Вихровотоково нагряване. Индукционни нагреватели SAV
Нагревателните устройства, чийто принцип се основава на индукционно нагряване, се наричат индукционни нагреватели. Те се използват както в промишлеността, така и в ежедневието, а в промишлеността значението на тяхното използване трудно може да бъде надценено.
Нека разгледаме по-отблизо тези устройства.
Устройството и принципът на работа на индукционния нагревател
Опростено, индукционният нагревател се състои от три компонента:
Проводим (метален, графитен) прът се поставя в бобина, състояща се от определен брой навивки на проводник с дадено напречно сечение, без пряк контакт с него, след което към контактите на бобината се подава напрежение от алтернатор . Около завоите на намотката се образува електромагнитно поле, под въздействието на което в пръта възникват вихрови токове на Фуко, нагряващи сърцевината. По този начин няма пренос на топлина към ядрото, топлината се генерира от него независимо под въздействието на течения, блуждаещи в него, и може да се прехвърля с помощта на охлаждаща течност. Температурата на пръта се повишава не едновременно в цялата маса, а от повърхностните слоеве към центъра, в зависимост от топлопроводимостта на материала на сърцевината. В същото време увеличаването на честотата на променливия ток намалява дълбочината на индуктивното нагряване, но увеличава неговия интензитет. специално вниманиезаслужава обстоятелството, че намотката около сърцевината по време на работа остава почти студена.
Визуално този процес изглежда така:
Области на използване
В индустрията индукционните нагреватели се използват за извършване на следните сложни процеси:
В ежедневието индукционните нагревателни устройства също са доста широко разпространени. Техните области на приложение:
- домакинство автономни системиотопление (за вили, апартаменти, частни къщи);
- индукционни котлони и плочки за кухня;
- тигелни пещи с малък обем за битово топене на метали;
- бижутерски занаят.
Тъй като основната тема на статията е индукционен нагревател, ще се спрем подробно на отоплителен котел, чиято основа е идеята за индуктивно нагряване на охлаждащата течност.
Индукционен нагревател - отоплителен котел
Откакто собствениците започнаха да инсталират автономни отоплителни системи в домовете си, въпросът за ефективността на отоплителните котли остава един от най-важните за тях. По този показател, поне, сред устройствата, които генерират топлина от електричество, водещи са индукционните отоплителни котли. В същото време тяхната мощност, която не е сравнима с идентичния параметър на такова устройство като нагревател за цокъл, позволява да се използват модулите като основен метод за отопление на големи площи.
Индукционните отоплителни котли се състоят от две вериги - първична (електромагнитна) и вторична (топлообменна тръба). Първата верига, състояща се от преобразувател на напрежение и топлинен генератор с нагревател индукционен тип, създава електромагнитно поле, вихрови токове и генерира топлина. Втората верига, която включва топлообменник с тръбопроводна система, прехвърля тази топлина чрез циркулацията на охлаждащата течност към радиаторите на отоплителната система. Като топлоносител се използва чиста вода или с добавки.
В допълнение към тези две вериги, отоплителната система включва автоматизация, която отговаря за работата на отделните единици на блока.
Модерните индукционни отоплителни котли се монтират само в топлообменната верига затворен тип, която има в дизайна разширителен съдмембранен тип и помпа с принудителна циркулация. Използването на циркулационна помпа е принудителна мярка и се дължи на малкия обем на охлаждащата течност при висока интензивност на нагряване на топлообменника. Възможност естествена циркулацияв такава система е изключено - без помпа водата ще заври преди началотодвижението му през тръбите.
важно!Индукционният котел трябва да бъде заземен. Освен това, при инсталиране на отоплителната система, от съображения за безопасност, разпределителната верига на топлоносителя трябва да бъде монтирана от пластмасови тръби или нагревателят трябва да бъде изолиран от стоманената верига чрез поставяне на полипропиленови фитинги.
Индукционните отоплителни котли се класифицират идентично с други отоплителни електрически уреди - по мощност, дизайн, параметри на консумираната електроенергия. Но тези устройства също имат класификация според дизайнерското решение на електрическата част.
Разновидности на индукционни котли
Има следните видове индукционни отоплителни котли, обозначени както по принципа на работа, така и по марката на производителя:
- SAV - разнообразие и в същото време търговска маркакотли от ново поколение с мощност от 2,5 до 100 kW, произведени от 2007 г. Руска компанияЗАО НПК ИНЕРА;
- VIN - съкращението е не само съкращение за името на типа индукционни устройства (вихрови индукционни нагреватели), но и патентованото наименование на котлите, произведени от Ижевската компания Alternative Energy.
Индукционни нагреватели SAV
Работата на блоковете SAV не изисква използването на инвертор, към индуктора се подава ток с честота 50 Hz. Електромагнитното поле, индуцирано от първичната намотка, причинява образуването на вихрови потоци във вторичната намотка, чиято роля в котли от този тип се изпълнява от участък от затворен контур от тръби с охлаждаща течност. Този разделтръби - вторичната намотка се нагрява интензивно под въздействието на токове на Фуко и предава топлина на охлаждащата течност, която принудително циркулира в отоплителната система с помощта на циркулационна помпа.
Устройството на отоплителната система се извършва с помощта на радиатори или по лабиринтен начин, напомнящ отопление на перваза, за да се увеличи общата площ на външната повърхност (пренос на топлина) на тръбите - отоплителния кръг, поне не трябва да бъде минимална дължина.
Котлите SAV се произвеждат за напрежение 220V и 380V. Те използват вода като охлаждаща течност (в чиста форма или с добавки против замръзване), както и антифриз. Единичен изход към пълна мощностработата отнема около 5-20 минути (в зависимост от обема на охлаждащата течност), ефективността на нагревателите на такива устройства е най-малко 98%. За ефективно отопление на помещения до 30 кв.м. достатъчно е индукционно устройство с мощност 2,5 kW, чиято покупка, заедно със системи за автоматизация и контрол, ще струва приблизително 30 хиляди рубли.
VIN-нагреватели
Котлите от този тип са по-съвършени по отношение на принципа на работа и дизайна, което, разбира се, се отразява на тяхната цена. За работата на VIN-устройствата е необходим инвертор - устройство за увеличаване на честотата на входящия ток. Текущ висока честотапричинява образуването на електричество магнитно полевисоко напрежение, което от своя страна причинява появата на по-мощни вихрови токове във вторичната намотка. В допълнение, топлообменникът и корпусът на котела са изработени от феромагнитни сплави, които имат собствено магнитно поле. Резултатът от всички тези процеси е висока интензивност на нагряване на топлообменника и, разбира се, на охлаждащата течност.
Един VIN-блок с мощност 3 kW е достатъчен за отопление на стая с площ от 35-40 кв. М. (зависи от климатични условияи качество на топлоизолацията на външни строителни конструкции).
VIN агрегатите, поради по-високата си производителност, могат да се използват не само в жилищни отоплителни системи, но и за захранване с топла вода. За да направите това, в контура на охлаждащата течност се вкарват допълнителни резервоари за съхранение, оборудвани със защитна автоматика, чийто капацитет се изчислява в зависимост от броя на точките за подаване на топла вода. топла водатези контейнери се осигуряват от циркулацията му в система с директно нагряване от индукционен нагревател.
Оценка на маркетингови характеристики-твърдения
На индукционните отоплителни котли се приписват много предимства, често без аргументи. Ние изброяваме тези характеристики и даваме оценка на степента на съответствие на твърденията с факта:
Икономика
Изявление
Консумация на електроенергия индукционни котли 20-30% по-малко от другите електрически нагреватели.
Факт
Всички електрически нагревателни уреди, които не извършват механична работа, преобразуват 100% от енергията на електрическия ток в топлина, тяхната ефективност винаги е под 100%, но се различава по големина. различни устройствав различни условия. За да генерирате 1 kW топлинна енергия, е необходимо да изразходвате повече от 1 kW електроенергия, но колко повече зависи от параметрите на дисперсионната среда. Вътре в котела, разбира се, също има загуби - например за нагряване на бобината, тъй като всеки проводник има съпротивление, но всички тези загуби остават на закрито
важно!Старите измервателни уреди (бакелит) ще отчитат по-ниска (1,6 - 1,8 пъти) консумация на електроенергия от съвременните електронни, тъй като те не са проектирани да отчитат реактивната мощност на индукционните котли.
Може би този факт определя твърдението за ефективността на индукционните котли.
Издръжливост
Изявление
Висока надеждност и дълъг експлоатационен живот на оборудването - повече от 25 години.
Факт
Всъщност липсата на движещи се части елиминира механичното износване на индукционните котли. Но отоплителната система с VIN модул включва циркулационна помпа, чийто ресурс е много по-скромен. В допълнение, системата за управление и автоматизация включва механизми, също състоящи се от много компоненти, подложени на износване.
Ядрото на индукционния нагревател работи при условия на постоянно циклично нагряване и охлаждане, температурни деформации, които също са отрицателен фактор. Следователно да се нарече ресурсът на индукционните котли почти неограничен е преувеличено. Въпреки това, всъщност е многократно по-висок от нагревателите на нагревателни елементи.
Съгласуваност на характеристиките за целия период на експлоатация
Изявление
Липсата на образуване на котлен камък по вътрешната повърхност на тръбите определя постоянната ефективност на нагревателя и топлообменника.
Факт
Котленият камък е отлагане на соли, съдържащи се във водата (охлаждащата течност). Количеството на тези примеси в ограничен обем на охлаждащата течност също е ограничено и малко, така че ефектът от мащаба върху ефективността на нагревателя е незначителен. А в индукционния котел вторичната намотка е под почти постоянна вибрация и изобщо не се образува котлен камък. Така че твърдението е вярно, само значението му е преувеличено.
Безшумност
Изявление
Работата на индукционните отоплителни котли е безшумна, което ги отличава от другите електрически нагреватели.
Факт
Твърдението е вярно, но - всички електрически котли не издават шум по време на работа, тъй като акустичните вълни не са включени в обхвата на техните трептения. Само циркулационната помпа може да издава шум, но ако желаете, можете да изберете модел с безшумно действие.
компактност
Изявление
Индукционните котли са компактни, което е удобно при избора на място за тяхното инсталиране.
Факт
Това е вярно, ако не използвате каскада от индукционни котли и не инсталирате междинни резервоари, ако има няколко точки на прием на гореща вода в системата за захранване с гореща вода, тъй като индукционният нагревател като цяло е малко парче тръба с намотка.
Безопасност
Изявление
Безопасността на устройството е абсолютна.
Факт
Абсолютно безопасни електрически нагреватели не съществуват. По време на работа на индукционни устройства не се изключва възможността за изтичане на охлаждаща течност от системата и генераторът на електромагнитно поле ще продължи да работи, а празната тръбна система ще се нагрее. За да се предотврати появата на такава ситуация, дизайнът на котела предвижда устройство за автоматично изключване, но то също може да се повреди.
Следователно индукционните нагреватели, въпреки че превъзхождат конкурентите си по някои критерии за безопасност, не са напълно безопасни.
Недостатъци на индукционните нагреватели
- Високата цена на устройствата.
- Значително тегло с компактност.
- Наличието на фактор за влиянието на електромагнитното поле върху тялото и устройствата.
Нека разгледаме по-отблизо последната точка.
Електромагнитното поле влияе върху живите организми приблизително по същия начин, както продуктите в микровълнова печка- затопля ги до определена дълбочина, а това може да има последствия. Интензивността на въздействието на полето, включително върху човек, се определя от такъв показател като плътността на енергийния поток (PEF), който нараства с увеличаване на честотата на тока, подаван към първичната намотка. При използване на индукционни нагреватели е необходимо да се спазват санитарен стандартграничната стойност на PES, която е установена в SanPiN 2.2.4 / 2.1.8.055-96, зависи от продължителността на полевата експозиция и е например за 8-часова експозиция - 25 μW / кв. cm, един- час - 200 μW/кв.см .
В допълнение, излъчването на индуктора влияе неблагоприятно върху електрониката и радио оборудването, разположено наблизо, създавайки смущения по време на работа.
важно!За да се предпазите от въздействието на електромагнитното поле, можете да оградите котела с фина (1x1, 2x2 mm) метална мрежа (Фарадеев кафез), която не е в контакт с корпуса на котела и е заземена.
Правила за работа
Безопасна работа на индукционни отоплителни котли, както всеки друг технически средства, се осигурява чрез прилагането на редица правила както за тяхното инсталиране, така и за използването им след инсталирането:
- Котелът трябва да бъде заземен.
- Разстоянието от устройството до стените отстрани трябва да бъде най-малко 30 cm, от долната точка на котела до пода - 80 cm, от горната му точка до тавана - 80 cm.
- Индукционните котли се монтират само в затворена верига с разширителен резервоар от мембранен тип.
- Системата трябва да включва блок от предпазни устройства (манометър, въздушен клапан, предпазен клапан свръхналягане, система за автоматично изключване при прегряване).
Преглед на известни производители
Заключение
Съвременният пазар на котли за инсталиране на автономни отоплителни системи е представен от стотици модели от различни видове агрегати. Обективността на критерия цена / качество на всеки сорт е различна. Изборът в полза на индукционни нагревателни устройства по отношение на риска от последващо разочарование при покупката е най-разумният.
От Уикипедия, свободната енциклопедия
В тази статия или раздел има външни препратки, но източниците на отделни твърдения остават неясни поради липсата на бележки под линия.
История на индукционното нагряванеОткриването на електромагнитната индукция през 1831 г. принадлежи на Фарадей. Когато проводник се движи в полето на магнит, в него се индуцира ЕМП, точно както при движение на магнит, чиито силови линии пресичат проводящата верига. Токът във веригата се нарича индуциран. Изобретенията на много устройства се основават на закона за електромагнитната индукция, включително определящите - генератори и трансформатори, които генерират и разпределят електрическа енергия, която е фундаменталната основа на цялата електрическа индустрия. През 1841 г. Джеймс Джаул (и независимо от него Емил Ленц) формулира количествена оценка на топлинния ефект на електрическия ток: „Мощността на топлината, отделена на единица обем на средата по време на протичането на електрически ток, е пропорционална на произведението от плътността на електрическия ток и големината на интензитета електрическо поле“ (закон на Джаул-Ленц). Топлинният ефект на индуцирания ток даде повод за търсене на устройства за безконтактно нагряване на метали. Първите експерименти за нагряване на стомана с индуктивен ток са направени от Е. Колби в САЩ. Първият успешно действащ т.нар. Каналната индукционна пещ за топене на стомана е построена през 1900 г. от Benedicks Bultfabrik в Gysing, Швеция. В уважаваното списание от онова време "ИНЖЕНЕРЪТ" на 8 юли 1904 г. се появи известният, където шведският изобретател инженер F. A. Kjellin говори за своето развитие. Пещта се захранваше от монофазен трансформатор. Топенето се извършва в тигел под формата на пръстен, металът в него е вторичната намотка на трансформатор, захранван от ток от 50–60 Hz. Първата пещ с мощност 78 kW е пусната в експлоатация на 18 март 1900 г. и се оказва много неикономична, тъй като капацитетът на топене е само 270 kg стомана на ден. Следващата пещ е произведена през ноември същата година с мощност 58 kW и капацитет 100 kg за стомана. Пещта показа висока рентабилност, капацитетът на топене беше от 600 до 700 кг стомана на ден. Но износването на облицовката поради термични колебания се оказа на неприемливо ниво и честите смени на облицовката намалиха резултатната ефективност. Изобретателят стигна до заключението, че за максимална производителност на топене е необходимо да се остави значителна част от стопилката по време на изхвърлянето, което избягва много проблеми, включително износване на облицовката. Този метод за топене на стомана с остатък, който започва да се нарича "блато", е оцелял и до днес в някои отрасли, където се използват пещи с голям капацитет. През май 1902 г. е пусната в експлоатация значително подобрена пещ с капацитет 1800 kg, дренажът е 1000–1100 kg, балансът е 700–800 kg, мощността е 165 kW, капацитетът за топене на стомана може да достигне до 4100 кг на ден! Подобен разход на енергия от 970 kWh/t впечатлява със своята ефективност, която не отстъпва много на съвременната производителност от около 650 kWh/t. Според изчисленията на изобретателя, от консумирана мощност от 165 kW са загубени 87,5 kW, полезната топлинна мощност е 77,5 kW и се получава много висока обща ефективност от 47%. Рентабилността се обяснява с дизайна на пръстена на тигела, който позволява да се направи многооборотен индуктор с нисък ток и високо напрежение - 3000 V. Съвременните пещи с цилиндричен тигел са много по-компактни, изискват по-малко капиталови инвестиции, по-лесни са да работят, оборудвани с много подобрения за сто години от тяхното развитие, но ефективността е увеличена незначително. Вярно е, че изобретателят в публикацията си пренебрегна факта, че електроенергията се плаща не за активна мощност, а за пълна мощност, която при честота 50–60 Hz е приблизително два пъти по-висока от активната мощност. И в съвременните пещи реактивната мощност се компенсира от кондензаторна банка. С изобретението си инженерът F. A. Kjellin постави началото на развитието на индустриални канални пещи за топене на цветни метали и стомана в индустриалните страни на Европа и Америка. Преходът от 50–60 Hz канални пещи към модерни високочестотни тигелни пещи продължи от 1900 до 1940 г. Принцип на действиеИндукционното нагряване е нагряване на материали електрически токове, които се индуцират от променливо магнитно поле. Следователно това е нагряването на продукти, изработени от проводими материали (проводници) от магнитното поле на индуктори (източници на променливо магнитно поле). Индукционното нагряване се извършва по следния начин. Електропроводим (метал, графит) заготовка се поставя в така наречения индуктор, представляващ една или повече навивки от тел (най-често медна). Мощни токове с различни честоти (от десетки Hz до няколко MHz) се индуцират в индуктора с помощта на специален генератор, в резултат на което около индуктора възниква електромагнитно поле. Електромагнитното поле индуцира вихрови токове в детайла. Вихровите токове нагряват детайла под действието на джаулова топлина. Системата индуктор-заготовка е трансформатор без ядро, в който индукторът е първичната намотка. Заготовката е, така да се каже, вторична намотка, късо съединение. Магнитният поток между намотките се затваря във въздуха. При висока честота вихровите токове се изместват от образуваното от тях магнитно поле в тънки повърхностни слоеве на детайла Δ (ефект на кожата), в резултат на което тяхната плътност се увеличава рязко и детайлът се нагрява. Подлежащите слоеве на метала се нагряват поради топлопроводимостта. Не силата на тока е важна, а високата плътност на тока. В слоя на кожата Δ плътността на тока се увеличава пъти спрямо плътността на тока в детайла, докато 86,4% от топлината от общото топлоотделяне се отделя в скин-слоя. Дълбочината на кожния слой зависи от честотата на излъчване: колкото по-висока е честотата, толкова по-тънък е кожният слой. Това също зависи от относителната магнитна проницаемост μ на материала на детайла. За желязо, кобалт, никел и магнитни сплави при температури под точката на Кюри μ има стойност от няколко стотици до десетки хиляди. За други материали (стопилки, цветни метали, течни нискотопими евтектики, графит, електропроводима керамика и др.) μ е приблизително равно на единица. Формула за изчисляване на дълбочината на кожата в mm: , където μ 0 = 4π⋅10 −7 - магнитна константа H/m, ρ - специфични електрическо съпротивлениематериал на детайла при температура на обработка, Ohm * m, f- честота на електромагнитното поле, генерирано от индуктора, Hz. Например, при честота от 2 MHz, дълбочината на кожата за медта е около 0,25 mm, за желязото ≈ 0,001 mm. Индукторът се нагрява много по време на работа, тъй като абсорбира собствената си радиация. В допълнение, той абсорбира топлинното излъчване от горещ детайл. Те правят индуктори от медни тръби, охлаждани с вода. Водата се подава чрез засмукване - това гарантира безопасност в случай на изгаряне или друго разхерметизиране на индуктора. Приложение
Предимства
недостатъци
Левитационно нагряванеУреди за индукционно нагряванеГенератори на индукционен токНагревателният индуктор е индуктор, който е част от работната осцилаторна верига с компенсираща кондензаторна банка. Изграждането на веригата се извършва или с помощта на електронни тръби, или с помощта на полупроводникови електронни ключове. При инсталации с работна честота до 300 kHz се използват инвертори на IGBT модули или MOSFET транзистори. Такива инсталации са предназначени за отопление на големи части. За нагряване на малки части се използват високи честоти (до 5 MHz, обхват на средни и къси вълни), високочестотни инсталации са изградени върху електронни тръби. Също така, за отопление на малки части, високочестотните инсталации са изградени на MOSFET транзистори за работни честоти до 1,7 MHz. Контролът и защитата на транзисторите при по-високи честоти представлява определени трудности, така че настройките за по-висока честота все още са доста скъпи. Индукторът за нагряване на малки части е малък и има малка индуктивност, което води до намаляване на качествения фактор на работния колебателен кръг при ниски честоти и намаляване на ефективността, а също така представлява опасност за главния осцилатор (при ниски честоти , индуктивното съпротивление на индуктора (намотка на осцилаторната верига) е малко и късо съединение в намотката (индуктор). Качественият фактор на осцилаторната верига е пропорционален на L / C, осцилаторната верига с нисък качествен фактор е много слабо "изпомпва" с енергия. За да се увеличи коефициентът на качество на осцилаторната верига, се използват два начина:
Тъй като индукторът работи най-ефективно при високи честоти, индукционното нагряване получи индустриално приложение след разработването и началото на производството на мощни генераторни лампи. Преди Първата световна война индукционното нагряване беше с ограничена употреба. По това време като генератори се използват високочестотни машинни генератори (работи на V.P. Vologdin) или инсталации с искров разряд. Веригата на генератора може по принцип да бъде всяка (мултивибратор, RC генератор, генератор с независимо възбуждане, различни генератори за релаксация), работещи върху товар под формата на индукторна намотка и с достатъчна мощност. Също така е необходимо честотата на трептенията да е достатъчно висока. Например, за да се "отреже" стоманена тел с диаметър 4 mm за няколко секунди, е необходима осцилационна мощност от най-малко 2 kW при честота от най-малко 300 kHz. Схемата е избрана по следните критерии: надеждност; стабилност на колебанията; стабилност на мощността, отделена в детайла; лекота на производство; лекота на настройка; минимален брой части за намаляване на разходите; използването на части, които общо водят до намаляване на теглото и размерите и др. В продължение на много десетилетия индуктивен триточков генератор се използва като генератор на високочестотни трептения (генератор на Хартли, генератор с автотрансформаторна обратна връзка, схема, базирана на индуктивен делител на напрежението). Това е самовъзбуждаща се паралелна захранваща верига за анода и честотно-селективна верига, направена на осцилаторна верига. Използва се успешно и продължава да се използва в лаборатории, бижутерски работилници, индустриални предприятия, както и в любителската практика. Например по време на Втората световна война на такива инсталации е извършено повърхностно втвърдяване на ролките на танка Т-34. Недостатъци от три точки:
Под ръководството на Бабат, Лозински и други учени бяха разработени дву- и триконтурни генераторни вериги, имащи повече висока ефективност(до 70%), както и по-добро задържане работна честота. Принципът на тяхното действие е следният. Поради използването на свързани вериги и отслабването на връзката между тях, промяната в индуктивността на работната верига не води до силна промяна в честотата на веригата за настройка на честотата. Радиопредавателите са конструирани по същия принцип. Съвременните високочестотни генератори са инвертори, базирани на IGBT модули или мощни MOSFET транзистори, обикновено направени по мостова или половин мостова схема. Работят на честоти до 500 kHz. Портите на транзисторите се отварят с помощта на система за управление на микроконтролер. Системата за управление, в зависимост от задачата, ви позволява автоматично да държите:
Например, когато магнитен материал се нагрее над точката на Кюри, дебелината на кожния слой се увеличава рязко, плътността на тока пада и детайлът започва да се нагрява по-лошо. Магнитните свойства на материала също изчезват и процесът на обръщане на намагнитването спира - детайлът започва да се нагрява по-лошо. Проблемът с индукционното нагряване на детайли, изработени от магнитни материали:Ако инверторът за индукционно нагряване не е автоосцилатор, няма верига за автонастройка и работи от външен главен осцилатор (с честота, близка до резонансната честота на осцилаторната верига "индуктор - компенсираща кондензаторна банка"). В момента, в който детайл от магнитен материал се въведе в индуктора (ако размерите на детайла са достатъчно големи и съизмерими с размерите на индуктора), индуктивността на индуктора рязко се увеличава, което води до рязко намаляване на собствена резонансна честота на колебателния кръг и нейното отклонение от честотата на главния осцилатор. Веригата излиза от резонанс с главния осцилатор, което води до увеличаване на нейното съпротивление и рязко намаляване на мощността, предавана към детайла. Ако мощността на уреда се управлява от външно захранване, тогава естествената реакция на оператора е да увеличи захранващото напрежение на уреда. Когато детайлът се нагрее до точката на Кюри, неговите магнитни свойства изчезват, естествената честота на осцилаторната верига се връща обратно към честотата на главния осцилатор. Съпротивлението на веригата рязко намалява, консумацията на ток рязко се увеличава. Ако операторът няма време да премахне повишеното захранващо напрежение, устройството прегрява и се поврежда. Ако устройството е оборудвано автоматична системаконтрол, тогава системата за управление трябва да следи прехода през точката на Кюри и автоматично да намали честотата на главния осцилатор, като го регулира до резонанс с осцилаторната верига (или да намали подаваната мощност, ако промяната на честотата е неприемлива). Ако се нагряват немагнитни материали, горното няма значение. Въвеждането на заготовка от немагнитен материал в индуктора практически не променя индуктивността на индуктора и не измества резонансната честота на работния колебателен кръг и няма нужда от система за управление. Ако размерите на детайла са много по-малки от размерите на индуктора, тогава той също не измества значително резонанса на работната верига. индукционни печкиИндукционна печка- кухненска електрическа печка, която загрява метални съдове с индуцирани вихрови токове, създадени от високочестотно магнитно поле с честота 20-100 kHz. Такава печка има по-висока ефективност в сравнение с нагревателните елементи на електрическите печки, тъй като по-малко топлинаотива за загряване на корпуса и освен това няма период на ускоряване и охлаждане (когато енергията, генерирана, но неусвоена от съдовете, се губи). Индукционни топилни пещиИндукционни (безконтактни) топилни пещи - електрически пещи за топене на метали, в които нагряването се получава поради вихрови токове, възникващи в метален тигел (и метал) или само в метал (ако тигелът не е направен от метал; това нагряване методът е по-ефективен, ако тигелът е лошо изолиран). Забележки
Вижте същоНапишете отзив за статията "Индукционно отопление"ВръзкиЛитература
Откъс, характеризиращ индукционното нагряване- Е, графиньо! Какво ще бъде saute au madere [соте в Мадейра] от глухарчета, ma chere! Опитах; Дадох хиляда рубли за Тараска не за нищо. Разходи!Той седна до жена си, храбро подпирайки ръце на коленете си и разрошвайки сивата си коса. - Какво искате, графиньо? - Ето какво, приятелю - какво цапаш тук? - каза тя, сочейки жилетката. „Това е соте, нали“, добави тя, усмихвайки се. - Ето как стоят нещата, графе: трябват ми пари. Лицето й стана тъжно. - О, графиньо!... И графът започна да се суети, като извади портфейла си. - Имам нужда от много, бройте, трябват ми петстотин рубли. И тя, като извади камбрикова кърпа, потърка с нея жилетката на съпруга си. - Сега. Хей, кой е там? — извика той с глас, какъвто викат само хората, уверени, че тези, които викат, ще се втурнат стремглаво към техния зов. - Изпратете Митенка при мен! В стаята с тихи стъпки влезе Митенка, този благороден син, възпитан от графа, който сега ръководеше всичките му работи. „Ето какво, скъпа моя“, каза графът на почтителния млад мъж, който влезе. „Донеси ми…“ — помисли си той. - Да, 700 рубли, да. Да, вижте, не носете такива скъсани и мръсни като онзи път, но добри, за графинята. „Да, Митенка, моля те, чисти“, каза графинята и въздъхна тъжно. „Ваше превъзходителство, кога бихте искали да го доставя?“ - каза Митенка. „Ако обичате, не се безпокойте, не се безпокойте“, добави той, като забеляза, че графът вече беше започнал да диша тежко и бързо, което винаги беше признак на гняв. - Бях и забравих ... Ще поръчате ли да доставят тази минута? - Да, да, донеси го тогава. Дайте го на графинята. „Какво злато имам тази Митенка“, добави графът, усмихвайки се, когато младежът си тръгна. - Няма нещо невъзможно. не издържам Всичко е възможно. „Ах, пари, брои, пари, колко скръб причиняват на света!“ — каза графинята. „Наистина се нуждая от тези пари. — Вие, графиньо, сте известна навивачка — каза графът и като целуна ръката на жена си, се върна в кабинета. Когато Анна Михайловна се върна отново от Безухой, графинята вече имаше пари, всичките в чисто нова хартия, под носна кърпичка на масата, и Анна Михайловна забеляза, че графинята беше някак разтревожена. - Е, приятелю? — попита графинята. О, в какво ужасно състояние е! Не можете да го познаете, той е толкова лош, толкова лош; Останах за минута и не казах две думи ... „Анет, за бога, не ми отказвай“, внезапно каза графинята и се изчерви, което беше толкова странно с нейното възрастно, слабо и важно лице, изваждайки пари изпод кърпичката си. Анна Михайловна моментално разбра какво става и вече се наведе, за да прегърне ловко графинята в подходящия момент. - Ето Борис от мен, за шиене на униформа ... Анна Михайловна вече я прегръщаше и плачеше. Графинята също плачеше. Те плакаха, че са приятелски настроени; и че са мили; и че те, приятелките на младостта, са заети с толкова низка тема - парите; и че младостта им е отминала ... Но сълзите и на двамата бяха приятни ... Графиня Ростова седеше с дъщерите си и вече с голям брой гости в гостната. Графът въведе гостите мъже в кабинета си, като им предложи своята ловджийска колекция от турски лули. От време на време той излизаше и питаше: тя дойде ли? Те чакаха Мария Дмитриевна Ахросимова, наречена в обществото le terrible dragon, [ужасен дракон], дама, известна не с богатство, не с почести, а с прямота на ума и откровена простота на обръщението. Мария Дмитриевна беше позната от царското семейство, цяла Москва и цял Петербург знаеха, и двата града, изненадани от нея, тайно се смееха на нейната грубост, разказваха вицове за нея; въпреки това всички без изключение я уважаваха и се страхуваха от нея. Имаше онзи момент преди вечеря, когато събралите се гости не започват дълъг разговор в очакване на обаждане за предястие, но в същото време намират за необходимо да се размърдат и да не мълчат, за да покажат, че не са в най-малко нетърпеливият да седне на масата. Собствениците поглеждат към вратата и от време на време обменят погледи помежду си. От тези погледи гостите се опитват да отгатнат кого или какво друго чакат: важен закъснял роднина или храна, която все още не е узряла. В мъжкия край на масата разговорът ставаше все по-оживен. Полковникът каза, че манифестът за обявяване на война вече е публикуван в Петербург и че екземплярът, който той самият е видял, вече е доставен с куриер на главнокомандващия. Бостънските маси бяха разместени, организираха се партита, а гостите на графа бяха настанени в две всекидневни, диван и библиотека. |
Индукционният нагревател е в основата на нов метод за отопление на жилищни сгради. Устройството използва електромагнитна енергия за отопление. Водата се използва като топлоносител в устройството. Индукционният котел може да бъде закупен готов от фабриката или можете да го направите сами. Ще ви разкажа за характеристиките на устройството и неговия монтаж.
Какво е индукционно нагряване
Индукционното устройство работи върху енергията, генерирана от електромагнитното поле. Той се абсорбира от топлоносителя, след което го предава на помещенията:
- Индукторът създава електромагнитно поле в такъв бойлер. Това е многооборотна цилиндрична телена намотка.
- Протичайки през него, променлив електрически ток около намотката генерира магнитно поле.
- Неговите линии са разположени перпендикулярно на вектора на електромагнитния поток. При преместване те пресъздават затворен кръг.
- Вихровите токове, създадени от променлив ток, преобразуват енергията на електричеството в топлина.
Топлинна енергия при индукционно нагряванесе изразходва пестеливо и при ниска скорост на нагряване. Благодарение на това индукционното устройство довежда водата за отоплителната система до висока температура за кратък период от време.
Характеристики на устройството
Индукционното нагряване се извършва с помощта на трансформатор. Състои се от двойка намотки:
- външен (първичен);
- късо съединение вътрешно (вторично).
В дълбоката част на трансформатора възникват вихрови токове. Те пренасочват възникващото електромагнитно поле към вторичната верига. Той едновременно изпълнява функцията на тялото и действа като нагревателен елемент за водата.
С увеличаване на плътността на вихровите потоци, насочени към ядрото, той първо се нагрява, а след това целия термичен елемент.
За подаване на студена вода и отвеждане на подготвената охлаждаща течност в отоплителна системаиндукционният нагревател е оборудван с двойка тръби:
- Долният е монтиран на входа на водопровода.
- Горната разклонителна тръба - към захранващата част на отоплителната система.
От какви елементи се състои устройството и как работи
Индукционният бойлер се състои от следните конструктивни елементи:
Снимка | Структурен възел |
Индуктор.
Състои се от множество намотки от медна тел. Те генерират електромагнитно поле. |
|
Нагревателен елемент.
Това е тръба, изработена от метални или стоманени телени обрезки, поставени вътре в индуктора. |
|
Генератор.
Преобразува битовото електричество във високочестотен електрически ток. Ролята на генератора може да се играе от инвертор от заваръчната машина. |
Когато всички компоненти на устройството взаимодействат, се генерира топлинна енергия, която се предава на водата.Схемата на работа на агрегата е следната:
- Генераторът произвежда високочестотен електрически ток. След това го предава на индукционна намотка.
- Тя, след като възприема тока, го трансформира в електрическо магнитно поле.
- Нагревателят, разположен вътре в бобината, се нагрява от действието на вихрови потоци, които се появяват поради промяна на вектора на магнитното поле.
- Водата, която циркулира вътре в елемента, се нагрява от него. След това влиза в отоплителната система.
Предимства и недостатъци на метода на индукционно нагряване
Индукционните нагреватели са надарени с такива предимства:
- високо ниво на ефективност;
- не се нуждаят от честа поддръжка;
- те заемат малко свободно пространство;
- поради вибрациите на магнитното поле, мащабът не се утаява вътре в тях;
- устройствата са безшумни;
- те са безопасни;
- поради херметичността на корпуса няма течове;
- работата на нагревателя е напълно автоматизирана;
- устройството е екологично чисто, не отделя сажди, сажди, въглероден окис и др.
Основният недостатък на устройството е високата цена на фабричните му модели..
въпреки това този недостатъкможе да се изравни, ако сглобите индукционен нагревател със собствените си ръце. Устройството е монтирано от лесно достъпни елементи, цената им е ниска.
Монтаж на агрегата
Домашен индукционен нагревател е направен от заваръчен инвертор. В допълнение към него ще ви трябват някои материали и инструменти.
Какви материали и инструменти ще са необходими
За да сглобите сами индукционен котел, трябва:
- Инвертор от машината за заваряване. Това устройство значително ще опрости сглобяването на бойлера.
- Дебелостенна пластмасова тръба. Той ще играе ролята на тялото на единицата.
- Тел от неръждаема стомана. Ще функционира нагревателен елементв магнитно поле.
- Метална мрежа. Той ще съдържа сегменти от тел от неръждаема стомана.
- Водна помпа за циркулация на течности.
- Меден проводник за монтаж на индуктора.
- Терморегулатор.
- Фитинги и сферични кранове за свързване на бойлера към отоплителната система.
- Клещи за работа с тел.
Етапи на работа
Когато сглобявате нагревателя, спазвайте точната последователност на работа:
- Първо фиксирайте метална мрежа от едната страна на пластмасовата тръба. Той няма да позволи изпадането на телените сегменти на нагревателния елемент.
- В същия край на корпуса фиксирайте тръбата за свързване към отоплителната система.
- Използвайте клещи, за да отрежете парчета тел от неръждаема стомана. Дължината им трябва да е 1-5 см. Поставете парчетата плътно в пластмасова кутия. В тръбата не трябва да остава свободно място.
- Затворете другия край на тръбата с метална мрежа. След това монтирайте в него втори разклонител за отоплителната мрежа.
- След това започнете да правите индукционна намотка. За да направите това, увийте тръбата с медна тел. Инструкцията предупреждава, че трябва да има поне 80–90 оборота в намотката.
- След това свържете краищата на медната намотка към полюсите на инвертора на заваръчната машина. Залепете всички точки на свързване.
- Свържете бойлера към отоплителната мрежа.
- Ако отоплителна системавсе още не е оборудван с циркулационна помпа, свържете го.
- Свържете термичен контролер към инвертора. Това ще позволи автоматизирането на работата на бойлера.
- Накрая проверете производителността на сглобеното устройство.
След включване на инвертора бобината на индуктора пресъздава електромагнитното поле. Той генерира вихрови потоци. Те бързо загряват жицата парчета тел. Те предават топлина на циркулиращата вода.
Заключение
Индукционен метален нагревател от заваръчен инвертор е ефективно отоплително устройство. В същото време има прост дизайн, така че е лесно да го сглобите сами.
Вижте видеоклипа в тази статия за допълнителни инструкции. Ако имате въпроси, задайте ги в коментарите.
В индукционните пещи и устройства топлината в електропроводимо нагрято тяло се освобождава от токове, индуцирани в него от променливо електромагнитно поле. По този начин тук се извършва директно отопление.
Индукционното нагряване на метали се основава на два физични закона: и закона на Джаул-Ленц. В тях се поставят метални тела (заготовки, детайли и др.), които възбуждат завихряне в тях. Едс на индукция се определя от скоростта на изменение на магнитния поток. Под действието на индукционната ЕМП в телата протичат вихрови токове (затворени вътре в телата), при които се отделя топлина. Тази ЕДС създава в метала, Термална енергия, освободен от тези течения, е причината за нагряването на метала. Индукционното нагряване е директно и безконтактно. Позволява ви да достигнете температура, достатъчна за стопяване на най-огнеупорните метали и сплави.
Интензивно индукционно нагряване е възможно само в електромагнитни полета високо напрежениеи честоти, които се създават от специални устройства - индуктори. Индукторите се захранват от мрежа 50 Hz (честотни инсталации) или от индивидуални източници на захранване - генератори и преобразуватели на средна и висока честота.
Най-простият индуктор на нискочестотни устройства за индиректно индукционно нагряване е изолиран проводник (опънат или навит), поставен вътре в метална тръба или насложен върху нейната повърхност. Когато токът протича през проводника-индуктор, нагревателните тръби се индуцират в тръбата. Топлината от тръбата (може да бъде и тигел, контейнер) се предава на нагрятата среда (течаща вода през тръбата, въздух и др.).
Най-широко използваното директно индукционно нагряване на метали при средни и високи честоти. За това се използват специални индуктори. Индукторът излъчва , който пада върху нагрятото тяло и се разпада в него. Енергията на погълнатата вълна се преобразува в тялото в топлина. Ефективността на нагряване е толкова по-висока, колкото вида на излъчваната електромагнитна вълна (плоска, цилиндрична и др.) е по-близо до формата на тялото. Следователно, плоските индуктори се използват за нагряване на плоски тела, цилиндрични заготовки - цилиндрични (соленоидни) индуктори. В общия случай те могат да имат сложна форма, поради необходимостта да се концентрира електромагнитната енергия в правилната посока.
Характеристика на въвеждането на индукционна енергия е способността да се контролира пространственото разположение на зоната на потока на вихровия ток. Първо, вихровите токове протичат в зоната, покрита от индуктора. Нагрява се само тази част от тялото, която е в магнитна връзка с индуктора, независимо от габаритните размери на тялото. Второ, дълбочината на зоната на циркулация на вихровия ток и следователно зоната на освобождаване на енергия зависи, наред с други фактори, от честотата на тока на индуктора (увеличава се при ниски честоти и намалява с увеличаване на честотата). Ефективността на преноса на енергия от индуктора към нагрятия ток зависи от размера на празнината между тях и се увеличава с намаляването му.
Индукционното нагряване се използва за повърхностно закаляване на стоманени продукти, чрез нагряване за пластична деформация (коване, щамповане, пресоване и др.), топене на метали, термична обработка (отгряване, отвръщане, нормализиране, закаляване), заваряване, наваряване, запояване на метали .
Непрякото индукционно нагряване се използва за нагряване на технологично оборудване (тръбопроводи, резервоари и др.), нагряване на течни среди, сушене на покрития, материали (например дърво). Най-важният параметъриндукционни нагревателни инсталации - честота. За всеки процес (повърхностно закаляване, чрез нагряване) има оптимален честотен диапазон, който осигурява най-добри технологични и икономически показатели. За индукционно нагряване се използват честоти от 50 Hz до 5 MHz.
Предимства на индукционното отопление
1) Трансфер електрическа енергиядиректно в нагрятото тяло позволява директно нагряване на проводниковите материали. Това увеличава скоростта на нагряване в сравнение с индиректните инсталации, при които продуктът се нагрява само от повърхността.
2) Преносът на електрическа енергия директно в нагрятото тяло не изисква контактни устройства. Това е удобно в условията на автоматизирано поточно производство, при използване на вакуум и защитно оборудване.
3) Поради феномена на повърхностния ефект, максималната мощност се отделя в повърхностния слой на нагрятия продукт. Следователно индукционното нагряване по време на втвърдяване осигурява бързо нагряване на повърхностния слой на продукта. Това дава възможност да се получи висока повърхностна твърдост на детайла с относително вискозна среда. Процесът на повърхностно индукционно закаляване е по-бърз и по-икономичен от другите методи за повърхностно закаляване на продукта.
4) Индукционното нагряване в повечето случаи може да увеличи производителността и да подобри условията на работа.
Индукционни топилни пещи
Индукционната пещ или устройство може да се разглежда като вид трансформатор, в който първичната намотка (индуктор) е свързана към източник на променлив ток, а самото нагрято тяло служи като вторична намотка.
Работният процес на индукционните топилни пещи се характеризира с електродинамично и термично движение на течен метал във вана или тигел, което допринася за производството на метал с хомогенен състав и неговата равномерна температура в целия обем, както и ниски метални отпадъци (няколко пъти по-малко, отколкото в дъговите пещи).
Индукционните топилни пещи се използват при производството на отливки, включително фасонни, от стомана, чугун, цветни метали и сплави.
Индукционните топилни пещи могат да бъдат разделени на пещи с промишлен честотен канал и промишлени, средно и високочестотни тигелни пещи.
Индукционната канална пещ е трансформатор, обикновено индустриална честота (50 Hz). Вторичната намотка на трансформатора е намотка от разтопен метал. Металът е затворен в пръстеновиден огнеупорен канал. Основният магнитен поток индуцира ЕМП в металния канал, ЕМП създава ток, токът загрява метала, следователно индукционната канална пещ е подобна на трансформатор, работещ в режим на късо съединение. Индукторите на каналните пещи са направени от надлъжни медна тръба, с водно охлаждане, каналната част на огнището се охлажда с вентилатор или с централизирана въздушна система.
Индукционните канални пещи са проектирани за продължителна работа с редки преходи от един клас метал към друг. Индукционните канални пещи се използват главно за топене на алуминий и неговите сплави, както и на мед и някои от неговите сплави. Други серии пещи са специализирани като миксери за задържане и прегряване на течно желязо, цветни метали и сплави преди изливане във форми.
Работата на индукционна тигелна пещ се основава на абсорбцията на електромагнитна енергия от проводящ заряд. Клетката е поставена вътре в цилиндрична намотка - индуктор. От електрическа гледна точка, индукционната тигелна пещ е въздушен трансформатор с късо съединение, чиято вторична намотка е проводящ заряд.
Индукционните тигелни пещи се използват главно за топене на метали за фасонни отливки по време на периодична работа, както и, независимо от режима на работа, за топене на определени сплави, като бронз, които влияят неблагоприятно върху облицовката на каналните пещи.
Индукционният нагревател се състои от мощен високочестотен източник и осцилиращ кръг, който включва индуктор (фиг. 1). Заготовката, която трябва да се нагрее, се поставя в променливото магнитно поле на индуктора. В зависимост от материала на детайла, неговия обем и дълбочина на нагряване се използва широк диапазон от работни честоти от 50 Hz до десетки MHz. При ниски честоти от порядъка на 100-10000 Hz в промишлеността могат да се използват електрически машинни преобразуватели и тиристорни инвертори. При честоти от порядъка на MHz могат да се използват вакуумни тръби. При средни честоти от порядъка на 10-300 kHz е препоръчително да се използват IGBT / MOSFET транзистори.
Фигура 1. Обща схема
Физика
Според закона за електромагнитната индукция, ако проводникът е в променящо се (променливо) магнитно поле, тогава в него се индуцира (индуцира) електродвижеща сила (ЕМС), чиято посока е перпендикулярна на силови линиимагнитно поле, пресичащо проводника. В този случай амплитудата на ЕМП е пропорционална на скоростта на промяна на магнитния поток, в който се намира проводникът.
говорене обикновен език, ако заготовката, изработена от проводящ материал, се разглежда като безкраен брой късо свързани вериги, тогава, когато се постави в индуктор, под действието на променливо магнитно поле, токове (така наречените вихрови токове или токове на Фуко) ще бъдат индуцирани в тези вериги. На свой ред тези токове, съгласно закона на Джаул-Ленц, ще доведат до нагряване на детайла, тъй като неговият материал има електрическо съпротивление.
Фигура 2. Как работи
Както при преминаване през метални проводници на променлив ток, така и при нагряване на метали с високочестотни токове се наблюдава повърхностен ефект (ефект на кожата). Това се дължи на факта, че вихровите токове в дебелината на проводника изместват основния ток към повърхността. Индукционното нагряване на метала е по-интензивно близо до повърхността, отколкото в центъра. Дълбочината на скин-слоя зависи от съпротивлението на материала, неговата магнитна проницаемост и е обратно пропорционална на честотата на полето. Следователно, в зависимост от честотата, този методнагряването може да се използва както за топене на метал, така и за повърхностно закаляване.
Координация
За инвертор, който е източник на напрежение правоъгълна форма, LC веригата е товар с нисък импеданс. За съгласуване се използват високочестотни трансформатори или дросели.
Краен дросел, включен в прекъсването на проводника между инвертора и веригата, заедно с резонансния кондензатор, образува LC филтър. По този начин, като отнема малка част от капацитета на резонансния кондензатор, индукторът има малък ефект върху честотната характеристика на веригата. Обикновено такъв дросел е направен върху феритна сърцевина с въздушна междина, чрез промяна на стойността на която можете да контролирате мощността, подадена към индуктора.
Високочестотният трансформатор може да работи както в паралелна верига, така и в серия. В първия случай трансформаторът ще повлияе значително на резонансната честота на веригата. Във втория случай серийната верига в резонансен режим ще консумира максимална мощност с празен индуктор (без товар), тъй като при резонанс на напрежението съпротивлението на LC веригата клони към нула и активното съпротивление в такива вериги като правило е много малко. Структурно, съвпадащият трансформатор е направен върху феритен пръстен (или набран от няколко) и е поставен върху проводника на индуктора.
Ако импедансите не са съгласувани, ефективността на такъв нагревател намалява значително и рискът от повреда на източника на захранване се увеличава. При правилна настройкагенератор, неговата честота трябва да съответства на резонансната честота на изходната верига или може да бъде малко по-висока от резонансната. В този случай превключвателите на захранващия преобразувател работят в най-благоприятния режим. Не е желателно да се допускат ситуации, при които честотата на превключване на инвертора е под резонансната, т.е. съпротивлението ще бъде капацитивно.
С промяна на масата или материала на нагрятото тяло се променя резонансната честота на колебателната верига. За корекция нанесете различни методи: превключване на капацитета на кондензаторната батерия, автоматично регулиране на честотата, ръчно регулиране на честотата, автоосцилатори.
При достигане на определена температура на материала (точка на Кюри), материалът губи своите магнитни свойства, в резултат на което резонансната честота на веригата се променя драстично, а дебелината на скин-слоя също се увеличава.
При избора на елементи на веригата трябва да се има предвид, че при резонанс във веригата се постигат токове и напрежения с голяма амплитуда, които могат да надвишават захранващите напрежения десетки пъти. Индукторът трябва да бъде направен от медна тел или тръба с достатъчно напречно сечение. Дори при ниска мощност (около 200-500 W) индукторът започва да се нагрява силно под въздействието на собственото си поле. Такъв индуктор ще работи, но ще прегрее силно за кратко време.
Водното охлаждане обикновено се използва за отстраняване на топлината, тогава индукторът е направен от медна тръба.
Като контурни кондензатори трябва да се изберат кондензатори с високо напрежение с достатъчна реактивна мощност, с ниски диелектрични загуби, свързани с шини / проводници c най-къса дължинаи индуктивност, близо до индуктора. Има специални кондензатори за работа в такива инсталации, но с относително ниска мощност(kW единици) успешно се използват батерии от полипропиленови кондензатори.