен поток от стандартен 50 Hz домакински мощностен поток.

Като нагревателен елемент се използва метален предмет, способен да абсорбира Термална енергияпод въздействието на магнитно поле. Ако свържете тези елементи правилно, можете да получите високопроизводително устройство, което е идеално за нагряване на течна охлаждаща течност и.

С помощта на генератор към индуктора се подава електрически ток с необходимите характеристики, т.е. на медна намотка. При преминаване през него потокът от заредени частици образува магнитно поле.

Принципът на работа на индукционните нагреватели се основава на появата на електрически токове вътре в проводниците, които се появяват под въздействието на магнитни полета.

Особеността на полето е, че има способността да променя посоката на електромагнитните вълни при високи честоти. Ако в това поле се постави някакъв метален предмет, той ще започне да се нагрява без директен контакт с индуктора под въздействието на създадените вихрови токове.

Високочестотният електрически ток, протичащ от инвертора към индукционната намотка, създава магнитно поле с постоянно променящ се вектор на магнитните вълни. Металът, поставен в това поле, се нагрява бързо

Липсата на контакт прави възможно загубите на енергия при прехода от един тип към друг незначителни, което обяснява повишената ефективност на индукционните котли.

За да загреете вода за отоплителния кръг, достатъчно е да осигурите контакта му с метален нагревател. Често като нагревателен елемент се използва метална тръба, през която просто преминава поток от вода. Водата едновременно охлажда нагревателя, което значително увеличава експлоатационния му живот.

Електромагнитът на индукционно устройство се получава чрез навиване на проводник около сърцевината на феромагнит. Получената индукционна намотка се нагрява и предава топлина към нагрятото тяло или към охлаждащата течност, протичаща наблизо през топлообменника

Предимства и недостатъци на устройството

„Плюсовете“ на вихровия индукционен нагревател са многобройни. Това е проста схема за самостоятелно производство, повишена надеждност, висока ефективност, относително ниски разходи за енергия, дългосроченработа, ниска вероятност от повреди и др.

Производителността на устройството може да бъде значителна; единици от този тип се използват успешно металургична промишленост. По отношение на скоростта на нагряване на охлаждащата течност устройствата от този тип уверено се конкурират с традиционните. електрически бойлери, температурата на водата в системата бързо достига необходимото ниво.

По време на работа на индукционния котел нагревателят леко вибрира. Тази вибрация се отърсва от стените метална тръбаваровик и други възможни замърсители, поради което такова устройство рядко трябва да се почиства. Разбира се, отоплителната система трябва да бъде защитена от тези замърсители с механичен филтър.

Индукционната намотка нагрява метала (тръба или парчета тел), поставен вътре в нея, използвайки високочестотни вихрови токове, контакт не е необходим

Постоянният контакт с вода също минимизира вероятността от изгаряне на нагревателя, което е доста често срещан проблем за традиционните котли с нагревателни елементи. Въпреки вибрациите, котелът е изключително тих, допълнителна шумоизолацияна мястото на инсталиране на устройството не се изисква.

| Повече ▼ индукционни котлихубавото е, че почти никога не изтичат, освен ако инсталацията на системата не е направена правилно. Това е много ценно качество, тъй като елиминира или значително намалява вероятността от опасни ситуации.

Липсата на течове се дължи на безконтактния метод за прехвърляне на топлинна енергия към нагревателя. Охлаждащата течност, използваща описаната по-горе технология, може да се нагрее почти до състояние на пара.

Това осигурява достатъчна термична конвекция, за да стимулира ефективното движение на охлаждащата течност през тръбите. В повечето случаи отоплителната система няма да трябва да бъде оборудвана с циркулационна помпа, въпреки че всичко зависи от характеристиките и оформлението на конкретна отоплителна система.

Изводи и полезно видео по темата

Ролка №1. Преглед на принципите на индукционно нагряване:

Ролка №2. Интересен вариантпроизводство на индукционен нагревател:

За да инсталирате индукционен нагревател, не е необходимо да получавате разрешение от регулаторните органи, промишлените модели на такива устройства са доста безопасни, подходящи са както за частна къща, така и за обикновен апартамент. Но собствениците на домашно изработени единици не трябва да забравят за безопасността.

Индукционното нагряване е електрическо отоплениес помощта на електромагнитна индукция. Ако предмет от електропроводим материал се постави вътре в намотка, през намотката на която преминава променлив ток, в обекта, вмъкнат в кухината на бобината от променливо магнитно поле, се индуцират вихрови токове. Всъщност, говорим сиза трансформатор, в който вторичната намотка е детайл (намотка с късо съединение), а първичната намотка е намотка, която в индукционните нагреватели се нарича индуктор. Вихровите токове нагряват вградения обект (заготовка). Топлината се подава към детайла от променливо магнитно поле, а не от температурен градиент, както при индиректното нагряване, и се получава директно в детайла. Всичко друго наоколо може да е студено. Това е значително предимство на индукционното отопление.

Топлината в детайла не се генерира равномерно по цялото напречно сечение. Например: при нагряване на цилиндричен детайл най-високата плътност на тока ще бъде на повърхността, а към средата тя намалява приблизително експоненциално. Това явление се нарича скин ефект.

Дълбочината, на която плътността на тока намалява до стойността на J o /e, т.е. с 0,368 от плътността на повърхността, се нарича дълбочина на проникване δ

  • ω = 2πf ъглова честота, f - честота
  • ρ съпротивлениематериал на детайла
  • µ o вакуумна пропускливост (4π x 10-7Hm-1)
  • µ r е специфичната пропускливост на материала на детайла.

На практика е препоръчително да коригирате това съотношение:

В повърхностен слой с дебелина една дълбочина на проникване се генерира 86,5% от цялата топлина, в слой от две дълбочини на проникване δ 98%, в слой от 3δ 99,8% (отнася се за цилиндър с диаметър повече от 8 δ ).

Очевидно дълбочината на проникване зависи от честотата на тока на индуктора и от съпротивлението и относителната пропускливост на материала на детайла при Работна температуразаготовки.

За по-голяма яснота даваме дълбочината на проникване на мед и въглеродна стомана (mm):

честота 50 500 1000 2000 4000 8000 10000 20000 50000
мед 40°C 10 3,2 2,3 1,6 1,1 0,8 0,7 0,5 0,3
стомана 1200°C 78 25 17,5 12,3 8,6 6,2 5,5 3,9 2,5

От гледна точка на оперативните разходи ефективността на отоплението представлява интерес. Приблизително ефективността η може да бъде оценена с помощта на съотношението

  • D вътрешен диаметър на бобината на индуктора
  • d диаметър на детайла
  • δ дълбочина на проникване
  • ρ 1 специфично съпротивление на материала на индуктора
  • ρ 2 съпротивление на материала на детайла
  • µ r е относителната пропускливост на материала на детайла.

Ефективността намалява с увеличаване на съотношението D/d, тъй като свързването на магнитното поле на индуктора към детайла намалява. Поради това не е изгодно да се използва един индуктор за голям диапазон от диаметри на детайла. Ефективността също намалява с увеличаване на съотношението δ/d. Ниска стойност на δ/d се използва например за повърхностно втвърдяване, при което протича бърз процес на нагряване и след това тънък повърхностен слой се охлажда.

За формоване (коваване) е необходимо материалът да се нагрява възможно най-равномерно. Поради това се избира по-бавно нагряване, така че топлината да може да се разпръсне до средата на детайла. Увеличаването на дълбочината на проникване също допринася за равномерното нагряване. Избира се честотен компромис, за да се постигне необходимото загряване с добра ефективност на пренос на енергия от индуктора към детайла.

Практиката показва, че за нагряване на въглеродна стомана до 1200°C, следната гама от размери на детайла е икономична:

честота
диаметър на детайла
[мм]
правоъгълна страна
[мм]
50 200-600 180-550
250 90-250 80-225
500 65-180 60-160
1000 50-140 45-125
2000 35-100 30-80
4000 22-65 20-60
8000 16-50 15-45
10000 15-40 14-35
20000 10-30 9-25

За плосък детайл дебелината на гумата трябва да бъде повече от 2,5 пъти дълбочината на проникване. При малка дебелина се получава така наречената пропускливост и се намалява ефектът на нагряване, което трябва да се има предвид при избора на оборудване.

За захранване на индуктора с по-висока честота, отколкото в разпределителната мрежа (50 Hz), се използват статични честотни преобразуватели - тиристорни или транзисторни.

G. Hoteborg произвежда честотни преобразуватели с тиристори от 25 до 1200 kW с честота до 8 kHz и с транзистори до 200 kW с честота до 25 kHz.

Индукционното отопление ви позволява добре да стабилизирате температурата на нагряваните предмети. Свободно програмируемите автомати се използват главно за управление на процеса. Температурата в повечето случаи се измерва по безконтактен метод - пирометри. При нагряване на алуминий и неговите сплави се използват и термодвойки.

Едно от предимствата на индукционното отопление е възможността за неговата механизация, а в някои случаи и автоматизация. Последното намалява нуждата от човешки труд и е просто необходимо за много мощно оборудване.

На практика индукционното отопление се използва в следните области:

  • за формоване - възможно най-широк спектър на приложение, важно е равномерното нагряване на детайла
  • за топене на желязо и железни метали, с ниска и средна честота
  • за повърхностно втвърдяване - , Choteboř си сътрудничи и с поканени технолози в производството на оборудване за втвърдяване
  • за запояване - между запоени метални частивмъква се спойка, частите се поставят в индуктора и спойката се разтопява
  • за горещо пресоване - използван термично разширениеметали
  • специални технологии - заваряване, плазмено, вакуумно топене, поддържане на температурата на разтопеното стъкло. Град Choteborz все още не се е занимавал с тези технологии.

Уместност

PF 2019

14.12.2018 г. Благодарим ви за сътрудничеството през 2018 г. и ви желая много успехи в работата и личния живот през Новата 2019 г. Честита Нова 2019 година и Весела Коледа пожелания ROBOTERM Chotěboř!

От Уикипедия, свободната енциклопедия

Много хора са привлечени от електрическото отопление от факта, че то работи автономно и не се нуждае от постоянна грижа. Отрицателната страна на такива отоплителни котли е цената и техническите изисквания.

На някои места те просто не могат да се прилагат. Но много собственици не се страхуват от това и вярват, че лекотата на работа покрива всички недостатъци.

Особено когато на пазарите се появиха нови типове с индуктивни намотки, а не TEN. Те затоплят сградата с мигновена скорост и икономично отопляват сградата, твърдят собствениците на блоковете. Новият тип котли се наричат ​​индукционни.

Новият тип нагреватели е удобен за работа.Те се считат за безопасни, в сравнение с газовите нагреватели, няма сажди и сажди, което не може да се каже за уредите на твърдо гориво. И най-важното предимство - няма нужда от прибиране на реколтата твърдо гориво(въглища, дърва за огрев,).

И веднага щом се появиха индукционни нагреватели, веднага се появиха майстори, които, за да спестят пари, се опитват да създадат такава инсталация със собствените си ръце.

В тази статия ще ви помогнем да проектирате сами отоплително устройство.

Нарича се устройство, при което метал и подобни продукти се нагряват без контакт индукционен нагревател. Работата се контролира от променливо индукционно поле, действащо върху метала, а токовете вътре образуват топлина.

Високочестотните токове действат върху продуктите в допълнение към изолацията, поради което дизайнът е изключителен в сравнение с други видове отопление.

В днешните индукционни нагреватели има полупроводникови честотни редуктори. Този вид отопление се използва широко при топлинна обработка на повърхности от стомана и различни съединения и сплави.

Компактността на оборудването се използва в иновативни технологии, като същевременно има огромен икономически ефект. Разнообразие от модели помагат за реализирането на гъвкави и автоматизирани комбинации, включително универсални транзисторни честотни редуктори и свързващи блокове, когато се предпочита индукционна система.

Описание


Нагревателно устройство

Съставът на типичния нагревателен елемент включва следните компоненти:

  1. Нагревателен елементпод формата на пръчка или метална тръба.
  2. Индуктор- Това е медна тел, обрамчваща бобината с завои. По време на работа той играе ролята на генератор.
  3. Алтернатор.Отделна структура, при която стандартният ток се преобразува в стойност с висока честота.

На практика, индукционни инсталацииса използвани наскоро. Теоретичните изследвания са далеч напред. Това може да се обясни с едно препятствие - получаването на висока честота на магнитните полета. Факт е, че използването на нискочестотни настройки се счита за неефективно. Веднага след като се появиха с висока честота, проблемът беше разрешен.

HDTV генераторите са преминали своя еволюционен период; от лампи до модерни моделина базата на IGBT. Сега те са по-ефективни, имат малко тегло и размери. Тяхното честотно ограничение е 100 kHz поради динамичните загуби на транзисторите.

Принцип на действие и обхват

Генераторът увеличава честотата на тока и предава енергията си към бобината. Индукторът преобразува високочестотния ток в променливо електромагнитно поле. Електромагнитните вълни се променят с висока честота.

Нагряването възниква поради нагряването на вихрови токове, които се провокират от променливи вихрови вектори на електромагнитното поле. Енергията с висока ефективност се предава почти без загуби и има достатъчно енергия за загряване на охлаждащата течност и дори повече.

Енергията на батерията се прехвърля към охлаждащата течност, която се намира вътре в тръбата. Топлоносителят от своя страна е охладителят на нагревателния елемент. В резултат на това експлоатационният живот се увеличава.

Индустрията е най-активният потребител на индукционни нагреватели, тъй като много проекти включват висока топлинна обработка. С тяхното използване силата на продуктите се увеличава.

Във високочестотните ковачници се монтират устройства с висока мощност.

Компаниите за коване и пресоване, използващи такива агрегати, повишават производителността на труда и намаляват износването на матриците, намаляват потреблението на метал. Инсталациите с преходно отопление могат да покрият определен брой детайли наведнъж.

В случай на повърхностно втвърдяване на части, използването на такова нагряване дава възможност да се увеличи устойчивостта на износване няколко пъти и да се получи значителен икономически ефект.

Общоприетата област на приложение на устройствата е запояване, топене, нагряване преди деформация, HDTV втвърдяване. Но все още има зони, в които се получават монокристални полупроводникови материали, изграждат се епитаксиални филми, материалите се разпенват в ел. поле, високочестотно заваряване на черупки и тръби.

Предимства и недостатъци

Професионалисти:

  1. Висококачествено отопление.
  2. Висока прецизност на управлениеи гъвкавост.
  3. Надеждност.Може да работи автономно с автоматизация.
  4. Загрява всяка течност.
  5. Ефективността на устройството е 90%.
  6. Дълъг експлоатационен живот(до 30 години).
  7. Лекота на монтаж.
  8. Нагревателят не събира котлен камък.
  9. Благодарение на автоматизацията, спестяване на енергия.

минуси:

  1. Високата цена на моделите с автоматизация.
  2. Зависимост от захранването.
  3. Някои модели са шумни.

Как да го направите сами?

Схема на свързване на индукционния нагревател

Да речем, че сте решили сами да направите индукционен нагревател, за това подготвяме тръба, изсипваме в нея малки парчета стоманена тел (с дължина 9 см).

Тръбата може да бъде пластмасова или метална, най-важното, с дебели стени.След това се затваря със специални адаптери от всички страни.

След това навиваме медна жица върху нея до 100 оборота и я поставяме в централната част на тръбата. Резултатът е индуктор. Свързваме изходната част на инвертора към тази намотка. Като асистент прибягваме до.

Тръбата действа като нагревател.

Подготвяме генератора и сглобяваме цялата конструкция.

Необходими материали и инструменти:

  • тел или тел от неръждаема стомана (диаметър 7 mm);
  • вода;
  • емайлиран меден проводник;
  • метална мрежа с малки дупки;
  • адаптери;
  • пластмасова тръба с дебели стени;


Разходка:

  1. Mode проводник на парчета, дължина 50 мм.
  2. Подготвяме черупката за нагревателя.Използваме дебелостенна тръба (диаметър 50 мм).
  3. Затваряме долната и горната част на кутията с мрежа.
  4. Подготовка на индукционната намотка. Меден проводникнавиваме 90 завъртания върху тялото и ги поставяме в центъра на черупката.
  5. Изрежете част от тръбата от тръбопроводаи монтирайте индукционен котел.
  6. Свързваме бобината към инвертораи напълнете тенджерата с вода.
  7. Заземяме получената структура.
  8. Проверяваме функционирането на системата.Не използвайте без вода, тъй като пластмасовата тръба може да се разтопи.

От заваръчен инвертор


Най-простият бюджетен варианте производството на индукционен нагревател с помощта на заваръчен инвертор:

  1. За да направите това, вземете полимерна тръба, стените му трябва да са дебели. От краищата монтираме 2 клапана и свързваме окабеляването.
  2. Изсипете парчетата в тръбата(диаметър 5 мм) метална тел и монтирайте горния клапан.
  3. След това правим 90 завъртания около тръбата с медна тел, получаваме индуктор. Нагревателният елемент е тръба, използваме заваръчна машина като генератор.
  4. Устройството трябва да е в режим AC.с висока честота.
  5. Свързваме медния проводник към полюсите заваръчна машина и проверете работата.

Работейки като индуктор, ще се излъчва магнитно поле, докато вихровите токове ще загреят нарязания проводник, което ще доведе до кипене на вода в полимерната тръба

.


  1. От съображения за безопасност отворените участъци на конструкцията трябва да бъдат изолирани.
  2. Използването на индукционен нагревател се препоръчва само за затворени системиотопление, където е оборудвана помпа за циркулация на охлаждащата течност.
  3. Дизайнът с индукционен нагревател се поставя на 800 мм от тавана, 300 от мебелите и стените.
  4. Инсталирането на манометър ще подсигури вашия дизайн.
  5. Желателно е отоплителното устройство да се оборудва с автоматична система за управление.
  6. Нагревателят трябва да бъде свързан към електрическата мрежа със специални адаптери.