Схема индукционный котел: Страница не найдена — gidpopechkam.ru

Как сделать индукционный котел

Индукционный электрический котел для дома многие умельцы считают интересной идеей. Индукционный котел обладает следующими достоинствами:

• Нагревательный элемент, который погружен в теплоноситель и непосредственно передает ему тепловую энергию, не перегорает вообще никогда.
• Электрическая обмотка (катушка) аппарата, если только работает в расчетном режиме, также условно вечная, на нее не воздействует агрессивная среда. В результате правильно сделанный индукционный котел сам по себе слишком долговечный.
• Нагреватель может соседствовать с любыми видами теплоносителя.
• Нагревательный элемент не участвует в электрохимических процессах, почти не притягивает ионов, не разлагает непосредственно теплоноситель, не загрязняется.
• КПД на уровне 95 – 98%.

Сделать индукционный котел своими руками не сложно, но только при наличии кое каких запчастей…

Принцип индукционного нагрева

• Если металлический сердечник поместить внутри катушки, по которой пропустить постоянный ток, то получим электромагнит. Сердечник начнет притягивать металлические предметы.
• Если по этой же катушке пропускать переменный ток промышленной частоты 50 Гц, то особо ничего не произойдет, — лишь появится соответствующий низкочастотный гул. Полярность магнита будет меняться 50 раз в секунду, поэтому притянуть он уже ничего не сможет. Но токи Фуко уже начнут понемногу разогревать сердечник.
• Если же это устройство подключить к генератору переменного тока высокой частоты, более чем 10000 Гц, то сердечник из любого металла начнет разогреваться. Вся электрическая мощность катушки будет преобразовываться в тепловую в сердечнике. Если отвод тепла от него будет небольшим, то он очень быстро перегреется и расплавится, при температурах свыше 1000 градусов.

Как используется в промышленности индукционный нагрев

На принципе индукционного нагрева в мастерских на производствах создаются плавильные приспособления для плавки металла электричеством. Никакой технической сложности в этом нет – немагнитную тугоплавкую чашу с расплавляемым токопроводящим металлом (сталью, медью, алюминием, серебром) помещают внутри катушки из толстой медной проволоки, по которой пропускают ток высокой частоты от генератора.  Получившаяся индукционная печь перегреет металл до нужной температуры, и он расплавится. Подобное устройство мощностью около 2,0 кВт создают в домашних условиях для плавления заготовок минимальных размеров…

Простейший индукционный котел своими руками

Собственно котел умельцы изготавливают очень просто. Нужно взять не магнитящуюся трубу из пластика, и в нее поместить металлический нагревающийся элемент. Вокруг трубы намотать катушку… Точный расчет параметров индукционного нагревателя слишком сложен. Посмотрим, что предлагают умельцы.

Берется полипропиленовая труба от 40 мм диаметром, наполняется несколькими металлическими стержнями. Поверх нее наклеиваются трубки для увеличения диаметра обмотки и лучшей токоизоляции… Наматывается токопроводящая проволока медная сечением около 2 мм кв в изоляции с шагом навивки около 0,5 см. В такой конструкции почти вся энергия от высокочастотного переменного тока будет разогревать металлические стержни.

• Через индукционный котел всегда должен двигаться теплоноситель. Если он остановится или если его не будет, то конструкция перегреется, расплавится. Температурная защита, отключающая подачу энергии в случае отсутствия теплоносителя (воздушная пробка), или в случае его перегрева, должна быть весьма надежной.

Это ключевой недостаток, почти перечеркивающий идею самостоятельного изготовления индукционного котла. Другая трудность заключается в сложности создания или приобретения высокочастотного электрического генератора.

Пример аматорства по теме «индукционный нагрев в быту» на видео…

Переменное напряжение высокой частоты

В бытовых условиях применяются индукционные плиты, в которых имеется электрический преобразователь, выдающий напряжение с частотой 10000 Гц. Дешевые китайские индукционные плиты потянут в цене на 70 – 80 у.е., а это уже не малая, неподходящая стоимость для создания на их основе индукционного нагревателя.

Можно использовать сварочный аргонной сварки с током высокой частоты, но этот аппарат еще дороже. Собрать же схему преобразователя со специальными трансформаторами под силу только опытному электронщику…

• Сложность преобразования 50 Гц в высокочастотное напряжение практически перечеркивает стремления домашних аматоров обзавестись индукционным котлом или плавильной печью, работающей по этому принципу.

Почему индукционные котлы отсутствуют

По сравнению с обычными котлами, в которых используются ТЭНы, индукционные оказываются и дороже и сложнее при сходных потребительских качествах и одинаковом КПД.

• В обычном электрическом котле замена перегоревшегго ТЭНа обойдется копейки, а пожара он устроить не может, так как тен (нагреватель) перегорает в первую очередь и разъединяет тем самым цепь.

Преобразователь напряжения индукционной печи рассчитан на 2,0 кВт мощности. Но этой мощности даже для резервного котла маловато. Более мощный преобразователь на 4,0 – 13,0 кВт обойдется куда дороже. А сам котел большой мощности окажется уже громоздким и требования по безопасности, насчет перегрева и воспламенения, окажутся еще серьезнее.

Таким образом, самодельное изделие, работающее по принципу индукционного нагрева в 2 – 2,5 кВт мощностью годится лишь для эксперимента, с помощью которого можно убедиться, что электромагнитной индукцией нагреть стержень и воду действительно можно…

Дополнительную информацию о индукционных котлах, которые можно приобрести готовыми, сделанными в мастерских, – смотрите видео

Индукционное отопление частного дома котлом своими руками

На чтение 9 мин. Просмотров 58 Опубликовано 19.08.2015 Обновлено 01.08.2016

Постоянный рост стоимости энергоносителей стал причиной появления новых технологий отопления. Помимо модернизации уже существующих систем производители предлагают принципиально новые методы нагрева воды. Особый интерес представляет индукционное отопление частного дома котлом своими руками.

Особенности индукционного отопления

Схема конструкции индукционного котла

Для повышения температуры теплоносителя необходимо обеспечить передачу тепла от энергоносителя воде. В традиционных электрических котлах за это отвечают ТЭНы. Однако они имеют ряд недостатков, которые в первую очередь связаны с повышенным потреблением электричества. Современная индукционная печь отопления работает по другому принципу.

Для того чтобы сделать индукционное отопление своими руками – необходимо досконально изучить специфику его работы. В основе его функционирования заложен принцип электромагнитного индуктора. Его конструкция состоит из двух обмоток, каждая из которых выполняет определенную функцию:

• Первичная. Необходима для преобразования подаваемого на нее электричества в вихревой ток. Это один из шагов для создания индукционного явления;
• Вторичная. Вследствие воздействия электромагнитного поля начинает нагреваться, тем самым передавая полученную тепловую энергию теплоносителю.

На практике для изготовления индукционного отопления частного дома своими руками понадобится внешний контур, который выполняет функцию корпуса. Внутренний сердечник изготавливается из стального стрежня, толщина которого обычно равна 10 мм. Такая конструкция позволяет уменьшить массу, и в то же время повысить эффективность работы. Для заводских моделей показатель КПД может достигать 98%. В то же время даже правильно сделанный индукционный котел отопления своими руками имеет значение этой характеристики порядка 87-90%.

Все индукционные системы отопления не комплектуются циркуляционными насосами, расширительным баком и системой безопасности. Эти компоненты необходимо приобретать отдельно.

Плюсы и минусы индукционных котлов

Индукционный котел заводской сборки

Действительно ли этот тип теплоснабжения насколько эффективен, как его рекламируют производители? Читая отзывы об индукционном отоплении нельзя сделать однозначный вывод. Многие потребители жалуются на большой расход электроэнергии, некоторые самодельные модели котлов явно опасны в эксплуатации.

До того, как делать индукционный котел отопления своими руками, подбирать для него компоненты и комплектующие – рекомендуется детально ознакомиться с плюсами и минусами этого типа теплоснабжения.

Преимущества:

• Быстрое повышение температуры теплоносителя до требуемого уровня. В отличие от работы ТЭНов индукционный нагрев воды для отопления не требует дополнительных изоляционных материалов. Т.е. тепловая энергия от стержня передается непосредственно теплоносителю;
• Долгий срок службы. Это обусловлено отсутствием движущихся частей и высокой надежностью материалов изготовления;
• Небольшие размеры конструкции;
• Не происходит формирование накипи на внутренних стенках. Это связано с небольшой вибрацией стержня во время его работы. Однако если читать отзывы об индукционных котлах отопления, то никто не жалуется на высокий уровень шума.

Но наряду с этим нужно учитывать и отрицательные моменты эксплуатации отопительных котлов этого типа:

• Высокая стоимость заводских моделей. По-настоящему качественные электрические индукционные котлы отопления делаются с применением современных материалов, стоимость которых в большей степени и обуславливают высокую цену. Поэтому самодельные модели значительно уступают по качеству и техническим параметрам заводским;
• Для установки котлов мощностью более 7 кВт потребует обустроить электросеть 380 В. В противном случае нагрузка не позволит работать оборудованию в нормальном режиме;
• В случае отсутствия воды во время работы индукционной печи отопления произойдет перегрев и выход ее из строя. Поэтому в конструкцию должны входить датчики давления, которые соединяются с автоматическим выключателем. При падении давления будет выполнено автоматическое отключение устройства.

Определившись, что все-таки необходимо делать индукционное отопление самостоятельно – можно приступать к выбору оптимальной схемы котла и расчету его параметров.

Индукционный принцип нагрева уже не один десяток лет применяется в сталелитейной промышленности для нагрева металла. Именно из этой отрасли и пришли индукционные отопительные котлы.

Самодельный индукционный котел

Схема самодельного индукционного котла

Для изготовления индукционного отопление частного дома своими руками сначала необходимо сделать корпус. Для этого следует использовать жаропрочную сталь. В качестве внутреннего стержня обычно применяют стальную трубу, на которую устанавливают обмотку из медной проволоки.

Для уменьшения тепловых потерь наружные стенки утепляют базальтовой ватой. Таким образом возможен монтаж индукционных котлов для отопления частного дома в хозяйственных помещениях.

После установки внутреннего контура необходимо выполнить следующую работу:

1. Вывести контактные провода через специальные отверстия на внешней конструкции.
2. Тщательно заизолировать кабели в области их прохождения через наружный кожух.
3. Подключить котел к системе управления. Лучше всего приобрести заводскую модель этого компонента, так как в ней предусмотрены защитные и регулирующие элементы.

Пример самодельного индукционного котла

Перед первым запуском индукционного котла отопления сделанного своими руками, нужно проверить герметичность всей конструкции. Для этого следует герметизировать один из патрубков, а во второй с помощью насоса подать воду. После заполнения внутреннего пространства следует увеличить давление до максимального расчетного. Обычно этот показатель равен 15-20 атм.

На практике по-настоящему надежные и эффективные котлы для индукционного нагрева воды в отоплении нельзя сделать самостоятельно. Исключения составляют только небольшие конструкции, которые скорее выполняют функцию горячего водоснабжения, чем отопления.

Это связано со сложностью соблюдения всех технологических норм изготовления. Нередко в отзывах о самодельных индукционных котлах отопления можно столкнуться с попытками сделать их самостоятельно. Но после серии испытаний выбор останавливают на заводских моделях этого отопительного оборудования.

В случае неправильно сделанной обмотки возможно возникновение межвиткового электрического пробоя. Это приведет к короткому замыканию и выходу из строя оборудования. Поэтому котлы обязательно должны комплектоваться УЗО.

Правила организации индукционного отопления

Схема установки индукционного котла

Так как электрокотлы индукционные для отопления отличаются от обычных, то и требования к их эксплуатации также другие. Прежде всего, нужно знать, что установка этого типа оборудования возможна только в закрытых системах теплоснабжения. Для улучшения циркуляции теплоносителя можно установить насос.

Для того чтобы отопление из индукционной плиты было безопасным – необходимо адаптировать существующую проводку. Для этого следует посчитать мощность электрических приборов в доме, включая котел, и к полученной цифре прибавить запас 20%. Технические характеристики электрического кабеля должны быть не меньше полученной цифры.

Подключение индукционной печи теплоснабжения к электросети следует делать через отдельный кабель. Он должен соединяться непосредственно с центральным распределительным щитком. Подсоединение к этой силовой линии других приборов запрещено.

Для повышения эффективности и безопасности индукционного отопления, сделанного своими руками, потребуется установка следующих компонентов:

• Расширительный бак. Необходим для компенсации давления в случае его превышения из-за перегрева теплоносителя. Температура внутри индукционного котла для отопления дома может достигать +110°С;
• Датчик давления и температуры. Они подключаются к центральному блоку управления;
• Циркуляционный насос. Его установка не обязательна, но желательна. Естественного теплового расширения воды может быть недостаточно для создания нормальной скорости движения;
• Группа безопасности – воздухоотводчик и водной спускной клапан.

Часто в отзывах об индукционном отоплении можно встретить жалобы на деформацию пластиковых труб из-за чрезмерного перегрева воды. Во избежание этого все технические и эксплуатационные характеристики отопительной системы должны соответствовать предварительным расчетным.

Во избежание охлаждения воды при отключении электричества рекомендуется установить аварийный генератор. Это особо актуально для индукционных систем отопления частного дома.

Обзор производителей индукционных котлов

Индукционный котел заводского производства

Но что делать, если требуются индукционные электрокотлы для отопления заводского производства? Увы, но в настоящее время на рынке не так много производителей, продукция которых отвечает мировым стандартам.

При комплектации индукционного отопления, которое делается своими руками, рекомендуется проанализировать текущие предложения на рынке. При этом необходимо не только ознакомиться с отзывами об индукционных отопительных котлах, но и проверить их соответствие текущим нормам. Сделать последнее будет непросто, так как в настоящее время нет ГОСТов и СНиПОв, регламентирующих производственный процесс их изготовления. Максимум, с чем можно свериться – с внутренними техническими условиями производителя.

Но как в таком случае укомплектовать индукционное отопление частного дома надежным оборудованием? Для решения этого вопроса предлагаем обзор производителей котлов для индукционных отопительных систем.

Гейзер

Одна из самых больших и надежных компаний по производству оборудования для электрического теплоснабжения. В настоящее время потребитель может выбрать индукционный котел отопления мощностью от 4,5 до 250 кВт. Примечательно, что конструкция имеет класс электробезопасности «2», что не требует организации дополнительного контура заземления.

В моделях серии «Е» есть накопительная емкость, что позволяет делать индукционный нагрев теплоносителя для отопления более экономичным.

Эдисон

Компания специализируется на выпуске больших отопительных систем, предназначенных для теплоснабжения общественных и производственных здании. В поставляемый комплекс оборудования входят все необходимые компоненты. В ассортименте есть модели, рассчитанные для отопления от индукционной плиты небольшой мощности. Но их количество крайне мало.

Миратрон

Особенностью электрических отопительных котлов индукционного типа от этой компании является модульная компоновка. Это дает возможность в любое время увеличить мощность системы теплоснабжения без полной замены оборудования. В ассортименте есть котлы от 4,5 до 30 кВт.

Перед приобретением электрокотла для индукционного отопления рекомендуется ознакомиться с его техническим паспортом. В нем должны быть указаны условия эксплуатации оборудования.

Отзывы об индукционном теплоснабжении

Для формирования объективной точки зрения об актуальности приобретения этого типа оборудования нужно ознакомиться с отзывами о котлах для индукционного отопления:

• Для отопления дачи решили установить новый индукционный котел. По заверениям производителя он должен в очень кроткие сроки нагреть воду. Однако фактически для выхода в нормальный режим работы понадобилось около 2-х недель. За это время пришлось по гарантии заменить блок управления;
• У нас в доме отопление от твердотопливного котла. Зимой очень долго нагревается вода в трубах. Поэтому решили уставить дополнительный индукционный, работающий от электросети. Теперь сначала запускаем его, а затем ждем, пока основной котел наберет нужную температуру. Такая система очень удобна;
• Захотелось мне самому собрать индукционной котел. Но после нескольких неудачных попыток решил приобрести заводской. Хорошо, что до этого все рассчитал – мощность, параметры насоса. После установки отопление работает как часы. Очень доволен.

Стоит ли устанавливать индукционный котел для автономного отопления? Этот вариант будет приемлем только в том случае, если в доме нет подключения к газовой магистрали. Только тогда можно рассматривать варианты монтажа индукционного отопления.

В видеоматериале можно ознакомиться с особенностями организации индукционного теплоснабжения:

схема плиты и своими руками нагреватель воды

Разбираясь, что такое индукционный котел отопления, можно встретить немало рекламных буклетов, которые называют прибор инновационным и очень дорогим. Самый простой вид оборудования представляет собой катушку с обмоткой проволокой и диэлектрической трубкой, которая дополнена стальным стержнем. Если запитать устройство от электросети, получается нагрев сердечника. Тепло передается на магистраль и готова система отопления, которую следует рассмотреть подробнее.

Принцип работы индукционного отопления

Работа прибора основана на эксплуатации вихревых токов, открытых очень давно. Современный индукционный электрический котел – это улучшенный трансформатор с катушкой, сердечником, обмотками первичного, вторичного типа. Обмотка вторичного типа в виде внутренней трубы с теплоносителем, как раз служит для передачи тепла по трубопроводу системы отопления.

Котел с ТЭНом и индуктором хорошо работает на любых площадях, удобно интегрируется в любую систему отопления и может служить основным или резервным источником тепла.

Виды индукционных котлов для отопления

Различаются два типа устройств с вихревыми токами для нагрева теплоносителя. Первый тип – подача на первичную обмотку напряжения сети 220 в 50 герц, второй – подача напряжения через инвертор. Прибор преобразует стандартное напряжение электросети в токи высокой частоты, примерно в 20 килогерц.

Также различаются используемые материалы – в индукционных котлах SAV замкнутые теплообменники выполнены из стальных труб, а вихревые котлы оснащены теплообменниками из ферромагнитного материала.

Для чего требуется инвертор? Для того чтобы сделать электрокотел индукционный для отопления более надежным, компактным, экономичным и практичным. Однако применение меди для обмотки и сплавов теплообменника, блока автоматики делает инвертор дорогим прибором и это единственная причина по которой индукционные котлы стоят больше, чем электрический обычный котел с ТЭНом.

Рекомендуем к прочтению:

Выбирая индукционное отопление, сначала нужно подобрать тип котла:

1. SAV. Отопительное оборудование без инверторов, работающее от стандартного электроснабжения (50 герц), подаваемоемого на индуктор. Вторичная обмотка представляет собой сеть тонких стальных труб теплообменника и быстро прогревается токами Фуко. Транспортировка носителя принудительная, установлен циркуляционный насос. В ассортименте предлагается оборудование с напряжением в 220 V, 380 V.

На заметку! Котлы SAV мощностью в 2,5 кВт справляются с обогревом площади до 30 м2.

2. ВИН. Это индукционные котлы вихревые, для работы которых нужен инвертор, преобразующий частоту электросети. Котлы отличаются облегченной массой, компактными размерами. Теплообменник выполнен из ферромагнитного сырья, магнитопровод и вторичная обмотка представлены как в виде теплообменника, так и корпуса котла. В комплектацию оборудования включены блок автоматического управления, насос приточный и циркуляционный.

На заметку! Котлы ВИН мощностью 3 кВт справляются с обогревом дома площадью 40 м2.

Устройство и основные элементы котла

Если рассматривать конструкцию прибора, то представляется схема индукционной плиты. Котлы также состоят из нескольких основных элементов:

• Индуктор. Тип трансформатора с двумя обмотками. Первая дополняет сердечник, из-за чего именно в этом элементе образуется электромагнитное поле, выделяющее вихревые токи. Корпус котла является вторичной обмоткой, принимающей токи, а затем передающей тепловую энергию теплоносителю.
• Нагреватель. Элемент представляет собой сердечник катушки и выглядит как труба значительного диаметра или несколько трубок меньшего сечения, соединенных параллельно.
• Патрубки. Нужны для соединения агрегата в тепловую сеть, один патрубок является подающим, второй обратным. По первому внутрь котла поступает теплоноситель, по второму выходит и транспортируется в контур отопительной системы.
• Инвертор. Прибор, преобразующий постоянный ток в высокочастотный.

Совет! Если хозяин решил сделать индуктивный котел отопления своими руками, необходимо продумать тип материалов для основных элементов. Можно использовать инвертор от аппарата для сварки, патрубки продаются в магазинах.

Как выбрать индукционный котел?

Сегодня производители предлагают большой ассортимент устройств, поэтому важно обращать внимание на определенные характеристики и основные показатели. Тщательный осмотр, чтение инструкции от производителя поможет выбрать оборудование, которое будет соответствовать всем требованиям.

Специалисты предлагают принимать в расчет следующие моменты:

1. Безопасность теплогенератора. Чтобы минимизировать риск утечки тепла, важно обращать внимание на отсутствие прямого контакта теплоносителя с током или магнитным полем.
2. Стабилизатор напряжения. Прибор придется докупать, но он необходим для предупреждения сбоев в сети напряжения при включении агрегата в работу.
3. КПД. Иногда пользователь обнаруживает огромную разницу между заявленным и реальным КПД. Дело в том, что вся электроэнергия передается со 100% КПД, а потери возникают при плохом утеплении корпуса. Следует знать, что отговорки продавцов о том, что КПД снижен из-за отложений накипи, не являются правдивыми – кальциевые слои являются хорошими проводниками тепла и не могут стать причиной сниженного выхода тепловой энергии. Поэтому если продавец заявляет, что реальный коэффициент полезного действия у прибора ниже заявленного, следует поискать оборудование другого производителя. Также нельзя верить фразе об экономии в 30% при высоком КПД. Дело в том, что индукционный котел не является оборудованием газового типа, где избыточное тепло выделяется через дымовую трубу. И если экономия составляет почти треть выработки, то вопрос о том, куда будет деваться избыток тепла, даст продавцу понять, что обмануть покупателя не получится.
4. Уровень шума, размеры, масса прибора. Если при тестировании котла он издает шум, то есть неисправность в виде кавитации насоса, перегрева или поставлен слишком узкий трубопровод. Оборудование индукционного типа должно работать очень тихо, быть легким по массе и компактным по габаритам.
5. Прибор регулировки температуры. Кроме удобства такой элемент позволяет неплохо экономить на отоплении. Экономичность системы описана в характеристиках КИТ (коэффициент использования топлива) и никак не характеризует КПД.

На заметку! Специалисты советуют регулировать не показатель температуры подачи воды в радиатор, а уровень температуры в помещениях. Для этого пригодится комнатный выносной термостат или терморегулятор на радиаторе.

Преимущества и недостатки индукционных котлов

Единственная альтернатива индукционным котлам – газовая система отопления, но только по уровню расходов. В сравнении с другими вариантами индукционные агрегаты выигрывают по всем параметрам.

Рекомендуем к прочтению:

Достоинства:

• отсутствие ограничений по типу теплоносителя;
• простота обслуживания, низкий риск поломок и ремонта;
• высокочастотные вибрации снижают вероятность образования накипи;
• длительный срок эксплуатации до 40 лет;
• бесшумная работа;
• отсутствие сервисного обслуживания;
• нагревание теплоносителя в предельно короткие сроки (до 5 минут).

Если правильно выбрать качественный котел, то риск протечки исключается – оборудование выполняется в монолитном виде, поэтому протечка будет явным заводским браком.

Перечень недостатков:

1. Высокие требования к теплоносителю, поэтому лучше установить полипропиленовый фильтр на 5 мкр.
2. Не помешает монтаж качественных воздухоотводчиков. Устройство индукционного котла отопления подразумевает контакт теплоносителя с магнитным полем, что повышает вероятность появления воздушных пробок.
3. Источник магнитного поля высокой мощности может негативно влиять на работу сотовых телефонов, Wi-Fi.

Также в расчет следует принимать массу изделий (до 40 кг) и высокую цену оборудования.

Частые поломки и ремонт индукционных котлов

К типичным неполадкам оборудования с наличием ТЭНов относят поломку обогревательных элементов, систем контроля и управления. В этом случае придется менять тепловой электронагреватель или электроды. Однако такой дефект встречается в изделиях по причине заводского брака, неправильной эксплуатации, неверного подключения системы и нарушения эксплуатации.

Важно! Ремонт индукционных котлов своими руками невозможен по причине отсутствия нагревательных элементов, поэтому все работы нужно поручать только мастерам из сервисного центра. Технический паспорт изделий дополнен разделом о вероятных поломках и способах их устранения.

Чтобы не столкнуться с выходом оборудования из строя, важно вовремя делать профилактику. Работы сводятся к тестированию системы перед запуском в регулярную работу при наступлении холодного сезона, визуальному обследованию на целостность соединений, проверке фильтров и чистке воздуховодов.

Индукционный котел отопления для частного дома (электрический)

В современности, обогрев дома при помощи индукционного котла завоевывает всё большую популярность среди потребителей. В первую очередь благодаря высокому коэффициенту полезного действия, и соответственно значительно меньшему потреблению электроэнергии, нежели другие котлы.

Некоторые пользователи индукционных устройств предпочитают изготавливать их своими руками, а не приобретать в магазине. Большинство потребителей познакомились с индукционной технологией используя одноименные плиты.

Индукционный отопитель

Индукционный котел работает по принципу электромагнитной индукции, что делает его новатором в использовании такой энергии в среде силовой бытовой техники. Кроме того, отсутствие необходимости в топливе, кроме электроэнергии, делает его практически независимым от внешних ресурсов. Отзывы пользователей котлов красноречиво говорят, что газообразное, жидкое и твердое топливо доступно далеко не во всех регионах страны.

Содержание   

Характеристики индукционного котла

Уровень коэффициента полезного действия может достигать 99% и стабильно поддерживается на протяжении всей эксплуатации. Индукционный котел работает на частоте 50 Гц, допуская лишь незначительные помехи в сети. Итоговая мощность составляет от 2,5 до 500 кВт. Котел оснащен защитой от накипи, а отсутствие разъемных соединений нивелирует вероятность их ржавения и значительно уменьшает шанс течи.

Так как в агрегате не наличествуют движущиеся механические элементы, сам котел не подвержен физическому износу от движения механизмов. Индукционный индивидуальный обогрев используется в совокупности с такими теплоносителями как вода, антифриз и масло.

Использование таких тех.жидкостей не требует специальных знаний и умений и потому установить котел своими руками может даже неискушенный. Также, индукционный нагреватель можно совместить с другими системами отопления.

Индукционный котел в действующей системе отопления

Автономность устройства устраняет необходимость в регулярных профилактических работах в период простоя, а для установки и обслуживания не требуется привлечение специалистов.

Термин эксплуатации агрегата может длиться более 30 лет. Оборудование имеет высокую пожаробезопасность, за счет того, что нагреватель и индуктор не соединены между собой электрической цепью. Нагреватель, работающий в системах отопления, может иметь граничную температуру на 30 градусов превышающую максимальную температуру теплоносителя.

Индукционное отопление можно применять для следующих целей:

• использование в системе горячего водоснабжения;
• применение в системах комбинированного отопления;
• обогрев жилого дома, административных и промышленных сооружений;
• сохранение источников теплоснабжения;
• обогрев конструкций, которые имеют специальные предписания по безопасности и экологии.

к меню ↑

Устройство котла

Электрический нагреватель индукционного типа не требует коренных изменений в системе отопления частного дома. Схема простейшего аппарата предполагает наличие элементов электрического индуктора, а именно двух видов обмоток: первичной и вторичной, которые еще называют контурами.

Конструкция индукционного котла

Основное назначение первичной обмотки – это преобразование обычной электрической энергии в ток вихревого типа. В результате создается магнитное поле, что передается на вторичный контур. Вторичная обмотка – по сути нагреватель, так как выполняет основную функцию котла – нагревать жидкий теплоноситель, который циркулирует внутри отопительной системы. Схема корпуса котла имеет следующие элементы:

• тепловая изоляция;
• электроизоляция;
• внешняя обмотка;
• сердечник.

Корпус котла можно считать индикатором возможной подделки или просто самодельного агрегата. Промышленные и самодельные варианты имеют разные виды обмоток. На производстве выпускают котлы с цилиндрической обмоткой, тогда как умельцы предпочитают тороидальную.

Изготавливается обмотка неизменно из медной проволоки и обматывается вокруг ферромагнитного корпуса, который должен иметь достаточно толстые стенки: не менее 1 сантиметра. Такая схема конструкции не только уменьшает вес оборудования и его размеры, но и существенно увеличивает КПД, делая электрический индукционный котел столь привлекательным для потребителя.

к меню ↑

Принцип работы

После того, как разобрались с устройством, следует подробно рассмотреть как индукционный котел выполняет обогрев частного дома. Работа котла осуществляется по принципу индукционной плиты, за счет использования индуктивной катушки, которая инициирует создание переменного магнитного поля.

Схема работы индукционного котла

Система металлических трубок, представляющих собой своеобразный лабиринт, практически без потерь передает тепло от перемагниченного нагревателя непосредственно к жидкому теплоносителю.

Обогрев дома происходит вследствие изменения в устройстве силы магнитного поля, на которое, в свою очередь, влияет сила тока. Магнитное поле замыкается внутри слоев обмотки и его напряженность напрямую зависит от того количества витков, которым обмотка охватывает катушку.

Как только внутрь катушки помещается металлический предмет (в нашем случае – сердечник) – внутри катушки появляются вихревые токи, которые еще называют токи Фуко. Они воздействуют на электрическое сопротивление металла, вследствие чего происходит нагрев поверхности системы трубок.

Эффект нагрева может изменяться в зависимости от величины напряженности магнитного поля, а также зависит от типа катушки и свойств материала, из которого она изготовлена.

Теплоноситель (наиболее часто используется вода) поступает в патрубок, что размещен в нижней части котла, и поднимается по зазору между стенками котла и его внешней трубой, нагреваясь при этом процессе. Оттуда вода попадает в сердечник, а уже через него – непосредственно в отопительные устройства, что обеспечивают обогрев дома.

к меню ↑

Достоинства и недостатки

Индукционный нагреватель имеет массу достоинств и положительные отзывы перед остальными типами котлов, позволяющие производить обогрев дома практически без потерь тепла.

Модель системы отопления с индукционным котлом

Вот лишь немногие из них:

• возможность работы от сетей разного типа тока, как переменного, так и постоянного, используя низкое напряжение;
• нагреватель имеет долгий срок службы, элементы, нуждающиеся в регулярной замене – отсутствуют;
• использует несложную технологию, подобную той, по которой работают индукционные плиты;
• котел представляет собой монолитное и герметичное устройство, что существенно уменьшает возможность протечки;
• конструкция и технология работы гарантирует отсутствие накипи;
• имеет второй класс электро- и пожаробезопасности, кроме того в конструкции не предусмотрен дымоход, что уменьшает габариты изделия;
• отзывы подтверждают: в большинстве случаев, на сердечник дается гарантия на 25 лет от производителя;
• не только вода, как теплоноситель. Вместо неё с не меньшим успехом могут быть использованы: масло, антифриз. При этом мягкие требования, применяемые к теплоносителям, позволяют отбирать сырье даже низкого качества;
• отзывы экспертов положительно характеризуют автоматическую систему управления котлами, которая экономно расходует электроэнергию на эксплуатацию, что бесспорно приоритетно для среднестатистического потребителя;
• монтаж можно с легкостью выполнить дома своими руками.

Но никуда и без недостатков:

• устройство, невзирая на все ухищрения для уменьшения массы, остается всё-таки довольно тяжелым. При d=12 сантиметров, а h=45 сантиметров, масса котла может достигать 23 килограмм;
• качество определяет цену – сегодня это один из самых дорогих видов котлов;
• такой агрегат можно установить лишь в закрытую систему отопления.

Индукционный агрегат один из самых дорогих видов котлов

к меню ↑

Изготовление индукционного котла своими руками

Есть много вариантов, положительные отзывы, простых и сложных конфигураций, как изготовить индукционный котел своими руками. Мы остановимся на простейшем из них, доступном каждому. Для этого используют обрезок пластиковой трубы диаметром в 5 миллиметров.

1. Сперва, трубу нужно заполнить нарезанной проволокой из нержавеющей стали d=7 миллиметров, кусочками примерно по 5 миллиметров длиной.
2. Эти обрезки следует засыпать в трубу доверху, с легкой утрамбовкой.
3. По обе стороны трубы своими руками устанавливается сетка, для того, чтобы кусочки проволоки не выскочили из трубы при работе аппарата.
4. Затем, поверх пластиковой трубы необходимо намотать спиралью эмалированную проволоку из меди. Это действие следует выполнить равномерно по всей длине трубы.
5. Осталось лишь подключить ваш котел, изготовленный своими руками, в систему отопления. Для этого вырезается прямоугольный участок трубы и в отверстие вставляется агрегат.
6. Оставшиеся кончики медной проволоки подключаются к инвертору с высокой частотой, который продается в любом магазине строительной направленности.

к меню ↑

Индукционный котел, сделанный своими руками (видео)

Портал об отоплении » Электрическое отопление

Делаем индукционный котел своими руками: рекомендации по изготовлению

Устройство индукционного котла отопления

Вихревые индукционные котлы отопления — хорошее решение для обеспечения энергоэффективности дома, достижения тепла, комфорта и уюта. При наличии некоторого опыта можно сделать индукционный котел своими руками, сэкономив на приобретении дорогостоящей конструкции. При этом самодельный агрегат ничуть не будет уступать по своим техническим параметрам изделиям, представленным на рынке ведущими производителями.

Устройство котла

Прежде чем устанавливать котел, следует знать, что он потребует практически полной перестройки всей системы отопления в доме. Это касается как самодельных конструкций, так и покупных моделей. Агрегат работает по принципу электрического индуктора с первичной и вторичной обмотками.

В первичном контуре происходит преобразование электроэнергии в вихревые токи, создающие магнитное поле. Поле направляется на вторичную обмотку, являющуюся основным нагревательным элементом прибора. Здесь вырабатывается тепловая энергия, нагревающая теплоноситель.

Корпус включает в себя несколько компонентов:

• сердечник
• внешний контур
• электро- и теплоизоляцию

Как правило, корпус покупного агрегата имеет цилиндрическую обмотку, в то время как в самодельных конструкциях она тороидальная.

Принципиальная схема

Индукционные котлы характеризуются высоким КПД — до 97%, что и обеспечивает экономичность их эксплуатации. От традиционных агрегатов индукционные системы отличают следующие характеристики:

• Нагревание теплоносителя происходит в них дважды.
• Более короткий промежуток времени, необходимый для прогрева системы отопления.
• Защита от накипи на стенках котла и трубопроводов благодаря магнитной индукции.
• Простота эксплуатации и отсутствие сложного технического обслуживания.

Самодельные варианты

Составляющие элементы

Существует несколько вариантов конструкций, которые легко создать своими руками. В основе первого варианта лежит система из пластиковых труб и высокочастотный инвертор. Последний придется приобрести отдельно. Желательно, чтобы модель обладала функцией плавной регулировки тока. Минимальный показатель мощности — 15 ампер, но для качественного обогрева лучше выбирать более мощные варианты.

Нагреваемый элемент можно собрать из стальной катанки или проволоки диаметром 7 мм. Корпус индукционной катушки одновременно выполняет функцию части трубопровода и может изготавливаться из пластиковых толстостенных труб с внутренним диаметром около 50 мм.

К корпусу прикрепляются два патрубка. По одному из них к котлу подается холодный теплоноситель, а по другому отдается нагретая вода. Внутренняя часть корпуса полностью заполняется нагреваемым элементом. Торцы можно закрыть кусками стальной сетки.

Устройство в доме

Для того чтобы сделать индукционную катушку, пластиковую трубу тщательно обматывают медным проводом. После этого самодельное устройство монтируется в трубопровод. С этой целью просто вырезается кусок трубы, на место которого и будет вставлена катушка. Прежде чем подключать устройство, в систему необходимо залить теплоноситель — иначе корпус просто расплавится.

Еще один простой вариант, который легко сделать своими руками — это агрегат с трехфазным трансформатором. Две трубы свариваются между собой в форме кольца. Эта конструкция будет выполнять функцию нагревателя. На корпус наматывается обмотка. Подача и отвод теплоносителя, как и в предыдущем варианте, обеспечивается двумя патрубками. Всю конструкцию можно поместить в теплоизолирующий кожух, чтобы минимизировать потери тепла во время эксплуатации оборудования.

Индукционный котел обязательно должен быть заземлен. Устанавливать его можно только в закрытые сети отопления с принудительной циркуляцией. Он подходит для монтажа в системы с любым видом труб, включая пластиковые. При установке агрегата необходимо соблюдать расстояние не менее 30 см между котлом и стенами. От пола и потолка это расстояние должно быть не менее 80 см. Даже созданный своими руками индукционный котел можно оснастить дополнительной группой безопасности и автоматикой. Эта работа сложнее, но она обеспечит стабильное функционирование всей системы.

Промышленный или самодельный?

Модель Spec SAV-50

Рынок отопительного оборудования позволяет подобрать любую подходящую модель. Промышленные агрегаты могут существенно различаться между собой и по техническим параметрам, и по цене. Поскольку собрать такой котел своими руками очень просто, неизбежно возникает вопрос — стоит ли тратить средства на покупной прибор?

Обратите внимание! Покупать готовый котел стоит в том случае, если нет навыков, необходимых для работы. Несмотря на то, что собрать агрегат очень просто, ошибка может обойтись дополнительными затратами.

Еще одна ситуация, когда лучше отдать предпочтение покупным моделям — это необходимость обогрева большого помещения. Мощность котла рассчитывается исходя из соотношения 60 Вт на 1 кв. метр. А сделать самодельный агрегат высокомощным довольно сложно.

Когда целесообразнее самостоятельное изготовление?

Подключенная система

Делать котел своими руками целесообразно для домов с сезонным проживанием. Как правило, в таких зданиях устанавливается оборудование невысокой мощности, и нет нужды тратить огромные средства на покупку готовой модели. Затраты на изготовление прибора своими руками при этом минимальны.

Даже к самодельному агрегату легко подобрать дополнительные блоки автоматики, позволяющие устанавливать необходимые температурные параметры. Такое устройство позволит не просто задать нужные показатели на продолжительный срок, но и обеспечит удаленное управление всей системой отопления.

Заключение

Подведем итоги. Сделать своими руками не только простейший, но и более функциональный индукционный котел под силу любому домашнему мастеру. Затраты на изготовление такой конструкции минимальны, а эффективность по сравнению с другими видами отопительного оборудования огромна. Нет желания и возможности сделать такую работу? Всегда можно без труда подобрать подходящую модель на рынке.

Как сделать индукционный котел отопления своими руками: схема и описание

На фоне всеобщего подорожания, в том числе и энергоносителей, постоянно появляются новые, более эффективные способы использования традиционных источников энергии. Стремление максимально увеличить КПД не обошло стороной и разработчиков электронагревательных приборов. Одним из таких новаторских продуктов конструкторской мысли являются совсем недавно появившиеся на рынке вихревые индукционные котлы, которые, если верить производителям и разработчикам, на 30 % эффективнее используют электроэнергию, чем обычные водонагреватели со встроенным ТЕНом.

Всем хороши такие нагреватели теплоносителя, они экономны, компактны, бесшумны и безопасны. Однако цена заводского образца такова, что далеко не каждый себе может позволить его приобретение. Вот поэтому некоторые домашние умельцы стремятся изготовить из доступных материалов индукционный котел отопления своими руками. Тем более, что принцип работы, равно как и конструкция такого водонагревателя как бы не очень и сложна.

Как работает индукционный котел

Как было отмечено выше, конструкция индукционного котла достаточно проста.

Имеется спиралевидный контур, выполненный обычно из медной трубки, к которому подключен источник высокочастотного переменного тока.  Внутри обмотки расположена металлическая труба, которая с помощью переходных соединений включена в систему отопления. Металлический сердечник, коим, по сути, является в данном случае упомянутая труба, надежно отделена от обмотки слоем тепло- и электроизолирующего материала. Все это устройство включено в металлический корпус цилиндрической формы, который тоже отделен от медного контура слоем изолятора.

Читайте также: Чертежи для самодельного котла отопления частного дома! 

Теперь о принципе работы. В медной обмотке, при подключении к источнику тока с определенными характеристиками, возникают электромагнитные вихревые потоки, векторы которых направлены внутрь контура. Если в зону воздействия помещен какой-либо электропроводный материал (металл, например), магнитный вихрь заставляет его нагреваться, влияя на молекулярную структуру.

В нашем же случае, металлическая трубка, помещенная внутри медной обмотки, одновременно является теплообменником, отдавая энергию протекающему сквозь нее теплоносителю, который принудительно циркулирует благодаря насосу.

Ввиду использования электроэнергии таким способом, происходит значительная ее экономия, при этом срок службы такого теплообменника намного больше, чем у традиционного ТЕНа.

Как изготовить самодельный индукционный котел

Сделать в домашних условиях водонагреватель, работающий благодаря электромагнитной индукции, конечно же, можно. Однако стоит учесть, что прежде, чем приступить к его изготовлению, нужно произвести массу расчетов, которые под силу лишь тому, кто не понаслышке знает о том, что такое электротехника. Поэтому нужно трезво оценить свои познания в этой отрасли науки, так как электричество может не простить неудачные с ним эксперименты.

Для того, чтобы сделать простейший индукционный котел понадобятся такие материалы:

• отрезок толстостенной (3-5 мм) полиуретановой трубы 50 мм в диаметре;
• медная проволока 2 мм толщиной;
• нержавеющий пруток около 5 мм в сечении;
• металлическая нержавеющая сетка;
• сгоны и переходники для вышеупомянутого отрезка полимерной трубы.

В качестве источника высокочастотной электрической энергии здесь можно использовать сварочный аппарат с регулировкой характеристик исходящего тока.

Теперь схема сборки.

1. Имеющуюся медную проволоку намотать на пластиковую трубу в виде спирали. Количество и шаг витков зависит от длины трубы и желаемой мощности водонагревателя. Чем плотнее получится спиралевидный контур (соседние витки не должны касаться), тем большей мощности будет электромагнитный вихрь.
2. Концы обмотки надежно соединить с клеммами источника тока.
3. Нарезать нержавеющий прут фрагментами длиной около 5 см, и заложить внутрь полиуретановой трубы.
4. Саму трубу, прежде чем присоединять посредством переходников к системе отопления, необходимо с двух сторон отгородить нержавеющей сеткой.

Таким образом, имеем медный контур, изолятор в виде пластиковой трубы, и сердечник, в роли которого отрезки нержавеющего прутка. Теперь нужно обеспечить подачу воды с помощью насоса и включить источник переменного тока. Понятно, что при первом включении электроток должен быть небольшой силы, которую нужно добавлять по мере необходимости.

Естественно, что рассмотренная модель далека от совершенства и требований безопасности, поэтому применять ее для непосредственной эксплуатации вряд ли было бы разумно. Однако, сделав такой индукционный котел своими руками и затратив на это не так много времени и материалов, можно убедиться в том, что все это работает. А затем, при желании, можно придумать и воплотить какую-нибудь другую конструкцию вихревого водонагревателя, более совершенную и надежную.

схема плиты и своими руками нагреватель воды

Сегодня производители позиционируют индукционный котел отопления как инновационное и дорогое оборудование, которое может работать на любых площадях. Однако стоит знать, что самый простой вид прибора – катушка с проволочной обмоткой, дополненная диэлектрической трубкой со стальным внутренним стержнем. При подаче электрического тока сердечник нагревается и передает тепло на магистраль отопления. Простое устройство следует рассмотреть подробнее.

Принцип работы индукционного отопления

Основная схема прибора предполагает выработку вихревого потока, на котором выстраивается вся функциональность котла.

Стоит знать! Индукционный электрический котел – это усовершенствованный тип трансформатора с обычными конструкционными элементами в виде катушки, сердечника, обмоткой первичного и вторичного типа.

Вторичная обмотка выглядит как труба с теплоносителем, размещенная внутри устройства, и именно этот элемент отвечает за транспортировку тепла в магистраль системы отопления. Особенность оборудования в том, что котлы с теплонагревательными элементами встраиваются в любую схему отопления, могут быть основными или вспомогательными источниками энергии и работают на площадях любого формата.

Виды индукционных котлов для отопления

Производителя выпускают два типа оборудования с подачей напряжения сети в 220 V это стандарт в 50 герц на первичную обмотку и с подачей напряжения через инвертор. Этот прибор отвечает за преобразование стандартного напряжения электросети в ток высокой частоты с показателем в 20 килогерц. Также инвертор гарантирует большую надежность, при этом электрокотел индукционный для отопления получает свойства экономичности, практичности, и оборудование с инвертором обладает компактными размерами.

На заметку! Медная обмотка, сплавы для теплообменника, наличие автоматики приводят к удорожанию инвертора, поэтому с данным характеристиками котлы стоят дороже, чем обычные электрические типы изделий с ТЭНами.

Также различается индукционное отопление по материалам изготовления. В частности, котлы SAV оснащены стальными трубчатыми замкнутыми теплообменниками, а в вихревых котлах стоят теплообменники из материала с ферромагнитными сплавами.

Рекомендуем к прочтению:

Прежде чем начинать обустройство отопления, следует выбрать вид котла:

1. SAV – оборудование, не оснащенное инвертором, работает от сети электроснабжения на 50 герц (стандарт). В этом случае напряжение подается на индуктор. Прибор вторичной обмотки выглядит как сетка тонких труб из стали, такой теплообменник оперативно прогревается за счет токов Фуко. Подача теплоносителя в магистраль принудительная, работает циркуляционный насос, уже установленный в котел. Оборудование представлено двумя типами – с работой от напряжения в 220 V и 380 V.

Важно! Покупая котлы SAV, следует смотреть на мощность. Показатель 2,5 кВт способен дать тепло в помещения до 30 м2.

2. ВИН. Этот тип вихревых котлов, для работы которых нужен инвертор. Оборудование стоит дороже, но при этом снижен вес и уменьшены размерные параметры. Теплообменник изготавливается из ферромагнитного сплава, магнитопровод и вторичная обмотка представляются как в виде теплообменника, так и корпуса самого котла. Комплектация дополнена блоком автоматического управления, насосным оборудованием приточного и циркуляционного типа.

На заметку! Котлы типа ВИН с показателем мощности в 3 кВт подают тепло для дома площадью в 40 м2.

Устройство и основные элементы котла

Если знакома схема индукционной плиты, то с устройством котла пользователь разберется без особых проблем.

Оборудование представляет собой набор основных и вспомогательных элементов:

• Индуктор. Это деталь типа трансформатора с парой обмоток, из которых первая дополняет сердечник, что объясняет возникновение электромагнитного поля для выделения вихревых потоков. Вторичная обмотка – корпус котла, который принимает токи и затем передает тепловую энергию теплоносителю.
• Нагревательный элемент. Деталь выглядит как труба увеличенного диаметра или несколько меньших по размеру труб и является сердечником катушки. Если нагреватель представлен множеством тонких трубок, то они параллельно соединяются между собой.
• Выходные патрубки. Детали применяются для соединения с магистралью отопления. Один патрубок нужен для подключения к тепловой сети прямого тока, второй – для обратки.
• Инвертор. Агрегат для преобразования постоянного электрического тока в высокочастотный.

На заметку! Если планируется изготовление индуктивного котла отопления своими руками, нужно правильно просчитать материал для основных элементов схемы. Пригодится инвертор от сварочного аппарата, а патрубки можно найти в технических отделах магазинов.

Как выбрать индукционный котел?

На что обращать внимание при подборе оборудования:

1. Уровень безопасности. Для устранения утечки тепла теплоноситель не должен иметь прямой контакт с током или магнитным полем устройства.
2. Стабилизатор напряжения. Этот элемент нужно докупить для предупреждения остановки агрегата при скачках напряжения в сети.
3. Коэффициент полезного действия. Производители рассчитывают КПД со 100% подачей, но возможны потери из-за плохого утепления корпуса. Именно поэтому возникает разница между КПД, заявленным изготовителем и получаемым в реальности. Если продавец уверяет, что КПД снижен из-за появления накипи, то это неправда, слои кальция хорошо проводят тепло и не нарушают теплообменные процессы. Поэтому при выявлении КПД ниже заявленного на момент покупки, об этом часто предупреждают продавцы, нужно отказаться от прибора и отдать предпочтение другому производителю.
4. Также не нужно принимать на веру фразу об экономии энергии в 30% при повышенном коэффициенте полезного действия. Индукционный котел, это не оборудование на газовой горелке, где избыток тепла поступает в дымовую трубу, поэтому, если экономия составляет до трети количества выработки тепла, то вопрос о том, куда денется избыток энергии, заставит продавца задуматься, стоит ли покупателю подсовывать явно некачественный товар.
5. Шумовой эффект при работе, габариты оборудования и вес агрегата. Шум при тестовом запуске возникает только при плохой работе насоса, перегревании изделия или установке трубопровода малого диаметра. Индукционный котел в исправном состоянии работает очень тихо, а агрегаты с инвертором еще и мало весят, входят даже в ограниченные пространства.
6. Регулятор температуры. Терморегулятор поможет выставить режим нагревания теплоносителя и сэкономить на отоплении. Все данные об экономичности системы прописываются в характеристиках коэффициента использования топлива (КИТ) и никак не зависят от КПД.

Важно! Чтобы не ошибиться с выбором прибора, необходимо регулировать показатель температуры в помещении, а не уровень нагрева теплоносителя в батарее. Для выявления нужных параметров потребуется выносной термостат или терморегулятор на радиаторе – приборы придется докупать.

Преимущества и недостатки индукционных котлов

Что касается достоинств оборудования, то тут можно сказать одно – единственной альтернативой по объему расходов может стать только отопление на газе. По всем остальным параметрам индукционные котлы превосходят доступные прочие системы отопления.

Рекомендуем к прочтению:

К преимуществам относят:

• нет ограничений по типу теплоносителя;
• сниженный риск поломок, ремонта;
• простоту обслуживания оборудования;
• не образуется накипь из-за наличия высокочастотных вибраций;
• срок пользования 40 лет;
• работа без шума;
• нет сервисного обслуживания.

Особое устройство индукционного котла отопления гарантирует ускоренный прогрев теплоносителя – субстанция прогревается до нужных температур в течение 5 минут. Если хозяин выбирает качественный вид котла от надежного производителя, то риск утечки сведен к нулю, это агрегаты монолитного типа, поэтому утечка явно заводской брак, а такие котлы можно обменять.

Минусы тоже есть, но их мало:

1. Требования к теплоносителю достаточно высокие, поэтому необходимо дополнить систему полипропиленовым фильтром с показателем не менее 5 мкр. Также нужно позаботиться о хороших воздухоотводчиках.
2. Высокая вероятность завоздушивания системы из-за контакта теплоносителя с магнитным полем. Чтобы устранить проблему, на всех радиаторах следует ставить краны спуска (Маевского).

Если в доме с индукционным котлом отопления плохо работают мобильные телефоны, прерывается Wi-Fi, то это следствие магнитного поля, лучше предусмотреть установку экранирующих устройств. Массивность изделий и высокая цена агрегатов с инвертором – минусы, но они нивелируются широким списком достоинств приборов.

Частые поломки и ремонт индукционных котлов

Следует знать, что ремонт индукционных котлов поручается только специалистам, проводить работы самостоятельно крайне не рекомендуется. Ввиду особых сложностей с доступом к некоторым деталям, мастеру без опыта легко нарушить схему и в этом случае придется покупать новый котел.

Список типичных неполадок указывается производителем в техпаспорте прибора, например, это поломки нагревательных элементов, контролирующих схем и систем управления. Заменять придется электроды или тепловой нагреватель. Чаще всего это заводской брак или следствие неверно выбранной схемы подключения, неправильной эксплуатации оборудования.

Важно! Тестовая проверка системы перед запуском в постоянную работу при наступлении холодов, визуальное обследование целостности оборудования, чистка фильтров продлят срок использования котлов без ремонта и замены деталей.

Самодельный индукционный нагреватель Схема DIY

Схема индукционного нагревателя

Как работают эти индукционные нагреватели? Мы рассмотрим схему и шаг за шагом объясним, как создается колебательный сигнал, как индуцируется ток и как нагревается металл. Наконец, мы используем эту схему и устанавливаем самодельную версию и смотрим, работает ли она на нагрев некоторых металлов. Так что посмотрим …

ЧАСТЬ 1 — Коммерческий модуль

Во-первых, чтобы узнать и сопоставить сигналы, я купил один из этих коммерческих модулей индукционного нагревателя.Этот рекламируется как 1000Вт mdoule. Мы можем видеть несколько огромных конденсаторов, несколько катушек и еще несколько компонентов, а на выходе — огромную катушку из толстой медной проволоки. Эта выходная катушка создаст мощное колебательное магнитное поле, которое будет нагревать металлы, и мы увидим, как это сделать. Я делаю еще одну катушку из медного провода и помещаю ее рядом с катушкой индукционного нагревателя, и, как вы можете видеть на осциллографе, у нас есть колебательный сигнал около 100 МГц.

Чтобы понять, как этот модуль нагревает металлы, нам нужно понять 3 вещи.Во-первых, как магнитные поля могут индуцировать токи внутри металлов и обратный процесс, как токопроводящие провода будут создавать магнитные поля. Затем нам нужно увидеть, как резонанс этих катушек и конденсаторов будет создавать высокочастотные сигналы и, наконец, как ток будет нагревать металлы. Как вы можете видеть ниже, после включения модуля эти высокочастотные и мощные колебания нагревают металл до ярко-красного цвета всего за несколько секунд.

ЧАСТЬ 2 — Закон Фарадея

Закон индукции Фарадея — это основной закон электромагнетизма, предсказывающий, как магнитное поле будет взаимодействовать с электрической цепью, создавая явление электродвижущей силы, называемое электромагнитной индукцией.Это основной принцип работы трансформаторов, индукторов и многих типов электродвигателей, генераторов и соленоидов. Таким образом, движущийся магнит будет создавать изменения магнитного потока внутри катушки, и тем самым мы можем индуцировать ток внутри катушки. Но что еще может формировать кореатирование магнитных полей?

Что ж, еще один компонент, помимо amgnet, который также создает магнитные поля, — это катушка. Да, катушка может производить обратный процесс индукции тока. Если мы подаем ток через катушку, будет создано магнитное поле, поэтому нам не нужны магниты.Катушка могла создавать магнитное поле и наводить ток во второй катушке, как трансформаторы. Итак, теперь мы знаем, как индуцировать ток, и этот ток будет нагревать наш металл. Ниже вы можете увидеть, как я передаю сигнал от одной катушки к другой.

ЧАСТЬ 3 — Частота резонанса

В этом примере мы будем использовать параллельно катушку и конденсатор. Это называется резервуаром LC, и если мы ударим по нему электроникой, он будет резонировать на своей резонансной частоте.Итак, если я приложу небольшой импульс напряжения, и они отключат соединение, это создаст быстро колеблющийся сигнал. Я подключаю конденсатор и катушку параллельно и очень быстро прикасаюсь к одному кабелю с напряжением 12 В к этому резервуару LC. Посмотрите ниже, что происходит. После прикосновения к резервуару LC я получаю на осциллографе первый осциллирующий сигнал, который медленно затухает. Итак, теперь мы получаем наши высокочастотные и мощные колебания, которые позже индуцируют ток внутри металла. Но наша схема работает немного иначе.Для этого давайте взглянем на схему базового и простого модуля индукционного нагревателя.

ЧАСТЬ 4 — Схема

В этом примере мы будем использовать параллельно катушку и конденсатор. Это называется резервуаром LC, и если мы ударим по нему электроникой, он будет резонировать на своей резонансной частоте. Итак, если я приложу небольшой импульс напряжения, и они отключат соединение, это создаст быстро колеблющийся сигнал. Я подключаю конденсатор и катушку параллельно и очень быстро прикасаюсь к одному кабелю с напряжением 12 В к этому резервуару LC.Посмотрите ниже, что происходит. После прикосновения к резервуару LC я получаю на осциллографе первый осциллирующий сигнал, который медленно затухает. Итак, теперь мы получаем наши высокочастотные и мощные колебания, которые позже индуцируют ток внутри металла. Но наша схема работает немного иначе. Для этого давайте взглянем на схему базового и простого модуля индукционного нагревателя.

Итак, как вы можете видеть на схеме выше, у нас на выходе 3 катушки. Пока не обращайте внимания на катушку L3, потому что это будет выходная катушка, которая будет создавать магнитное поле.У нас есть 2 катушки, L1 и L2, и один конденсатор, C1. У нас будет резонанс, как и раньше, но на этот раз он будет другим и никогда не прекратится. Как вы можете видеть, у нас также есть два диода, D1 и D2, которые подключены к затвору двух транзисторов, T1 и T2. Когда сигнал сначала колеблется на C1, на одной стороне C1 будет положительное напряжение, а на другой стороне C1 — отрицательное напряжение. Таким образом, один диод будет пропускать ток, а другой — нет. Таким образом, один транзистор будет включен, а другой выключен.Но буквально через мгновение из-за этого процесса полярность на C1 изменится, и это активирует второй транзистор и выключит другой. И этот процесс будет повторяться снова и снова, и это изменит поток тока внутри катушки L3, потому что, как вы можете видеть, один enf этой катушки подключен к 15 В, а другой конец будет подключен к отрицательному или положительному, и тем самым будет создаваться колебательный ток. Это создаст колеблющееся магнитное поле.

Помогите мне, поделившись этим постом

Индукционный нагреватель DIY: 10 шагов (с изображениями)

Многие из вас, читающие это, могут спросить: «Что такое драйвер ZVS»? Что ж, это чрезвычайно эффективная схема генератора, способная создавать чрезвычайно мощное электромагнитное поле, которое нагревает металл.Это руководство показывает вам, как делать это основа индукционного нагревателя.

Чтобы понять, как работает этот блок питания, я объясню его различные разделы. Первая секция — это блок питания на 24 вольта. Блок питания должен выдавать 24 вольта при токе 10 ампер. В качестве источника питания я буду использовать две герметичные свинцово-кислотные батареи, соединенные последовательно. Затем питание подается на плату драйвера ZVS. Генератор ZVS проталкивает и пропускает ток через катушку вокруг нагреваемого объекта.2 * Р.

Теперь очень важен тип металла нагреваемого объекта. Черные металлы обладают более высокой магнитной проницаемостью, поэтому они могут использовать больше энергии магнитного поля. Это позволяет нагревать их быстрее, чем другие материалы. Металлы, такие как алюминий, имеют более низкую магнитную проницаемость, поэтому им требуется больше времени для нагрева. Вещи с высоким сопротивлением и низкой магнитной проницаемостью, такие как человеческий палец, вообще не будут нагреваться индукционным нагревателем.Также очень важна стойкость материала. Если у вас есть более высокое сопротивление в целевом металле, то будет течь меньше тока, поэтому мощность, преобразованная в тепло, станет экспоненциально меньше. Если у вас металл с меньшим сопротивлением, то ток будет выше, но потери мощности будут ниже из-за закона Ома. Это немного сложно, но из-за взаимосвязи между сопротивлением и выходной мощностью максимальная выходная мощность достигается, когда сопротивление объекта приближается к 0.

Генератор ZVS — самая сложная часть этой схемы, поэтому я собираюсь объяснить, как он работает. Прежде всего, когда ток включен, он проходит через 2 индуктивных дросселя с каждой стороны катушки. Дроссель предназначен для того, чтобы цепь не потребляла слишком много силы тока при запуске. Ток также течет через два резистора 470 Ом на затворы двух МОП-транзисторов. Теперь, поскольку ни один компонент не идеален, первым будет включаться один Mosfet. Когда это происходит, он забирает весь ток затвора от другого МОП-транзистора.Он также потянет сток того Mosfet, который находится на земле. Это не только позволит току течь через катушку к земле, но также позволит току течь через один из быстрых диодов, формирующих другой затвор другого МОП-транзистора, блокируя его. Поскольку параллельно катушке установлен конденсатор, он создает резонансный контур резервуара, который начинает колебаться. Из-за этого резонансного действия сток другого МОП-транзистора будет колебаться взад и вперед по своему напряжению, в конечном итоге достигая 0 вольт. Как только это напряжение будет достигнуто, заряд затвора от включенного МОП-транзистора разрядится через быстрый диод в сток противоположного МОП-транзистора, эффективно отключив его.Когда этот Mosfet выключен, у другого Mosfet есть возможность включиться. После этого цикл повторяется тысячи раз в секунду. Резистор 10 кОм предназначен для истощения любого избыточного заряда затвора на МОП-транзисторе, потому что он похож на конденсатор, а стабилитрон предназначен для поддержания на затворе МОП-транзистора напряжения 12 В или ниже, чтобы они не взорвались. Этот высокочастотный генератор большой мощности позволяет нагревать металлические предметы.

Пришло время построить эту штуку!

Принципиальная схема, работа и применение

Принцип индукционного нагрева используется в производственных процессах с 1920-х годов.Как уже было сказано, необходимость — мать изобретений, во время Второй мировой войны потребность в быстром процессе упрочнения деталей металлического двигателя привела к быстрому развитию технологии индукционного нагрева. Сегодня мы видим применение этой технологии в наших повседневных потребностях. В последнее время потребность в улучшенном контроле качества и безопасных производственных технологиях снова привлекла внимание к этой технологии. С помощью современных передовых технологий внедряются новые и надежные методы реализации индукционного нагрева.

Что такое индукционный нагрев?

Принцип работы процесса индукционного нагрева представляет собой комбинированный рецепт электромагнитной индукции и джоулева нагрева. Процесс индукционного нагрева — это бесконтактный процесс нагрева электропроводящего металла путем создания в нем вихревых токов с использованием принципа электромагнитной индукции. Поскольку генерируемый вихревой ток течет против удельного сопротивления металла, по принципу джоулева нагрева в металле генерируется тепло.

Индукционный нагрев

Как работает индукционный нагрев?

Знание закона Фарадея очень полезно для понимания работы индукционного нагрева. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, изменение электрического поля в проводнике приводит к возникновению переменного магнитного поля вокруг него, сила которого зависит от величины приложенного электрического поля. Этот принцип работает и наоборот, когда в проводнике изменяется магнитное поле.

Итак, вышеуказанный принцип используется в процессе индукционного нагрева.Здесь твердотельный источник питания с высокочастотной частотой подается на катушку индуктивности, а нагреваемый материал помещается внутри катушки. Когда через катушку пропускают переменный ток, вокруг нее создается переменное магнитное поле в соответствии с законом Фарадея. Когда материал, помещенный внутри индуктора, попадает в диапазон этого переменного магнитного поля, в материале генерируется вихревой ток.

Теперь соблюдается принцип джоулева нагрева. В соответствии с этим при прохождении тока через материал в нем выделяется тепло.Таким образом, когда в материале генерируется ток из-за индуцированного магнитного поля, протекающий ток выделяет тепло изнутри материала. Это объясняет процесс бесконтактного индукционного нагрева.

Индуктивный нагрев металла

Схема цепи индукционного нагрева

Установка, используемая для процесса индукционного нагрева, состоит из высокочастотного источника питания для подачи переменного тока в цепь. Медная катушка используется в качестве индуктора, и к ней подается ток. Нагреваемый материал помещается внутрь медного змеевика.

Типовая установка для индукционного нагрева

Изменяя силу подаваемого тока, мы можем контролировать температуру нагрева. Поскольку вихревой ток, возникающий внутри материала, течет противоположно удельному электрическому сопротивлению материала, в этом процессе наблюдается точный и локализованный нагрев.

Помимо вихревых токов, в магнитных частях также выделяется тепло из-за гистерезиса. Электрическое сопротивление, создаваемое магнитным материалом по отношению к изменяющемуся магнитному полю внутри индуктора, вызывает внутреннее трение.Это внутреннее трение создает тепло.

Поскольку процесс индукционного нагрева является процессом бесконтактного нагрева, нагреваемый материал может находиться вдали от источника питания или погружен в жидкость, или в любую газообразную среду, или в вакуум. Для этого типа нагрева не требуются дымовые газы.

Факторы, которые необходимо учитывать при проектировании системы индукционного нагрева

Есть некоторые факторы, которые следует учитывать при проектировании системы индукционного нагрева для любого типа применения.

• Обычно индукционный нагрев используется для металлов и токопроводящих материалов. Непроводящий материал можно нагревать напрямую.
• При нанесении на магнитные материалы тепло генерируется как вихревыми токами, так и эффектом гистерезиса магнитных материалов.
• Маленькие и тонкие материалы нагреваются быстрее по сравнению с большими и толстыми материалами.
• Чем выше частота переменного тока, тем меньше глубина проплавления.
• Материалы с более высоким сопротивлением быстро нагреваются.
• Индуктор, в который помещается нагревательный материал, должен позволять легко вставлять и удалять материал.
• При расчете мощности источника питания необходимо учитывать удельную теплоемкость нагреваемого материала, массу материала и требуемое превышение температуры.
• Потери тепла из-за теплопроводности, конвекции и излучения также следует принимать во внимание при выборе мощности источника питания.

Формула для индукционного нагрева

Глубина, на которую проникает вихревой ток в материал, определяется частотой индукционного тока.Для токоведущих слоев эффективная глубина может быть рассчитана как

D = 5000 √ρ / µf

Здесь d обозначает глубину (см), относительная магнитная проницаемость материала обозначается µ, ρ удельное сопротивление материала в Ом-см, f указывает частоту переменного тока в Гц.

Конструкция змеевика индукционного нагрева

Катушка, используемая в качестве индуктора, к которому подается питание, бывает различных форм.Наведенный ток в материале пропорционален количеству витков в катушке. Таким образом, для эффективности и действенности индукционного нагрева важна конструкция катушки.

Обычно индукционные катушки представляют собой медные проводники с водяным охлаждением. В зависимости от наших приложений используются катушки различной формы. Чаще всего используется многооборотная спиральная катушка. Для этой катушки ширина диаграммы нагрева определяется количеством витков в катушке. Однооборотные катушки полезны в тех случаях, когда требуется нагрев узкой полосы заготовки или кончика материала.

Многопозиционный спиральный змеевик используется для нагрева более чем одной заготовки. Блинный змеевик используется, когда требуется нагреть только одну сторону материала. Внутренний змеевик используется для нагрева внутренних отверстий.

Области применения индукционного нагрева

• Целенаправленный нагрев для поверхностного нагрева, плавления, пайки возможен с помощью процесса индукционного нагрева.
• Кроме металлов, индукционным нагревом возможен нагрев жидких и газовых проводников.
• Для нагрева кремния в полупроводниковой промышленности используется принцип индукционного нагрева.
• Этот процесс используется в индукционных печах для нагрева металла до температуры плавления.
• Поскольку это бесконтактный процесс нагрева, вакуумные печи используют этот процесс для производства специальной стали и сплавов, которые могут окисляться при нагревании в присутствии кислорода.
• Индукционный нагрев используется для сварки металлов, а иногда и пластмасс, когда они легированы ферромагнитной керамикой.
• Индукционные плиты, используемые на кухне, работают по принципу индукционного нагрева.
• Для пайки твердым припоем к валу используется процесс индукционного нагрева.
• Для герметичного закрытия крышек бутылок и фармацевтических препаратов используется процесс индукционного нагрева.
• В машине для моделирования впрыска пластмасс используется индукционный нагрев для повышения энергоэффективности впрыска.

Для обрабатывающей промышленности индукционный нагрев обеспечивает мощное сочетание стабильности, скорости и контроля.Это аккуратный, быстрый и экологически чистый процесс нагрева. Потери тепла, наблюдаемые при индукционном нагреве, могут быть решены с помощью закона Ленца. Этот закон показал способ продуктивного использования тепловых потерь, возникающих в процессе индукционного нагрева. Какое из применений индукционного нагрева вас поразило?

(PDF) Высокочастотный зеркальный инвертор нового поколения на базе IGBT для индукционного нагрева

[8] П. К. Садху, С. К. Мукерджи, Р.

Чакрабарти, С. П. Чоудхури и Б.

М. Каран, «Энергосберегающая стерилизация

на базе микропроцессора для хирургического инструмента

с использованием новой топологии инвертора

поколения

», журнал

of Energy, Heat & Mass Transfer, Asia

and the Pacific, Vol 23 , Number 1,

March 2001, pp. 39-53.

[9] П. К. Садху, С. К. Мукерджи, Р. Н.

Чакрабарти, С.П. Чоудхури и Б.

М. Каран, «Резонансный инвертор на базе микропроцессора нового поколения

серии

для индукционных нагревательных приборов

», Индийский журнал

Institution of Industrial Engineering,

Navi Mumbai, Vol XXX, No 9, сентябрь

2001, стр.10-15.

[10] П. К. Садху, С. К. Мукерджи, Р. Н.

Чакрабарти, С.П. Чоудхури и Б.

М. Каран, «Радиоуправляемый микропроцессором нового поколения

—

индукционный нагрев с частотным управлением

для стерилизации и котельной», Журнал

IEEMA, Мумбаи, Том. XXII, № 2,

февраль 2002 г., стр. 36-48.

[11] П.К. Садху, Р.Н. Чакрабарти и С.

П. Чоудхури, «Жидкость нового поколения

, нагрев в неметаллическом трубопроводе

с использованием BJT и IGBT», Журнал

Института инженеров (I), Vol 82,

March 2002, pp.273-280.

[12] П. К. Садху, С. К. Мукерджи, Р. Н.

Чакрабарти, С.П. Чоудхури и Б.

М. Каран, «Высокоэффективное чистое тепло

, свободное от загрязнений, производство

», Журнал инженерии и

Материаловедение, Национальный институт научных коммуникаций

, Нью-Дели,

Том 9, июнь 2002 г., стр. 172-176.

[13] P.K. Садху, Р. Н. Чакрабарти, Н. Л.

Нат, Н. К. Батчу, С. Кумари и Р.

Кумари, «Анализ последовательного резонансного инвертора

с наложением на индукционный нагрев

», Journal of

Institution of Engineers (I), Vol 84,

March 2004, pp. 214-217.

[14] П. К. Садху, Р. Н. Чакрабарти и С.

П. Чоудхури, «Аппарат для приготовления пищи

индукционный% 20heater% 20circuit% 20 Диаграмма и примечания по применению

Пайка 101: Индукционный нагрев — FABTECH U.S.A.

Основы индукционной пайки призваны развеять распространенные заблуждения

У. АДАМ МОРРИСОН

W. АДАМ МОРРИСОН (amorrison @ ajaxtocco.com) — менеджер по продуктам с низким энергопотреблением в Ajax TOCCO Magnethermic Corp., Уоррен, Огайо.

Перепечатано с разрешения: The AWS Welding Journal

Эта статья основана на презентации на 7-м
Международная конференция по пайке и пайке (IBSC), проходившая 15–18 апреля 2018 г.,
в Новом Орлеане, штат Луизиана.

Индукционный нагрев — это хорошо зарекомендовавший себя метод нагрева, который
многие все еще рассматривают новые технологии. Хотя технология индукционного нагрева
приближается 100 лет коммерциализации, вопросы и заблуждения
окружающие его приложения все еще существуют. Например, один общий
недоразумение состоит в том, что индукционный нагрев нагревает только магнитные компоненты.
Однако индукционный нагрев можно использовать для нагрева любых электропроводящих
материал.

Также важно рассматривать пайку и индукционный нагрев как отдельные и разные процессы, чтобы понимать и применять их.Пайка — это процесс соединения, в то время как индукционный нагрев — это процесс нагрева, который часто используется как отдельный этап процесса пайки.

Было опубликовано множество текстов и исследований по пайке и другим методам соединения металлов. Целью данной статьи не является представление всех деталей, связанных с процессами пайки. Вместо этого будут представлены общие практические правила для подробного обсуждения технологии индукционного нагрева. В этой статье также рассматриваются распространенные заблуждения об индукционном нагреве в связи с его пайкой.

Определение индукционного нагрева

Индукционный нагрев — это тепловой процесс, при котором электропроводящий материал помещается в изменяющееся магнитное поле и нагревается посредством гистерезиса (только магнитные материалы) и / или индуцированного электрического тока (все проводящие материалы). Изменяющееся магнитное поле создается переменным током (AC), проходящим через электрическую обмотку (катушка / индуктор). Индукционный нагрев — это метод бесконтактного нагрева.
это очень быстро и эффективно по сравнению с другими видами отопления
технологии, используемые для пайки.

Гистерезис нагрева

Индукционный нагрев может нагревать любой электропроводящий материал, как магнитный, так и немагнитный. Есть одно ключевое различие, связанное с нагревом магнитной части по сравнению с немагнитной частью. Магнитные части, такие как железо, содержат магнитные частицы в своей атомной структуре, называемые доменами. Эти домены похожи на маленькие стержневые магниты. Домены физически выравниваются в соответствии с полярностью магнитного поля, приложенного к детали. Когда магнитное поле меняет направление, домены физически меняют направление.Это постоянное изменение направления приводит к нагреву от внутреннего трения. Этот нагрев за счет переключения магнитных доменов известен как гистерезисный нагрев. Гистерезис возникает только в магнитных материалах и является наиболее эффективной формой индукционного нагрева. Кроме того, КПД может превышать 90%.

Вихретоковый нагрев

При достаточном нагревании магнитные материалы теряют свой магнетизм. Это называется точкой Кюри (обычно около 1400 ° F для железа). Когда магнитная деталь достигает точки Кюри, гистерезисный нагрев прекращается.Без правильного выбора частоты и / или мощности нагрев остановится примерно при 1400 ° F. Это одна из причин, по которой некоторые новички считают, что индукционный нагрев не нагревается выше 1400 ° F. При правильном подборе частоты и мощности можно нагревать до любой температуры до нескольких тысяч градусов.

Нагрев, происходящий за пределами точки Кюри или в немагнитных материалах, называется вихретоковым нагревом. Этот тип передачи энергии аналогичен тому, что происходит внутри электрических трансформаторов.Нагревательный индуктор является первичной обмоткой трансформатора, а нагретая часть — вторичной обмоткой. Выделяемое тепло известно как «потери R в квадрате I» (P = I2R), полученные из закона Ома (V = I * R).

Вихретоковый нагрев — это то, что позволяет электромагнитной индукцией нагревать любой электропроводящий материал, включая золото, медь, серебро, алюминий и многие другие. Эффективность вихретокового нагрева будет варьироваться в зависимости от нагреваемого сплава от 50% до всего 5% эффективности преобразования.Термин «электрический вихревой ток» происходит от описания небольших поверхностных течений, которые можно увидеть в более крупных потоках воды, таких как ручьи и реки. Точно так же наведенные электрические вихревые токи циркулируют только по поверхности детали.

Контрольная глубина нагрева

Чем выше рабочая частота (Гц), тем меньше вихревые токи. Глубина, на которой ток проникает поверхность называется опорной глубиной и представляет собой глубину, на которой 63% от индуцированного тока текут.Большинство систем индукционного нагрева для пайки работают в диапазоне от 10 до 50 кГц. В зависимости от магнитной проницаемости и удельного сопротивления материала эталонная глубина нагрева может варьироваться от 0,01 до 0,20 дюйма (от 0,2 до 5 мм) в этом диапазоне частот.

При выборе системы индукционного нагрева важно учитывать глубину нагрева. Если глубина слишком велика, нагрев будет очень слабым из-за подавления вихревых токов. Отмена происходит, когда вихревые токи с противоположных сторон детали сталкиваются друг с другом.Как правило, глубина тока должна быть не более половины толщины и / или диаметра нагреваемой детали.

Хотя частота работы является основным фактором, влияющим на глубину нагрева, на нее также влияет удельное электрическое сопротивление нагреваемой детали и ее магнитная проницаемость. Формула для расчета базовой глубины D = 3160 * √ (ρ / мкФ),
где ρ
— удельное электрическое сопротивление нагреваемого материала в микроомах-дюймах;
μ
относительная магнитная проницаемость в Генри / метр; и f — частота срабатывания в герцах.Формула показывает, что глубина нагрева увеличивается с увеличением электрического
увеличивается удельное сопротивление. И наоборот, глубина уменьшается по мере увеличения магнитного поля.
увеличивается проницаемость или рабочая частота.

Магнитная проницаемость — это способность материала поглощать и удерживать магнитный поток. Чем больше способность удерживать поток, тем выше проницаемость. Немагнитные материалы имеют проницаемость 1, в то время как хороший магнитный материал, такой как железо, имеет проницаемость 5000. Углеродистая сталь имеет относительную магнитную проницаемость 100.Важно учитывать проницаемость при температуре пайки из-за точки Кюри некоторых материалов. Помните, что сталь теряет магнетизм примерно при 1400 ° F, в этот момент ее проницаемость изменяется от 100 до 1. Это приведет к 10-кратному увеличению глубины проникновения тока при температурах выше точки Кюри. Если выбрана неправильная частота, то нагрев остановится на точке Кюри.

При индукционном нагреве не обойтись без законов тепловой динамики.Тепло, выделяемое внутри детали, не ограничивается глубиной проникновения тока. Глубина нагрева увеличивается за счет теплопроводности. Дополнительная глубина нагрева в результате времени выдержки / нагрева может быть приблизительно определена формулой D = √0.0015t, где D — глубина в дюймах, а t — время в секундах.

Из-за тенденции переменного тока собираться на поверхности детали, можно выбрать слишком высокую частоту. Слишком высокая рабочая частота приведет к тому, что ток будет собираться в углах деталей, например, в углах узла шестигранной гайки.Это создаст локальные горячие точки, которые могут расплавить основной металл до того, как расплавится присадочный металл. Частота оптимизирует эффективность, но работу выполняет мощность.

Требования к питанию

Мощность — это количество энергии, переданное с течением времени. Большинство индукционных нагревателей оцениваются по их способности передавать мощность, обычно измеряемую в киловаттах (кВт). Предлагаемые мощности для источников питания индукционного нагрева сильно различаются. Индукционные источники питания промышленного класса могут быть от 1 кВт до более 20 МВт (от 1000 до 20 000 000 Вт).Для пайки большинство процессов пайки находятся в диапазоне от 5 до 50 кВт, но несколько сотен кВт для более крупных приложений не редкость.

Выбор правильной мощности в кВт так же важен, как и правильный выбор частоты. Слишком низкая номинальная мощность в кВт не позволит достичь температуры пайки, пайка займет слишком много времени, и возникнет зона чрезмерного термического влияния (HAZ). Слишком большая мощность в кВт не будет иметь необходимой разрешающей способности для стабильного управления процессом, перегреет детали и является пустой тратой капитальных ресурсов на приобретение и обслуживание.

Существует несколько факторов, определяющих требуемую мощность для процесса пайки. Допустимое время нагрева, заданная температура, начальная температура, нагретая масса и сплав основного металла являются основными факторами. Время нагрева должно быть достаточным для того, чтобы флюс стал активным, а сплав втекал в соединение за счет капиллярного действия. Следует избегать чрезмерного времени нагрева из-за ограниченного срока службы нагретого флюса. Кроме того, более длительное время нагрева позволяет увеличить образование оксидов, когда деталь находится при повышенных температурах.

Недрагоценные металлы различаются по плотности, удельной теплоемкости, удельному электрическому сопротивлению и относительной магнитной проницаемости, а также по другим определяющим характеристикам, но эти четыре характеристики являются наиболее важными для расчета требований к мощности для процесса.

В качестве примера рассмотрим две части одинаково нагретой массы: одну из железа, а другую из меди. Медь — один из самых сложных материалов для индукционного нагрева с точки зрения эффективности, а железо — один из самых простых. Эффективность индукционного нагрева при нагреве меди обычно составляет 15%, а для железа — более 90%.Чтобы достичь одинаковой температуры за одно и то же время для двух частей, для медной части потребуется в пять раз больше энергии. Разница в электрическом сопротивлении и магнитной проницаемости является основными причинами различий в требованиях к мощности. Более низкое удельное сопротивление меди требует значительно большего тока для генерирования тех же потерь в квадрате R, что и в железе. Железо также обладает большей магнитной проницаемостью, что позволяет ему нагреваться гистерезисом в дополнение к нагреву в квадрате R.

Ниже приводится сводная информация об эффективности преобразования обычных недрагоценных металлов, нагретых с помощью индукционного нагрева:

• Чистое железо 95–98%

• Сталь среднеуглеродистая 85–90%

• Нержавеющая сталь 316 45–50%

• Алюминий
35–40%

• Медь
5–15%.

Нагревательные индукторы

Нагревательный индуктор (катушка) — это электрическая обмотка, в которую пропускается переменный ток для создания электромагнитного поля с определенной структурой для нагрева электропроводящего объекта.

Когда большинство людей думают о катушке индукционного нагрева (индукторе), они представляют себе простую спиральную обмотку, сделанную из медных трубок, которая окружает нагреваемую часть. Хотя это одна из форм индуктора, есть и другие, которые следует рассмотреть. Нагревательные индукторы могут быть изготовлены из полых медных трубок, твердого стержня, гибкого кабеля и обработанной заготовки, а также могут быть напечатаны на 3D-принтере из порошковых медных сплавов. Выбор геометрии индуктора во многом определяется технологическими требованиями. Медь является выбранным материалом для изготовления индукторов из-за ее высокой электропроводности (низкие потери мощности), высокой теплопроводности (легко охлаждаются водой) и относительно низкой стоимости.Большинство индукторов имеют водяное охлаждение из-за отраженного тепла от детали и величины тока, протекающего внутри индуктора (обычно 1000 А).

Индуктор нагрева является наиболее важным компонентом системы индукционного нагрева. Катушки индуктивности могут иметь множество различных конфигураций, таких как соленоид, шпилька, блин, поперечный, внутренний диаметр, канал, грейфер и профиль, обработанный / напечатанный на 3D-принтере. Деталь окружает только соленоид индуктивности.

Распространено заблуждение, что индуктор должен окружать деталь.Однако индуктор может нагреваться снаружи, изнутри, с одной, двух или трех сторон. Индукторы обычно профилируются по форме детали и / или площади нагреваемой детали. Стиль индуктора влияет на эффективность. Например, для внутреннего нагревательного индуктора требуется примерно в два раза больше энергии, чем для соленоидного индуктора. Совместный зазор между нагретой частью и индуктором также влияет на эффективность. Это называется зазором муфты. По мере увеличения зазора муфты КПД снижается.

Важно проконсультироваться со специалистом по индукционным нагревателям на ранней стадии разработки процесса индукционной пайки, чтобы обеспечить наибольшие шансы на успех. Плохо спроектированный индуктор будет потреблять чрезмерную мощность, иметь плохую воспроизводимость, потребовать дополнительной обработки деталей или может не работать вообще. Эффективность процесса индукционного нагрева зависит от того, насколько хорош индуктор, используемый для этого процесса.

Ключевые конструктивные особенности качественного индуктора следующие:

• Позволяет
для легкой установки и снятия нагретых частей;

• Есть
совместим с инструментами, удерживающими нагретые детали;

• Имеет медь соответствующего размера, чтобы выдержать номинальную мощность индукционного нагревателя в кВт;

• Обеспечивает
равномерный прогрев зоны пайки;

• Сохраняет
его форма и положение во время использования;

• Правильно
изолирован для защиты от загрязнения и случайного контакта с деталями
нагревается;

• Низкий
выводы индуктивности для эффективной передачи энергии; и

• Правильно
задокументировано для дублирования.

Управление процессами и FEA

Современные средства управления могут быть интегрированы в процесс индукционной пайки для обеспечения точности и согласованности. Современные системы индукционного нагрева используют множество микропроцессоров и могут предоставить данные о рабочих характеристиках процесса. Измерения объема присадочного металла (например, минимальная / максимальная температура, скорость охлаждения, потоки закалки, энергия
доставка и т. д.) — это лишь небольшая выборка данных, которые можно собрать.Кроме того, эти данные легко контролировать из удаленных мест по корпоративной сети.
сети и Интернет. Индивидуальные данные процесса для готовых деталей могут быть
сохранено для последующего просмотра. Обработка и проверка отдельных деталей вместе с
высокая воспроизводимость — это лишь некоторые из отличительных черт индукционного нагрева для
пайки.

Используя программное обеспечение конечного элементного анализа (FEA) и проприетарные пакеты программного обеспечения для моделирования, производители оригинального индукционного оборудования могут точно прогнозировать тепловые характеристики, повышение температуры, распределение температуры, напряжения, деформации и даже металлургические изменения в деталях до того, как отдельная деталь будет физически нагрета.

Легко видеть, что индукционный нагрев имеет преимущества по сравнению с другими методами нагрева, включая точность, скорость, контроль и энергоэффективность. Однако индукционный нагрев — это лишь часть процесса пайки. Несмотря на контроль нагрева, обеспечиваемый электромагнитной индукцией, процесс пайки будет настолько точным и повторяемым, насколько будет возможность контролировать другие параметры процесса пайки, такие как допуск детали, расположение детали, чистота детали, равномерное нанесение флюса и присадочный металл. .

Пайка флюсом и безфлюсовым припоем

Детали следует тщательно очистить перед нагревом для максимального легирования основного и присадочного металлов. Очищенные детали следует защищать от окисления в процессе нагрева с помощью химического флюса или среды с контролируемой атмосферой. Электромагнитная индукция совместима как с традиционным химическим флюсом, так и с пайкой в ​​контролируемой атмосфере. В карбидных режущих инструментах часто используются традиционные минеральные флюсы и присадочные металлы, содержащие серебро, в то время как в автомобильных топливных рельсах высокого давления часто используется медный присадочный металл, припаянный в вакууме или в инертной атмосфере.Ни при каких обстоятельствах нельзя полагаться на флюс или восстановительную атмосферу для компенсации плохой подготовки поверхности детали перед пайкой.

Пайка и конструкция соединений

Было бы легко упростить геометрию паяного соединения. По сути, существует только два типа конфигураций паяных соединений: стыковое соединение и соединение внахлест. Все остальные соединения являются вариациями этих двух конфигураций соединений. На конструкцию стыка влияют предполагаемое использование, тип присадочного металла, флюс и метод нагрева.Основной вопрос, который следует учитывать независимо от конфигурации соединения, — это согласованность геометрии соединения и детали от детали к детали для обеспечения повторяемости процесса. Индукционный нагрев будет обеспечивать постоянное количество тепла от цикла к циклу, но изменения в теплопередаче и прочности соединения могут возникать из-за различий в консистенции соединения.

Зазор между двумя деталями будет варьироваться в зависимости от типа присадочного металла, флюса и теплового расширения деталей. Зазоры между соединяемыми компонентами могут варьироваться от небольшого натяга до 0.010 дюймов. Для большинства применений индукционной пайки зазор стыка будет находиться в диапазоне от 0,002 до 0,005 дюйма, что является диапазоном оптимальной прочности стыка. Меньшие зазоры в стыках и посадки с натягом приемлемы для пайки без флюса, например, при пайке в инертной атмосфере с использованием медного присадочного металла.

В большинстве процессов индукционного нагрева используется индуктор с фиксированной геометрией. Конструкция паяного соединения должна учитывать геометрию нагревательного индуктора. Компоненты должны быть собраны внутри индуктора, а готовая пайка должна быть удалена с индуктора после пайки.

Детали конструкции приспособлений

Значительные инвестиции были вложены в определение основных металлов, присадочного металла, флюса, геометрии соединения и метода нагрева. Правильное крепление для удержания деталей во время процесса пайки также имеет решающее значение для общего успеха процесса. Приспособление, связанное с использованием индукционного нагрева для процессов пайки, должно быть немагнитным, чтобы свести к минимуму случайный нагрев приспособления.

Допустимые немагнитные материалы: нержавеющая сталь серии 300, а также алюминий.Нержавеющая сталь устойчива к воздействию высоких температур, химикатов и износа. Он также имеет относительно низкую теплопроводность и обеспечивает хорошую ударную вязкость и износостойкость. Обязательно учитывайте тепловое расширение нагретых деталей во время процесса пайки при проектировании удерживающего приспособления.

Кузня лося

Индукционная кузница

Эта информация
взята verbatem
из Википедии
(написано на оригинальном английском
)

Индукционная печь — это электрическая печь, в которой тепло подается за счет индукционного нагрева металла.Преимущество индукционной печи — это чистый, энергоэффективный и хорошо контролируемый процесс плавления по сравнению с большинством других способов плавки металлов. Большинство современных литейных заводов используют этот тип печи, и теперь все больше чугунолитейных заводов заменяют вагранки индукционными печами для плавления чугуна, поскольку первые выделяют много пыли и других загрязняющих веществ. Производительность индукционных печей составляет от менее одного килограмма до ста тонн, и они используются для плавки чугуна и стали, меди, алюминия и драгоценных металлов.Поскольку не используется дуга или горение, температура материала не выше, чем требуется для его плавления; это может предотвратить потерю ценных легирующих элементов. [1] Одним из основных недостатков использования индукционных печей в литейном производстве является недостаточная мощность рафинирования; шихтовые материалы должны быть чистыми от продуктов окисления и иметь известный состав, а некоторые легирующие элементы могут быть потеряны из-за окисления (и должны быть повторно добавлены в расплав).

Рабочие частоты варьируются от рабочей частоты (50 или 60 Гц) до 400 кГц или выше, обычно в зависимости от плавящегося материала, мощности (объема) печи и требуемой скорости плавления.Как правило, чем меньше объем расплавов, тем выше частота использования печи; это связано с глубиной скин-слоя, которая является мерой расстояния, на которое переменный ток может проникнуть под поверхность проводника. При той же проводимости более высокие частоты имеют небольшую толщину скин-слоя, т.е. меньшее проникновение в расплав. Более низкие частоты могут вызвать перемешивание или турбулентность металла.

Предварительно нагретый чугун массой 1 тонна может расплавить холодную шихту до готовности к выпуску в течение часа.Электропитание варьируется от 10 кВт до 15 МВт с размером расплава от 20 кг до 30 тонн металла соответственно.

Работающая индукционная печь обычно издает гудение или вой (из-за колебаний магнитных сил и магнитострикции), шаг которого может использоваться операторами, чтобы определить, правильно ли работает печь или на каком уровне мощности.

Индукционная ковка

Индукционная ковка — это использование индукционного нагревателя для предварительного нагрева металлов перед деформацией с помощью пресса или молотка.Обычно металлы нагревают до температуры от 1100 ° C (2010 ° F) до 1200 ° C (2190 ° F), чтобы повысить их пластичность и улучшить текучесть в штампе для ковки. [1]

Процесс

Индукционный нагрев — это бесконтактный процесс, в котором для нагрева детали используется принцип электромагнитной индукции. Помещая проводящий материал в сильное переменное магнитное поле, в материале протекает электрический ток, тем самым вызывая джоулев нагрев. В магнитных материалах дополнительно выделяется тепло ниже точки Кюри из-за гистерезисных потерь.Генерируемый ток протекает преимущественно в поверхностном слое, глубина которого определяется частотой переменного поля и проницаемостью материала [2].

Потребляемая мощность

Источники питания для индукционной ковки различаются по мощности от нескольких киловатт до многих мегаватт и, в зависимости от геометрии компонента, могут изменяться по частоте от 50 Гц до 200 кГц. В большинстве приложений используется диапазон от 1 кГц до 100 кГц. [3]

Для выбора правильной мощности необходимо сначала рассчитать тепловую энергию, необходимую для нагрева материала до требуемой температуры за отведенное время.Это может быть сделано с использованием теплосодержания материала, которое обычно выражается в киловатт-часах на тонну, веса обрабатываемого металла и временного цикла. Как только это будет установлено, необходимо учесть другие факторы, такие как излучаемые потери в компоненте, потери в катушке и другие системные потери. Традиционно этот процесс включал длительные и сложные вычисления в сочетании с сочетанием практического опыта и эмпирической формулы. Современные методы используют анализ методом конечных элементов [4] и другие методы компьютерного моделирования, однако, как и в случае со всеми такими методами, по-прежнему требуется доскональное знание процесса индукционного нагрева.

Выходная частота

Второй важный параметр, который необходимо учитывать, — это выходная частота источника питания. Поскольку тепло в основном генерируется на поверхности компонента, важно выбрать частоту, которая обеспечивает наибольшую практическую глубину проникновения в материал без риска потери тока. [5] Следует понимать, что, поскольку нагревается только оболочка, потребуется время, чтобы тепло проникло в центр компонента, и что, если слишком большая мощность приложена слишком быстро, можно расплавить поверхность компонента, оставляя ядро круто.Используя данные теплопроводности материала [6] и требования к однородности (физике), указанные заказчиком в отношении поперечного сечения ∆T, можно рассчитать или создать модель для определения необходимого времени нагрева. Во многих случаях время достижения приемлемого ∆T будет превышать время, которое может быть достигнуто при нагревании компонентов по одному. Ряд решений по перемещению, включая конвейеры, линейные питатели, системы толкателей и питатели с шагающими балками, используются для облегчения нагрева нескольких компонентов при одновременной доставке отдельных компонентов оператору в требуемом временном цикле.

Преимущества

Управляемость процесса — в отличие от традиционной газовой печи, индукционная система не требует цикла предварительного нагрева или контролируемого отключения. Тепло доступно по запросу. В дополнение к преимуществам быстрой доступности в случае прерывания производства на выходе, питание может быть отключено, что позволяет экономить энергию и сокращать масштабирование компонентов.

• Энергоэффективность — благодаря теплу, выделяемому внутри компонентов, передача энергии чрезвычайно эффективна.Индукционный нагреватель нагревает только часть, но не атмосферу вокруг него.
• Быстрый рост температуры — Высокая удельная мощность гарантирует, что компонент очень быстро нагревается. Снижается окалина, дефекты поверхности и нежелательные воздействия на металлургию поверхности.
• Стабильность процесса — процесс индукционного нагрева обеспечивает чрезвычайно равномерное равномерное нагревание, что повышает точность поковки и может в крайних случаях уменьшить припуски на обработку после ковки и положительно сказаться на сроке службы штампа.

Типы

Подогрев конца стержня

Нагрев конца прутка обычно используется там, где должна быть кована только часть прутка. Типичные области применения нагрева концов прутков:

• Горячая высадка болтов
• Стабилизаторы поперечной устойчивости
• Горный инструмент

В зависимости от требуемой пропускной способности системы манипулирования могут варьироваться от простых двух- или трехпозиционных пневматических толкающих систем до шагающих балок и конвейеров.

Нагрев заготовки

В индукционном нагревателе заготовок нагревается вся заготовка или заготовка.Обычно для коротких заготовок или заготовок используется бункер или чаша, чтобы автоматически подавать заготовки в линию для прижимных роликов, тягачей с цепным приводом или, в некоторых случаях, пневматических толкателей. Затем заготовки проходят через змеевик одна за другой по рельсам с водяным охлаждением или через отверстие змеевика используются керамические вкладыши, которые уменьшают трение и предотвращают износ. Длина бухты зависит от требуемого времени выдержки, времени цикла на компонент и длины заготовки. В больших объемах работы с большим поперечным сечением нет ничего необычного в том, что 4 или 5 катушек последовательно соединяют, чтобы получить 5 м (16 футов) катушки или более.[8]

Типовые детали, обрабатываемые при поточном нагреве заготовок: [9]

• Коленчатые валы малые
• Распредвалы
• Пневматическая и гидравлическая арматура
• Молотковые головки
• Клапаны двигателя
• Одноступенчатый

Для длинных заготовок можно использовать однократный нагрев. В этом процессе используются аналогичные системы для нагрева концов прутков, за исключением того, что вся заготовка превращается в отдельные катушки. Как и в случае нагрева концов стержня, количество витков зависит от требуемого ∆T и тепловых свойств нагреваемого материала.

Типовые детали, обработанные однократным нагревом заготовок: [10]

• Оси легковые
• Распредвалы для судостроения

Индукционная закалка — это форма термической обработки, при которой металлическая деталь нагревается индукционным нагревом, а затем закаляется. Закаленный металл подвергается мартенситному превращению, повышая твердость и хрупкость детали. Индукционная закалка используется для выборочного упрочнения участков детали или сборки, не влияя на свойства детали в целом.[1]

Процесс

Индукционный нагрев — это процесс бесконтактного нагрева, в котором используется принцип электромагнитной индукции для выработки тепла внутри поверхностного слоя детали. Помещая проводящий материал в сильное переменное магнитное поле, можно заставить электрический ток течь в стали, тем самым создавая тепло из-за потерь I2R в материале. В магнитных материалах дополнительно выделяется тепло ниже точки Кюри из-за гистерезисных потерь. Генерируемый ток протекает преимущественно в поверхностном слое, глубина которого определяется частотой переменного поля, поверхностной плотностью мощности, проницаемостью материала, временем нагрева и диаметром стержня или толщиной материала.При закалке этого нагретого слоя в воде, масле или закалке на основе полимера поверхностный слой изменяется с образованием мартенситной структуры, которая тверже основного металла [2].

Определение

Широко используемый процесс поверхностного упрочнения стали. Компоненты нагреваются с помощью переменного магнитного поля до температуры в пределах или выше диапазона превращения с последующей немедленной закалкой. Сердцевина компонента не подвергается влиянию обработки, и его физические свойства аналогичны свойствам прутка, из которого он был изготовлен, в то время как твердость гильзы может находиться в диапазоне 37/58 HRC.Углеродистые и легированные стали с эквивалентным содержанием углерода в диапазоне 0,40 / 0,45% наиболее подходят для этого процесса [1].

Источник высокочастотного электричества используется для пропускания большого переменного тока через катушку. Прохождение тока через эту катушку создает очень интенсивное и быстро меняющееся магнитное поле в пространстве внутри рабочей катушки. Обогреваемая деталь помещается в это интенсивное переменное магнитное поле, в котором внутри детали генерируются вихревые токи, а сопротивление приводит к джоулева нагреву металла.

Эта операция чаще всего используется для стальных сплавов. Многие механические детали, такие как валы, шестерни и пружины, перед поставкой подвергаются поверхностной обработке, чтобы улучшить их износостойкость. Эффективность этих обработок зависит как от изменения свойств материалов поверхности, так и от введения остаточных напряжений. Среди этих обработок индукционная закалка — одна из наиболее широко используемых для повышения долговечности компонентов. Он определяет в заготовке прочный сердечник с остаточными напряжениями растяжения и твердый поверхностный слой с напряжением сжатия, которые доказали свою эффективность в увеличении усталостной долговечности и износостойкости компонентов.[3]

Низколегированные среднеуглеродистые стали с индукционной поверхностной закалкой широко используются в автомобилях и машиностроении, требующих высокой износостойкости. Износостойкость деталей с индукционной закалкой зависит от глубины закалки, а также от величины и распределения остаточного напряжения сжатия в поверхностном слое [2].

История

Основа всех систем индукционного нагрева была открыта в 1831 году Майклом Фарадеем. Фарадей доказал, что, наматывая две катушки провода вокруг общего магнитного сердечника, можно создать мгновенную ЭДС во второй обмотке, включая и выключая электрический ток в первой обмотке.Он также заметил, что если ток поддерживался постоянным, во второй обмотке не возникала эдс, и что этот ток протекал в противоположных направлениях в зависимости от того, увеличивался или уменьшался ток в цепи [4].

Фарадей пришел к выводу, что электрический ток может создаваться изменяющимся магнитным полем. Поскольку не было физической связи между первичной и вторичной обмотками, считалось, что ЭДС во вторичной катушке индуцирована, и таким образом родился закон индукции Фарадея.После открытия эти принципы использовались в течение следующего столетия или около того в конструкции динамо (электрических генераторов и электродвигателей, которые являются вариантами одного и того же) и в форме электрических трансформаторов. В этих приложениях любое тепло, выделяемое в электрических или магнитных цепях, считалось нежелательным. Инженеры пошли на многое и использовали многослойные сердечники и другие методы, чтобы минимизировать эффекты. [4]

В начале прошлого века эти принципы были исследованы как средство плавления стали, и был разработан двигатель-генератор, обеспечивающий мощность, необходимую для индукционной печи.После всеобщего принятия методологии плавки стали инженеры начали изучать другие возможности использования этого процесса. Уже было понятно, что глубина проникновения тока в сталь зависит от ее магнитной проницаемости, удельного сопротивления и частоты приложенного поля. Инженеры Midvale Steel и Ohio Crankshaft Company использовали эти знания для разработки первых систем индукционного нагрева с поверхностной закалкой с использованием двигателей-генераторов [5].

Потребность в быстрых, легко автоматизированных системах привела к значительному прогрессу в понимании и использовании процесса индукционной закалки, и к концу 1950-х годов многие системы, в которых использовались двигатели-генераторы и триодные генераторы с термоэлектронной эмиссией, стали регулярно использоваться во многих отраслях промышленности.В современных индукционных нагревательных установках используются новейшие полупроводниковые технологии и цифровые системы управления для развития диапазона мощностей от 1 кВт до многих мегаватт.

Основные методы

Закалка однократным выстрелом

В однокомпонентных системах компонент удерживается статически или вращается в змеевике, и вся обрабатываемая область одновременно нагревается в течение заданного времени с последующей закалкой потоком или системой закалки каплей. Одиночный выстрел часто используется в тех случаях, когда никакой другой метод не позволяет достичь желаемого результата, например, при упрочнении плоской поверхности молотков, упрочнении кромок инструментов сложной формы или производстве небольших зубчатых колес.[6]

В случае упрочнения вала дополнительным преимуществом метода однократной закалки является время производства по сравнению с методами упрочнения с прогрессивным поперечным перемещением. Кроме того, возможность использования катушек, которые могут создавать продольный ток в компоненте, а не диаметральный поток, может быть преимуществом при определенной сложной геометрии.

У метода одиночного выстрела есть недостатки. Конструкция змеевика может быть чрезвычайно сложным и трудоемким процессом. Часто требуется использование феррита или ламинированных загрузочных материалов, чтобы влиять на концентрацию магнитного поля в определенных областях, тем самым улучшая получаемую тепловую картину.Другой недостаток заключается в том, что требуется гораздо больше мощности из-за увеличенной площади нагреваемой поверхности по сравнению с подходом с поперечным расположением [7].

Закалка траверса

В системах поперечной закалки заготовка постепенно пропускается через индукционную катушку и используется последующий закалочный распылитель или кольцо. Упрочнение траверсы широко используется в производстве таких компонентов вала, как полуоси, пальцы ковша экскаватора, компоненты рулевого управления, валы электроинструментов и приводные валы.Компонент подается через индуктор кольцевого типа, который обычно имеет один виток. Ширина поворота определяется скоростью траверсы, доступной мощностью и частотой генератора. Это создает движущуюся полосу тепла, которая при закалке создает твердый поверхностный слой. Закалочное кольцо может быть либо составной частью следующей конструкции, либо их комбинацией в зависимости от требований приложения. Изменяя скорость и мощность, можно создать вал, закаленный по всей длине или только на определенных участках, а также закалку валов со ступенями по диаметру или шлицами.При закалке круглых валов нормально вращать деталь во время процесса, чтобы гарантировать удаление любых отклонений из-за соосности катушки и детали.

Методы поперечного перемещения

также используются при производстве кромочных элементов, таких как ножи для бумаги, ножи для кожи, нижние ножи газонокосилок и ножовочные полотна. В этих типах применений обычно используется шпилька или катушка с поперечным потоком, которая находится над краем компонента. Компонент проходит через змеевик и последующую закалку распылением, состоящую из сопел или просверленных блоков.

Многие методы используются для обеспечения поступательного движения через катушку, и используются как вертикальные, так и горизонтальные системы. Обычно в них используются цифровой энкодер и программируемый логический контроллер для позиционного управления, переключения, контроля и настройки. Во всех случаях необходимо тщательно контролировать и согласовывать скорость перемещения, поскольку изменение скорости будет влиять на глубину твердости и достигаемое значение твердости.

Оборудование

Требуемая мощность

Источники питания для индукционной закалки различаются по мощности от нескольких киловатт до сотен киловатт в зависимости от размера нагреваемого компонента и используемого метода производства i.е. однократная закалка, поперечная закалка или закалка под флюсом.

Для выбора правильного источника питания необходимо сначала рассчитать площадь поверхности нагреваемого компонента. Как только это будет установлено, можно использовать различные методы для расчета необходимой плотности мощности, времени нагрева и рабочей частоты генератора. Традиционно это делалось с использованием серии графиков, сложных эмпирических расчетов и опыта. Современные методы, как правило, используют анализ методом конечных элементов и автоматизированные производственные технологии, однако, как и в случае со всеми такими методами, по-прежнему требуется доскональное знание процесса индукционного нагрева.

Для однократных применений необходимо рассчитать общую обогреваемую площадь. В случае поперечной закалки длина окружности детали умножается на ширину лицевой поверхности бухты. При выборе ширины лицевой поверхности катушки необходимо проявлять осторожность, чтобы было удобно построить катушку выбранной ширины и чтобы она работала при мощности, необходимой для применения.

Частота

Системы индукционного нагрева для закалки доступны во множестве различных рабочих частот, обычно от 1 кГц до 400 кГц.Доступны более высокие и более низкие частоты, но обычно они используются для специализированных приложений. Зависимость между рабочей частотой и глубиной проникновения тока и, следовательно, глубиной твердости обратно пропорциональна. т.е. чем ниже частота, тем глубже корпус.

Примеры частот для различной глубины корпуса и диаметра материала

Приведенная выше таблица является чисто иллюстративной, хорошие результаты могут быть получены за пределами этих диапазонов путем балансировки плотностей мощности, частоты и других практических соображений, включая стоимость, которая может повлиять на окончательный выбор, время нагрева и ширину катушки.Так же, как плотность мощности и частота, время, в течение которого нагревается материал, будет влиять на глубину, на которую тепло будет течь за счет теплопроводности.