Indukcijsko ogrevanje

Indukcijsko segrevanje je segrevanje materialov z električnimi tokovi, ki jih inducira izmenično magnetno polje. Posledično je to segrevanje izdelkov iz prevodnih materialov (prevodnikov) z magnetnim poljem induktorjev (izmenični viri) magnetno polje). Indukcijsko ogrevanje se izvaja na naslednji način. Električno prevoden (kovinski, grafitni) obdelovanec je nameščen v tako imenovani induktor, ki je en ali več ovojev žice (najpogosteje bakrene). Močni tokovi se inducirajo v induktorju s posebnim generatorjem različne frekvence(od deset Hz do nekaj MHz), kar ima za posledico elektromagnetno polje okoli induktorja. Elektromagnetno polje inducira vrtinčne tokove v obdelovancu. Vrtinčni tokovi segrevajo obdelovanec pod vplivom Joulove toplote. Sistem induktor-prazen je transformator brez jedra, v katerem je induktor primarno navitje. Obdelovanec je kot sekundarno navitje, v kratkem stiku. Magnetni tok med navitji je zaprt skozi zrak. Pri visokih frekvencah se vrtinčni tokovi z magnetnim poljem, ki ga sami ustvarjajo, izpodrinejo v tanke površinske plasti obdelovanca Δ, zaradi česar se njihova gostota močno poveča in obdelovanec segreje. Nižje ležeče plasti kovine se segrevajo zaradi toplotne prevodnosti. Ni pomemben tok, ampak velika gostota toka. V kožni plasti Δ se gostota toka zmanjša za e krat glede na gostoto toka na površini obdelovanca, medtem ko se 86,4 % toplote sprosti v kožni plasti (od celotnega sproščanja toplote. Globina kožne plasti je odvisna od frekvence sevanja: višja kot je frekvenca, tanjša kožna plast.Odvisno je tudi od relativne magnetne prepustnosti materiala obdelovanca. magnetna histereza. Segrevanje dela, ki ga povzroča magnetni histerezist, traja, dokler temperatura dela ne doseže temperature, pri kateri snov izgubi magnetne lastnosti(Curiejeva točka). Količina toplote, ki se sprosti v telesu, ko se pojavijo vrtinčni tokovi, je sorazmerna s kvadratom toka v tem območju dirigent.

Za nemagnetne materiale in materiale s temperaturami nad Curiejevo točko je relativna magnetna prepustnost enaka enoti. Globina prodiranja Δ narašča z naraščajočo električno upornostjo ρ v (Ohm m) in pada z naraščajočo frekvenco f (Hz) in relativno magnetno prepustnostjo materiala μ. Pri tokovni frekvenci več kot 1 kHz je mogoče dobiti tanko segreto plast, tj. Izvedite površinsko toplotno obdelavo izdelka in z uporabo toka industrijske frekvence (50 Hz) - s segrevanjem izdelka.

Oblika in dimenzije induktorja so odvisne od geometrije segrevanega izdelka. Induktor je izdelan iz bakrene cevi posebnega profila v obliki cilindrične spirale ali ravnih zavojev s kratkimi nagnjenimi prehodi med zavoji. Za hlajenje induktorja se skozi njega spusti voda.

Za železo, kobalt, nikelj in magnetne zlitine pri temperaturah pod Curiejevo točko ima μ vrednost od nekaj sto do deset tisoč. Za druge materiale (taline, neželezne kovine, tekoči evtektiki z nizkim tališčem, grafit, električno prevodna keramika itd.) je μ približno enaka enoti. Formula za izračun globine kože v mm:

kjer je = 4π·10 −7 magnetna konstanta H/m, je specifična električni upor material obdelovanca pri temperaturi obdelave, - frekvenca elektromagnetno polje, ki ga ustvari induktor. Na primer, pri frekvenci 2 MHz je globina kože za baker približno 0,25 mm, za železo ≈ 0,001 mm.

Induktor se med delovanjem močno segreje, saj absorbira lastno sevanje. Poleg tega absorbira toplotno sevanje vročega obdelovanca. Induktorji so izdelani iz bakrenih cevi, hlajenih z vodo. Voda se dovaja s sesanjem.

Prednosti električnih napeljav z indukcijskim ogrevanjem so:

Visoka hitrost ogrevanje, sorazmerno z vhodno močjo;

Dobri sanitarni in higienski delovni pogoji;

Možnost regulacije območja delovanja vrtinčnih tokov v prostoru (širina in globina segrevanja);

Enostavnost avtomatizacije procesa;

Neomejena raven dosegljivih temperatur, ki zadostujejo za segrevanje kovin, taljenje kovin in nekovin, pregrevanje, taljenje, izhlapevanje materialov in proizvodnjo plazme.

Napake:

Potrebni so bolj zapleteni napajalniki;

Povišan specifična poraba električna energija za tehnološke operacije.

Značilnosti indukcijskega ogrevanja vključujejo možnost uravnavanja prostorske lege območja vrtinčnega toka.

Učinkovitost prenosa energije od induktorja do segretega telesa je odvisna od velikosti reže med njima in se poveča, ko se ta zmanjša. Globina segrevanja telesa se povečuje z njegovo rastjo upornost in se zmanjšuje z naraščajočo frekvenco toka. Induktorski tok se giblje od sto do več tisoč amperov s povprečno gostoto toka 20 A/mm 2. Izgube moči v induktorjih lahko dosežejo 20-30% uporabne moči.

Indukcijske grelne enote (IHU) se pogosto uporabljajo v različnih tehnoloških procesih v strojništvu in drugih panogah. Razdeljeni so v dve glavni vrsti: instalacije skozi in površinsko ogrevanje.

Instalacije za utrjevanje in ogrevanje se glede na namen napajajo iz omrežja izmenični tok pri frekvencah od 50 Hz do stotin kHz. Napajanje visoko- in visokofrekvenčnih enot je zagotovljeno iz tiristorskih ali strojnih pretvornikov.

Glede na način delovanja se ogrevalne naprave delijo na občasne in trajne.

Pri serijskih instalacijah se segreva samo en obdelovanec ali njegov del. Pri segrevanju surovcev iz magnetnega materiala se poraba energije spremeni: sprva se poveča, nato pa se, ko doseže Curiejevo točko, zmanjša na 60-70% začetne. Pri segrevanju obdelovancev iz neželeznih kovin se moč na koncu segrevanja rahlo poveča zaradi povečanja električne upornosti.

Pri neprekinjenih instalacijah se več obdelovancev hkrati nahaja v vzdolžnem ali prečnem magnetnem polju (slika 3.1). Med procesom segrevanja se premikajo po dolžini induktorja in se segrejejo do nastavljeno temperaturo. Neprekinjeni grelniki bolje izkoristijo napajanje, ker je povprečna moč, ki jo črpajo iz napajanja, višja od povprečne moči, ki jo porabi šaržni grelnik.

Trajni indukcijski grelniki imajo več visoka učinkovitost napajanje. Produktivnost je večja kot pri periodičnih enotah. Možno je napajati več grelnikov iz enega vira, pa tudi priključiti več generatorjev na en grelnik, sestavljen iz več odsekov (slika 3.1, c)

Zasnova induktorja za skozi ogrevanje je odvisna od oblike in velikosti delov. Induktorji so izdelani okrogli, ovalni, kvadratni oz pravokotni odsek. Za ogrevanje koncev obdelovancev so induktorji izdelani kot reža ali zanka (slika 3.1, d, e).

Potreba po vzdrževanju visoke električne in toplotna učinkovitost sistem telesa, ogrevanega z induktorjem, je določen izključno veliko število oblike in velikosti induktorjev. Vezja nekaterih induktorjev za površinsko ogrevanje so prikazana na sliki 3.2. Med induktorjem in ognjevarnim valjem je položena plast toplotnoizolacijskega materiala, ki zmanjšuje toplotne izgube in ščiti električno izolacijo induktorja.

Električni izkoristek indukcijskega ogrevalnega sistema se poveča z zmanjšanjem reže med induktorjem in segrevanim izdelkom, pa tudi s povečanjem razmerja upornosti segrevanega izdelka in materiala induktorja.

Uporovno ogrevanje

Segrevanje prevodnega telesa, ko skozenj teče električni tok po Joule-Lenzovem zakonu, se imenuje uporovno segrevanje. Za sprostitev toplote v trdnem prevodniku lahko uporabite konstantno in spremenljivo elektrika. Uporaba enosmernega toka je težavna in ekonomsko nerentabilna zaradi pomanjkanja virov (generatorjev) visokega toka in nizke napetosti, ki so potrebni za ustvarjanje toplote v trdnem prevodniku z visoko električno prevodnostjo. Sposobnost transformacije izmeničnega toka vam omogoča, da dobite zahtevane napetosti. Z izmeničnim tokom pod uporom prevodnika DC. To je razloženo s prisotnostjo kožnega učinka, katerega vpliv se povečuje z naraščajočo frekvenco, premerom prevodnika, magnetno prepustnostjo in zmanjšuje z naraščanjem električnega upora.

Načelo sproščanja toplote v prevodniku ob prehodu toka se uporablja v pečeh za direktno (kontaktno) in posredno ogrevanje.

V uporovnih pečeh z neposrednim segrevanjem se tok vodi neposredno do segretega izdelka. Pri izračunu parametrov električnega ogrevanja je treba upoštevati spremembo upora materiala med procesom ogrevanja.

Kot grelni material se uporabljajo zlitine na osnovi Fe, Ni, Cr, Mo in Al. V obliki žice ali traku. Uporabljajo se tudi grafitni grelci. Cevni električni grelniki (TEH) so zasnovani za ogrevanje različnih medijev s konvekcijo, toplotno prevodnostjo ali sevanjem s pretvorbo električna energija na toploto (slika 3.3). Uporabljajo se kot komponente v industrijskih napravah. Grelni elementi se uporabljajo za naslednje namene: ogrevanje tekočine, zraka in drugih plinov; ogrevanje vode in šibke rešitve kisline in alkalije; segrevanje substratov v vakuumskih komorah.

Slika 3.3 – Zasnova cevnega električnega grelnika

Zasnova dvojnega cevnega električnega grelnika okrogel del se nahaja v kovinski lupini grelni element 5 (spirala ali več spiral iz visokoodporne zlitine) s kontaktnimi palicami 1. Grelni element je izoliran od lupine 4 s stisnjenim električnim izolacijskim polnilom 6. Za zaščito pred vdorom vlage okolju konci grelnih elementov so zatesnjeni. Kontaktne palice so izolirane od lupine z dielektričnimi izolatorji 3.7. Za povezavo žic se uporabljajo matice s podložkami 2.

Prednosti uporovnega ogrevanja: visoka učinkovitost, enostavnost in nizki stroški. Slabosti: onesnaženje z materialom grelca, staranje grelnika.

Indukcijski grelnik je sestavljen iz močnega vira visoka frekvenca in oscilacijski krog, ki vključuje induktor (slika 1). Ogrevan obdelovanec se postavi v izmenično magnetno polje induktorja. Glede na material obdelovanca, njegovo prostornino in globino segrevanja se uporablja širok razpon delovnih frekvenc, od 50 Hz do več deset MHz. Pri nizkih frekvencah reda 100-10000 Hz se lahko v industriji uporabljajo pretvorniki električnih strojev in tiristorski pretvorniki. Pri frekvencah reda MHz se lahko uporabljajo vakuumske cevi. Pri srednjih frekvencah reda 10-300 kHz je priporočljiva uporaba tranzistorjev IGBT/MOSFET.

Slika 1. Splošna shema

Fizika

Po zakonu elektromagnetna indukcija, če je prevodnik v spreminjajočem se (izmeničnem) magnetnem polju, se v njem inducira (inducira) elektromotorna sila (EMS), katere smer je pravokotna na daljnovodi magnetno polje, ki prečka vodnik. V tem primeru je amplituda EMF sorazmerna s hitrostjo spremembe magnetnega pretoka, v katerem se nahaja prevodnik.
Preprosto povedano, če obdelovanec, izdelan iz prevodnega materiala, obravnavamo kot neskončno število kratkostičnih tokokrogov, potem ko ga postavimo v induktor pod vplivom izmeničnega magnetnega polja, se v teh tokokrogih inducirajo tokovi ( tako imenovani vrtinčni ali Foucaultovi tokovi). Po drugi strani bodo ti tokovi v skladu z zakonom Joule-Lenz povzročili segrevanje obdelovanca, saj ima njegov material električni upor.

Slika 2. Princip delovanja

Tako pri prehajanju izmeničnega toka skozi kovinske vodnike kot pri segrevanju kovin z visokofrekvenčnimi tokovi opazimo površinski učinek (skin efekt). To je posledica dejstva, da vrtinčni tokovi v debelini prevodnika izpodrivajo glavni tok na površino. Indukcijsko segrevanje kovine je intenzivnejše pri površini kot v središču. Globina kožne plasti je odvisna od upornosti materiala, njegove magnetne prepustnosti in je obratno sorazmerna s frekvenco polja. Zato je odvisno od frekvence ta metoda ogrevanje se lahko uporablja tako za taljenje kovin kot tudi za površinsko utrjevanje.

Usklajevanje

Za inverter, ki je vir napetosti pravokotne oblike LC vezje je obremenitev z nizko impedanco. Za usklajevanje se uporabljajo visokofrekvenčni transformatorji ali dušilke.
Ustrezna dušilka, povezana z žično režo med pretvornikom in vezjem, skupaj z resonančnim kondenzatorjem tvori LC filter. S tem, ko resonančnemu kondenzatorju odvzame majhen del kapacitete, induktor malo vpliva na frekvenčni odziv kontura. Običajno je takšna dušilka izdelana na feritnem jedru s zračna luknja, s spreminjanjem vrednosti, lahko regulirate moč, ki se dovaja induktorju.
Visokofrekvenčni transformator lahko deluje bodisi v vzporednem bodisi v zaporednem vezju. V prvem primeru bo transformator močno vplival na resonančno frekvenco vezja. V drugem primeru bo serijsko vezje v resonančnem načinu porabilo največjo moč s praznim induktorjem (brez obremenitve), ker pri napetostni resonanci se reaktanca LC vezja nagiba k ničli, aktivni upor v takih vezjih pa je praviloma zelo majhen. Strukturno je ustrezni transformator izdelan na feritnem obroču (ali sestavljen iz več) in je nameščen na induktorski žici.
Če impedance niso usklajene, se izkoristek takšnega grelnika znatno zmanjša in nevarnost okvare vira energije se poveča. pri pravilna nastavitev generatorja, mora njegova frekvenca sovpadati z resonančno frekvenco izhodnega vezja ali pa je lahko nekoliko višja od resonančne frekvence. V tem primeru stikala močnostnega pretvornika delujejo v najugodnejšem načinu. Ni priporočljivo dovoliti situacij, ko je preklopna frekvenca pretvornika nižja od resonančne, tj. upor bo po naravi kapacitiven.
S spremembo mase ali materiala segretega telesa se spremeni resonančna frekvenca nihajnega kroga. Za nastavitev se uporabljajo različne metode: preklapljanje kapacitivnosti kondenzatorske banke, avtomatska nastavitev frekvence, ročna nastavitev frekvence, samooscilatorji.
Ob dosegu določene temperature materiala (Curiejeva točka) material izgubi svoje magnetne lastnosti, zaradi česar se resonančna frekvenca vezja močno spremeni, poveča pa se tudi debelina kožne plasti.

Pri izbiri elementov vezja je treba upoštevati, da z resonanco v vezju dosežemo tokove in napetosti velike amplitude, ki lahko več desetkrat presegajo napajalno napetost. Induktor mora biti izdelan iz bakrene žice ali cevi zadostnega prereza. Tudi pri nizki moči (približno 200-500 W) se induktor močno segreje pod vplivom lastnega polja. Takšen induktor bo deloval, vendar se bo v kratkem času močno pregrel.
Za odvajanje toplote se običajno uporablja vodno hlajenje, nato pa je induktor izdelan iz bakrene cevi.
Kot zančne kondenzatorje izberite visokonapetostne kondenzatorje z zadostno jalovo močjo, z majhnimi dielektričnimi izgubami, povezane z vodili/žicami z najkrajša dolžina in induktivnost, blizu induktorja. Za delovanje v takšnih napravah obstajajo posebni kondenzatorji, vendar relativno nizka moč(enote kW) baterije polipropilenskih kondenzatorjev se uspešno uporabljajo.

Indukcijski grelec je možno namestiti v stanovanje; to ne zahteva nobenih soglasij in s tem povezanih stroškov in težav. Želja lastnika je dovolj. Projekt povezave je potreben le teoretično. To je bil eden od razlogov za njegovo priljubljenost indukcijski grelci, kljub dostojnim stroškom električne energije.

Metoda indukcijskega ogrevanja

Indukcijsko segrevanje je segrevanje prevodnika, ki je v tem polju, z izmeničnim elektromagnetnim poljem. V prevodniku nastanejo vrtinčni tokovi (Foucaultovi tokovi), ki ga segrejejo. V bistvu je to transformator, primarno navitje je tuljava, imenovana induktor, sekundarno navitje pa je jeziček ali kratkostično navitje. Toplota se ne dovaja jezičku, ampak se ustvarja v njem samem blodeči tokovi. Vse okoli njega ostane hladno, kar je nedvomna prednost tovrstnih naprav.

Toplota v jezičku se razporedi neenakomerno, ampak samo v njegovih površinskih plasteh, nadalje po prostornini pa se razporedi zaradi toplotne prevodnosti materiala jezička. Poleg tega se z naraščajočo frekvenco izmeničnega magnetnega polja globina prodiranja zmanjšuje in intenzivnost povečuje.

Za delovanje induktorja s frekvenco, ki je višja od omrežja (50Hz), se uporabljajo tranzistorski ali tiristorski frekvenčni pretvorniki. Tiristorski pretvorniki omogočajo pridobivanje frekvenc do 8 KHz, tranzistorski pretvorniki - do 25 KHz. Sheme za njihovo povezavo je mogoče najti enostavno.

Pri načrtovanju vgradnje ogrevalnih sistemov v lasten dom ali na dacha, poleg drugih možnosti za tekoče ali trdno gorivo, je treba upoštevati možnost uporabe indukcijskega ogrevanja kotla. S tem ogrevanjem Pri elektriki ne boste mogli prihraniti, vendar ni zdravju nevarnih snovi.

Glavni namen induktorja je pridobivanje toplotne energije zaradi električne energije brez uporabe termoelektričnih grelnikov na bistveno drugačen način.

Tipični induktor je sestavljen iz naslednjih glavnih delov in naprav:

Naprava za ogrevanje

Glavni elementi indukcijskega grelnika za sistem ogrevanja.

1. Jeklena žica s premerom 5-7 mm.
2. Plastična cev z debelo steno. Notranji premer je najmanj 50 mm, dolžina pa je izbrana glede na mesto namestitve.
3. Bakreno lakirana žica za tuljavo. Dimenzije so izbrane glede na moč naprave.
4. Mreža iz nerjavečega jekla.
5. Varilni inverter.

Postopek izdelave indukcijskega kotla

Prva možnost

Jekleno žico narežite na kose, ki niso daljši od 50 mm. Napolnite z narezano žico plastična cev. Konci pokrijte z žično mrežo da preprečite razlitje žice.

Na koncih cevi namestite adapterje iz plastične cevi na velikost cevi na mestu priključitve grelnika.

Uporabite emajlirano bakreno žico za navijanje navitja na telo grelnika (plastična cev). Za to boste potrebovali približno 17 metrov žice: število obratov je 90, zunanji premer cevi je približno 60 mm: 3,14 x 60 x90 = 17 (metrov). Dolžino navedite dodatno, ko je zunanji premer cevi natančno znan.

Postavite plastično cev, ki je zdaj indukcijski kotel, v cevovod v navpičnem položaju.

Pri preverjanju delovanja indukcijskega grelnika se prepričajte, da je v kotlu hladilna tekočina. IN drugače ohišje (plastična cev) se bo zelo hitro stopilo.

Priključite kotel na pretvornik, potrebno je napolnite sistem s hladilno tekočino in se lahko vklopi.

Druga možnost

Zasnova indukcijskega grelnika iz varilnega pretvornika po tej možnosti je bolj zapletena, zahteva določene veščine in sposobnosti delo z lastnimi rokami pa je bolj učinkovito. Načelo je enako - indukcijsko segrevanje hladilne tekočine.

Najprej morate narediti sam indukcijski grelec - kotel. Za to boste potrebovali dve cevi. različnih premerov, ki sta vstavljena drug v drugega z razmikom med njimi približno 20 mm. Dolžina cevi je od 150 do 500 mm, odvisno od predvidene moči indukcijskega grelnika. Potrebno je izrezati dva obroča, ki ustrezata reži med cevmi, in ju na koncih hermetično zvariti. Rezultat je bila posoda toroidne oblike.

Preostane le še vhodno (spodnjo) cev privariti tangencialno na telo v zunanjo steno in zgornjo (odvodno) cev vzporedno z vstopno na nasprotni strani toroida. Velikost cevi je enaka velikosti cevi ogrevalnega sistema. Lokacija dovodnih in odvodnih cevi je tangencialna, bo zagotovil kroženje hladilne tekočine po celotnem volumnu kotla brez nastanka stagnirajočih con.

Drugi korak je ustvarjanje navitja. Emajlirano bakreno žico je treba naviti navpično, jo prenesti znotraj in jo dvigniti vzdolž zunanjega obrisa ohišja. In tako 30-40 obratov, ki tvorijo toroidno tuljavo. Pri tej možnosti bo celotna površina kotla ogrevana hkrati, s čimer se bo znatno povečala njegova produktivnost in učinkovitost.

Zunanje telo grelnika naredite iz neprevodnih materialov, na primer iz plastične cevi velik premer ali banalno plastično vedro, če je njegova višina zadostna. Premer zunanjega plašča mora zagotavljati izhod kotlovskih cevi s strani. Zagotovite skladnost s pravili električne varnosti v celotnem povezovalnem diagramu.

Telo kotla ločite od zunanjega telesa s toplotnoizolacijskim materialom (ekspandirana glina) ali ploščicami (isover, minislab itd.). To preprečuje izgubo toplote v ozračje zaradi konvekcije.

Vse, kar ostane, je, da napolnite sistem s svojo hladilno tekočino in priključite indukcijski grelec iz varilnega pretvornika.

Tak kotel sploh ne zahteva nobenega posega in lahko deluje 25 ali več let brez popravila, saj zasnova nima gibljivih delov, povezovalni diagram pa omogoča uporabo avtomatsko krmiljenje.

Možnost tri

Je, nasprotno, najpreprostejša možnost ogrevanja doma, narejeno z lastnimi rokami. Na navpičnem delu cevi ogrevalnega sistema morate izbrati raven odsek dolžine vsaj meter in ga očistiti barve z brusnim papirjem. Nato izolirajte ta del cevi z 2-3 plastmi električne tkanine ali gostih steklenih vlaken. Po tem emajlirano bakrena žica navijte indukcijsko tuljavo. Previdno izolirajte celotno povezovalno vezje.

Ostane le še priklop varilnega inverterja in uživanje v toplini vašega doma.

Upoštevajte nekaj stvari.

1. Namestitev takšnega grelnika ni priporočljiva dnevne sobe kjer se ljudje najpogosteje nahajajo. Dejstvo je, da se elektromagnetno polje ne širi samo znotraj tuljave, ampak tudi v okoliškem prostoru. Če želite to preveriti, uporabite navaden magnet. Morate ga vzeti v roko in iti do tuljave (kotla). Magnet bo začel opazno vibrirati in močnejši, čim bližje je tuljava. Zato bolje je uporabiti kotel v nestanovanjskem delu hiše ali stanovanja.
2. Pri nameščanju tuljave na cev se prepričajte, da v tem delu ogrevalnega sistema hladilna tekočina naravno teče navzgor, da ne ustvarite povratnega toka, sicer sistem sploh ne bo deloval.

Obstaja veliko možnosti za uporabo indukcijskega ogrevanja doma. Na primer v sistemu za oskrbo s toplo vodo prijavo lahko v celoti zavrnete topla voda , ki ga segrevajo na izhodih vsake pipe. Vendar je to tema za ločeno obravnavo.

Nekaj ​​besed o varnosti pri uporabi indukcijskih grelnikov z varilnim inverterjem:

• za zagotovitev električne varnosti prevodne elemente je treba skrbno izolirati strukture po celotnem povezovalnem diagramu;
• indukcijski grelec je priporočljiv samo za zaprti sistemi ogrevalni sistemi, v katerih kroženje zagotavlja vodna črpalka;
• priporočljivo je, da indukcijski sistem postavite na razdalji najmanj 30 cm od sten in pohištva ter 80 centimetrov od tal ali stropa;
• Za zagotovitev varnega delovanja sistema je treba sistem opremiti z manometrom, zasilnim ventilom in avtomatsko krmilno napravo.
• namestite naprava za odzračevanje zraka iz ogrevalnega sistema da preprečite nastanek zračnih žepov.

Učinkovitost indukcijskih kotlov in grelnikov je blizu 100 %, vendar je treba upoštevati, da izgube električne energije v varilni inverterji in ožičenje se tako ali drugače vrne potrošniku v obliki toplote.

Pred začetkom izdelave indukcijskega sistema si oglejte tehnične podatke industrijskih vzorcev. To vam bo pomagalo določiti začetne podatke vašega domačega sistema.

Želimo vam uspeh pri ustvarjanju in samozaposlitvi!

INDUKCIJSKO OGREVANJE, segrevanje prevodnih (predvsem kovinskih) teles in ioniziranih plinov zaradi sproščanja toplote z vrtinčnimi (indukcijskimi) tokovi, ki jih vzbuja izmenično elektromagnetno polje. Zagotavlja brezkontaktno metodo prenosa energije iz vira elektromagnetnega polja (induktorja) na segreto telo s pretvorbo v toploto neposredno v telesu; večina učinkovita metoda ogrevanje Pri indukcijskem segrevanju je toplota, ki se sprosti v segretem telesu (po Joule-Lenzovem zakonu), odvisna od njegove velikosti in fizične lastnosti, frekvenca in jakost magnetnega polja. Značilnost indukcijskega ogrevanja je neenakomerna porazdelitev moči v segretem telesu, ki jo povzroči disipacija energije polja in slabljenje elektromagnetnega valovanja. Za takšno slabljenje je značilna ekvivalentna globina δ e (m), tj. globina površinske plasti ploskega telesa, v kateri se sprosti 86,5 % moči elektromagnetnega valovanja: δ e ≈ 500√p/(μ r ∙f), kjer je p specifična električna upornost (Ohm m), μ r - relativna magnetna prepustnost telesa, f - frekvenca spremembe polja (Hz). Za indukcijsko ogrevanje se uporabljajo tokovi različnih frekvenc - industrijski (50 Hz), visoki (150 in 250 Hz), srednji (0,5 do 10 kHz), visoki (67 in 440 kHz), ultra visoki (1,76 in 5,28 MHz) .

Indukcijsko ogrevanje se uporablja: v napravah za indukcijsko ogrevanje - za ogrevanje obdelovancev za plastično obdelavo (globoko ali z indukcijskim segrevanjem) in delov za kemično-termično obdelavo (lokalno ali površinsko indukcijsko ogrevanje), vključno za površinsko utrjevanje s HF tokovi; V indukcijske peči- za taljenje železnih in neželeznih kovin in zlitin, kot tudi consko taljenje, bliskovno taljenje, za proizvodnjo nizkotemperaturne plazme (glej plazmatron). Induktor (glavni strukturni element indukcijske instalacije in peči) ustvarja izmenično magnetno polje (napetost 10 5 -10 6 A/m). Segreti material je lahko v obliki trdnega masivnega telesa (v napravah za indukcijsko segrevanje), tekočega telesa (v indukcijskih talilnih pečeh) in ioniziranega plina (v mikrovalovnih plazemsko-kemijskih napravah). Prva industrijska indukcijska peč za ogrevanje tekočega jekla (do 80 kg) v odprtem vodoravnem obročastem kanalu je začela obratovati na Švedskem leta 1900; v ZSSR so takšne peči začeli graditi v tridesetih letih 20. stoletja.

V indukcijskih ogrevalnih sistemih Uporabljajo predvsem 2 vrsti induktorjev: dovodne induktorje - okroglega ali kvadratnega prereza za segrevanje obdelovancev po celotni dolžini, reže in ovalnega prereza za lokalno segrevanje koncev dolgih obdelovancev (slika 1), kot tudi kot pri transverzalnem magnetnem polju (npr listni material) in zaprt magnetni krog (za surovce obročev); kaljenje - enoobraten (za zunanje cilindrične površine), zanka, cik-cak in v obliki ravne spirale (za ravne površine), obročast solenoid (za notranje cilindrične površine). Skozi luknje v induktorju ali z uporabo razpršilne naprave se hladilno sredstvo (voda, olje, različne emulzije) dovaja na površino dela, ki ga je treba utrditi.

Indukcijske talilne peči lahko kanal, ki deluje pri industrijski frekvenci, z zmogljivostjo do 150 ton in močjo do 4,0 MBA, in lonček - s kapaciteto pri povprečni frekvenci do 25 ton in pri industrijski frekvenci (s tekočim polnjenjem ) do 60 ton v kanalski peči (slika 2) se temperatura kovine v kopeli (rudniku) poveča zaradi prenosa toplote iz tekoče kovine, ki se nahaja v kanalu. Ena ali več vertikalnih oz horizontalni kanali(pravokotni ali krožni prerez), ki se nahajajo v ognjevzdržni oblogi - tako imenovani ognjišče, pokrivajo zaprto magnetno vezje z večobratnim cilindričnim induktorjem. V kanalu je tekoča kovina z več visoka temperatura pod vplivom elektromagnetnih sil in proste toplotne konvekcije intenzivno kroži, vstopa v kopel (rudnik) skozi ustje kanala. Kanalne indukcijske peči se uporabljajo predvsem v barvni metalurgiji za neprekinjeno tehnološki procesi kot talilne enote in mešalniki.

riž. 2. Diagram indukcijske kanalske peči (odsek): 1 - kopel (gred); 2- cilindrični induktor; 3- zaprto magnetno vezje; 4 - obloga kanala (spodnji kamen); 5 - navpični obročasti kanal; 6 - ustje kanala.

V lončeni peči(slika 3) je kovina v ognjevzdržnem lončku, ki se nahaja znotraj cilindričnega večobratnega induktorja. Ločena odprta magnetna vezja delujejo kot feromagnetni zasloni za zaščito ohišja peči pred elektromagnetnimi valovi, ki jih ustvarja induktor. Energija se porabi za segrevanje kovine in intenzivno mešanje. V lončku pride do dvokrožnega kroženja kovine s tvorbo konveksnega meniskusa (višina 5-15% globine kovine), kar otežuje ustvarjanje plasti žlindre in omejuje specifično moč (ne več kot 300 kW/t). Peči lončka so eksplozivne (zaradi nizke vzdržljivosti obloge lončka), opremljene z indikatorjem stanja obloge. Peči z indukcijskim lončkom se pogosto uporabljajo pri izdelavi jekla za periodično delovanje pri ponovnem taljenju legiranih jekel; za taljenje visokokakovostnih jekel - vakuumske in indukcijsko-plazemske peči, za taljenje posebej čistih kovin in zlitin - peči z vodno hlajenim (»hladnim«) lončkom v obliki električno izoliranih cevnih odsekov (ti sekcijski lonček) .

riž. 3. Diagram indukcijske peči (oddelek): 1 - lonček; 2 - cilindrični induktor; 3 - feromagnetni zaslon; 4 - ohišje; 5 - indikator stanja obloge lončka; puščice - pot tekoče kovine.

Lit.: Weinberg A. M. Indukcijske talilne peči. M., 1967; Toplotna tehnika metalurške proizvodnje. M., 2002. T. 1: Teoretične osnove. T. 2: Načrti in delovanje peči; Indukcijske lončene peči. 2. izd. Ekaterinburg, 2002.

Ko se človek sooči s potrebo po segrevanju kovinskega predmeta, vedno pomisli na ogenj. Ogenj je staromoden, neučinkovit in počasen način segrevanja kovine. Levji delež energije porabi za toploto, iz ognja pa se vedno kadi. Kako super bi bilo, če bi se vsem tem težavam lahko izognili.

Danes vam bom pokazal, kako sestaviti indukcijski grelnik z lastnimi rokami z gonilnikom ZVS. Ta naprava segreva večino kovin z gonilnikom ZVS in močjo elektromagnetizma. Takšen grelnik je zelo učinkovit, ne proizvaja dima in je ogrevanje tako majhno kovinski izdelki, kot je recimo sponka za papir - stvar nekaj sekund. Video prikazuje delovanje grelnika, vendar so navodila drugačna.

1. korak: Načelo delovanja

Mnogi se zdaj sprašujete – kaj je ta voznik ZVS? To je visoko učinkovit transformator, ki lahko ustvari močno elektromagnetno polje, ki segreva kovino, ki je osnova našega grelnika.

Da bo jasno, kako deluje naša naprava, bom govoril o Ključne točke. najprej pomembna točka— Napajalna napetost 24 V mora biti 24 V z največjim tokom 10 A. Imel bom dve zaporedno povezani svinčeno-kislinski bateriji. Napajajo vozniško ploščo ZVS. Transformator dovaja enakomeren tok v tuljavo, znotraj katere je nameščen predmet, ki ga je treba segreti. Nenehno spreminjanje smeri toka ustvarja izmenično magnetno polje. V kovini ustvarja vrtinčne tokove, predvsem visoke frekvence. Zaradi teh tokov in majhnega upora kovine nastaja toplota. Po Ohmovem zakonu bo jakost toka, pretvorjena v toploto v vezju z aktivnim uporom, P=I^2*R.

Kovina, iz katere je sestavljen predmet, ki ga želite segreti, je zelo pomembna. Zlitine na osnovi železa imajo večjo magnetno prepustnost in lahko porabijo več energije magnetnega polja. Zaradi tega se hitreje segrejejo. Aluminij ima nizko magnetno prepustnost, zato se segreje dlje. In predmeti z visoko odpornostjo in nizko magnetno prepustnostjo, kot je prst, se sploh ne segrejejo. Odpornost materiala je zelo pomembna. Višji kot je upor, šibkejši tok bo šel skozi material in ustrezno manj toplote bo proizvedeno. Manjši kot je upor, močnejši bo tok in po Ohmovem zakonu manjše izgube napetosti. To je nekoliko zapleteno, vendar je zaradi razmerja med uporom in izhodno močjo največja izhodna moč dosežena, ko je upor 0.

Transformator ZVS je najbolj težji del napravo, bom pojasnil, kako deluje. Ko je tok vklopljen, teče skozi dve indukcijski dušilki na oba konca tuljave. Dušilke so potrebne za zagotovitev, da naprava ne proizvaja preveč toka. Nato tok teče skozi upore 2 470 ohmov do vrat tranzistorjev MOS.

Zaradi dejstva, da ni idealnih komponent, se bo en tranzistor vklopil pred drugim. Ko se to zgodi, prevzame ves dohodni tok iz drugega tranzistorja. Tudi drugega bo skrajšal do tal. Zaradi tega ne samo, da bo tok tekel skozi tuljavo v maso, ampak tudi skozi hitro diodo se bodo izpraznila vrata drugega tranzistorja in ga s tem blokirala. Zaradi dejstva, da je kondenzator priključen vzporedno s tuljavo, se ustvari nihajno vezje. Zaradi nastale resonance bo tok spremenil svojo smer in napetost bo padla na 0V. V tem trenutku se vrata prvega tranzistorja izpraznijo skozi diodo do vrat drugega tranzistorja in ga blokirajo. Ta cikel se ponovi tisočkrat na sekundo.

Upor 10K naj bi zmanjšal odvečni naboj vrat na tranzistorju tako, da deluje kot kondenzator, Zenerjeva dioda pa naj bi vzdrževala napetost vrat tranzistorjev pri 12 V ali nižji, da prepreči, da bi eksplodirali. Ta transformator je visokofrekvenčni pretvornik napetosti, ki omogoča segrevanje kovinskih predmetov.
Čas je, da sestavite grelec.

2. korak: Materiali

Za sestavo grelnika potrebujete malo materialov, večino pa jih je na srečo mogoče najti brezplačno. Če bi videl nekje ležati kar tako katodna cev, pojdi in jo poberi. Vsebuje večino delov, potrebnih za grelec. Če želite dele višje kakovosti, jih kupite v trgovini z električnimi deli.

Boste potrebovali:

3. korak: Orodja

Za ta projekt boste potrebovali:

4. korak: Hlajenje FET-jev

V tej napravi se tranzistorji izklopijo pri napetosti 0 V in se ne segrejejo zelo. Če pa želite, da grelec deluje dlje kot eno minuto, morate odstraniti toploto iz tranzistorjev. Naredil sem en skupni hladilnik za oba tranzistorja. Prepričajte se, da se kovinska vrata ne dotikajo absorberja, sicer bo tranzistor MOS povzročil kratek stik in bo eksplodiral. Uporabil sem računalniški hladilnik in na njem je že bila črta silikonsko tesnilo. Če želite preveriti izolacijo, se z multimetrom dotaknite srednjega kraka vsakega MOS tranzistorja (vrata); če multimeter zapiska, potem tranzistorja nista izolirana.

5. korak: Kondenzatorska banka

Kondenzatorji postanejo zelo vroči zaradi toka, ki nenehno teče skozi njih. Naš grelec potrebuje kondenzator z vrednostjo 0,47 µF. Zato moramo vse kondenzatorje združiti v blok, na ta način bomo dobili potrebno kapacitivnost in območje odvajanja toplote se bo povečalo. Nazivna napetost kondenzatorja mora biti višja od 400 V, da se upoštevajo vrhovi induktivne napetosti v resonančnem vezju. Naredil sem dva obroča iz bakrene žice, na katera sem med seboj vzporedno prispajkal 10 kondenzatorjev 0,047 uF. Tako sem prejel kondenzatorsko banko s skupno kapaciteto 0,47 µF z odličnim zračnim hlajenjem. Namestil ga bom vzporedno z delovno spiralo.

6. korak: Delovna spirala

To je del naprave, v katerem se ustvari magnetno polje. Spirala je izdelana iz bakrene žice - zelo pomembno je, da je uporabljen baker. Sprva sem za ogrevanje uporabljal jekleno tuljavo in naprava ni delovala najbolje. Brez delovne obremenitve je porabil 14 A! Za primerjavo, po zamenjavi tuljave z bakreno je naprava začela porabljati le 3 A. Mislim, da so v jekleni tuljavi zaradi vsebnosti železa nastali vrtinčni tokovi, poleg tega pa je bila podvržena indukcijskemu segrevanju. Nisem prepričan, ali je to razlog, a ta razlaga se mi zdi najbolj logična.

Za spiralo vzemite bakreno žico velikega premera in naredite 9 zavojev na kosu PVC cevi.

7. korak: Sestavljanje verige

Opravil sem veliko poskusov in napak, dokler nisem uspel verige. Največje težave so bile z virom energije in tuljavo. Vzel sem stikalni napajalnik 55A 12V. Mislim, da je ta napajalnik dovajal previsok začetni tok gonilniku ZVS, kar je povzročilo eksplozijo tranzistorjev MOS. Morda bi dodatni induktorji to odpravili, vendar sem se odločil, da napajalnik preprosto zamenjam s svinčenimi baterijami.
Potem sem se mučil z kolutom. Kot sem rekel, jeklena tuljava ni bila primerna. Zaradi velike tokovne porabe jeklene tuljave je počilo še več tranzistorjev. Skupaj je eksplodiralo 6 tranzistorjev. No, iz napak se učijo.

Grelec sem večkrat predelal, tukaj pa vam bom povedal, kako sem sestavil njegovo najboljšo različico.

8. korak: Sestavljanje naprave

Če želite sestaviti gonilnik ZVS, morate slediti priloženi shemi. Najprej sem vzel Zenerjevo diodo in jo priključil na 10K upor. Ta par delov je mogoče takoj spajkati med odtok in izvor tranzistorja MOS. Prepričajte se, da je Zener dioda obrnjena proti odtoku. Nato prispajkajte MOS tranzistorje na testno ploščo s kontaktnimi luknjami. Na spodnji strani testne plošče spajkajte dve hitri diodi med vrata in odtok vsakega tranzistorja.

Prepričajte se, da je bela črta obrnjena proti zaklopu (slika 2). Nato preko upora 2220 ohmov povežite pozitivni pol vašega napajalnika z odtoki obeh tranzistorjev. Ozemljite oba vira. Spajajte delovno tuljavo in kondenzatorsko baterijo vzporedno drug z drugim, nato pa vsak konec prispajkajte na različna vrata. Nazadnje dovedite tok na vrata tranzistorjev skozi 2 induktorja 50 μH. Lahko imajo toroidno jedro z 10 zavoji žice. Vaše vezje je zdaj pripravljeno za uporabo.

9. korak: Montaža na podstavek

Da se vsi deli vašega indukcijskega grelnika držijo skupaj, potrebujejo podlago. Vzel sem ga za to leseni blok S talilnim lepilom smo zlepili ploščo 5*10 cm z električnim vezjem, kondenzatorsko baterijo in delovno tuljavo. Enota se mi zdi kul.

10. korak: Preverjanje funkcionalnosti

Če želite vklopiti grelec, ga preprosto priključite na vir napajanja. Nato postavite predmet, ki ga želite segreti, na sredino delovne tuljave. Moralo bi se začeti segrevati. Moj grelec je v 10 sekundah segrel sponko do rdečega sijaja. Predmeti, večji od žebljev, so se segreli približno 30 sekund. Med postopkom ogrevanja se je poraba toka povečala za približno 2 A. Ta grelnik lahko uporabljate za več kot le zabavo.

Po uporabi naprava ne proizvaja saj ali dima, vpliva celo na izolirane kovinske predmete, na primer plinske absorberje v vakuumskih ceveh. Naprava je varna tudi za ljudi - vašemu prstu se ne bo nič zgodilo, če ga postavite na sredino delovne spirale. Lahko pa se opečete zaradi segretega predmeta.

Hvala za branje!