Индукционный котел отопления своими руками – сборка, установка + Видео

Сегодня уже с трудом верится, что отопление может быть экономным. Мы либо платим за электричество и газ, либо сжигаем огромное количество природного сырья. Но есть конструкция, способная спасти наш кошелек – индукционный котел отопления, своими руками который сделать тоже окажется дешевле.

Сложно ли понять схему его работы?

Для работы такого котла электроэнергия все-таки понадобится, но счет уже не будет столь пугающим. Главное достоинство таких обогревателей в их устройстве. Они очень выгодно преобразуют электричество в тепло (рабочая среда забирает почти 97%). Это дает быстрый нагрев при минимальных затратах. Рабочей средой или теплоносителем для индукционного котла чаще всего выступает неочищенная вода, которая нагревается и разносится по системе отопления дома. Но для этой цели вполне подойдет масло или антифриз.

Работа индукционного котла отопления

Система преобразования электроэнергии состоит из двух обмоток. Первая принимает ток из сети, создает вихревые потоки, которые становятся причиной электромагнитного поля. Оно направляется на внешнюю обмотку, которая по совместительству еще и корпус котла. Именно здесь и происходит нагревание теплоносителя, который идет по трубам.

Индукционный агрегат должен иметь патрубок для входа холодной воды и выхода горячей. Обычно снизу корпуса приваривается ввод, а сверху вывод. Носитель подается внутрь, обтекает корпус, нагревается за счет хорошей теплопроводности и уходит через верхнее отверстие в отопительную систему. Основная трудность при создании собственного котла – это правильно расположить внешнюю обмотку и сердечник, чтобы вихревые потоки и создаваемое поле эффективно разогревали котел. Для этого важно разобрать приведенную схему, доступную для понимания человека со средними знаниями физики.

Индукционный агрегат отопления

Кроме выгодного преобразования электроэнергии такие котлы еще и реже ломаются, потому что нет индивидуального статичного нагревательного элемента. Не оседает и накипь на корпусе, потому что система обмоток постоянно находится в состоянии легкой вибрации. Работает индукционный котел негромко и вредных выбросов не производит. Также протечки такой системы маловероятны, потому что сварных швов минимальное количество, а то и вовсе нет. Главным минусом индукционного нагревателя будет его цена, поэтому появляется все больше самодельных схем, одну из них мы и рассмотрим. Также его нельзя располагать вблизи постоянного пребывания людей, потому что это источник ЭМИ, значит, потребуется отдельная комната в дальнем углу дома.

Собираем простейший индукционный котел

Самый незамысловатый нагреватель просто заменит часть трубы в системе отопления. Насколько реально собрать такой индукционный котел своими руками, оцените по этой инструкции.

Как собрать индукционный котел своими руками — пошаговая схема

Шаг 1: Выбираем преобразователь энергии

На входе электроэнергию будет встречать сварочный инвертор. Изготавливать его самостоятельно могут только очень продвинутые пользователи, так как мы назвали эту схему простейшей, предполагаем, что вы его просто приобретете в соответствующем магазине. Какой из предложенных там взять? Это зависит от мощности, которую вы ожидаете получить от будущего индукционного нагревателя. В среднем для небольшого дома подойдет высокочастотный сварочный инвертор на 15 А. Желательно наличие функции плавного изменения тока.

Шаг 2: Тело нагревателя

Сложного внутри нашего котла мастерить не будем, пустим воду через нагретую стальную проволоку. Для этого берем прокат с диаметром не менее 7 мм. Нарезаем кусочки по 5 см длиной. Количество определяется размером корпуса, куда мы их будем засыпать. Его мы сделаем из пластиковой трубы с толстыми стенками, на нее в дальнейшем будем наматывать индукционную катушку. Естественно, пластик должен быть термоустойчивым. Нежелательно, чтобы диаметр трубы превышал 50 мм. Длину ее мы узнаем после того, как намотаем катушку, поэтому возьмите с запасом.

Индукционная катушка для самодельного котла отопления

Шаг 3: Индукционная катушка и подключение

Для создания катушки нужен медный провод, им равномерно обматывается наша пластиковая труба. Достаточно сделать 90–100 витков. Важно выдерживать между ними одинаковые отступы. Когда вы получили желаемый результат, отступите от крайних витков по 10 см и обрежьте трубу.

Шаг 4: Переходники

Теперь организуем подвод и выход теплоносителя. Для этого нужно прикрепить соответствующие переходники. С двух сторон трубы располагаем металлическую сетку, она предотвратит высыпание кусочков проволоки. Снизу крепим вводной переходник, через который вода будет поступать. Затем плотно и полностью засыпаем корпус проволокой и закрываем сверху выводным переходником. Вход и выход желательно снабдить шаровым вентилем на случай, если вы решите демонтировать котел, тогда воду из трубопровода сливать будет не нужно.

Шаровой вентиль для самодельного индукционного котла

Шаг 5: Подключение

Концы катушки выводятся на инвертор, но пока подключать еще рано. Сначала полученный агрегат нужно врезать в систему отопления. Для этого отпиливаем в подходящем месте часть трубопровода такого размера, чтобы расположенный вместо него самодельный котел стал без зазоров. Через переходники фиксируем входное и выходное отверстие. Теперь-то можно катушку присоединить к инвертору переменного тока. Остается пустить воду в систему и включить в сеть наш котел.

Какие условия обязательны для безопасной работы котла?

Собрать индукционный котел самостоятельно оказалось не так сложно, но есть несколько обстоятельств, без которых корректной его работы мы не добьемся. Такой нагревательный агрегат не будет функционировать, если в вашей отопительной системе нет принудительной циркуляции теплоносителя. То есть, это должна быть закрытая сеть с насосом, который и будет гонять воду по контуру. Также у вас должна быть возможность заземлить инвертор, иначе пожарная безопасность окажется под вопросом. В сеть этот агрегат нужно включать через устройство защитного отключения (УЗО).

Инвертор индукционного котла отопления

Крайне важно, чтобы в системе была вода. Без нее включать котел категорически запрещено. Ведь катушка намотана на пластиковую трубу, которая неспособна выдержать температуру раскаленной металлической проволоки. Поэтому корпус попросту расплавится, а дальнейшие последствия непредсказуемы.

К материалу самого домашнего трубопровода, куда врезается котел, особых требований нет. Это может быть и пластик, и металл. Главное, чтобы это была жесткая конструкция, а не болтающиеся шланги. Расположение катушки из соображений пожарной безопасности должно находиться в 30 см от стен и 80 см от пола и потолка. Если поблизости должны быть еще какие-то приборы или мебель, то расстояние до них тоже желательно выдержать около 30 см.

Подключение индукционного котла к жесткой конструкции трубопровода

Также не помешает на выходе из котла установить автоматический клапан с манометром, чтобы при необходимости он стравливал нарастающее давление, от которого может треснуть наш корпус. Это понадобится, если устройство принудительной циркуляции нужно будет отключить или насос просто внезапно сломается. Если эта идея вам нравится, тогда переходник на выходе из котла должен быть тройным (два входа для возможности отвода воды в разных направлениях, третий – для клапана). Корпус индукционного нагревателя можно обтянуть изолирующим материалом. Это снизит потери тепла и исключит возможность касания катушки по неосторожности, которая ударит током. Эту рекомендацию мы бы перевели в статус обязательного условия.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Индукционный котел своими руками чертежи

Индукционный котел отопления своими руками – предусмотрим все

Система преобразования электроэнергии состоит из двух обмоток. Первая принимает ток из сети, создает вихревые потоки, которые становятся причиной электромагнитного поля. Оно направляется на внешнюю обмотку, которая по совместительству еще и корпус котла. Именно здесь и происходит нагревание теплоносителя, который идет по трубам.

Индукционный агрегат должен иметь патрубок для входа холодной воды и выхода горячей. Обычно снизу корпуса приваривается ввод, а сверху вывод. Носитель подается внутрь, обтекает корпус, нагревается за счет хорошей теплопроводности и уходит через верхнее отверстие в отопительную систему. Основная трудность при создании собственного котла – это правильно расположить внешнюю обмотку и сердечник, чтобы вихревые потоки и создаваемое поле эффективно разогревали котел. Для этого важно разобрать приведенную схему, доступную для понимания человека со средними знаниями физики.

Индукционный агрегат отопления

Кроме выгодного преобразования электроэнергии такие котлы еще и реже ломаются, потому что нет индивидуального статичного нагревательного элемента. Не оседает и накипь на корпусе, потому что система обмоток постоянно находится в состоянии легкой вибрации. Работает индукционный котел негромко и вредных выбросов не производит. Также протечки такой системы маловероятны, потому что сварных швов минимальное количество, а то и вовсе нет. Главным минусом индукционного нагревателя будет его цена, поэтому появляется все больше самодельных схем, одну из них мы и рассмотрим. Также его нельзя располагать вблизи постоянного пребывания людей, потому что это источник ЭМИ, значит, потребуется отдельная комната в дальнем углу дома.

2 Собираем простейший индукционный котел

Самый незамысловатый нагреватель просто заменит часть трубы в системе отопления. Насколько реально собрать такой индукционный котел своими руками, оцените по этой инструкции.

Как собрать индукционный котел своими руками — пошаговая схема

Шаг 1: Выбираем преобразователь энергии

На входе электроэнергию будет встречать сварочный инвертор. Изготавливать его самостоятельно могут только очень продвинутые пользователи, так как мы назвали эту схему простейшей, предполагаем, что вы его просто приобретете в соответствующем магазине. Какой из предложенных там взять? Это зависит от мощности, которую вы ожидаете получить от будущего индукционного нагревателя. В среднем для небольшого дома подойдет высокочастотный сварочный инвертор на 15 А. Желательно наличие функции плавного изменения тока.

Шаг 2: Тело нагревателя

Сложного внутри нашего котла мастерить не будем, пустим воду через нагретую стальную проволоку. Для этого берем прокат с диаметром не менее 7 мм. Нарезаем кусочки по 5 см длиной. Количество определяется размером корпуса, куда мы их будем засыпать. Его мы сделаем из пластиковой трубы с толстыми стенками, на нее в дальнейшем будем наматывать индукционную катушку. Естественно, пластик должен быть термоустойчивым. Нежелательно, чтобы диаметр трубы превышал 50 мм. Длину ее мы узнаем после того, как намотаем катушку, поэтому возьмите с запасом.

Индукционная катушка для самодельного котла отопления

3 Какие условия обязательны для безопасной работы котла?

Собрать индукционный котел самостоятельно оказалось не так сложно, но есть несколько обстоятельств, без которых корректной его работы мы не добьемся. Такой нагревательный агрегат не будет функционировать, если в вашей отопительной системе нет принудительной циркуляции теплоносителя. То есть, это должна быть закрытая сеть с насосом, который и будет гонять воду по контуру. Также у вас должна быть возможность заземлить инвертор, иначе пожарная безопасность окажется под вопросом. В сеть этот агрегат нужно включать через устройство защитного отключения (УЗО).

Инвертор индукционного котла отопления

Крайне важно, чтобы в системе была вода. Без нее включать котел категорически запрещено. Ведь катушка намотана на пластиковую трубу, которая неспособна выдержать температуру раскаленной металлической проволоки. Поэтому корпус попросту расплавится, а дальнейшие последствия непредсказуемы.

К материалу самого домашнего трубопровода. куда врезается котел, особых требований нет. Это может быть и пластик, и металл. Главное, чтобы это была жесткая конструкция, а не болтающиеся шланги. Расположение катушки из соображений пожарной безопасности должно находиться в 30 см от стен и 80 см от пола и потолка. Если поблизости должны быть еще какие-то приборы или мебель, то расстояние до них тоже желательно выдержать около 30 см.

Подключение индукционного котла к жесткой конструкции трубопровода

Также не помешает на выходе из котла установить автоматический клапан с манометром, чтобы при необходимости он стравливал нарастающее давление, от которого может треснуть наш корпус. Это понадобится, если устройство принудительной циркуляции нужно будет отключить или насос просто внезапно сломается. Если эта идея вам нравится, тогда переходник на выходе из котла должен быть тройным (два входа для возможности отвода воды в разных направлениях, третий – для клапана). Корпус индукционного нагревателя можно обтянуть изолирующим материалом. Это снизит потери тепла и исключит возможность касания катушки по неосторожности, которая ударит током. Эту рекомендацию мы бы перевели в статус обязательного условия.

Самодельный индукционный котел отопления

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.

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.

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.…

• Как выбрать электрические котлы отопления
• Схема подключения электрокотла
• Отопление частного дома электрическим котлом
• Индукционный котел отопления своими руками

Индукционный котел своими руками

Хотите обустроить свой дом эффективным и одновременно с этим экономически выгодным обогревом? Тогда обязательно обратите свое внимание на современные индукционные котлы. Подобные агрегаты характеризуются высокой производительнос тью и имеют при этом предельно простую конструкцию, поэтому со сборкой индукционного отопительного котла можно с легкостью справиться своими руками. Работа рассматриваемого оборудования основывается на использовании индукционной электрической энергии.

Такие котлы абсолютно безопасные и экологически чистые. Во время их эксплуатации не выделяется никаких побочных продуктов, способных навредить человеку и состоянию окружающей среды.

Содержание пошаговой инструкции:

Механизм действия индукционного котла

По конструкционному исполнению такие котлы представляют собой своего рода электрические индукторы, в состав которых входит две короткозамкнутые обмотки.

Так, внутренняя обмотка отвечает за преобразование поступающей электрической энергии в специальные вихревые токи. В агрегате образуется электрическое поле, которое в дальнейшем поступает на вторичный виток. Последний одновременно выполняет функции нагревательного элемента отопительного агрегата и корпуса котла.

Схема индукционного вихревого агрегата для отопительной сети

Вторичная же обмотка отвечает за передачу образующейся энергии непосредственно на теплоноситель системы отопления. В качестве теплоносителя в подобных установках используются специальные масла, незамерзающие жидкости или чистая вода.

Внутренняя обмотка нагревателя подвергается воздействию электроэнергии. В результате появляется некоторое напряжение и образуются вихревые токи. Созданная энергия отдается вторичной обмотке, после чего начинается нагрев сердечника. По достижению нагрева всей поверхности, теплоноситель начнет давать тепло радиаторам, а они — обогреваемым помещениям.

Рационально ли собирать котел самостоятельно?

Схема работы индукционного котла

Индукционные котлы отопления имеют простейшую конструкцию, никаких сложностей с их сборкой не возникает. Однако вам однозначно придется как минимум внимательно изучить предложенные инструкции и приложить усилия для правильной сборки качественного агрегата.

Наградой за ваши старания станет эффективное и выгодное в финансовом плане отопительное оборудование. Для сборки котла не нужно покупать какие-либо дорогостоящие комплектующие – все необходимые элементы продаются в обычных строительных, хозяйственных и прочих специализированн ых магазинах.

При условии правильной сборки и подобающего обращения с готовым агрегатом он спокойно прослужит 20 лет и даже более. Главное – выполнять все в строгом соответствии инструкции.

Сверхсложных задач перед вами не ставится, и допустить какие-либо критические ошибки при сборке индукционного котла по инструкции практически невозможно.

Сборка простого индукционного котла

Для сборки индукционного котла не нужно использовать никаких сложных в обращении инструментов и дорогостоящих материалов. Все, что вам надо – иметь хотя бы базовые представления о работе сварочного аппарата инверторного типа.

Как сделать индукционный котел своими руками

Первый шаг. Нарежьте проволоку из нержавейки либо катанку на куски длиной порядка 5 см. Необходимый диаметр используемой проволоки – 7-8 мм.

Второй шаг. Подготовьте пластиковую трубу для сборки корпуса устройства. Будет достаточно изделия диаметром порядка 50 мм.

Третий шаг. Закройте дно основной трубы мелкоячеистой металлической сеточкой. Подбирайте сетку с такими ячейками, чтобы через них не могли пройти куски загруженной нержавейки либо катанки.

Четвертый шаг. Полностью заполните корпус проволокой либо катанкой, а затем закройте свободное отверстие трубки второй металлической сеточкой.

Пятый шаг. Аккуратно и как можно более плотно намотайте на среднюю часть корпуса порядка 90 витков провода из меди.

Шестой шаг. Подключите к корпусу нагревателя специальные переходники для врезки в отопительную или водопроводную систему. Схема предельно простая: вода заходит в нагреватель через один переходник – практически мгновенно нагревается – выходит в отопительную систему через второй переходник – батареи и трубы отдают тепло обслуживаемому помещению.

Закрытая система отопления

В результате таких нехитрых манипуляций вы получите недорогое и предельно простое в сборке устройство для эффективного обогрева. Преимуществом использования самодельного индукционного котла является отсутствие необходимости выделения под его установку отдельного котельного помещения. Вы попросту вырезаете часть трубы недалеко от входа в радиатор и закрепляете вместо нее свой самодельный нагреватель.

Далее останется лишь подключить к готовой катушке инвертор на 18-25А и можно заполнять отопительную систему теплоносителем.

Важно: не включайте нагреватель при отсутствии теплоносителя в отопительной системе. В такой ситуации пластиковый корпус нагревателя попросту расплавиться и вся ваша работа пойдет насмарку.

Не забудьте выполнить надежное заземление самодельного нагревательного приспособления.

Устройство вихревого индукционного отопительного агрегата

Сборка такого агрегата потребует от вас наличия определенных навыков обращения со сварочным аппаратом, а также трехфазным трансформатором. Преимуществом вихревого нагревателя является отсутствие в его составе элементов, не способных в течение длительного времени переносить интенсивные нагрузки. То есть риск скорого выхода котла из строя на порядок снижается.

Также к числу преимуществ рассматриваемого агрегата нужно отнести отсутствие разъемных соединений. Это позволяет полностью забыть о риске появления протечек.

Самодельный вихревой индукционный котел работает практически в бесшумном режиме. Это позволяет монтировать его в любом желаемом месте. Вредные выхлопы тоже отсутствуют, поэтому вы можете не беспокоиться по поводу необходимости обустройства надежного котельного помещения и установки дымохода.

Первый шаг. Сварите друг с другом пару металлических труб диаметром порядка 2,5 см так, чтобы в результате получилось изделие круглой формы. Полученная заготовка одновременно является нагревательным элементом котла и его сердечником.

Второй шаг. Установите полученный круг в пластиковую трубу подходящего размера.

Третий шаг. Выполните обмотку на пластиковом корпусе из уже знакомых вам материалов. Благодаря подобной обмотке эффективность и производительнос ть агрегата будут заметно увеличены.

Четвертый шаг. Поместите пластиковый корпус в качественный изоляционный чехол. Он будет предотвращать возможные утечки электрического тока и поспособствует существенному уменьшению потерь тепла.

Нагрев будет осуществляться за счет контакта теплоносителя с все той же обмоткой. Обмотка и все дальнейшие действия выполняются по той же схеме, что и в случае с обыкновенной индукционной установкой, рассмотренной в предыдущей инструкции.

Важные замечания по монтажу и использованию котла

Самодельные индукционные котлы предельно просты в сборке, установке и эксплуатации. Однако прежде чем начинать пользоваться подобного рода нагревателем вам нужно знать несколько важных правил, а именно:

• самодельная индукционная нагревательная установка предназначена для использования только в системах обогрева закрытого типа, циркуляция воздуха в которых обеспечивается при помощи насоса;

Закрытая система отопления

разводка отопительных систем, которые будут работать в комплексе с рассмотренным котлом, должна быть выполнена из пластиковых либо пропиленовых труб;

Пластиковые трубы для отопления

для предотвращения появления разного рода неприятностей, устанавливайте нагреватель не вплотную к ближайшей поверхности, а на некотором удалении – не менее 30 см от стен и 80-90 см от потолка и пола.

Патрубок котла настоятельно рекомендуется оснастить подрывным клапаном. Через это простое приспособление вы сможете при необходимости избавлять систему от лишнего воздуха, нормализуя давление и обеспечивая оптимальные условия эксплуатации.

Клапан обратный подрывной

Таким образом, из недорогих материалов при помощи простейших инструментов вы можете собрать полноценную установку для эффективного обогрева помещений и нагрева воды. Следуйте инструкции, помните об особых рекомендациях и уже очень скоро вы сможете наслаждаться теплом в собственном доме.

Видео – Индукционный котел своими руками

Источники: http://remoskop.ru/indukcionnyj-kotel-otoplenija-svoimi-rukami.html, http://mynovostroika.ru/indukcionnyj_kotel_otoplenija_svoimi_rukami, http://svoimi-rykami.ru/stroitelstvo-doma/otoplenie/indukcionnyj-kotel-svoimi-rukami.html

Индукционный котел отопления своими руками: описание и видео

С темой об эффективности и экономичности индукционных котлов, чем дальше, тем все непонятнее. Обсуждение идет активно, и на многих форумах в том числе. Но вот открытыми и доступными остаются только те, в которых доказывается что экономия эта — выдумки нечистоплотных продавцов. Другие же становятся недоступными.

Основной довод противников использования индукционных котлов — закон сохранения энергии. Причем трактуется он так: на какой бы нагреватель не подали 1 кВт электроэнергии, выработать он может только чуть меньше 1 кВт тепловой энергии. Чуть меньше — за счет потерь и не стопроцентного КПД. Потому что ТЭН, что индукционный нагреватель потратит на выработку одного количества тепла одинаковое (или почти) количество электроэнергии. А так как индукционные котлы намного дороже, то и покупать их — тратить впустую деньги.

Экономит индукционный котел электроэнергию или нет? Вот в чем вопрос…

Нашлись и оппоненты. Их мало, но они есть. Теория эта не относится к разряду простых, и нужны глубокие знания. Но суть возражения такова:  нагреватель при потреблении 1 кВт электроэнергии производит 1 кВт энергии, но не вся эта энергия тепловая. А по производству именно тепловой энергии индукционные нагреватели оказываются намного более продуктивными, чем традиционные ТЭНы. И прямое тому подтверждение  — бытовые индукционные плитки. В них на нагрев того же количества воды требуется меньше электроэнергии. Это легко проверяется: берете две плитки одинаковой мощности — индукционную и со спиралью. Потом ставите две одинаковые кастрюли с водой, включаете и засекаете, сколько времени при одинаковой мощности уходит у каждого из агрегатов. Чем меньше время до закипания — тем меньше потрачено электроэнергии.

Подробнее о принципе работы индукционного котла читайте тут.

Как самому сделать индукционный котел

Теперь о том, как сделать индукционный котел своими руками. Если все делать самостоятельно, нужны немалые познания. Например, два электронщика возились больше полугода, перевели множество запчастей, истратили на них кучу денег. Рабочую установку, в конце концов, собрали, результатом очень довольны, но выложили только фото.

Вот что сотворили два электронщика

На сайтах производителей имеется только общая информация с демонстрацией принципов работы и никаких схем. Оно, в общем-то, и понятно.

Те модели, которые предлагают сделать: пластиковую трубу заполнить отрезками проволоки и сверху намотать проволоку, может, и работают, но явно недоделаны. Необходима серьезная защита: витки катушки оказываются сверху, а по ним бежит ток. Причем из сети 220 В. К тому же нет никакого контроля температуры, что чревато: пластик ведь плавится. Требуется также  расчет скорости движения теплоносителя и еще много чего. В общем, небезопасно это.

Это вся схема элементарного индукционного котла, который предлагают сделать своими руками

Ниже расположено видео, в котором представлен один из вариантов такого самодельного индукционного котла отопления. В исполнении он несложен:

По словам самого автора этого котла, вода греется слабо. Требуется большая мощность (у него порядка 1,8 кВт а нужно 3 кВт).

Котел отопления из индукционной плитки или панели

Но тем, кто хочет сделать индукционный котел, совсем необязательно собирать нагреватель самостоятельно. Все что нужно — купить индукционную бытовую плитку. Стоит она от 50$ и выше. Дальше идут варианты:

• Если есть металлический или чугунный радиатор (алюминиевые не подходят) можно просто прислонить плитку к радиатору и включить ее. Радиатор начинает греться, распространяя тепло по помещению. В комнате 20 м² работала плитка, выставленная на 0,8 кВт. При -20^оС в комнате было +25^оС. Это не самый эффективный способ, но довольно неплохой. И проверить его работу проще простого. Особенной тем, у кого плитка есть.

  Нельзя сказать, что это котел, но отапливает комнату хорошо, а электричества «тянет» мало

• Второй простой вариант — сварить «котел» из металла. Подавать с одной стороны холодную воду, с другой забирать нагретую, поставить циркуляционный насос. В видео ниже представлен пример с использованием индукционной варочной панели и двух металлических емкостей из металла толщиной 5 мм.

Такой вариант котла из индукционной плиты может сделать действительно любой. Только еще раз обращаем внимание — чтобы  жидкость или поверхность нагревалась, металл должен магнититься. Хорошая нержавейка (немагнитная) или алюминий не подходят: в них токи Фуко не распространяются. Кроме того, что и делать ничего почти не нужно, такой вариант хорош тем, что на плитке есть система контроля и безопасности, которая в случае перегрева отключит устройство.

Прочитайте об индукционных котлах «Галан» и отзывы о них.

Итоги

Из представленных трех вариантов самодельных индукционных котлов отопления два — это не совсем котлы (или совсем не котлы — как посмотреть). Но при этом отапливать с их помощью помещения можно. Способы с индукционной плиткой проверяется элементарно, особенно это просто для тех, у кого такая плитка имеется. Для повышения теплоотдачи в варианте плитка + радиатор можно устроить обдув вентилятором (если нужно). Но насколько это работает нужно проверять на собственном опыте.

все про принцип работы + 2 варианта устройства своими руками

В процессе планирования устройства отопительной системы на даче или в загородном доме многие пытаются решить проблему чрезмерных расходов на энергоносители путем установки индукционного котла отопления. Кроме экономии электроэнергии его устройство таково, что позволяет обходиться без вредных выбросов в окружающую среду и не представляет никакой опасности в процессе использования. Немаловажным аргументом в его пользу является и возможность его самостоятельного конструирования. В данной статье мы рассмотрим, что такое индукционный котел отопления: все про принцип работы + 2 варианта устройства своими руками. Кроме того, нам станут очевидны его преимущества перед обычными электрическими котлами и газовыми агрегатами.

Индукционный котел отопления

Устройство индукционных котлов

В основу внутреннего устройства такого котла включен индуктор (трансформатор). Обычные бытовые индукционные котлы немного отличается от аналогичных промышленных с цилиндрической системой обмотки. В компактных котлах бытового назначения применяется медная обмотка тороидального типа.

Схема нагрева жидкости в индукционном котле отопления

Внешний корпус агрегата выполнен из окрашенного металла, затем идет толстый слой тепло- и электроизоляции, внутри которой находится сердечник с двойной стенкой. Он изготовлен из особой ферромагнитной стали и имеет толщину стенок не менее 10 мм. Тороидальная обмотка, которая намотана на сердечнике – это первичная обмоткой. Именно в ней происходит преобразование энергии электрического поля в магнитное, которое создает вихревые токи. Уже их энергия переносится на вторичную обмотку. В роли вторичной обмотки выступает корпус контура, который под действием этой энергии выделяет большое количество тепла, передающегося теплоносителю. Тороидальная обмотка позволяет создавать агрегаты с небольшим весом и габаритами.

Принцип действия индукционных котлов

В стандартную комплектацию обычно входит сам котел, совершенно необходимый полупроводниковый преобразователь, называемый инвертором, автоматические выключатели, терморегулятор электронный. Сам температурный датчик находится внутри корпуса котла.

Работа индукционных котлов базируется на принципе электромагнитной индукции. Его суть в том, что электроэнергия, потребляемая из сети, создает электромагнитное поле. Теплоноситель подается внутрь котла котел через водный патрубок, который приварен внизу. Переменный ток частотой 20 кГц поступает на котел через инвертор. При включении этого прибора ток протекает через тороидальную обмотку котла. При этом стальной сердечник всего за 7 минут нагревается до температуры 750 градусов.

Принцип действия индукционного котла

Произведенное тепло передается теплоносителю, циркулирующему внутри контура. Быстрый нагрев жидкости создает конвекционные потоки. Это означает, что разогретый теплоноситель сильно расширяется и устремляется вверх по конструкции котла и далее в саму систему отопления. Часто этого бывает достаточно, чтобы происходила полноценная работа бытового котла, имеющего среднюю протяженностью отопительного контура. Такой метод позволяет достаточно быстро обогревать всю систему, но для лучшей циркуляции нужно дополнительно устанавливать обычный циркуляционный насос.

Благодаря применению принципа магнитной индукции, разогрев теплоносителя в таких котлах происходит гораздо быстрее, чем в агрегатах с тэнами, а потери тепла минимальны. На сердечнике почти не возникает накипь, какой бы жесткой и известковой не была вода.

Это происходит потому, что вихревые потоки вынуждают сердечник вибрировать, не позволяя образоваться накипи. Одновременно, вскипающие у его тела пузырьки, очищают поверхность сердечника. По причине герметичности всей системы, теплоноситель забирает максимальное (98%) количество выделяемой тепловой энергии. Таким образом, эти параметры очень сильно увеличивают КПД котла, что положительным образом сказывается на его экономичности и сроках эксплуатации.

Плюсы и минусы индукционных котлов

Индукционные котлы обладают рядом безусловных преимуществ перед обычными котлами на ТЭНах:

• Стабильные показатели КПД до 99% практически весь срок эксплуатации.
• Отсутствие нагревающихся элементов, что значительно продлевает срок применения устройства.
• Отсутствие двигающихся элементов, что полностью исключает механический износ и необходимость замены комплектующих.
• Отсутствие разъемных внутренних соединений не дает возможность возникновения течи.
• Полная доступность работы даже при постоянном токе либо низком напряжении в сети.
• Очень быстрый нагрев до нужной температуры теплоносителя (5 – 7 мин).
• Достаточно высокая степень электро- и пожаробезопасности, соответствующая классу II за счет использования сердечника, не связанного напрямую с индуктором.
• Отсутствие необходимости установки дымохода и предоставления под котел отдельно расположенного помещения. Для установки данной системы нет потребности в привлечении высококвалифицированных специалистов.
• Нормативный срок эксплуатации прибора до 25 лет и даже более. Он напрямую зависит от герметичности запаянного внешнего шва и от большой толщины металлических труб для сердечника. Ему не нужны никакие профилактические работы в течение всего срока эксплуатации.
• Котел может использовать все доступные жидкие теплоносители: масло, вода, антифриз, этиленгликоль без какой-либо предварительной подготовки.
• Менять отработку теплоносителя можно всего один раз в 10 лет.
• Хорошая защита от перегрева и различных аварий, бесшумность в ходе работы.
• На котлах установлены электронные автоматизированные системы управления.
• Внутри контура отсутствует накипь.
• Возможность подключения котла к любым отопительным системам закрытого типа.
• Минимально возможный прогрев теплоносителя – 35°С.

Но у индукционных котлов есть недостатки, как перед другими отопительными приборами, так и по индивидуальным специфическим параметрам.

• Такие котлы можно подключить только к закрытому контуру отопления, очень часто с принудительной циркуляцией теплоносителя
• Достаточно большой вес котла при довольно небольших размерах. Вес котла мощностью 2,5 кВт составляет не менее 23 кг при полной высоте 45 см и диаметре 12 см.
• Большая, чем у других котлов цена, которая обусловлена наличием дорогостоящей детали – инвертора.
• Генерируемые на расстояние в несколько метров от котла радиопомехи в длинноволновом, средневолновом и даже УКВ-диапазоне. Они не оказывают воздействия на человеческий организм, но их хорошо чувствуют домашние животные и электронная аппаратура.

Установка индукционного котла и системы управления к нему

Установка таких котлов возможна только в закрытую систему отопления. Это требует наличия расширительного бачка-экспанзомата и насоса для принудительной циркуляции теплоносителя.

Согласно инструкции, индукционный котел выставляется строго вертикально. После этого, к нижнему патрубку ввода подключается обратная труба контура отопления. Выходной патрубок расположен в верхней части устройства (сбоку или сверху). На него закольцовывается подающий трубопровод.

Вес монтируемого котла достаточно серьезный, поэтому креплениям нужно уделить самое особое внимание. Они должны быть очень надежными с учетом того, что при работе котла его вес значительно увеличится за счет поступающего внутрь теплоносителя. Боковое расстояние от котла до окружающих предметов и стен – 300 мм. Расстояние до пола и потолка – 800 мм и не меньше. Важным и обязательным условием при монтаже таких котлов является их заземление. С ним возможно использовать, как металлические, так и металлопластиковые трубы.

Рядом с выводным патрубком встраивается группа приборов безопасности: подрывной клапан, манометр, воздухоотводчик. Расширительный бачок устанавливается на удобном участке обратной трубы системы. Запорная арматура главным образом монтируется уже после группы безопасности.

Монтаж всей системы управления, а также самого котла нужно производить в соответствии с существующими правилами и нормами ПУЭ, схемами и условиями, содержащимися в имеющемся в комплекте техническом паспорте.

Схема подключения индукционного котла к системе отопления

Примеры самодельных конструкций

Если вы не собираетесь использовать индукционный котел для осуществления главного отопления в частном доме, а хотите оборудовать им дачу или гараж, то вы можете попытаться сконструировать его самостоятельно. Существует два варианта, как это сделать.

Первый вариант

Для его реализации понадобятся куски пластиковых труб и сварочный инвертор. Имея элементарные знания в области физики и умея пользоваться кусачками, можно самостоятельно смастерить элементарную индукционную модель. Для этого нужно приобрести уже созданный высокочастотный сварочный инвертор с плавной регулировкой мощности тока до 15 ампер или даже выше. Для обогрева большой площади лучше выбрать гораздо более мощный аппарат. Еще понадобится катанка из нержавеющей стали либо обычные отрезки стальной проволоки. Это нужно для выполнения роли нагреваемого элемента. Их длина – около 50 мм, при диаметре 7 мм.

Важной составляющей является медная проволока, которую можно без проблем приобрести в любом тематическом магазине. Не следует использовать обмотку со старых катушек. Корпус, являющийся основой индукционной катушки – это одновременно часть трубопровода, поэтому его можно изготовить из пластиковой трубы с толстыми стенками. Ее внутренний диаметр должен быть 50 мм. К этому корпусу крепят два выходных патрубка для поступления холодного и отдачи горячего теплоносителя. Все внутреннее пространство корпуса нужно полностью заполнить отрезками проволоки и закрыть металлической сеткой, чтобы они не высыпались.

Так может выглядеть самодельное индукционное устройство

Индукционную катушку делают следующим образом: вокруг уже ранее приготовленной пластиковой трубы постепенно наматывают покрытый эмалью медный провод. Понадобится примерно 90 витков. Получившееся самодельное устройство требуется подключить к трубопроводной сети. Из трубопровода вырезают небольшой участок трубы, а вместо него устанавливают самодельный индукционный котел. Его подключают через инвертор и просто запускают воду.

Второй вариант

Это вариант предусматривает использование трехфазного трансформатора с возможностью и фиксации. Кроме того, понадобится еще и сварочный аппарат. Для изготовления устройства нужно сварить две трубы таким образом, чтобы они были похожи на бублик в разрезе. Эта конструкция выполняет, как проводниковую, так и нагревательную функции. Потом наматывают обмотку, непосредственно на корпус котла в целях его более эффективной работы, несмотря на небольшой вес и размеры. Здесь используется стандартная схема нагрева теплоносителя: он получает большое количество тепловой энергии при контакте с обмоткой.

Самодельный индукционный котел из трансформатора

Схема изготовления такой конструкции несколько сложнее, чем в первом варианте. Котел оборудуется двумя патрубками, как для входа холодного теплоносителя, так и для выхода нагретого. Если придумать и самостоятельно соорудить защитный кожух, то можно минимизировать тепловые потери.

Особенности самостоятельной установки и эксплуатации самодельных котлов

Как и в случае котлов, произведенных на заводе, для монтажа самодельной индукционной установки может подойти только отопительная система закрытого типа. В ее состав должен входить центробежный насос, который создает постоянную циркуляцию теплоносителя внутри отопительной системы. Распространенные сегодня пластиковые трубопроводы как нельзя лучше подходят для установки самодельного индукционного котла. Все нормативы, относящиеся к установке магазинных котлов, должны соблюдаться в полной мере и в данном случае. Если установить на систему органы управления и приборы безопасности, то ваша самодельная установка будет мало чем уступать своим заводским собратьям.

Хотя изготовить такой прибор достаточно сложно, и лучше не браться за это дело, не имея «прямых рук», эксплуатировать ее одно удовольствие. Ведь вместе с удобством эксплуатации мы получаем еще и серьезную экономию электроэнергии.

алгоритм создания и преимущества оборудования

У владельцев частных домов есть немало вариантов оборудования системы отопления. Но чаще всего выбор падает на индукционные котлы. И это неудивительно, ведь подобная установка имеет ряд преимуществ. Внешне индукционный электрокотел чем-то напоминает трансформаторную установку. Нагревательные элементы отсутствуют. Нагрев воды происходит посредством электромагнитной индукции.

О том, что представляют собой котлы отопления электрические индукционные, какие они имеют достоинства и как изготовить их своими руками, и будет рассказано в данной статье.

Основные преимущества индукционных котлов

Высокая популярность котлов индукционного типа обусловлена их достоинствами. Среди основных можно назвать экономичность. Установка позволяет экономить электрическую энергию. Оборудовав систему обогрева с электрическим котлом, можно забыть о необходимости регулярного пополнения запасов топлива. Что не скажешь о системах с жидкотопливными и твердотопливными котлами.

Работают электрокотлы индукционные бесшумно. Прибор во время работы не выделяет вредных веществ и является экологически чистым. Достоинством можно назвать и то, что электрическая катушка изолирована и с теплоносителем не соприкасается. Это означает, что возможность возникновения протечки исключена.

Индукционный прибор отличается долговечностью и безопасностью.

К тому же такое оборудование можно довольно просто сделать своими силами.

Что нужно для изготовления котла?

Таким образом, преимуществ у котлов индукционного типа предостаточно. Но есть и один недостаток – высокая стоимость. Но этот недостаток можно легко исправить. Ведь сделать индукционный котел своими руками несложно.

Затраты на установку индукционного оборудования быстро окупаются за счет высокого КПД и электробезопасности.

Изготовив на индукционный котел своими руками чертежи можно без труда и в короткие сроки создать экономную и эффективную систему теплоснабжения дома.

Для того чтобы соорудить котел индукционного типа потребуются такие инструменты и материалы:

1. Инвертор сварочный. Он необходим для варки корпуса генератора теплоты. С его помощью также будут соединены подающие и отводящие трубопроводы.
2. Катанка либо проволока из стали для нагрева в электромагнитном поле. Диаметр — 7 мм. Длина должна быть 5 см.
3. Пластиковая труба для создания корпуса котла. Стенки трубы должны быть толстые.
4. Переходники. Они нужны для того, чтобы присоединить самодельный индукционный котел отопления к системе теплоснабжения.
5. Проволока из меди.
6. Сетка металлическая.

Таким образом, никаких специальных и дорогостоящих инструментов и материалов для создания индукционного прибора не требуется. Все необходимое оборудование и материалы наверняка есть у каждого хозяина. Изготовив на индукционный котел отопления своими руками чертежи, можно в итоге получить достаточно экономный в работе и дешевый в создании и установке теплогенератор.

Алгоритм создания индукционного котла

Подготовив все инструменты, материалы можно приступать к работе. Сначала может показаться, что изготовить индукционный котел самостоятельно непросто. Но на самом деле это совсем не сложно. Главное придерживаться алгоритма и соблюдать правила.

Для того чтобы изготовить котел на базе индукционной печки необходимо выполнить следующие работы:

• Взять трубу из пластика. Заполнить ее кусочками из нержавеющей стальной проволоки.
• Установить сетки на концах трубы. Это позволит избежать выхода проволоки из трубы.
• Равномерно намотать по всей длине трубы эмалированную медную проволоку. Необходимо сделать девяносто витков.
• Полученный котел установить в отопительную систему. Для этого использовать переходники. Нужно вырезать часть трубы обогревательной системы и в разрез установить индуктор. Приварить первый переходник к корпусу.
• Концы медной проволоки следует подключить к заранее приобретенному высокочастотному инвертору.
• Заполнить систему водой и включить готовый агрегат.

Чтобы работа оборудования была более безопасной, открытые участки медной катушки лучше изолировать. Выбирая изолятор, следует учитывать тепло- и электропроводность. О других самоделках для отопления можно прочитать здесь.

Самодельный индукционный котел — реальная действительность

Таким образом, индукционные котлы отопления своими руками изготавливаются очень просто. К тому же цена самодельного котла копеечная. Единственный недостаток такого агрегата – неказистый внешний вид и малые размеры. Но установив такой котел, можно сразу же почувствовать положительный эффект от его работы, скорость нагрева теплоносителя в отопительной сети существенно повышается.

своими руками, как лучше сделать самому, схема, плюсы обогрева частного дома плиткой на индукции

Индукционный котёл отопления, сделанный своими руками – выгодный вариант, который поможет экономно отопить частный дом, квартиру либо нежилое здание.

Подобные аппараты имеют высокую производительность и несложный тип конструкции. Принцип действия данной системы основан на индукционной электроэнергии.

Преимуществами нагревательного прибора являются элементы, входящие в состав, которые способны выдержать большие нагрузки. Риски скорых поломок котла отопления минимальны. А также в проекте рассматриваемого аппарата отсутствуют разъёмные соединения, что гарантирует отсутствие протечек. Отопительный котёл, сделанный своими руками, функционирует бесшумно, что даёт возможность установить его в удобном месте.

Устройство индукционного котла для отопления частного дома

Оборудование предназначено для преобразования электроэнергии в тепловую энергию с помощью аппарата.

Индукционные агрегаты способны быстро увеличить температуру теплоносителя в отличие от ТЭНов. Важной частью устройства является трансформатор (индуктор), который состоит из двух видов обмотки.

Внутри образуется ток, который имеет вихревой тип, затем энергия поступает на короткозамкнутый виток, служащий одновременно корпусом. Когда вторичная обмотка получает достаточное количество энергии, которая мгновенно преобразуется в тепло, нагревающее теплоноситель.

Индуктор

Данный элемент является важным компонентом устройства, в котором появляется переменное магнитное поле, состоит устройство из двух типов обмотки — первичной и вторичной. Выполняется из нержавеющей проволоки на пластиковом корпусе. Подобный способ увеличивает эффективность и производительность агрегата. Чтобы сделать корпус аппарата потребуется толстая пластиковая труба диаметром 5 сантиметров. Она послужит для основы индукционной катушки и будет частью теплопровода.

Инвертор

Этот компонент принимает бытовой тип электроэнергии и преобразовывает в ток высокой частоты. После чего энергия поступает на первичную обмотку индуктора.

Нагревательный элемент

Для заготовки понадобится две металлические трубы, которые имеют диаметр 2.5 см. Изделия следует сварить между собой, сделав форму детали круглой. Механизм будет служить не только нагревательным элементом, но и сердечником котла.

Фото 1. Индукционный котел, сделанный своими руками. Внутри конструкции расположен нагревательный элемент.

Патрубки

Один патрубок служит для поступления теплоносителя в котёл, второй для подачи нагретой воды в систему отопления.

Справка. Принцип расчёта индуктора зависит от необходимой мощности котла для обогрева помещения. Формула расчёта: 1 кВт на 10 квадратных метров площади помещения, при высоте потолков, не превышающих трёх метров. Например, помещение общей площадью 160 м² отопит индукционный котёл с мощностью 16 кВт.

Механизм действия отопления из индукционной плитки

Конструкция котла основана на электрических индукторах, в состав которых входят 2 обмотки короткозамкнутые. Внутренняя обмотка преобразует поступающую электроэнергию в вихревые токи. Внутри агрегата возникает электрическое поле, поступающее после на второй виток.

Вторичный элемент функционирует как нагревательное звено агрегата отопления и корпуса котла.

Передаёт образовавшуюся энергию на теплоноситель отопительной системы. В роли теплоносителей, предназначенных для подобных котлов, применяют специальное масло, очищенную воду или незамерзающую жидкость.

На внутреннюю обмотку нагревателя воздействует электроэнергия, которая способствует появлению напряжения и образования вихревых токов. Полученная энергия передаётся вторичной обмотке, после чего нагревается сердечник. Когда произошёл нагрев всей поверхности теплоносителя, он передаст поток тепла радиаторам.

Как самому сделать прибор

Индукционный котёл можно изготовить своими руками, главное следовать изложенной ниже инструкции.

Вам также будет интересно:

Необходимые инструменты и материалы

• Кусачки, плоскогубцы.
• Циркуляционный насос.
• Инвертор сварочный.
• Шаровые краны и переходники потребуются при монтаже агрегата к системе обогрева.
• Медная, стальная или нержавеющая проволока. Лучше приобрести новые материалы, так как обмотку со старых катушек лучше не применять. Сечение провода, которое подходит для обмотки патрубка — 0.2 мм, 0.8 мм, 3 мм.
• Отрезок пластиковой трубы — корпус конструкции.

Порядок выполнения работ

Для сборки простого индукционного котла не понадобится применять сложные инструменты и дорогостоящие материалы.

Все что понадобится — сварочный аппарат инвертированного типа. Основные и пошаговые этапы изготовления:

1. Стальную либо нержавеющую проволоку нарезать при помощи кусачек на отрезки от 5 до 7 см.
2. Пластиковая труба для сборки корпуса аппарата с диаметром 5 см. Трубу следует плотно заполнить нарезанными кусками проволоки и уложить её так, чтобы внутри не было пустого места.
3. На торцевых частях трубы крепится мелкочастотная металлическая сетка.
4. Короткие отрезки труб крепятся в нижней и верхней части основной трубы.
5. Трубу плотно обмотать медной проволокой, количество витков не меньше 90. Между витками следует соблюдать одинаковое расстояние.

Важно! Все открытые участки медной проволоки следует изолировать специальными материалами, которые имеют хорошую электро- и теплопроводность. Индукционный котёл требует обязательного заземления.

1. К корпусной части нагревателя подключаются специальные переходники, предназначенные для врезки в отопительные или водопроводные конструкции.
2. Устанавливается циркулярный насос.
3. К готовой катушке подключается инвертирующий элемент на 18—25 А.
4. Отопительная система готова к заполнению теплоносителем.

Внимание! Не запускайте котёл отопления, если в конструкции отсутствует теплоноситель. В противоположном случае пластиковый материал корпуса начнёт плавиться.

В итоге получается недорогой, несложный агрегат, который будет эффективно обогревать обслуживаемое помещение.

Для установки индукционной системы подойдёт отопительная конструкция закрытого типа с насосом, который будет создавать циркуляцию воды в трубопроводе.

Трубы, выполненные из пластика, также подойдут для монтажных работ при подключении самодельного отопительного устройства.

При установке обязательно требуется соблюдать расстояние до предметов, которые находятся вблизи. По правилам безопасности от отопительного агрегата до других предметов и стен должно быть около 30 см и больше, от пола и потолка 80 см и больше. Рекомендуется у выводного патрубка установить прибор для измерения давления жидкости в замкнутом пространстве и ручной воздухоотводчик.

Как подключить котел своими руками, схема

1. Источник постоянного тока 220 V.
2. Индукционный котёл.
3. Группа элементов безопасности (прибор для измерения давления жидкости, воздухоотводчик).
4. Шар-кран.
5. Циркуляционный насос.
6. Фильтр сетчатый.
7. Бак мембранный для водоснабжения.
8. Радиатор.
9. Указатель линии наполнения и слива отопительной системы.

Фото 2. Схема подключения индукционного котла к системе отопления. Цифрами обозначены части конструкции.

Полезное видео

Посмотрите видео, в котором рассказывается, как самому сделать отопительный котел индукционного типа.

Основные аргументы в пользу данной технологии

Главное преимущество самостоятельного изготовления индукционного котла — это удобство монтажа, который производится в любом удобном месте, отдельное помещение не требуется. Например, вырезается часть трубы, расположенная близко к входу радиатора, и крепится нагревательный прибор. Индукционный агрегат отопления сделать своими руками достаточно сложно, но экономия в эксплуатации и отсутствие потребности в дополнительном обслуживании — выгодные качества конструкции.

Индукционные котлы отопления схема

Как сделать индукционный котел своими руками

Индукционные отопительные котлы появились в продаже недавно и сразу составили конкуренцию привычным электрокотлам с ТЭНами. При схожих размерах и потребляемой мощности индукционные нагреватели способны значительно быстрее прогреть систему, кроме того, они могут работать в системах с низким качеством теплоносителя и реже требуют обслуживания. Применив знания в электротехнике и смекалку, можно сделать индукционный котел отопления своими руками.

Принцип действия

В основе действия индукционных котлов и других нагревательных приборов этого типа лежит способность токопроводящих материалов нагреваться под действием вихревых токов, создаваемых в результате электромагнитной индукции.

Источником индукции служит высокочастотный переменный ток, проходящий по первичной обмотке нагревательного прибора, выполненной в виде катушки. Нагревательный элемент, помещенный внутрь катушки, играет роль вторичной короткозамкнутой обмотки. В нем происходит преобразование электромагнитной энергии в тепловую.

Вихревые токи возникают и при промышленной частоте 50 Гц, но эффективность нагревателя при этом будет невысока, а работа прибора будет сопровождаться сильным гулом и вибрацией. При повышении частоты до 10 кГц и выше шум исчезает, вибрация становится неощутимой, а нагрев усиливается.

Устройство

Промышленный индукционный котел состоит из сердечника, роль которого играет теплообменник, вокруг которого намотана тороидальная обмотка, подключенная к высокочастотному преобразователю. При прохождении по обмотке тока создается переменное электромагнитное поле, в результате которого возникают вихревые токи, проходящие через сердечник.

Обмотка подключена к высокочастотному преобразователю, в котором сигналом с блока управления создается ток необходимой частоты. Современные котлы имеют высокий уровень автоматизации, позволяющий не только создать оптимальный режим нагрева теплоносителя, но и отключить устройство в случае аварийной ситуации.

Внутри сердечника-теплообменника находится теплоноситель. Под воздействием вихревых токов он нагревается до высоких температур. За счет разницы между температурой теплоносителя на входе и на выходе, из котла циркуляция теплоносителя по системе происходит непрерывно, даже без подключения насоса. Поэтому индукционные котлы можно использовать в системах с принудительной и естественной циркуляцией.

Теплоносителем может быть как вода, так и антифриз, тосол, масло. Качество жидкости при этом не имеет значения: постоянная вибрация системы, неощутимая человеком, делает невозможной осаждение накипи и других примесей на стенках теплового контура.

Внешняя оболочка — металлический корпус, оснащенный системой тепловой и электрозащитной изоляции.

Форма котла может быть любой, как и способ его установки: благодаря отсутствию бака внутри котла его размеры обычно невелики, а масса не превышает 50 кг.

Индукционный котел нельзя даже кратковременно включать в работу без заполнения системы теплоносителем! Может произойти перегрев котла и выход из строя его элементов!

Достоинства:

• Высокий КПД. Большинство производителей называют цифры 95-98%;
• Большой выбор моделей различной мощности на однофазное напряжение ~220 В или трехфазное ~380 В;
• Быстрый прогрев системы отопления при запуске;
• Могут работать с любым теплоносителем;
• Контур, по которому внутри котла проходит теплоноситель, абсолютно герметичен, что исключает протечки и связанные с ними неисправности;
• Длительная работа без образования накипи и отложений. Именно это явление со временем снижает эффективность котлов с ТЭНами и служит частой причиной их поломки из-за перегрева нагревательных элементов;
• Срок службы, заявленный производителями — от 25 до 30 лет.

Не лишены нагреватели и недостатков, наиболее значимый из которых — высокая цена. Этот фактор обычно побуждает рачительного хозяина собрать самодельный индукционный котел из подручных материалов и приборов. Несмотря на сложность процессов, происходящих в котлах такого типа, возможно создать конструкцию, не отстающую по основным параметрам от котла промышленного изготовления, и сделать индукционный котел своими руками.

Котел с питанием от сварочного инвертора

Конструкция такого самодельного котла довольно проста. Наиболее сложный для самостоятельного выполнения блок, требующий знаний основ электроники и электротехники — высокочастотный преобразователь. Его функцию отлично выполняет сварочный инвертор современного типа, способный выдавать выходной сигнал с частотой 20-50 кГц.

Кроме этого для монтажа потребуются:

• медная проволока в эмалевой изоляции диаметром 1-1,5 мм;
• изолированный провод с клеммами для подключения обмотки к инвертору;
• обрезки проволоки из нержавейки диаметром 3-5 мм, длиной 5 см;
• мелкая сетка из нержавейки;
• отрезок водопроводной трубы из шитого полиэтилена или полипропилена для систем ГВС и отопления с диаметром 50 мм и толщиной стенки 8,4 мм, длина — 1 м;
• переходники с трубы 50 мм на трубы, задействованные в существующей или проектируемой системе отопления, тройник для подключения аварийного клапана и два шаровых вентиля;
• полосы текстолита для крепления обмотки;
• эпоксидный клей для изоляции обмотки;
• корпус самодельного котла, его можно сделать из распределительного металлического или пластикового шкафа, в который можно установить инвертор и закрепить нагревательный элемент.

Последовательность сборки и монтажа элементов:

1. На отрезок полипропиленовой трубы диаметром 50 мм с помощью эпоксидного клея крепят 4 полосы из текстолита шириной 8-10 мм, отступив от концов трубы по 70-100 мм. На них будет намотана обмотка. Для закрепления крайних витков обмотки в текстолите можно сделать пазы.
2. Наматывают 50-100 витков медной проволоки в эмалевой изоляции. Витки должны располагаться примерно через 0,3-0,6 мм на равном расстоянии. Точное количество витков зависит от диаметра используемого провода и его удельного сопротивления, а также выходных параметров инвертора.
3. При установке самодельного котла в жилом помещении рекомендуется выполнить тороидальную обмотку для снижения внешнего электромагнитного поля. Тороидальная обмотка состоит из одинакового количества встречно направленных витков, при этом электромагнитные потоки взаимно компенсируются и проходят только по внутреннему контуру.
4. Внутрь трубы с одного ее конца вставляют сетку из нержавейки и плотно набивают ее с другой стороны отрезками нержавеющей проволоки — она будет нагреваться под воздействием вихревых токов. Нержавейку рекомендуется использовать для того, чтобы со временем не произошло коррозионное разрушение проволоки, но теоретически подойдет любой токопроводящий металл, в том числе проволока-катанка. Второй конец трубы также закрывают сеткой.
5. На оба конца трубs напаивают полипропиленовые переходники на диаметр, используемый в системе отопления. На них устанавливают шаровые вентили, позволяющие перекрыть циркуляцию и снять теплообменник для ревизии.
6. Со стороны верхнего выходного переходника устанавливают аварийный клапан для сброса давления. Обмазывают обмотку эпоксидным клеем для обеспечения качественной электроизоляции обмотки. Изготовление клея рекомендуется выполнять с небольшим отступлением от инструкции, добавив на 10-15% меньше отвердителя. Это сделает изоляцию менее хрупкой.
7. Крепят к выводам обмотки провода в изоляции с помощью обжимных клемм. Второй конец провода должен быть оснащен клеммами для подключения к инвертору. Диаметр проводов должен выдерживать максимальный выходной ток инвертора.
8. Устанавливают теплообменник в шкаф, закрепив его на кронштейны из термостойкого не проводящего ток материала. Можно использовать текстолит.
9. Подключают нагреватель к системе и заполняют ее водой.
10. В нижнюю часть шкафа ставят инвертор. Подключают к нему клеммы и включают его в сеть. Производят запуск котла и настройку режима.

Корпус шкафа из металла необходимо обязательно заземлить!

Из индукционной плитки

Индукционный котел можно сделать также на основе индукционной плитки. Для этого разбирают нагревательный элемент плитки и используют медный провод для намотки на сердечник, изготовленный указанным выше способом.

Блок управления плиткой используют для питания полученной обмотки, выставляя необходимую мощность на сенсорной панели управления.

Однако, этот способ имеет существенные недостатки:

• Для успешной работы такого самодельного котла нужно рассчитать параметры индуктивности вновь собранной катушки. Они могут не совпасть с теми, на который рассчитана электроника плитки, в результате чего блок управления может выйти из строя. Для расчетов нужно обладать неплохими знаниями в области электротехники и уметь разбираться в схеме подключения;
• Большинство моделей плит оснащено автоматическим отключением через 2-3 часа после начала работы конфорки. Это приведет к регулярному отключению котла;
• Плитки индукционного типа обычно имеют мощность не более 2,5 кВт, поэтому пригодны только для переделки на котел малой мощности.

Ошибки в устройстве индукционного котла из плитки показаны в видеоролике:

Более простой вариант использования индукционной плитки, исключающий разборку устройства и монтаж новой схемы — установить на неё герметичный бак из нержавейки подходящего размера с входным и выходным штуцером и подключив его в качестве котла в систему отопления. С такой схемой подключения справиться практически каждый.

При наличии необходимых знаний и умения разбираться в схемах можно последовать примеру автора видеоролика и собрать функциональный индукционный котел из плитки, доработав его схему.

Нагреватель сухого типа

Принцип работы индукционного котла предполагает использование воды или другой жидкости не только в качестве теплоносителя, но и для охлаждения сердечника. Но нагрев вторичной обмотки, роль которой в этом устройстве играет труба с водой, произойдет и в том случае, если она будет состоять только из металла. Степень нагрева в этом случае зависит от соотношения силы электромагнитного поля, создаваемого обмоткой, и массы металла сердечника. Произведя расчеты, можно создать сухой индукционный нагреватель своими руками из металлических труб и медной обмотки, как это показано в видео.

Использование индукционного котла обходится дешевле, чем обычного электрокотла с ТЭНами, и самодельная конструкция позволит значительно уменьшить затраты на его установку. Аналогично можно собрать водонагреватель проточного типа для установки на даче, подобрав устройство необходимой мощности.

Поделиться:

Нет комментариев

gidpopechkam.ru

Индукционный котел отопления: все про принцип работы + 2 варианта устройства своими руками

В процессе планирования устройства отопительной системы на даче или в загородном доме многие пытаются решить проблему чрезмерных расходов на энергоносители путем установки индукционного котла отопления. Кроме экономии электроэнергии его устройство таково, что позволяет обходиться без вредных выбросов в окружающую среду и не представляет никакой опасности в процессе использования. Немаловажным аргументом в его пользу является и возможность его самостоятельного конструирования. В данной статье мы рассмотрим, что такое индукционный котел отопления: все про принцип работы + 2 варианта устройства своими руками. Кроме того, нам станут очевидны его преимущества перед обычными электрическими котлами и газовыми агрегатами.

Индукционный котел отопления

Устройство индукционных котлов

В основу внутреннего устройства такого котла включен индуктор (трансформатор). Обычные бытовые индукционные котлы немного отличается от аналогичных промышленных с цилиндрической системой обмотки. В компактных котлах бытового назначения применяется медная обмотка тороидального типа.

Схема нагрева жидкости в индукционном котле отопления

Внешний корпус агрегата выполнен из окрашенного металла, затем идет толстый слой тепло- и электроизоляции, внутри которой находится сердечник с двойной стенкой. Он изготовлен из особой ферромагнитной стали и имеет толщину стенок не менее 10 мм. Тороидальная обмотка, которая намотана на сердечнике — это первичная обмоткой. Именно в ней происходит преобразование энергии электрического поля в магнитное, которое создает вихревые токи. Уже их энергия переносится на вторичную обмотку. В роли вторичной обмотки выступает корпус контура, который под действием этой энергии выделяет большое количество тепла, передающегося теплоносителю. Тороидальная обмотка позволяет создавать агрегаты с небольшим весом и габаритами.

Принцип действия индукционных котлов

В стандартную комплектацию обычно входит сам котел, совершенно необходимый полупроводниковый преобразователь, называемый инвертором, автоматические выключатели, терморегулятор электронный. Сам температурный датчик находится внутри корпуса котла.

Работа индукционных котлов базируется на принципе электромагнитной индукции. Его суть в том, что электроэнергия, потребляемая из сети, создает электромагнитное поле. Теплоноситель подается внутрь котла котел через водный патрубок, который приварен внизу. Переменный ток частотой 20 кГц поступает на котел через инвертор. При включении этого прибора ток протекает через тороидальную обмотку котла. При этом стальной сердечник всего за 7 минут нагревается до температуры 750 градусов.

Принцип действия индукционного котла

Произведенное тепло передается теплоносителю, циркулирующему внутри контура. Быстрый нагрев жидкости создает конвекционные потоки. Это означает, что разогретый теплоноситель сильно расширяется и устремляется вверх по конструкции котла и далее в саму систему отопления. Часто этого бывает достаточно, чтобы происходила полноценная работа бытового котла, имеющего среднюю протяженностью отопительного контура. Такой метод позволяет достаточно быстро обогревать всю систему, но для лучшей циркуляции нужно дополнительно устанавливать обычный циркуляционный насос.

Благодаря применению принципа магнитной индукции, разогрев теплоносителя в таких котлах происходит гораздо быстрее, чем в агрегатах с тэнами, а потери тепла минимальны. На сердечнике почти не возникает накипь, какой бы жесткой и известковой не была вода.

Это происходит потому, что вихревые потоки вынуждают сердечник вибрировать, не позволяя образоваться накипи. Одновременно, вскипающие у его тела пузырьки, очищают поверхность сердечника. По причине герметичности всей системы, теплоноситель забирает максимальное (98%) количество выделяемой тепловой энергии. Таким образом, эти параметры очень сильно увеличивают КПД котла, что положительным образом сказывается на его экономичности и сроках эксплуатации.

Плюсы и минусы индукционных котлов

Индукционные котлы обладают рядом безусловных преимуществ перед обычными котлами на ТЭНах:

• Стабильные показатели КПД до 99% практически весь срок эксплуатации.
• Отсутствие нагревающихся элементов, что значительно продлевает срок применения устройства.
• Отсутствие двигающихся элементов, что полностью исключает механический износ и необходимость замены комплектующих.
• Отсутствие разъемных внутренних соединений не дает возможность возникновения течи.
• Полная доступность работы даже при постоянном токе либо низком напряжении в сети.
• Очень быстрый нагрев до нужной температуры теплоносителя (5 – 7 мин).
• Достаточно высокая степень электро- и пожаробезопасности, соответствующая классу II за счет использования сердечника, не связанного напрямую с индуктором.
• Отсутствие необходимости установки дымохода и предоставления под котел отдельно расположенного помещения. Для установки данной системы нет потребности в привлечении высококвалифицированных специалистов.
• Нормативный срок эксплуатации прибора до 25 лет и даже более. Он напрямую зависит от герметичности запаянного внешнего шва и от большой толщины металлических труб для сердечника. Ему не нужны никакие профилактические работы в течение всего срока эксплуатации.
• Котел может использовать все доступные жидкие теплоносители: масло, вода, антифриз, этиленгликоль без какой-либо предварительной подготовки.
• Менять отработку теплоносителя можно всего один раз в 10 лет.
• Хорошая защита от перегрева и различных аварий, бесшумность в ходе работы.
• На котлах установлены электронные автоматизированные системы управления.
• Внутри контура отсутствует накипь.
• Возможность подключения котла к любым отопительным системам закрытого типа.
• Минимально возможный прогрев теплоносителя — 35°С.

Но у индукционных котлов есть недостатки, как перед другими отопительными приборами, так и по индивидуальным специфическим параметрам.

• Такие котлы можно подключить только к закрытому контуру отопления, очень часто с принудительной циркуляцией теплоносителя
• Достаточно большой вес котла при довольно небольших размерах. Вес котла мощностью 2,5 кВт составляет не менее 23 кг при полной высоте 45 см и диаметре 12 см.
• Большая, чем у других котлов цена, которая обусловлена наличием дорогостоящей детали – инвертора.
• Генерируемые на расстояние в несколько метров от котла радиопомехи в длинноволновом, средневолновом и даже УКВ-диапазоне. Они не оказывают воздействия на человеческий организм, но их хорошо чувствуют домашние животные и электронная аппаратура.

Установка индукционного котла и системы управления к нему

Установка таких котлов возможна только в закрытую систему отопления. Это требует наличия расширительного бачка-экспанзомата и насоса для принудительной циркуляции теплоносителя.

Согласно инструкции, индукционный котел выставляется строго вертикально. После этого, к нижнему патрубку ввода подключается обратная труба контура отопления. Выходной патрубок расположен в верхней части устройства (сбоку или сверху). На него закольцовывается подающий трубопровод.

Вес монтируемого котла достаточно серьезный, поэтому креплениям нужно уделить самое особое внимание. Они должны быть очень надежными с учетом того, что при работе котла его вес значительно увеличится за счет поступающего внутрь теплоносителя. Боковое расстояние от котла до окружающих предметов и стен – 300 мм. Расстояние до пола и потолка — 800 мм и не меньше. Важным и обязательным условием при монтаже таких котлов является их заземление. С ним возможно использовать, как металлические, так и металлопластиковые трубы.

Рядом с выводным патрубком встраивается группа приборов безопасности: подрывной клапан, манометр, воздухоотводчик. Расширительный бачок устанавливается на удобном участке обратной трубы системы. Запорная арматура главным образом монтируется уже после группы безопасности.

Монтаж всей системы управления, а также самого котла нужно производить в соответствии с существующими правилами и нормами ПУЭ, схемами и условиями, содержащимися в имеющемся в комплекте техническом паспорте.

Схема подключения индукционного котла к системе отопления

Примеры самодельных конструкций

Если вы не собираетесь использовать индукционный котел для осуществления главного отопления в частном доме, а хотите оборудовать им дачу или гараж, то вы можете попытаться сконструировать его самостоятельно. Существует два варианта, как это сделать.

Первый вариант

Для его реализации понадобятся куски пластиковых труб и сварочный инвертор. Имея элементарные знания в области физики и умея пользоваться кусачками, можно самостоятельно смастерить элементарную индукционную модель. Для этого нужно приобрести уже созданный высокочастотный сварочный инвертор с плавной регулировкой мощности тока до 15 ампер или даже выше. Для обогрева большой площади лучше выбрать гораздо более мощный аппарат. Еще понадобится катанка из нержавеющей стали либо обычные отрезки стальной проволоки. Это нужно для выполнения роли нагреваемого элемента. Их длина – около 50 мм, при диаметре 7 мм.

Важной составляющей является медная проволока, которую можно без проблем приобрести в любом тематическом магазине. Не следует использовать обмотку со старых катушек. Корпус, являющийся основой индукционной катушки — это одновременно часть трубопровода, поэтому его можно изготовить из пластиковой трубы с толстыми стенками. Ее внутренний диаметр должен быть 50 мм. К этому корпусу крепят два выходных патрубка для поступления холодного и отдачи горячего теплоносителя. Все внутреннее пространство корпуса нужно полностью заполнить отрезками проволоки и закрыть металлической сеткой, чтобы они не высыпались.

Так может выглядеть самодельное индукционное устройство

Индукционную катушку делают следующим образом: вокруг уже ранее приготовленной пластиковой трубы постепенно наматывают покрытый эмалью медный провод. Понадобится примерно 90 витков. Получившееся самодельное устройство требуется подключить к трубопроводной сети. Из трубопровода вырезают небольшой участок трубы, а вместо него устанавливают самодельный индукционный котел. Его подключают через инвертор и просто запускают воду.

Второй вариант

Это вариант предусматривает использование трехфазного трансформатора с возможностью и фиксации. Кроме того, понадобится еще и сварочный аппарат. Для изготовления устройства нужно сварить две трубы таким образом, чтобы они были похожи на бублик в разрезе. Эта конструкция выполняет, как проводниковую, так и нагревательную функции. Потом наматывают обмотку, непосредственно на корпус котла в целях его более эффективной работы, несмотря на небольшой вес и размеры. Здесь используется стандартная схема нагрева теплоносителя: он получает большое количество тепловой энергии при контакте с обмоткой.

Самодельный индукционный котел из трансформатора

Схема изготовления такой конструкции несколько сложнее, чем в первом варианте. Котел оборудуется двумя патрубками, как для входа холодного теплоносителя, так и для выхода нагретого. Если придумать и самостоятельно соорудить защитный кожух, то можно минимизировать тепловые потери.

Особенности самостоятельной установки и эксплуатации самодельных котлов

Как и в случае котлов, произведенных на заводе, для монтажа самодельной индукционной установки может подойти только отопительная система закрытого типа. В ее состав должен входить центробежный насос, который создает постоянную циркуляцию теплоносителя внутри отопительной системы. Распространенные сегодня пластиковые трубопроводы как нельзя лучше подходят для установки самодельного индукционного котла. Все нормативы, относящиеся к установке магазинных котлов, должны соблюдаться в полной мере и в данном случае. Если установить на систему органы управления и приборы безопасности, то ваша самодельная установка будет мало чем уступать своим заводским собратьям.

Хотя изготовить такой прибор достаточно сложно, и лучше не браться за это дело, не имея «прямых рук», эксплуатировать ее одно удовольствие. Ведь вместе с удобством эксплуатации мы получаем еще и серьезную экономию электроэнергии.

stroyvopros.net

Индукционный котел своими руками — все о конструкции и монтаже!

Хотите обустроить свой дом эффективным и одновременно с этим экономически выгодным обогревом? Тогда обязательно обратите свое внимание на современные индукционные котлы. Подобные агрегаты характеризуются высокой производительностью и имеют при этом предельно простую конструкцию, поэтому со сборкой индукционного отопительного котла можно с легкостью справиться своими руками. Работа рассматриваемого оборудования основывается на использовании индукционной электрической энергии.

Индукционный нагреватель

Такие котлы абсолютно безопасные и экологически чистые. Во время их эксплуатации не выделяется никаких побочных продуктов, способных навредить человеку и состоянию окружающей среды.

Механизм действия индукционного котла

По конструкционному исполнению такие котлы представляют собой своего рода электрические индукторы, в состав которых входит две короткозамкнутые обмотки.

Так, внутренняя обмотка отвечает за преобразование поступающей электрической энергии в специальные вихревые токи. В агрегате образуется электрическое поле, которое в дальнейшем поступает на вторичный виток. Последний одновременно выполняет функции нагревательного элемента отопительного агрегата и корпуса котла.

Схема индукционного вихревого агрегата для отопительной сети

Вторичная же обмотка отвечает за передачу образующейся энергии непосредственно на теплоноситель системы отопления. В качестве теплоносителя в подобных установках используются специальные масла, незамерзающие жидкости или чистая вода.

Внутренняя обмотка нагревателя подвергается воздействию электроэнергии. В результате появляется некоторое напряжение и образуются вихревые токи. Созданная энергия отдается вторичной обмотке, после чего начинается нагрев сердечника. По достижению нагрева всей поверхности, теплоноситель начнет давать тепло радиаторам, а они — обогреваемым помещениям.

Рационально ли собирать котел самостоятельно?

Схема работы индукционного котла

Индукционные котлы отопления имеют простейшую конструкцию, никаких сложностей с их сборкой не возникает. Однако вам однозначно придется как минимум внимательно изучить предложенные инструкции и приложить усилия для правильной сборки качественного агрегата.

Наградой за ваши старания станет эффективное и выгодное в финансовом плане отопительное оборудование. Для сборки котла не нужно покупать какие-либо дорогостоящие комплектующие – все необходимые элементы продаются в обычных строительных, хозяйственных и прочих специализированных магазинах.

При условии правильной сборки и подобающего обращения с готовым агрегатом он спокойно прослужит 20 лет и даже более. Главное – выполнять все в строгом соответствии инструкции.

Сверхсложных задач перед вами не ставится, и допустить какие-либо критические ошибки при сборке индукционного котла по инструкции практически невозможно.

Индукционный нагреватель

Сборка простого индукционного котла

Для сборки индукционного котла не нужно использовать никаких сложных в обращении инструментов и дорогостоящих материалов. Все, что вам надо – иметь хотя бы базовые представления о работе сварочного аппарата инверторного типа.

Как сделать индукционный котел своими руками

Первый шаг. Нарежьте проволоку из нержавейки либо катанку на куски длиной порядка 5 см. Необходимый диаметр используемой проволоки – 7-8 мм.

Второй шаг. Подготовьте пластиковую трубу для сборки корпуса устройства. Будет достаточно изделия диаметром порядка 50 мм.

Третий шаг. Закройте дно основной трубы мелкоячеистой металлической сеточкой. Подбирайте сетку с такими ячейками, чтобы через них не могли пройти куски загруженной нержавейки либо катанки.

Четвертый шаг. Полностью заполните корпус проволокой либо катанкой, а затем закройте свободное отверстие трубки второй металлической сеточкой.

Пятый шаг. Аккуратно и как можно более плотно намотайте на среднюю часть корпуса порядка 90 витков провода из меди.

Шестой шаг. Подключите к корпусу нагревателя специальные переходники для врезки в отопительную или водопроводную систему. Схема предельно простая: вода заходит в нагреватель через один переходник – практически мгновенно нагревается – выходит в отопительную систему через второй переходник – батареи и трубы отдают тепло обслуживаемому помещению.

Закрытая система отопления

В результате таких нехитрых манипуляций вы получите недорогое и предельно простое в сборке устройство для эффективного обогрева. Преимуществом использования самодельного индукционного котла является отсутствие необходимости выделения под его установку отдельного котельного помещения. Вы попросту вырезаете часть трубы недалеко от входа в радиатор и закрепляете вместо нее свой самодельный нагреватель.

Далее останется лишь подключить к готовой катушке инвертор на 18-25А и можно заполнять отопительную систему теплоносителем.

Важно: не включайте нагреватель при отсутствии теплоносителя в отопительной системе. В такой ситуации пластиковый корпус нагревателя попросту расплавиться и вся ваша работа пойдет насмарку.

Не забудьте выполнить надежное заземление самодельного нагревательного приспособления.

Устройство вихревого индукционного отопительного агрегата

Сборка такого агрегата потребует от вас наличия определенных навыков обращения со сварочным аппаратом, а также трехфазным трансформатором. Преимуществом вихревого нагревателя является отсутствие в его составе элементов, не способных в течение длительного времени переносить интенсивные нагрузки. То есть риск скорого выхода котла из строя на порядок снижается.

Также к числу преимуществ рассматриваемого агрегата нужно отнести отсутствие разъемных соединений. Это позволяет полностью забыть о риске появления протечек.

Самодельный вихревой индукционный котел работает практически в бесшумном режиме. Это позволяет монтировать его в любом желаемом месте. Вредные выхлопы тоже отсутствуют, поэтому вы можете не беспокоиться по поводу необходимости обустройства надежного котельного помещения и установки дымохода.

Первый шаг. Сварите друг с другом пару металлических труб диаметром порядка 2,5 см так, чтобы в результате получилось изделие круглой формы. Полученная заготовка одновременно является нагревательным элементом котла и его сердечником.

Второй шаг. Установите полученный круг в пластиковую трубу подходящего размера.

Третий шаг. Выполните обмотку на пластиковом корпусе из уже знакомых вам материалов. Благодаря подобной обмотке эффективность и производительность агрегата будут заметно увеличены.

Четвертый шаг. Поместите пластиковый корпус в качественный изоляционный чехол. Он будет предотвращать возможные утечки электрического тока и поспособствует существенному уменьшению потерь тепла.

Нагрев будет осуществляться за счет контакта теплоносителя с все той же обмоткой. Обмотка и все дальнейшие действия выполняются по той же схеме, что и в случае с обыкновенной индукционной установкой, рассмотренной в предыдущей инструкции.

Важные замечания по монтажу и использованию котла

Индукционный нагреватель

Самодельные индукционные котлы предельно просты в сборке, установке и эксплуатации. Однако прежде чем начинать пользоваться подобного рода нагревателем вам нужно знать несколько важных правил, а именно:

Патрубок котла настоятельно рекомендуется оснастить подрывным клапаном. Через это простое приспособление вы сможете при необходимости избавлять систему от лишнего воздуха, нормализуя давление и обеспечивая оптимальные условия эксплуатации.

Клапан обратный подрывной

Таким образом, из недорогих материалов при помощи простейших инструментов вы можете собрать полноценную установку для эффективного обогрева помещений и нагрева воды. Следуйте инструкции, помните об особых рекомендациях и уже очень скоро вы сможете наслаждаться теплом в собственном доме.

Удачной работы!

Видео – Индукционный котел своими руками

svoimi-rykami.ru

Индукционный котел отопления: виды, особенности, схема, сборка своими руками, фото и видео

Рейтинг: 1 140

Энергоносители, которые обычно используются для отопления частных домов, постоянно растут в цене. Обогреть загородное жилье без дополнительных трат поможет индукционный котел отопления. Именно такой способ для отопления получения тепла позволит достигнуть максимального результата за небольшие деньги.

Устройство необязательно покупать. Сделать самому индукционный котел под силу любому домовитому хозяину. Причем использовать такой вид обогрева жилья можно, использовать как в больших загородных домах, так и в маленьких дачных домиках. Владелец любой недвижимости останется доволен экономическим результатом.

Принцип работы

Принцип работы высокочастотных индукционных котлов позволяют оставить прежнюю систему обогрева помещения в неизменном виде. Это порадует любителей сэкономить. Ведь переделать отопление в большом доме обязательно станет в копеечку. И заняло немало времени. Монтаж индукционного котла отопления своими руками не займет много времени, денег. Он доступен даже неопытному мастеру.

Индукционный котел

Схема индукционного котла

Индукционный теплогенератор — это трансформатор, в котором используется принцип первичной и вторичной обмотки. Так можно описать простейший принцип работы. Первичная обмотка котла преобразует электрическое поле. Вторичная обмотка направляет тепло к воде, маслу, антифризу, любому другому.

Понять принципиальную схему индукционного котла и воплотить ее в жизнь способен даже начинающий мастер. Под корпусом расположены слои теплоизоляционного материала, электрической изоляции, сердечник с двойной стенкой, а также внешний контур. Результатом такой конструкции становится почти полное отсутствие потерь тепла при передаче на теплоноситель.

Фото схемы индукционного котла

Благодаря чему проявляется такая высокая эффективность высокочастотного аппарата? Секрет в том, что теплоноситель за более короткий, чем в обычных системах срок — в два раза быстрее — успевает нагреться дважды. Все это из-за низкого уровня инерции. Финансовая выгода от подобной конструкции налицо. Есть еще один плюс благодаря магнитному полю трубы отопления остаются чистыми, без накипи.

Собираем индукционный котел своими руками

По мере использования становятся очевидными другие достоинства индукционного отопления. Срок пользования оборудованием никак не ограничен. Полученную конструкцию не нужно никак обслуживать, даже чистить. Максимум протереть пыль поверхности.

Устройство индукционного котла

Самая простая форма индукционного котла отопления может быть успешно реализована в помещении разных размеров.

Создать дешевую систему отопления индукционного типа в своем жилище— дело нехитрое, под силу любому. Специального образования получать не нужно. Изучать теорию отопления тоже не потребуется. Достаточно иметь под рукой необходимые инструменты и исходные материалы, чтобы воплотить задумку в жизнь.

Изготовить индукционный котел своими руками вполне реально. Что для этого понадобится? Сварочный инвертор — для быстрой и легкой сборки корпуса и подсоединения труб отопления. Далее нужно подобрать материалы, которые будут нагреваться с помощью электромагнитного поля. Опыт показывает, что самыми эффективным и недорогим вариантом станет стальная проволока. Диаметром не более 7 мм. Ее нужно разрезать на части длиной не более 5 см.

В качестве корпуса индукционного электрокотла проще всего использовать обыкновенную пластиковую трубу, внутренний диаметр которой также не превышает 5 см. В нем необходимо расположить основу индукционной катушки. Для этих целей лучше подобрать трубу с толстыми стенками. В этой части аппарат будет происходить нагрев. Такой котел отопления станет участком трубопровода с теплоносителем.

Подключение индукционного котла к системе отопления — один из ключевых этапов. Для этого используются специальные переходники, которые соединят трубы отопления с механизмом. Теплоноситель через переходник будет поступать в индукционный котел, нагреваться там, затем обогревать всю систему отопления. Таким образом, переходник должен быть подведен с самому основанию корпуса котла.

Дно пластикового корпуса нужно выложить металлической сеткой. Она станет барьером от выпадения кусочков стальной проволоки. Короткими проволочными отрезками, необходимо заполнить всю полость трубы. Хорошо, если кусочки будут короткими, не более 5 сантиметров. Так труба будет заполнена более основательно.

Пластиковая труба в качестве корпуса

Индукционная катушка выступает в этой конструкции главным нагревательным элементом. Изготавливать катушку для котла нужно из эмалированной медной проволоки. На уже подготовленный корпус будущего электрического прибора необходимо намотать этот медный провод. 90 витков.

Важный момент: во время обмотки нужно следить, чтобы расстояние между витками было максимально одинаковым. Теперь индуктор готов для подключения к системе отопления.

В результате такой работы получается небольшого размера устройство, которое подключается в любой части обогревательной системы. Необходимо лишь вырезать кусок трубопровода, а вместо него с помощью переходников, установить индукционный аппарат. Нужно помнить, что катушка подключается к инвертору высокой частоты. И может использоваться только в системах, заполненных носителем тепла: водой, антифризом, маслом и так далее. Иначе корпус не выдержит нагрева и расплавится.

В результате на изготовление индукционного котла были потрачены совсем небольшие средства. При этом скорость нагрева батарей отопления увеличивается вдвое.

Второй вид котла

Существуют и другие способы создания подобных нагревательных приборов. Рассмотрим второй вид котла индукционного типа. Он будет стоить дороже, но результат порадует еще больше.

Мастер должен обладать более серьезными навыками. Желателен опыт работы со сваркой. Понадобится трехфазный стационарный инвертор, дополнительные инструменты.

Этот самодельный индукционный котел включает в себя уже две трубы. Одна крепится внутри другой с помощью сварки. Устройство будет сразу выполнять две функции. С одной стороны, это сердечник — источник электромагнитного поля, с другой — нагревательный элемент.

Медной проволокой обвивается внешняя труба. В результате — высокая эффективность, компактные габариты и легкий вес устройства. Для подводки теплоносителя используются патрубки.

Обмотка внешней трубы

Достоинства

Во время самостоятельного изготовления индукционных котлов необходимо придерживаться некоторых правил.

Устройство индукционного котла можно устанавливать только в закрытые отопительные системы. В них обязательно должен использоваться циркуляционный насос. При этом трубы в системе могут быть любыми, даже пластиковыми.

Необходимо позаботиться, чтобы расстояние между индукционным электрическим котлом и другими объектами (мебелью, бытовой техникой) составляло минимум 30 см. Во избежание порчи имущества. Слишком близко к потолку тоже не стоит монтировать прибор. Дистанция не должна быть меньше 80 см.

Работать над вторым вариантом котла придется немного дольше. Однако отзывы о индукционном котле говорят, что трудозатраты того стоят. Такое устройство будет эффективно обогревать дом не меньше четверти века. Без всякого дополнительного обслуживания.

Фото схемы подключения индукционного котла

Достоинства индукционных котлов:

• допускается использование, как переменного, так и постоянного тока;
• все элементы устройства долговечны;
• элементарная конструкция;
• нет необходимости выделять специальное место для котельной;
• класс пожарной безопасности относится ко 2 группе;
• КПД котла, который сделан своими руками или куплен в магазине равен почти 100 процентам;
• вид теплоносителя может быть любым;
• на самостоятельное изготовление нужны минимальные затраты.

Очевидно, что электрический котел индукционного типа — современное устройство, которое имеет все качества техники будущего. Высокоэффективный, дешевый агрегат способен быстро обогреть и загородный коттедж, и дачу, и складское помещение. При этом никаких сложностей в установке. И никаких затрат на обслуживание.

Не получили ответ на свой вопрос? Спросите нашего эксперта: Спросить

sdelatotoplenie.ru

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.Он рекламируется как 1000 Вт 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 могло формировать кореентирование 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

Змеевики индукционного нагрева — компоненты индукционного нагрева

Элементы индукционного нагрева

Типичная система индукционного нагревателя включает источник питания, цепь согласования импеданса, цепь резервуара и аппликатор.Аппликатор, представляющий собой индукционную катушку, может быть частью цепи резервуара. Цепь резервуара обычно представляет собой параллельный набор конденсаторов и катушек индуктивности. Конденсатор и индуктор в цепи резервуара являются резервуарами электростатической энергии и электромагнитной энергии соответственно. На резонансной частоте конденсатор и катушка индуктивности начинают передавать накопленную энергию друг другу. В параллельной конфигурации это преобразование энергии происходит при большом токе. Большой ток через катушку способствует хорошей передаче энергии от индукционной катушки к заготовке.

Щелкните здесь, чтобы узнать о , что такое индукционные катушки и как они работают, а также о различных типах катушек .

а) Источник питания

Источники питания — одна из важнейших частей системы индукционного нагревателя. Обычно они оцениваются по диапазону рабочих частот и мощности. Существуют различные типы индукционных источников питания, в том числе источники сетевой частоты, умножители частоты, двигатели-генераторы, преобразователи искрового разрядника и твердотельные инверторы.Твердотельные инверторы имеют наибольшую эффективность среди источников питания.

Типичный твердотельный инверторный источник питания состоит из двух основных частей; Выпрямитель и инвертор. Линейные переменные токи преобразуются в постоянный в выпрямительной секции с помощью диодов или тиристоров. Постоянный ток поступает в инвертор, где твердотельные переключатели, такие как IGBT или MOSFET, преобразуют его в ток, на этот раз с высокой частотой (обычно в диапазоне 10–600 кГц). Согласно диаграмме ниже, IGBT могут работать на более высоком уровне мощности и более низкой частоте по сравнению с MOSFET, работающими на более низком уровне мощности и более высоких частотах.

б) Согласование импеданса

Источники питания для индукционного нагрева, как и любое другое электронное устройство, имеют максимальные значения напряжения и тока, которые нельзя превышать. Чтобы передать максимальную мощность от источника питания к нагрузке (заготовке), полное сопротивление источника питания и нагрузки должно быть как можно ближе. Таким образом, значения мощности, напряжения и тока могут одновременно достигать своих максимально допустимых пределов. Для этого в индукционных нагревателях используются схемы согласования импеданса.В зависимости от области применения могут использоваться различные комбинации электрических элементов (например, трансформаторы, регулируемые катушки индуктивности, конденсаторы и т. Д.).

c) Резонансный резервуар

Резонансный бак в системе индукционного нагрева обычно представляет собой параллельный набор конденсатора и индуктора, который резонирует на определенной частоте. Частота получается по следующей формуле:

где L — индуктивность индукционной катушки, а C — емкость.Согласно анимации ниже, явление резонанса очень похоже на то, что происходит в качающемся маятнике. В маятнике кинетическая и потенциальная энергии преобразуются друг в друга, пока он колеблется от одного конца к другому. Движение затухает из-за трения и других механических потерь. В резонансном резервуаре энергия, обеспечиваемая источником питания, колеблется между индуктором (в форме электромагнитной энергии) и конденсатором (в форме электростатической энергии). Энергия затухает из-за потерь в конденсаторе, катушке индуктивности и заготовке.Потери в заготовке в виде тепла желательны и предназначены для индукционного нагрева.

Сам резонансный бак состоит из конденсатора и индуктора. Блок конденсаторов используется для обеспечения необходимой емкости для достижения резонансной частоты, близкой к мощности источника питания. На низких частотах (ниже 10 кГц) используются масляные конденсаторы, а на более высоких частотах (более 10 кГц) используются керамические или твердые диэлектрические конденсаторы.

г) Индукторы индукционного нагревателя

Что такое индукционные катушки и как они работают?

Катушка индукционного нагрева представляет собой медную трубку особой формы или другой проводящий материал, через который пропускается переменный электрический ток, создавая переменное магнитное поле.Металлические части или другие проводящие материалы помещаются внутри, через катушку индукционного нагрева или рядом с ней, не касаясь катушки, и создаваемое переменное магнитное поле вызывает трение внутри металла, вызывая его нагрев.

Как работают индукционные катушки?

При проектировании катушки необходимо учитывать некоторые условия:

1. Для увеличения эффективности индукционных нагревателей расстояние между катушкой и заготовкой должно быть минимизировано.Эффективность связи между катушкой и заготовкой обратно пропорциональна квадратному корню из расстояния между ними.

2. Если деталь расположена в центре спиральной катушки, она будет лучше всего связана с магнитным полем. Если он смещен по центру, область заготовки, расположенная ближе к виткам, будет получать больше тепла. Этот эффект показан на рисунке ниже.

3. Кроме того, позиция рядом с соединением выводов и катушки имеет более слабую плотность магнитного потока, поэтому даже центр внутреннего диаметра спиральной катушки не является центром индукционного нагрева.

4. Следует избегать эффекта отмены (рисунок слева). Это происходит, когда раскрытие катушки очень мало. Добавление петли в катушку поможет обеспечить необходимую индуктивность (рисунок справа). Индуктивность индуктора определяет способность этого индуктора накапливать магнитную энергию. Индуктивность можно рассчитать по следующей формуле:

.

где ε — электродвижущая сила, а dI / dt — скорость изменения тока в катушке. Сам по себе ε равен скорости изменения магнитного потока в катушке (- dφ / dt), где магнитный поток φ может быть рассчитан из NBA, где N — количество витков, B — магнитное поле и A — площадь индуктор.Следовательно, индуктивность будет равна:

.

Очевидно, что величина индуктивности линейно пропорциональна площади индуктора. Следовательно, необходимо учитывать минимальное значение для контура индуктора, чтобы он мог накапливать магнитную энергию и передавать ее индукционной заготовке.

Эффективность катушки

КПД змеевика определяется следующим образом:

В таблице ниже показаны типичные значения КПД различных катушек:

Модификация катушки по заявке

В некоторых случаях нагревательный объект не имеет однородного профиля, но требует равномерного нагрева.В этих случаях необходимо изменить поле магнитного потока. Для этого есть два типичных метода. Один из способов — разделить витки там, где деталь имеет большее поперечное сечение (при использовании спиральной катушки). Более распространенный метод — увеличить расстояние между обмотками в тех областях, где поперечное сечение детали больше. Оба метода показаны на рисунке ниже.

Такая же ситуация бывает при нагреве плоских поверхностей большими змеевиками. Центральная зона получит излишнее тепло.Чтобы избежать этого, зазор между поверхностью катушки и плоским предметом будет увеличен путем придания катушке блина конической формы.

Змеевик с футеровкой используется в приложениях, где требуется широкая и однородная зона нагрева, но мы не хотим использовать большие медные трубки. Лайнер представляет собой широкий лист, который прихваткой припаян к гибкой трубе как минимум в двух точках. Остальная часть стыка будет припаяна только для обеспечения максимальной теплопередачи. Также синусоидальный профиль поможет увеличить охлаждающую способность змеевика.Такая катушка изображена на рисунке ниже.

По мере увеличения длины нагрева необходимо увеличивать количество витков, чтобы сохранить равномерность нагрева.

Схема нагрева меняется в зависимости от изменения формы заготовки. Магнитный поток имеет тенденцию накапливаться на краях, порезах или вмятинах на нагреваемом объекте, вызывая тем самым более высокую скорость нагрева в этих областях. На рисунке ниже показан «краевой эффект», когда змеевик находится выше края нагревательного элемента, и в этой области происходит чрезмерный нагрев.Чтобы этого не произошло, катушку можно опустить ниже, ровно или немного ниже края.

Индукционный нагрев дисков также может вызвать чрезмерный нагрев кромок, как показано на рисунке ниже. Края нагреваются сильнее. Высота катушки может быть уменьшена, или концы катушки могут быть сделаны с большим радиусом для отделения от края заготовки.

Острые углы прямоугольных катушек могут вызвать более глубокий нагрев детали.Разделение углов катушки, с одной стороны, снизит скорость нагрева угла, но, с другой стороны, снизит общую эффективность индукционного процесса.

Одним из важных моментов, которые необходимо учитывать при проектировании многопозиционных катушек, является влияние соседних катушек друг на друга. Чтобы сохранить максимальную мощность нагрева каждой катушки, расстояние между центрами соседних катушек должно быть как минимум в 1,5 раза больше диаметра катушки.

Разделенные индукторы используются в приложениях, где требуется тесная связь, а также невозможно извлечь деталь из катушки после процесса нагрева.Важным моментом здесь является обеспечение очень хорошего электрического контакта в месте соединения шарнирных поверхностей. Обычно для обеспечения наилучшего электрического контакта с поверхностью используется тонкий слой серебра. Разделенные части змеевиков будут охлаждаться с помощью гибкого водяного шланга. Автоматическое пневматическое сжатие часто используется для закрытия / открытия змеевика, а также для обеспечения необходимого давления в шарнирной области.

Типы нагревательных змеевиков

Катушка для блинов с двойной деформацией

В таких применениях, как нагрев наконечника валов, достижение однородности температуры может быть затруднено из-за эффекта компенсации в центре поверхности наконечника.Двойной деформированный змеевик для блинов с обработанными сторонами, подобный схеме ниже, можно использовать для достижения равномерного профиля нагрева. Следует обратить внимание на направление двух блинов, в которых центральные обмотки намотаны в одном направлении и имеют дополнительный магнитный эффект.

Катушка с разделением и возвратом

В таких применениях, как сварка узкой ленты на одной стороне длинного цилиндра, где относительно большая длина должна нагреваться значительно выше, чем другие области объекта, обратный ток будет иметь значение.При использовании катушки типа Split-Return большой ток, индуцируемый на пути сварки, будет разделен на две части, которые будут еще шире. Таким образом, скорость нагрева на сварочном пути как минимум в четыре раза выше, чем у остальных частей объекта.

Канальные катушки Катушки

канального типа используются, если время нагрева не очень короткое, а также требуются довольно низкие удельные мощности. Несколько нагревательных частей проходят через змеевик с постоянной скоростью и достигают максимальной температуры при выходе из машины.Концы катушки обычно согнуты, чтобы обеспечить путь для входа и выхода деталей из катушки. Там, где требуется обогрев профиля, можно использовать пластинчатые концентраторы с многооборотными канальными змеевиками.

Квадратная медная трубка

имеет два основных преимущества по сравнению с круглой трубкой: а) поскольку она имеет более плоскую поверхность, «смотрящую» на заготовку, она обеспечивает лучшую электромагнитную связь с нагревательной нагрузкой и б) конструктивно легче выполнять повороты. с квадратными трубками, а не с круглыми.

Конструкция выводов индукционных катушек

Конструкция выводов: выводы являются частью индукционной катушки, и хотя они очень короткие, они имеют конечную индуктивность. В общем, на приведенной ниже схеме показана принципиальная электрическая схема тепловой станции системы индукционных агрегатов. C — резонансный конденсатор, установленный в тепловой станции, L_lead — это общая индуктивность выводов катушки, а L_coil — индуктивность индукционной катушки, связанной с нагревательной нагрузкой. V_total — это напряжение, подаваемое от индукционного источника питания на тепловую станцию, V_lead — это падение напряжения на индуктивности вывода, а V_coil — это напряжение, которое будет приложено к индукционной катушке.Общее напряжение складывается из напряжения на выводах и индукционной катушке:

V_lead представляет собой величину общего напряжения, занятого выводами, и не оказывает никакого полезного индукционного воздействия. Задача дизайнера — минимизировать это значение. V_lead можно рассчитать как:

Из приведенных выше формул очевидно, что для минимизации значения V_lead индуктивность выводов должна быть в несколько раз меньше индуктивности индукционной катушки (L_lead≪L_coil).

Уменьшение индуктивности свинца: На низких частотах, обычно из-за использования катушек с высокой индуктивностью (многооборотные и / или с большим внутренним диаметром), L_lead намного меньше, чем L_coil. Однако, поскольку количество витков и общий размер катушки уменьшается для высокочастотных индукторов, становится важным применять специальные методы для минимизации индуктивности выводов. Ниже приведены два примера для этого.

Концентраторы потока: Когда магнитный материал помещается в окружающую среду, включая магнитные поля, из-за низкого магнитного сопротивления (магнитного сопротивления) они имеют тенденцию поглощать линии магнитного потока.Способность поглощать магнитное поле количественно оценивается относительной магнитной проницаемостью. Это значение для воздуха, меди и нержавеющей стали равно единице, но для мягкой стали может доходить до 400, а для железа — до 2000. Магнитные материалы могут сохранять свою магнитную способность до температуры Кюри, после чего их магнитная проницаемость падает до единицы и они больше не будут магнитными.

Концентратор потока — это материал с высокой проницаемостью и низкой электропроводностью, который предназначен для использования в конструкции катушек индукционного нагревателя для увеличения магнитного поля, приложенного к нагревающей нагрузке.На рисунке ниже показано, как размещение концентратора потока в центре блинной катушки будет концентрировать силовые линии магнитного поля на поверхности катушки. Таким образом, материалы, помещенные поверх змеевика для блинов, лучше соединятся и получат максимальный нагрев.

Влияние концентратора потока на плотность тока в индукционной катушке показано на рисунке ниже. Большая часть тока будет сосредоточена на поверхности, не покрытой концентратором флюса.Следовательно, змеевик может быть сконструирован таким образом, что только сторона змеевика, обращенная к нагревательной нагрузке, останется без материалов концентратора. В электромагнетизме это называется щелевым эффектом. Щелевой эффект значительно увеличит эффективность змеевика, и для нагрева потребуется более низкий уровень мощности.

Артикул:

• С. Зинн и С. Л. Семятин, «Элементы индукционного нагрева, проектирования, управления и приложений», A S M International, ISBN-13: 9780871703088, 1988

Конструкции эффективного индукционного нагрева — Технические статьи

Сковорода, разрезанная пополам, стоит на варочной поверхности с яйцом, аккуратно разбитым в ее центре.Половина на сковороде имеет идеально приготовленную, блестящую белизну, а оставшаяся половина — прозрачная и сырая. Это мощный имидж, который со всей очевидностью демонстрирует, насколько эффективнее индукционные плиты по сравнению с альтернативными технологиями приготовления пищи. Сообщение: индукционный нагрев направляет энергию туда, где она необходима.

Полупроводниковая промышленность отреагировала на потребность в индукционных нагревательных приборах путем постоянной настройки и совершенствования технологии переключения, необходимой для ее оптимальной реализации.Таким образом, индукционная технология обычно используется также в рисоварках, вспенивателях молока и плитах.

Использование индукционного нагрева в системах отопления

Принципы обычного трансформатора составляют основу приложений индукционного нагрева. Однако, в то время как трансформатор индуцирует ток во вторичной катушке от первичной катушки, индукционный нагреватель использует первичную катушку для индукции тока в самой посуде для приготовления пищи. Это гарантирует, что результирующий эффект нагрева будет сконцентрирован именно там, где это необходимо.Именно вихревые токи индуцируются в материале посуды для приготовления пищи, что приводит к тепловому эффекту, известному как джоулев нагрев. Высокое сопротивление обеспечивают сосуды, изготовленные из магнитных материалов, таких как нержавеющая сталь и железо, в то время как немагнитные материалы, такие как алюминий и медь, обеспечивают меньшее сопротивление.

Из-за используемых высоких частот ток в первичной катушке протекает в основном по поверхности проводника, что называется скин-эффектом. В змеевиках индукционного нагрева используется медная проволока особого типа, известная как литц-проволока, которая состоит из множества тонких отдельных жил.Это приводит к увеличению площади поверхности катушки, тем самым уменьшая сопротивление переменному току.

Выбор топологии и их функции

Существует несколько подходов к выбору топологии, но из-за ценового давления на многих рынках, на которые ориентированы эти приложения, схема с односторонним параллельным резонансом (SEPR) является обычным выбором (рисунок 1). Эта топология программного переключения использует резонансную сеть резервуаров, состоящую из конденсатора Cr и литц-катушки Lr.БТИЗ, работающий в условиях переключения при нулевом напряжении (ZVS), вместе с параллельным диодом завершают конструкцию. Вместо того, чтобы реализовывать дискретный подход, диод обычно интегрируется в IGBT, причем характеристики диода оптимизируются в соответствии с потребностями схемы этого типа. Частоты переключения 20–30 кГц гарантируют, что любой шум выходит за пределы слышимого диапазона, что делает эту схему подходящей для магнитной посуды. Более высокие частоты также могут использоваться как часть функции плавного пуска.

Рисунок 1: Несимметричный параллельный резонансный контур (SEPR) обычно используется для цепей с резонансным напряжением.

Работа цепи резонанса напряжения разбита на четыре периода времени (рисунок 3) и применима для случая, когда процесс запуска был завершен (т.е. Cr полностью заряжен):

1. T1 — Цикл начинается с включения Q1, позволяя току течь от Cm через Lr и Q1 и вызывая линейное увеличение протекающего тока до тех пор, пока он не достигнет желаемого уровня.В это время напряжение на Cr ограничивается напряжением на Cm.

2. T2 — Следующий Q1 отключается, в результате чего Lr и Cr входят в резонанс. Достигнутое пиковое резонансное напряжение увеличивается пропорционально времени включения T1.

3. T3 — Резонансный ток меняет направление, в результате чего напряжение над Cr падает.

4. T4 — Теперь полярность напряжения на Cr меняется на обратную.Когда оно превышает напряжение на Cm, ток начинает течь через диод, возвращая полярность и напряжение Cr к значению Cm.

Рис. 2. Четыре фазы работы в схеме с резонансным напряжением SEPR.

Номинал IGBT будет зависеть от пика напряжения, который видит Q1, который для источников питания 100 В переменного тока потребует номинального значения VCES от 900 до 1200 В или от 1350 до 1800 В для источников питания 220 В переменного тока.

По мере увеличения требований к мощности обычно используется подход полумостового токового резонанса с использованием двух IGBT со встроенными диодами (рисунок 3). Такие конструкции могут также поддерживать использование «полностью из металла», где частота переключения от 80 до 100 кГц может даже поддерживать использование немагнитных посуды для приготовления пищи. Резонансный контур выполнен в виде последовательной конструкции LC или LCR.

Рисунок 3: Полумостовая схема индукционного нагревателя с токо-резонансным последовательным соединением LC.

Работа этой схемы также может быть описана в четыре этапа (рисунок 4) после завершения процесса запуска следующим образом:

1. T1 — Включен верхний переключатель Q1, в результате чего ток, протекающий от конденсатора Cm, попадает в цепь резонансного тока Cr-Lr.

2. T2 — Переключатель Q1 выключается, оставляя Cr заряжаться из-за тока, протекающего от Lr через диод нижнего переключателя.

3. T3 — Переключатель Q2 включен, позволяя резонансному току течь от Cr через Q2 в Lr. В этот момент VCE Q2 ограничивается прямым напряжением параллельного (или интегрированного) диода, тем самым активируя ZVS.

4. T4 — Переключатель Q2 выключен, позволяя свободному току течь от Lr через Cr, диод параллельно Q1 и Cm. В этот момент VCE Q1 аналогичным образом ограничивается прямым напряжением параллельного (или интегрированного) диода, обеспечивая ZVS для следующей фазы, T1.

Рис. 4. Четыре фазы работы полумостовой токово-резонансной конструкции.

В результате пиковое напряжение ограничивается суммой пикового входного напряжения переменного тока, что позволяет устанавливать IGBT с VCES от 600 до 650 В для входов 220 В переменного тока. Более высокие токи не позволяют использовать эту конструкцию с входами 100 В переменного тока.

Выбор подходящих IBGT для использования в устройствах индукционного нагрева

Очевидно, что правильное понимание напряжений, генерируемых на VCES, является критическим фактором при выборе IGBT.Напряжение управления затвором, VGES, также требует проверки. Обычно он работает при 18 В, чтобы уменьшить потери мощности в IGBT. Однако колебания в электросети на многих рынках, иногда до 20%, означают, что проектировщикам необходимо убедиться, что в таблице данных указан достаточный запас для этих параметров. Тепловые параметры, такие как Rth (j-c), дают представление о требуемой концепции охлаждения, в то время как следует проводить испытания на электромагнитную совместимость (ЭМС), особенно на отключение при более низких частотах испытаний.

Еще одним важным аспектом для рассмотрения является рейтинг IC (sat), параметр, который важен во время токов короткого замыкания, которые протекают для заряда Cr при начальном включении питания, пока его напряжение не будет соответствовать напряжению на Cm. Наконец, следует проверить максимально допустимый ток коллектора с прямым смещением в безопасной рабочей области (FBSOA), VCE, для различных значений длительности импульса.

Punch-through (PT) IGBT — предпочтительное устройство в таких приложениях, поддерживая более высокие частоты переключения, чем не-PT-типы в прошлом.Последние достижения позволили уменьшить толщину слоя коллектора P для создания структур, известных как IGBT с ограничителем поля (FS). Это позволяет создать слой N, чтобы включить корпусный диод с обратной проводимостью (RC), ведущий к RC-IGBT. Благодаря пониженному хвостовому току они хорошо подходят для схем софт-коммутации. Последний RC-IGBT от Toshiba, GT20N135SRA, представляет собой устройство нового поколения с поддержкой 20 А при 100 ° C и 1350 В. Это идеальное решение для устройств индукционного нагрева с питанием 220 В переменного тока для устройств средней мощности мощностью 2200 Вт.

По сравнению с устройствами предыдущего поколения, ток короткого замыкания IC (sat) ограничен примерно 150 А при 100 ° C. Во время фазы запуска схемы, когда Cr заряжается, это помогает снизить ток насыщения коллектора и подавить колебания напряжения (рисунок 5). Более широкий FBSOA также означает, что могут протекать более высокие токи, но это должно быть сбалансировано с учетом того, что некоторые потери преобразуются в тепло. GT20N135SRA имеет максимальное значение Rth (j-c) 0,48 ° C / Вт, поэтому, если предположить, что IGBT должен рассеивать 35 Вт в реализации устройства, температура корпуса будет примерно на 6 ° C ниже, чем у устройств предыдущего поколения (GT40RR21 — 0.65 ° C / Вт).

Рисунок 5: Насыщение коллектора короткого замыкания, когда Cr не заряжен, значительно улучшено в GT20N135SRA (справа) по сравнению с IGBT предыдущего поколения (слева) и приводит к уменьшению колебаний (красный кружок)

Улучшенный слой N также привел к снижению прямого напряжения VF на 0,5 В по сравнению с устройствами предыдущего поколения. При заданном типичном значении 1,75 В при 25 ° C это снижает потери и повышает эффективность.Операция выключения IGBT может затруднить соответствие стандарту CISPR, требуя резистора в тракте затвора для снижения скорости переключения. Однако это приводит к увеличению потерь. В том же настольном приложении с GT20N135SRA теперь достигается запас примерно на 10 дБ на частоте 30 МГц без такого резистора, что обеспечивает лучший компромисс между излучаемыми излучениями и рассеиваемой мощностью (рис. 6).

Рис. 6. Улучшенное отключение приводит к увеличению запаса по CISPR на 10 дБ на 30 МГц для того же устройства.

Сводка

Хотя индукционные нагревательные приборы обеспечивают большую эффективность и лучший контроль по сравнению со многими альтернативными технологиями, ответственность за их реализацию ложится на инженера-конструктора. Полупроводниковая промышленность ответила на это коммутационными устройствами IGBT, которые на протяжении нескольких поколений продолжали улучшать характеристики, критически важные для оптимальной производительности, от рассеивания тепла и ЭМС до характеристик напряжения и тока, а также улучшенных обратнопроводящих корпусных диодов.

GT20N135SRA, последнее поколение RC-IGBT от Toshiba, упрощает вывод на рынок продуктов, которые проходят испытания на излучение, а также являются более эффективными. Будучи оптимизированными для приложений с резонансным током 220 В переменного тока, будущие продукты будут расширяться, чтобы покрыть более высокие потребности в токе для больших кухонных сосудов и более высоких напряжений, возникающих в приборах на 100 В переменного тока.

Эта статья изначально была опубликована в журнале Bodo’s Power Systems.

Схема простого индукционного нагревателя

Идея предлагаемой схемы простого индукционного нагревателя проста. Катушка генерирует высокочастотный магнитный поток, а затем металлические предметы в катушке создают вихревые токи, которые могут нагревать ее.

Просадки гистерезиса дополнительно способствуют нагреву. Возможно, даже для такой катушки меньшего размера, как эта, обычно используется ток около 100 А, следовательно, в случае с катушкой вы обнаружите резонансную емкость, которая составляет их индуктивный характер.

Цепь катушка-конденсатор должна получать питание на их резонансной частоте. Ток мотивации значительно меньше, чем ток по всей катушке. Источником питания является простой полумост MOSFET, регулируемый схемой IR2153. МОП-транзисторы имеют компактный радиатор.

Управляющая частота настраивается на резонанс с помощью потенциометра. Резонанс определяется неоновой лампочкой. Частоту можно было регулировать в диапазоне примерно от 20 до 200 кГц.

Для цепи управления требуется вспомогательное напряжение 12-15 В постоянного тока.Я буду использовать малоразмерный источник питания для настенной розетки, но просто потому, что можно использовать всего несколько мА, не стесняйтесь использовать осаждающий резистор или конденсатор.

В основном из-за того, что выходной драйвер не может быть напрямую связан, вы можете последовательно найти дополнительный дроссель. Он включает около двадцати витков диаметром 1,5 мм на ферритовом сердечнике 8×10 мм, а также прочность может быть определена путем изменения воздушного зазора.

Индукционный нагрев работает напрямую от электросети.Он будет использовать двухполупериодное выпрямленное напряжение без фильтрующего электролитического конденсатора. Лампочка подключается последовательно, чтобы уменьшить ток и помочь сохранить схему в случае ошибки, перегрузки или нежелательной работы.
Рабочая катушка индукционного нагрева должна быть из прочной медной проволоки или, что более желательно, из медной трубки и иметь примерно 12-30 витков на диаметре 3-10 см.

Резонансный конденсатор — результат большой силы тока, создаваемой многочисленными (как минимум 6) конденсаторами.В моем примере катушка имеет 26 витков, а конденсаторы — 6 x 330n 250V ~.

Вместе очень сильно нагреваются после длительной работы. Резонансная частота составляет примерно 29 кГц. Моя резонансная схема строится быстро, с добавлением проб и ошибок можно достичь значительно лучших конечных результатов.

Это действительно мой первый опыт работы с простой схемой индукционного нагревателя

(PDF) КОНСТРУКЦИЯ РЕЗОНАНСНОГО ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВАТЕЛЯ 500 Вт

Конструкция резонансного индукционного нагревателя мощностью 500 Вт, B.S. Sazak

Mühendislik Bilimleri Dergisi 1999 5 (1) 871-878 872 Journal of Engineering Sciences 1999 5 (1) 871-878

Расходные материалы с использованием твердотельных устройств в индукционной

Отрасль нагрева значительно выросла за прошлое время

лет и хорошо изучен (Okeke, 1978;

Bonert and Lavers, 1994).

Для эффективной работы системы индукционного нагрева

во время операций нагрева или плавления конструкция системы

должна удовлетворять некоторым из следующих требований

:

• Система должна быть способна работать при любой нагрузке

состояние.Пустой, полный, холодный, полный горячий или любая промежуточная ситуация

.

• Гармонические токи, потребляемые от сети

, должны быть низкими.

• Система должна иметь достаточный допуск к

, чтобы выдерживать помехи или колебания входного источника питания

.

• Очень частые запуск и остановка

должны быть возможны без какого-либо вредного воздействия на систему

.

• Прекращение сигналов запуска должно привести к мгновенному отключению системы

.

• Внезапные изменения импеданса нагруженной катушки

значений должны допускаться, например, удаление или вставка нагрузки

или изменение ее формы и размера

.

В литературе имеется ряд переключающих элементов

, примененных к среднечастотной индукционной системе нагрева

, которая способна удовлетворить большинство

этих требований. Использование тиристоров Gate Turn Off

(GTO) или биполярных транзисторов

(IGBT) с изолированным затвором в качестве переключающего элемента дает

более высокую рабочую частоту и хорошую эффективность, но

ограничивает выходную мощность (Malesani and Tenti, 1987;

) Ин и Хойман, 1994).Хотя стоимость на

ампер выше, чем стоимость на 1 ампер высокочастотного тиристора

, также можно спроектировать

в диапазоне частот от 10 кГц до 25 кГц, используя высокочастотные модули транзисторов Дарлингтона

в качестве коммутирующих модулей

. устройства (Mauch, 1986; Деде, 1991).

Однако за последние 20 лет тиристорный инвертор

стал основным источником энергии средней частоты

для приложений индукционного нагрева,

заменил комплект двигатель-генератор.

широко применяется в диапазонах частот от

1 кГц до 10 кГц (Чудновский и др., 1996),

из-за его способности выдерживать большие токи.

Преимущество предложенной топологии резонансного инвертора с одним переключателем

состоит в том, что выключение тиристора

происходит при нулевом токе и, следовательно,

снижает коммутационные потери в силовых устройствах.

Дополнительным преимуществом предложенной топологии инвертора

является то, что он требует небольшого количества компонентов

и имеет более низкую стоимость по сравнению с

другими альтернативными топологиями.

2. ПРИНЦИП РАБОТЫ

Принципиальная схема предлагаемого резонансного инвертора с одним переключателем

, который обеспечивает переменный ток

через катушку индукционного нагревателя, приведена на рисунке

1. Этот переменный ток, протекающий в витках индукционная катушка

создает переменное электромагнитное поле

для заготовки.

Рисунок 1. Принципиальная схема предлагаемой индукционной системы нагрева

На рисунке 2 показаны формы сигналов предлагаемого однокнопочного резонансного инвертора

.Каждый цикл переключения

делится на три различных режима. Соответствующие эквивалентные схемы

показаны на рисунке 3.

Рисунок 2. Рабочие формы сигналов для одиночного переключающего резонансного инвертора

. (В

GS

— Импульс затвора тиристора

, В

CrL

— Напряжение на резонансном конденсаторе

нагрузки, I

S

— Ток тиристора, I

D

ток,

В

LrL

-Напряжение нагрузки)

Высокочастотный индукционный нагрев

Высокочастотный индукционный нагрев

Введение

Индукционный нагрев — это процесс бесконтактного нагрева.Он использует высокочастотное электричество для нагрева материалов, которые являются электропроводными. Поскольку процесс нагрева бесконтактный, он не загрязняет нагреваемый материал. Это также очень эффективно, поскольку тепло фактически генерируется внутри заготовки. Это можно противопоставить другим методам нагрева, когда тепло генерируется в пламени или нагревательном элементе, который затем прикладывается к заготовке. По этим причинам индукционный нагрев находит уникальное применение в промышленности.

Как работает индукционный нагрев?

Источник высокочастотного электричества используется для пропускания большого переменного тока через катушку.Эта катушка известна как рабочая катушка. Смотрите картинку напротив. 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 зависимости от материала заготовки происходит ряд вещей …

Переменное магнитное поле индуцирует ток в проводящей детали.Расположение рабочей катушки и заготовки можно рассматривать как электрический трансформатор. Рабочая катушка похожа на первичную обмотку, в которую подается электрическая энергия, а заготовка похожа на однооборотную вторичную обмотку, которая замкнута накоротко. Это вызывает протекание огромных токов через заготовку. Они известны как вихревые токи. В дополнение к этому высокая частота, используемая в приложениях индукционного нагрева, вызывает явление, называемое скин-эффектом. Этот скин-эффект заставляет переменный ток тонким слоем течь к поверхности заготовки.Скин-эффект увеличивает эффективное сопротивление металла прохождению большого тока. Следовательно, он значительно увеличивает эффект нагрева, вызванный током, индуцированным в заготовке.

(Хотя нагрев из-за вихревых токов желателен в этом приложении, интересно отметить, что производители трансформаторов делают все возможное, чтобы избежать этого явления в своих трансформаторах. Используются ламинированные сердечники трансформаторов, сердечники из порошкового железа и ферриты для предотвращения протекания вихревых токов внутри сердечников трансформатора.Внутри трансформатора прохождение вихревых токов крайне нежелательно, поскольку оно вызывает нагрев магнитопровода и представляет собой потерянную мощность.)

А для черных металлов?

Для черных металлов, таких как железо и некоторые виды стали, существует дополнительный механизм нагрева, который происходит одновременно с вихревыми токами, упомянутыми выше. Интенсивное переменное магнитное поле внутри рабочей катушки многократно намагничивает и демагнетизирует кристаллы железа.Это быстрое переключение магнитных доменов вызывает значительное трение и нагрев внутри материала. Нагрев из-за этого механизма известен как потеря гистерезиса и является наибольшим для материалов, которые имеют большую площадь внутри их кривой B-H. Это может быть большим фактором, способствующим выделению тепла во время индукционного нагрева, но происходит только внутри черных металлов. По этой причине материалы из черных металлов легче поддаются индукционному нагреву, чем материалы из цветных металлов.

Интересно отметить, что сталь теряет свои магнитные свойства при нагревании выше примерно 700 ° C.Эта температура известна как температура Кюри. Это означает, что выше 700 ° C не может быть нагрева материала из-за гистерезисных потерь. Дальнейший нагрев материала должен происходить только за счет наведенных вихревых токов. Это делает нагрев стали выше 700 ° C более сложной задачей для систем индукционного нагрева. Тот факт, что медь и алюминий являются немагнитными и очень хорошими электрическими проводниками, также может затруднить эффективное нагревание этих материалов. (Мы увидим, что для этих материалов лучше всего увеличить частоту, чтобы преувеличить потери из-за скин-эффекта.)

Для чего используется индукционный нагрев?

Индукционный нагрев может использоваться для любого применения, где мы хотим нагревать электропроводящий материал чистым, эффективным и контролируемым образом.

Одно из наиболее распространенных применений — запечатывание защитных пломб, приклеенных к верхней части бутылок с лекарствами и напитками. Пленка из фольги, покрытая «термоклеем», вставляется в пластиковую крышку и навинчивается на верхнюю часть каждой бутылки во время производства.Эти уплотнения из фольги затем быстро нагреваются, когда бутылки проходят под индукционным нагревателем на производственной линии. Вырабатываемое тепло расплавляет клей и герметизирует фольгу на крышке бутылки. Когда крышка снята, фольга остается герметичной и предотвращает любое вмешательство или загрязнение содержимого бутылки до тех пор, пока покупатель не проткнет фольгу.

Еще одно распространенное применение — «поджиг геттера» для удаления загрязнений из вакуумированных трубок, таких как телевизионные кинескопы, вакуумные лампы и различные газоразрядные лампы.Кольцо из проводящего материала, называемое «геттером», помещается в вакуумированный стеклянный сосуд. Поскольку индукционный нагрев — это бесконтактный процесс, его можно использовать для нагрева газопоглотителя, который уже запечатан внутри емкости. Индукционная рабочая катушка расположена рядом с геттером на внешней стороне вакуумной лампы, и источник переменного тока включен. В течение нескольких секунд после запуска индукционного нагревателя газопоглотитель нагревается добела, и химические вещества в его покрытии вступают в реакцию с любыми газами в вакууме. В результате геттер поглощает любые последние оставшиеся следы газа внутри вакуумной трубки и увеличивает чистоту вакуума.

Еще одним распространенным применением индукционного нагрева является процесс, называемый зонной очисткой, используемый в промышленности по производству полупроводников. Это процесс, в котором кремний очищается с помощью движущейся зоны расплавленного материала. Поиск в Интернете обязательно найдет более подробную информацию об этом процессе, о котором я мало что знаю.

Другие области применения включают плавку, сварку и пайку металлов. Индукционные варочные панели и рисоварки. Закалка металла боеприпасов, зубьев шестерен, пильных полотен, приводных валов и т. Д. Также является обычным применением, поскольку в процессе индукции поверхность металла нагревается очень быстро.Следовательно, его можно использовать для поверхностного упрочнения и упрочнения локализованных участков металлических деталей за счет «опережения» теплопроводности тепла вглубь детали или окружающих областей. Бесконтактный характер индукционного нагрева также означает, что его можно использовать для нагрева материалов в аналитических целях без риска загрязнения образца. Точно так же металлические медицинские инструменты можно стерилизовать, нагревая их до высоких температур, пока они все еще запечатаны в известной стерильной среде, чтобы убить микробы.

Что требуется для индукционного нагрева?

Теоретически для индукционного нагрева необходимы только 3 вещи:

1. Источник высокочастотной электроэнергии,
2. Рабочая катушка для создания переменного магнитного поля,
3. Нагреваемая электрически проводящая деталь,

С учетом вышесказанного, практические системы индукционного нагрева обычно немного сложнее. Например, между высокочастотным источником и рабочей катушкой часто требуется цепь согласования импеданса, чтобы обеспечить хорошую передачу мощности.Системы водяного охлаждения также распространены в индукционных нагревателях большой мощности для отвода тепла от рабочей катушки, ее согласующей сети и силовой электроники. Наконец, некоторая управляющая электроника обычно используется для управления интенсивностью нагрева и времени цикла нагрева для обеспечения стабильных результатов. Управляющая электроника также защищает систему от повреждения в результате ряда неблагоприятных условий эксплуатации. Однако основной принцип работы любого индукционного нагревателя остается таким же, как описано ранее.

Практическая реализация

На практике рабочая катушка обычно включается в контур резонансного резервуара. Это дает ряд преимуществ. Во-первых, это делает форму волны тока или напряжения синусоидальной. Это сводит к минимуму потери в инверторе, позволяя ему использовать переключение при нулевом напряжении или при нулевом токе, в зависимости от точной выбранной компоновки. Синусоидальная форма волны на рабочей катушке также представляет более чистый сигнал и вызывает меньшие радиочастотные помехи для ближайшего оборудования.Этот более поздний момент становится очень важным в системах с большой мощностью. Мы увидим, что существует ряд резонансных схем, которые разработчик индукционного нагревателя может выбрать для рабочей катушки:

Последовательный резонансный контур резервуара

Рабочая катушка резонирует на заданной рабочей частоте с помощью конденсатора, включенного последовательно с ней. Это приводит к тому, что ток через рабочую катушку становится синусоидальным. Последовательный резонанс также увеличивает напряжение на рабочей катушке, намного превышающее выходное напряжение только инвертора.Инвертор видит синусоидальный ток нагрузки, но он должен нести полный ток, протекающий в рабочей катушке. По этой причине рабочая катушка часто состоит из множества витков провода, через которые протекают всего несколько ампер или десятки ампер. Значительная мощность нагрева достигается за счет резонансного повышения напряжения на рабочей катушке в последовательно-резонансном расположении при сохранении тока через катушку (и инвертор) на разумном уровне.

Такое расположение обычно используется в рисоварках, где уровень мощности низкий, а инвертор расположен рядом с нагреваемым объектом.Основные недостатки последовательного резонансного устройства заключаются в том, что инвертор должен пропускать тот же ток, который течет в рабочей катушке. В дополнение к этому повышение напряжения из-за последовательного резонанса может стать очень заметным, если в рабочей катушке нет заготовки значительного размера, которая могла бы демпфировать цепь. Это не проблема для таких приложений, как рисоварки, где заготовкой всегда является одна и та же варочная емкость, а ее свойства хорошо известны на момент разработки системы.

Резервуарный конденсатор обычно рассчитан на высокое напряжение из-за повышения резонансного напряжения в последовательно настроенном резонансном контуре.Он также должен пропускать полный ток, переносимый рабочей катушкой, хотя обычно это не проблема в приложениях с низким энергопотреблением.

Параллельный резонансный контур резервуара

Рабочая катушка резонирует на заданной рабочей частоте с помощью конденсатора, размещенного параллельно ей. Это приводит к тому, что ток через рабочую катушку становится синусоидальным. Параллельный резонанс также увеличивает ток через рабочую катушку, намного превышающий допустимый выходной ток только инвертора.Инвертор видит синусоидальный ток нагрузки. Однако в этом случае он должен проводить только ту часть тока нагрузки, которая действительно работает. Инвертор не должен пропускать полный ток, циркулирующий в рабочей катушке. Это очень важно, поскольку коэффициенты мощности при индукционном нагреве обычно невелики. Это свойство параллельного резонансного контура может в десять раз уменьшить ток, который должен поддерживаться инвертором и проводами, соединяющими его с рабочей катушкой.Потери проводимости обычно пропорциональны квадрату тока, поэтому десятикратное снижение тока нагрузки представляет собой значительную экономию потерь проводимости в инверторе и связанной с ним проводке. Это означает, что рабочую катушку можно разместить в месте, удаленном от инвертора, без значительных потерь в питающих проводах.

Рабочие катушки, использующие эту технику, часто состоят всего из нескольких витков толстого медного проводника, но протекают большие токи в сотни или тысячи ампер.(Это необходимо, чтобы получить необходимое количество ампер-витков для индукционного нагрева.) Водяное охлаждение является общим для всех систем, кроме самых маленьких. Это необходимо для удаления избыточного тепла, генерируемого прохождением большого высокочастотного тока через рабочую катушку и связанный с ней емкостной конденсатор.

В схеме параллельного резонансного резервуара рабочую катушку можно рассматривать как индуктивную нагрузку с подключенным к ней конденсатором «коррекции коэффициента мощности». Конденсатор PFC обеспечивает протекание реактивного тока, равного и противоположного значительному индуктивному току, потребляемому рабочей катушкой.Ключевой момент, о котором следует помнить, заключается в том, что этот огромный ток локализован в рабочей катушке и ее конденсаторе и просто представляет собой колебания реактивной мощности между ними. Следовательно, единственный реальный ток, протекающий от инвертора, — это относительно небольшая величина, необходимая для преодоления потерь в конденсаторе «PFC» и рабочей катушке. В этой цепи резервуара всегда есть некоторые потери из-за диэлектрических потерь в конденсаторе и скин-эффекта, вызывающего резистивные потери в конденсаторе и рабочей катушке. Поэтому от инвертора всегда поступает небольшой ток, даже при отсутствии заготовки.Когда деталь с потерями вставляется в рабочую катушку, это гасит параллельный резонансный контур, внося дополнительные потери в систему. Следовательно, ток, потребляемый параллельным резонансным контуром резервуара, увеличивается, когда деталь вводится в катушку.

Согласование импеданса

Или просто «Соответствие». Это относится к электронике, которая находится между источником высокочастотной энергии и рабочей катушкой, которую мы используем для нагрева. Для того, чтобы нагреть твердый кусок металла с помощью индукционного нагрева, нам нужно вызвать УДИВИТЕЛЬНЫЙ ток, протекающий по поверхности металла.Однако это можно отличить от инвертора, который вырабатывает высокочастотную энергию. Инвертор обычно работает лучше (и конструкция несколько проще), если он работает при достаточно высоком напряжении, но при низком токе. (Обычно проблемы возникают в силовой электронике, когда мы пытаемся включить и выключить большие токи за очень короткое время.) Увеличение напряжения и уменьшение тока позволяет использовать полевые МОП-транзисторы с общим переключателем (или быстрые IGBT). Сравнительно низкие токи делают инвертор менее чувствительным к проблемам компоновки и паразитной индуктивности.Задача согласующей цепи и самой рабочей катушки — преобразовывать высокое напряжение / слабый ток от инвертора в низковольтное / сильноточное, необходимое для эффективного нагрева заготовки.

Мы можем представить себе контур резервуара, включающий рабочую катушку (Lw) и ее конденсатор (Cw), как параллельный резонансный контур. Он имеет сопротивление (R) из-за того, что деталь с потерями, подключенная к рабочей катушке, из-за магнитной связи между двумя проводниками. См. Схему напротив.

На практике сопротивление рабочей катушки, сопротивление резервуарного конденсатора и отраженное сопротивление детали вносят потери в контур резервуара и гасят резонанс. Поэтому полезно объединить все эти потери в одно «сопротивление потерь». В случае параллельного резонансного контура это сопротивление потерь проявляется непосредственно в контуре резервуара в нашей модели.Это сопротивление представляет собой единственный компонент, который может потреблять реальную мощность, и поэтому мы можем рассматривать это сопротивление потерь как нагрузку, на которую мы пытаемся эффективно направить мощность.

При резонансном возбуждении ток, потребляемый емкостным конденсатором и рабочей катушкой, равны по величине и противоположны по фазе и, следовательно, компенсируют друг друга в отношении источника энергии. Это означает, что единственная нагрузка, которую видит источник питания на резонансной частоте, — это сопротивление потерь в контуре резервуара. (Обратите внимание, что при возбуждении по обе стороны от резонансной частоты существует дополнительная «противофазная» составляющая к току, вызванная неполным устранением тока рабочей катушки и тока конденсатора резервуара. Этот реактивный ток увеличивает общая величина тока, потребляемого от источника, но не способствует полезному нагреву детали.)

Задача согласующей цепи — просто преобразовать это относительно большое сопротивление потерь в цепи резервуара до более низкого значения, которое лучше подходит инвертору, пытающемуся его управлять.Существует множество различных способов достижения этого преобразования импеданса, включая отвод рабочей катушки, использование ферритового трансформатора, емкостного делителя вместо емкостного конденсатора или согласующей схемы, такой как L-образная цепь.

В случае сети L-match он может преобразовать относительно высокое сопротивление нагрузки цепи резервуара до примерно 10 Ом, что лучше подходит для инвертора. Эта цифра типична для того, чтобы инвертор мог работать от нескольких сотен вольт, сохраняя при этом токи на среднем уровне, чтобы можно было использовать стандартные переключаемые полевые МОП-транзисторы для выполнения операции переключения. Сеть L-соответствия состоит из компонентов Lm и Cm, показанных напротив.

Сеть L-match имеет несколько очень желаемых свойств в этом приложении. Катушка индуктивности на входе в L-образную схему представляет собой постепенно возрастающее индуктивное сопротивление на всех частотах, превышающих резонансную частоту контура резервуара. Это очень важно, когда рабочая катушка должна питаться от инвертора источника напряжения, который генерирует выходное напряжение прямоугольной формы.Вот объяснение, почему это так.

Напряжение прямоугольной формы, генерируемое большинством полумостовых и полномостовых схем, богато высокочастотными гармониками, а также необходимой основной частотой. Прямое подключение такого источника напряжения к параллельному резонансному контуру привело бы к протеканию чрезмерных токов на всех гармониках частоты привода! Это связано с тем, что емкостный конденсатор в параллельном резонансном контуре будет иметь все более низкое емкостное сопротивление к возрастающим частотам.Это потенциально очень опасно для инвертора источника напряжения. Это приводит к большим всплескам тока при переключениях, поскольку инвертор пытается быстро зарядить и разрядить резервуарный конденсатор на нарастающих и спадающих фронтах прямоугольной волны. Включение цепи L-соответствия между инвертором и контуром резервуара устраняет эту проблему. Теперь на выходе инвертора сначала отображается индуктивное реактивное сопротивление Lm в согласующей цепи, а все гармоники формы волны возбуждения видят постепенно возрастающее индуктивное сопротивление.Это означает, что максимальный ток протекает только на заданной частоте, а гармонический ток незначительный, что делает ток нагрузки инвертора плавным.

Наконец, при правильной настройке сеть L-match может обеспечивать небольшую индуктивную нагрузку на инвертор. Этот слегка отстающий ток нагрузки инвертора может облегчить переключение при нулевом напряжении (ZVS) полевых МОП-транзисторов в мосту инвертора. Это значительно снижает потери переключения при включении из-за выходной емкости устройства в полевых МОП-транзисторах, работающих при высоких напряжениях.Общий результат — меньший нагрев полупроводников и увеличение срока службы.

Таким образом, включение схемы L-соответствия между инвертором и параллельным резонансным контуром резервуара позволяет добиться двух вещей.

1. Согласование импеданса, чтобы необходимое количество энергии могло подаваться от инвертора к заготовке,
2. Показано возрастающее индуктивное сопротивление к высокочастотным гармоникам, чтобы инвертор оставался безопасным и счастливым.

Глядя на предыдущую схему выше, мы видим, что конденсатор в согласующей цепи (Cm) и баковый конденсатор (Cw) подключены параллельно.На практике обе эти функции обычно выполняются с помощью специального силового конденсатора. Большую часть его емкости можно представить как находящуюся в параллельном резонансе с рабочей катушкой, при этом небольшая величина обеспечивает действие согласования импеданса с согласующей катушкой индуктивности (Lm). Объединение этих двух емкостей в одну приводит нас к модели LCLR для устройство рабочей катушки, которое обычно используется в промышленности для индукционного нагрева.

Рабочая катушка LCLR

Эта схема включает рабочую катушку в параллельный резонансный контур и использует схему L-соответствия между контуром резервуара и инвертором.Согласующая цепь используется для того, чтобы контур резервуара выглядел как более подходящая нагрузка для инвертора, и ее происхождение обсуждается в разделе выше.

Рабочая катушка LCLR имеет ряд желаемых свойств:

1. В рабочей катушке течет большой ток, но инвертор должен подавать только слабый ток. Большой циркулирующий ток ограничен рабочей катушкой и ее параллельным конденсатором, которые обычно расположены очень близко друг к другу.
2. По линии передачи от инвертора к контуру резервуара протекает только сравнительно небольшой ток, поэтому для этого можно использовать более легкий кабель.
3. Любая паразитная индуктивность линии передачи просто становится частью соответствующей индуктивности сети (Лм). Следовательно, тепловая станция может быть расположена вдали от инвертора.
4. Инвертор видит синусоидальный ток нагрузки, поэтому он может использовать ZCS или ZVS для уменьшения коммутационных потерь и, следовательно, охлаждения.
5. Последовательный согласующий индуктор может быть изменен в соответствии с различными нагрузками, размещенными внутри рабочей катушки.
6. Цепь резервуара может питаться через несколько согласующих катушек индуктивности от многих инверторов для достижения уровней мощности выше тех, которые достигаются с помощью одного инвертора.Соответствующие катушки индуктивности обеспечивают внутреннее разделение тока нагрузки между инверторами, а также делают систему устойчивой к некоторому рассогласованию моментов переключения параллельно включенных инверторов.

Для получения дополнительной информации о поведении резонансной сети LCLR см. Новый раздел ниже, озаглавленный «Частотная характеристика сети LCLR».

Еще одно преимущество рабочей катушки LCLR состоит в том, что не требуется высокочастотный трансформатор для обеспечения функции согласования импеданса.Ферритовые трансформаторы мощностью несколько киловатт большие, тяжелые и довольно дорогие. В дополнение к этому, трансформатор необходимо охладить, чтобы отвести избыточное тепло, выделяемое высокими токами, протекающими в его проводниках. Включение схемы L-match в схему рабочей катушки LCLR устраняет необходимость в трансформаторе для согласования инвертора с рабочей катушкой, что снижает затраты и упрощает конструкцию. Однако разработчик должен понимать, что между инвертором и входом в рабочую катушку LCLR все же может потребоваться разделительный трансформатор 1: 1, если необходима электрическая изоляция от сети.Это зависит от того, важна ли изоляция и обеспечивает ли уже основной блок питания индукционного нагревателя достаточную электрическую изоляцию для соответствия этим требованиям безопасности.

Принципиальная схема

На приведенной ниже схеме системы показан простейший инвертор, приводящий в действие его рабочую катушку LCLR.

Обратите внимание, что эта схема НЕ ПОКАЗЫВАЕТ схему управления затвором и управляющую электронику полевого МОП-транзистора!

Инвертор в этом демонстрационном прототипе представлял собой простой полумост, состоящий из двух полевых МОП-транзисторов MTW14N50, изготовленных мной On-semiconductor (ранее Motorola.Он питается от сглаженного источника постоянного тока с разделительным конденсатором по шинам для поддержки требований инвертора по переменному току. Однако следует понимать, что качество и регулировка источника питания для приложений индукционного нагрева не являются критическими. Двухполупериодная выпрямленная (но несглаженная) сеть может работать так же, как и сглаженный и регулируемый постоянный ток, когда дело доходит до нагрева металла, но пиковые токи выше при той же средней мощности нагрева. Есть много аргументов в пользу того, чтобы уменьшить размер конденсатора шины постоянного тока до минимума.В частности, он улучшает коэффициент мощности тока, потребляемого от сети через выпрямитель, а также сводит к минимуму запасенную энергию в случае неисправности инвертора.

Конденсатор блокировки постоянного тока используется только для того, чтобы не дать выходному сигналу постоянного тока полумостового инвертора вызвать протекание тока через рабочую катушку. Его размер достаточно велик, чтобы он не участвовал в согласовании импеданса и не влиял отрицательно на работу устройства рабочей катушки LCLR.

В схемах с высокой мощностью обычно используется полный мост (H-мост) из 4 или более переключающих устройств. В таких конструкциях согласующая индуктивность обычно делится поровну между двумя ветвями моста, так что формы волны напряжения возбуждения сбалансированы относительно земли. Конденсатор блокировки постоянного тока также может быть исключен, если используется управление режимом тока, чтобы гарантировать, что чистый постоянный ток не течет между ответвлениями моста. (Если обе ветви H-моста могут управляться независимо, тогда есть возможность для управления пропускной способностью с помощью управления фазовым сдвигом.См. Пункт 6 в разделе «Методы управления мощностью» ниже для получения дополнительной информации.)

При еще более высоких мощностях можно использовать несколько отдельных инверторов, эффективно соединенных параллельно, чтобы удовлетворить высокие требования к току нагрузки. Однако отдельные инверторы не подключаются напрямую параллельно к выходным клеммам их H-мостов. Каждый из распределенных инверторов подключен к удаленной рабочей катушке через свою собственную пару согласующих катушек индуктивности, которые обеспечивают равномерное распределение общей нагрузки между всеми инверторами.

Эти согласующие катушки индуктивности также обеспечивают ряд дополнительных преимуществ при параллельном подключении инверторов таким образом. Во-первых, полное сопротивление между любыми двумя выходами инвертора равно удвоенному значению соответствующей индуктивности. Этот индуктивный импеданс ограничивает ток «пробега между», который протекает между параллельно включенными инверторами, если их моменты переключения не полностью синхронизированы. Во-вторых, такое же индуктивное реактивное сопротивление между инверторами ограничивает скорость нарастания тока повреждения, если один из инверторов обнаруживает отказ устройства, что потенциально исключает отказ других устройств.Наконец, поскольку все распределенные инверторы уже подключены через катушки индуктивности, любая дополнительная индуктивность между инверторами просто добавляет к этому импедансу и лишь немного ухудшает распределение тока. Следовательно, распределенные инверторы для индукционного нагрева не обязательно должны располагаться физически близко друг к другу. Если в конструкции включены изолирующие трансформаторы, им даже не нужно питаться от одного источника!

Отказоустойчивость

Компоновка рабочей катушки LCLR очень хорошо ведет себя при различных возможных неисправностях.

1. Обрыв цепи рабочей катушки.
2. Короткое замыкание рабочей катушки (или емкостного конденсатора).
3. Короткое замыкание в рабочей катушке.
4. Бачок конденсатора обрыва цепи.

Все эти отказы приводят к увеличению импеданса, передаваемого инвертору, и, следовательно, к соответствующему падению тока, потребляемого инвертором. Автор лично использовал отвертку для короткого замыкания между витками рабочей катушки на несколько сотен ампер. Несмотря на искры, летящие в месте короткого замыкания, нагрузка на инвертор снижается, и система с легкостью выдерживает это воздействие.

Худшее, что может случиться, — это то, что контур резервуара расстроится так, что его собственная резонансная частота будет чуть выше рабочей частоты инвертора. Поскольку частота привода все еще близка к резонансной, из инвертора все еще течет значительный ток. Но коэффициент мощности уменьшается из-за расстройки, и ток нагрузки инвертора начинает опережать напряжение. Эта ситуация нежелательна, потому что ток нагрузки, воспринимаемый инвертором, меняет направление до изменения приложенного напряжения.Результатом этого является то, что ток принудительно коммутируется между диодами свободного хода и противоположным MOSFET каждый раз, когда MOSFET включается. Это вызывает принудительное обратное восстановление диодов свободного хода, когда они уже несут значительный прямой ток. Это приводит к сильному скачку тока через диод и противоположный MOSFET, который включается.

Хотя это не проблема для специальных выпрямителей с быстрым восстановлением, это принудительное восстановление может вызвать проблемы, если внутренние диоды полевых МОП-транзисторов используются для обеспечения функции диодов свободного хода.Эти большие всплески тока по-прежнему представляют собой значительную потерю мощности и угрозу для надежности. Однако следует понимать, что надлежащий контроль рабочей частоты инвертора должен гарантировать, что он отслеживает резонансную частоту контура резервуара. Следовательно, условие опережающего коэффициента мощности в идеале не должно возникать и определенно не должно сохраняться в течение какого-либо периода времени. Резонансную частоту следует отслеживать до ее предела, а затем отключать систему, если она выходит за пределы допустимого диапазона частот.

Методы регулирования мощности

Часто желательно контролировать количество энергии, обрабатываемой индукционным нагревателем. Это определяет скорость, с которой тепловая энергия передается заготовке. Установкой мощности индукционного нагревателя этого типа можно управлять несколькими способами:

1. Изменение напряжения промежуточного контура.

Мощность, обрабатываемая инвертором, может быть уменьшена путем уменьшения напряжения питания инвертора.Это можно сделать, запустив инвертор от источника постоянного тока с переменным напряжением, такого как управляемый выпрямитель, использующий тиристоры для изменения напряжения питания постоянного тока, получаемого от сети. Импеданс инвертора в значительной степени постоянен при изменении уровня мощности, поэтому пропускная способность инвертора примерно пропорциональна квадрату напряжения питания. Изменение напряжения промежуточного контура позволяет полностью контролировать мощность от 0% до 100%.

Следует отметить, однако, что точная пропускная способность мощности в киловаттах зависит не только от напряжения питания постоянного тока на инвертор, но также от нагрузки, которую рабочая катушка представляет инвертору через согласующую сеть.Следовательно, если требуется точное регулирование мощности, необходимо измерить фактическую мощность индукционного нагрева, сравнить с запрошенной «настройкой мощности» от оператора и вернуть сигнал ошибки, чтобы непрерывно регулировать напряжение промежуточного контура в замкнутом контуре, чтобы минимизировать ошибку. . Это необходимо для поддержания постоянной мощности, поскольку сопротивление детали значительно изменяется при нагревании. (Этот аргумент для управления мощностью с обратной связью также применим ко всем методам, которые следуют ниже.)

2.Изменение продолжительности включения устройств в инверторе.

Мощность, обрабатываемая инвертором, может быть уменьшена за счет сокращения времени включения переключателей в инверторе. Электропитание поступает на рабочую катушку только тогда, когда устройства включены. Затем ток нагрузки свободно проходит через диоды на корпусе устройства в течение мертвого времени, когда оба устройства выключены. Изменение продолжительности включения переключателей позволяет полностью контролировать мощность от 0% до 100%. Однако существенным недостатком этого метода является коммутация больших токов между активными устройствами и их свободными диодами.Принудительное обратное восстановление диодов свободного хода, которое может произойти при значительном уменьшении продолжительности включения. По этой причине регулирование продолжительности включения обычно не используется в инверторах с индукционным нагревом большой мощности.

3. Изменение рабочей частоты инвертора.

Мощность, подаваемая инвертором на рабочую катушку, может быть уменьшена путем отстройки инвертора от собственной резонансной частоты цепи резервуара, включающей рабочую катушку. Поскольку рабочая частота инвертора отодвигается от резонансной частоты контура резервуара, резонансный рост в контуре резервуара уменьшается, и ток в рабочей катушке уменьшается.Следовательно, меньше циркулирующего тока индуцируется в заготовке и уменьшается эффект нагрева.

Для уменьшения пропускной способности инвертор обычно расстраивается на стороне высокого напряжения собственной резонансной частоты контуров резервуара. Это приводит к тому, что индуктивное реактивное сопротивление на входе согласующей цепи становится все более доминирующим с увеличением частоты. Поэтому ток, потребляемый от инвертора согласующей цепью, начинает отставать по фазе и уменьшаться по амплитуде.Оба эти фактора способствуют снижению реальной пропускной способности. В дополнение к этому запаздывающий коэффициент мощности гарантирует, что устройства в инверторе все еще включаются с нулевым напряжением на них, и нет проблем с восстановлением диодов свободного хода. (Это можно контрастировать с ситуацией, которая могла бы возникнуть, если бы инвертор был отстроен на нижней стороне резонансной частоты рабочей катушки. ZVS теряется, и диоды свободного хода видят принудительное обратное восстановление при значительном токе нагрузки.)

Этот метод управления уровнем мощности путем отстройки очень прост, поскольку большинство индукционных нагревателей уже контролируют рабочую частоту инвертора, чтобы обслуживать различные детали и рабочие катушки. Обратной стороной является то, что он обеспечивает только ограниченный диапазон управления, поскольку есть предел скорости переключения силовых полупроводников. Это особенно верно в приложениях с высоким энергопотреблением, где устройства могут уже работать со скоростью, близкой к максимальной.Системы большой мощности, использующие этот метод управления мощностью, требуют подробного теплового анализа результатов коммутационных потерь на разных уровнях мощности, чтобы гарантировать, что температура устройств всегда остается в допустимых пределах.

Для получения более подробной информации об управлении мощностью с помощью расстройки см. Новый раздел ниже, озаглавленный «Частотная характеристика сети LCLR».

4. Изменение значения индуктивности в согласующей цепи.

Мощность, подаваемая инвертором на рабочую катушку, может быть изменена путем изменения значения соответствующих компонентов сети.Схема L-соответствия между инвертором и цепью резервуара технически состоит из индуктивной и емкостной частей. Но емкостная часть параллельна собственному емкостному конденсатору рабочей катушки, и на практике это обычно одна и та же часть. Поэтому единственная часть согласующей цепи, которую можно настроить, — это индуктор.

Согласующая цепь отвечает за преобразование импеданса нагрузки рабочей катушки до подходящего импеданса нагрузки, который будет приводиться в действие инвертором.Изменение индуктивности соответствующей катушки индуктивности регулирует значение, на которое преобразуется импеданс нагрузки. Как правило, уменьшение индуктивности согласующей катушки индуктивности приводит к преобразованию полного сопротивления рабочей катушки до более низкого импеданса. Это более низкое сопротивление нагрузки, передаваемое инвертору, приводит к тому, что инвертор получает больше энергии. И наоборот, увеличение индуктивности согласующей катушки индуктивности вызывает более высокое сопротивление нагрузки, передаваемое инвертору. Эта более легкая нагрузка приводит к меньшему потоку мощности от инвертора к рабочей катушке.

Степень управления мощностью, достижимая путем изменения согласующей катушки индуктивности, умеренная. Также происходит сдвиг резонансной частоты всей системы — это цена, которую приходится платить за объединение емкости L-согласования и емкости резервуара в одну единицу. Схема L-согласования по существу заимствует часть емкости у емкостного конденсатора для выполнения операции согласования, тем самым оставляя баковый контур резонировать на более высокой частоте. По этой причине соответствующий индуктор обычно фиксируется или регулируется грубыми шагами в соответствии с предназначенной нагреваемой заготовкой, а не предоставляет пользователю полностью регулируемую настройку мощности.

5. Трансформатор согласования импеданса.

Мощность, подаваемая инвертором на рабочую катушку, может изменяться грубыми шагами с помощью силового ВЧ трансформатора с ответвлениями для преобразования импеданса. Хотя большая часть преимуществ конструкции LCLR заключается в отсутствии громоздкого и дорогостоящего ферритового силового трансформатора, она может учитывать большие изменения в параметрах системы, не зависящие от частоты. Ферритовый силовой трансформатор может также обеспечивать гальваническую развязку, а также выполнять функцию преобразования импеданса для настройки пропускной способности.

Кроме того, если ферритовый силовой трансформатор расположен между выходом инвертора и входом в схему L-согласования, его конструктивные ограничения во многих отношениях ослабляются. Во-первых, размещение трансформатора в этом положении означает, что импедансы на обеих обмотках относительно высоки. т.е. напряжения высокие, а токи сравнительно небольшие. Для этих условий проще сконструировать обычный ферритовый силовой трансформатор. Большой циркулирующий ток в рабочей катушке не попадает в ферритовый трансформатор, что значительно снижает проблемы с охлаждением.Во-вторых, хотя трансформатор воспринимает прямоугольное выходное напряжение инвертора, по его обмоткам проходят токи синусоидальной формы. Отсутствие высокочастотных гармоник снижает нагрев трансформатора из-за скин-эффекта и эффекта близости проводников.

Наконец, конструкция трансформатора должна быть оптимизирована для обеспечения минимальной межобмоточной емкости и хорошей изоляции за счет увеличения индуктивности рассеяния. Причина этого в том, что любая индуктивность рассеяния трансформатора, расположенного в этом положении, просто добавляет к согласующей индуктивности на входе в L-образную схему.Следовательно, индуктивность рассеяния в трансформаторе не так вредна для рабочих характеристик, как межобмоточная емкость.

6. Фазовое управление H-мостом.

Когда рабочая катушка приводится в действие полномостовым (H-мостовым) инвертором с питанием по напряжению, существует еще один метод управления мощностью. Если моментами переключения обеих ветвей моста можно управлять независимо, это открывает возможность управления пропускной способностью мощности путем регулировки фазового сдвига между двумя ветвями моста.

Когда обе ветви моста переключаются точно по фазе, они обе выдают одинаковое напряжение. Это означает, что на рабочей катушке нет напряжения и ток не течет через рабочую катушку. И наоборот, когда обе ветви моста переключаются в противофазе, через рабочую катушку протекает максимальный ток и достигается максимальный нагрев. Уровни мощности от 0% до 100% могут быть достигнуты путем изменения фазового сдвига привода одной половины моста от 0 градусов до 180 градусов по сравнению с приводом другой ветви моста.

Этот метод очень эффективен, поскольку управление мощностью может быть достигнуто на стороне управления меньшей мощностью. Коэффициент мощности, наблюдаемый инвертором, всегда остается хорошим, потому что инвертор не отстроен от резонансной частоты рабочей катушки, поэтому протекание реактивного тока через свободные диоды сводится к минимуму.

Конденсаторы индукционного нагрева

Требования к конденсаторам, используемым в индукционном нагреве большой мощности, пожалуй, самые высокие из всех типов конденсаторов.Конденсаторная батарея, используемая в цепи резервуара индукционного нагревателя, должна пропускать полный ток, протекающий в рабочей катушке в течение продолжительных периодов времени. Этот ток обычно составляет многие сотни ампер при многих десятках или сотнях килогерц. Они также подвергаются повторному 100% -ному изменению напряжения на той же частоте. и посмотрите полное напряжение, развиваемое на рабочей катушке. Высокая рабочая частота вызывает значительные потери из-за нагрева диэлектрика и скин-эффекта в проводниках. Наконец, паразитная индуктивность должна быть сведена к абсолютному минимуму, чтобы конденсатор выглядел как элемент схемы с сосредоточенными параметрами по сравнению с достаточно низкой индуктивностью рабочей катушки, к которой он подключен.

Правильный выбор диэлектриков и использование расширенных методов изготовления фольги позволяют свести к минимуму количество выделяемого тепла и свести к минимуму эффективную последовательную индуктивность. Однако даже при использовании этих технологий конденсаторы индукционного нагрева по-прежнему демонстрируют значительное рассеивание мощности из-за огромных высокочастотных токов, которые они должны нести. Поэтому важным фактором в их конструкции является возможность эффективного отвода тепла из конденсатора для продления срока службы диэлектрика.

Следующие производители производят специальные компоненты:

High Energy Corp.(Дистрибьютором в Великобритании является AMS Technologies.)

Компоненты Vishay.

Силовые конденсаторы Celem. базируется в Израиле.

Диапазон мощных конденсаторов индукционного нагрева от High Energy Corp.

Слюдяной конденсатор высокой мощности с кондуктивным охлаждением от Celem Power Capacitors. Celem
(изображения любезно предоставлены Стивом Коннером)

Обратите внимание на большую площадь поверхности соединительных пластин на компонентах Celem с кондуктивным охлаждением и номинальную реактивную мощность (KVAR), указанную на паспортной табличке.Изображенные выше силовые агрегаты в алюминиевых корпусах имеют соединения для шлангов водяного охлаждения для отвода тепла, генерируемого внутри.

Частотная характеристика сети LCLR

Сеть LCLR представляет собой резонансную систему 3-го порядка, состоящую из двух катушек индуктивности, одного конденсатора и одного резистора. На приведенном ниже графике Боде показано, как некоторые напряжения и токи в сети изменяются при изменении частоты привода. ЗЕЛЕНЫЕ дорожки представляют ток, проходящий через согласующую катушку индуктивности, и, следовательно, ток нагрузки, воспринимаемый инвертором.КРАСНЫЕ линии представляют собой напряжение на баке конденсатора, которое совпадает с напряжением на рабочей катушке индукционного нагрева. Верхний график показывает величины переменного тока этих двух величин, а нижний график показывает относительную фазу сигналов относительно выходного переменного напряжения инвертора.

Из амплитудной части графика Боде видно, что максимальное напряжение создается на рабочей катушке (верхняя красная кривая) только на одной частоте. На этой частоте ток через рабочую катушку также максимален, и на этой частоте проявляется наибольший эффект нагрева.Можно видеть, что эта частота соответствует максимальному току нагрузки, потребляемому от инвертора (верхняя зеленая кривая). Стоит отметить, что величина тока нагрузки инвертора имеет нулевое значение при частоте, лишь немного меньшей, чем та, которая дает максимальный нагрев. . Этот график показывает важность точной настройки при использовании индукционного нагрева. Для системы с высокой добротностью эти две частоты очень близки друг к другу. Разница между максимальной мощностью и минимальной мощностью может составлять всего несколько килогерц.

На нижнем графике видно, что для частот ниже точки максимальной мощности напряжение рабочей катушки (зеленый) синфазно с выходным напряжением инвертора. По мере увеличения рабочей частоты фазовый угол напряжения рабочей катушки резко изменяется на 180 градусов (инверсия фазы) прямо в точке, где обрабатывается максимальная мощность. При этом фазовый угол напряжения рабочей катушки остается смещенным на 180 градусов от выходного напряжения инвертора для всех частот выше точки максимальной мощности.

Из нижнего графика мы также можем видеть, что ток нагрузки от инвертора демонстрирует не одно, а два резких изменения фазы по мере постепенного увеличения рабочей частоты. Изначально ток нагрузки инвертора отстает от выходного напряжения инвертора на 90 градусов на низких частотах. Ток нагрузки резко изменяется на 180 градусов до опережения фазы 90 градусов, когда рабочая частота проходит через «нулевую частоту» сети. Инверторный ток остается опережающим на 90 градусов, пока не будет достигнута точка максимальной мощности, где он снова резко поворачивается на 180 градусов и снова возвращается к фазе запаздывания на 90 градусов.

Если учесть, что только ток на выходе инвертора, который синфазен с выходным напряжением, способствует передаче реальной мощности, мы можем видеть, что эти резкие переходы от -90 градусов к +90 градусов явно нуждаются в более подробном рассмотрении.

График Боде выше более подробно показывает интересующую область вокруг нулевой частоты и точки максимальной мощности. Он также показывает семейство кривых, изображающих поведение контура индукционного нагревателя с различными присутствующими деталями.Это позволяет нам понять, как сеть ведет себя с большой заготовкой с потерями, при отсутствии заготовки вообще и со всеми промежуточными нагрузками.

Без установленной детали потери низкие, а добротность высокая. Это приводит к резким скачкам токов и напряжений на верхнем графике и резко изменяющимся фазовым сдвигам на нижнем графике. Когда вводится деталь с потерями, общая добротность сети LCLR падает. Это вызывает менее резонансный рост тока нагрузки инвертора и напряжения на рабочей катушке.Резонансные пики становятся менее высокими и шире с уменьшением добротности. Точно так же фаза формы волны тока инвертора и напряжение рабочей катушки меняются медленнее при более низких значениях добротности.

Из этих графиков мы можем вывести некоторые значения для любой системы управления, которая должна отслеживать резонансную частоту расположения LCLR и управлять пропускной способностью мощности. Во-первых, когда нет заготовки, в цепи LCLR возникает на больше резонансного подъема. Следовательно, ток, подаваемый от инвертора, должен быть уменьшен, чтобы предотвратить резкое увеличение токов рабочей катушки и резервуарного конденсатора при отсутствии каких-либо значительных потерь в системе.Во-вторых, ток нагрузки инвертора без нагрузки должен отслеживаться очень точно, если инвертор не должен видеть ни опережающий, ни запаздывающий ток нагрузки, потому что он так быстро нарастает на ноль градусов.

И наоборот, мы можем сказать, что с большой заготовкой с потерями, будет меньше резонансного подъема, присущего расположению LCLR, и инвертор должен будет подавать больший ток нагрузки, чтобы достичь необходимого уровня тока в рабочей катушке. Однако управляющей электронике теперь не нужно так точно отслеживать резонансную частоту, поскольку уменьшенная добротность дает ток нагрузки, который смещает фазу более неторопливо.

Наконец, при рассмотрении стратегии автоматического управления для отслеживания резонансной частоты индукционного нагревателя LCLR следует рассмотреть ряд моментов, которые следует учитывать на графике выше. Для материалов заготовок с очень большими потерями (или больших объемов металла, которые приводят к значительным общим потерям) мы можем видеть, что фаза тока нагрузки инвертора (нижний зеленый график) иногда не может перейти через ноль градусов к опережающей фазе. Это означает, что ток нагрузки инвертора при высоких нагрузках не может быть синфазным и всегда отстает на определенную величину.Кроме того, ток нагрузки инвертора не является монотонным при качании частоты. Поэтому прямая обратная связь от трансформатора тока (ТТ) на выходе инвертора не является жизнеспособным вариантом. Хотя может показаться, что он работает нормально без установленной детали или только с умеренными нагревательными нагрузками, он не отслеживает правильно резонансную частоту и не сможет работать удовлетворительно при увеличении рабочей нагрузки и падении Q сети! (Прямая обратная связь от выходного тока инвертора с использованием трансформатора тока для формирования автономного генератора мощности приводит к конструкции, которая колеблется при низкой нагрузке, но выходит из автоколебания при увеличении рабочей нагрузки.)

Напротив, мы можем видеть, что фаза напряжения рабочей катушки (и напряжения конденсатора емкости) (нижний красный график) является монотонной с увеличением частоты. Кроме того, он постоянно проходит через точку запаздывания по фазе -90 градусов точно на той частоте, которая дает максимальную мощность, независимо от того, насколько сильно загружена рабочая катушка. Эти два достоинства делают форму волны напряжения емкостного конденсатора отличной регулируемой переменной. В заключение, частота инвертора должна регулироваться таким образом, чтобы обеспечить постоянное запаздывание в 90 градусов между напряжением емкостного конденсатора и выходным напряжением инвертора для достижения максимальной пропускной способности. Теперь мы можем обозначить некоторые интересующие области на диаграмме Боде ниже.

Белая вертикальная линия указывает частоту, при которой напряжение на баке конденсатора (а также напряжение рабочей катушки) отстает от выходного напряжения инвертора на 90 градусов. Это также точка, где на рабочей катушке возникает максимальное напряжение, а через нее протекает максимальный ток. Белая линия — это то место, где вы хотите достичь максимально возможного теплового эффекта в заготовке. Если мы посмотрим на фазу тока нагрузки инвертора (нижний зеленый график), мы увидим, что она всегда находится в диапазоне от 0 градусов до -90 градусов, когда он пересекает белую линию, независимо от того, насколько резко или медленно он поворачивается.Это означает, что инвертор всегда видит ток нагрузки, который либо синфазен, либо, в худшем случае, немного отстает по коэффициенту мощности. Такая ситуация идеальна для поддержки мягкого переключения ZVS в инверторе и предотвращения проблем с обратным восстановлением диодов свободного хода.

Справа от белой линии мы видим область, заштрихованную синим цветом, с надписью «Область индуктивной нагрузки». Когда рабочая частота увеличивается выше точки максимальной мощности, напряжение на рабочей катушке уменьшается, и в детали создается меньший эффект нагрева.Ток нагрузки инвертора также падает и начинает отставать по фазе относительно выходного напряжения инвертора. Эти свойства делают область, заштрихованную синим цветом, идеальным местом для работы с целью достижения контроля над мощностью индукционного нагрева. Путем расстройки частоты привода инвертора в сторону высокого значения точки максимальной мощности можно снизить пропускную способность, и инвертор всегда видит запаздывающий коэффициент мощности.

И наоборот, слева от белой линии у нас есть полоса частот, обозначенная как «Область емкостной нагрузки».«По мере того, как рабочая частота снижается ниже точки максимальной мощности, напряжение рабочей катушки также падает и имеет место меньший эффект нагрева. Однако это сопровождается тем, что ток нагрузки инвертора, возможно, переходит в опережающий фазовый угол, когда потери в заготовке низкие. и высокий коэффициент Q. Это нежелательно для многих твердотельных инверторов, так как ведущий ток нагрузки вызывает потерю ZVS и приводит к принудительному обратному восстановлению безынерционных диодов, вызывая повышенные коммутационные потери и выбросы напряжения.Поэтому область емкостной нагрузки не рекомендуется для управления пропускной способностью.

Вертикальная фиолетовая линия отмечает другой конец области емкостной нагрузки, где ток нагрузки инвертора снова переходит в отстающий «индуктивный» ток нагрузки. Эта вторая индуктивная область не представляет особого интереса, поскольку она не обеспечивает значительной пропускной способности мощности и в любом случае не может быть достигнута без прохождения через потенциально опасную область емкостной нагрузки. Когда сеть LCLR управляется напряжением прямоугольного преобразователя, также существует риск значительного протекания тока на гармонике частоты привода.Здесь он отмечен на схеме только для полноты картины.

Примечание: Фаза напряжения емкостного конденсатора была предложена в качестве регулирующей переменной и подробно обсуждалась на графиках выше. Это связано с тем, что это напряжение может быть легко измерено с помощью высокочастотного трансформатора напряжения и обеспечивает всю необходимую управляющую информацию. Несмотря на то, что он демонстрирует сдвиг фазы на 90 градусов относительно выходного напряжения инвертора (что на первый взгляд может показаться нежелательным), он по-прежнему является лучшей управляющей переменной, чем попытка измерить ток емкостного конденсатора.Хотя ток резервуарного конденсатора синфазен с выходным сигналом инвертора, этот ток может составлять многие сотни ампер, что делает использование ферритовых трансформаторов тока с закрытым сердечником непрактичным. Кроме того, фазовый сдвиг на 90 градусов формы волны напряжения емкостного конденсатора означает, что его переходы через ноль намеренно смещены во времени в сторону от потенциально шумных моментов переключения инвертора. Этот фазовый сдвиг на -90 градусов сигнала обратной связи по напряжению может быть учтен в конструкции управляющей электроники и является небольшой платой за упрощенное считывание и повышенную помехозащищенность.

Требования к охлаждению

# Добавить сюда отзыв про водяное охлаждение #

Нагревательные картинки

Формы сигналов

Здесь показана форма выходного тока инвертора при возбуждении рабочей катушки LCLR близко к его резонансной частоте.Эта точка соответствует максимальной мощности и, следовательно, максимальному тепловому эффекту. Обратите внимание на то, что ток нагрузки инвертора представляет собой почти чистую синусоиду.

Здесь показана форма выходного тока инвертора при возбуждении рабочей катушки LCLR, значительно превышающей ее собственную резонансную частоту. Эта рабочая точка снижает мощность и тепловой эффект. На частотах выше собственной резонансной частоты рабочей катушки LCLR преобладает индуктивное реактивное сопротивление согласующей цепи, и ток нагрузки инвертора отстает от приложенного напряжения.Обратите внимание на треугольный ток нагрузки, вызванный индуктивной нагрузкой, интегрирующей выходное прямоугольное напряжение инвертора с течением времени.

Показывает напряжение на рабочей катушке при нормальной работе при приближении к резонансу. Обратите внимание, что форма волны напряжения представляет собой чистую синусоиду. Это также верно для формы сигнала тока и сводит к минимуму гармоническое излучение и радиочастотные помехи. В этом случае напряжение на рабочей катушке также выше, чем напряжение шины постоянного тока, подаваемое на инвертор.Оба эти свойства объясняются высокой добротностью контура индукционного нагревателя.

Показывает выходное напряжение инвертора, когда он неправильно настроен на частоту, которая ниже собственной резонансной частоты рабочей катушки. Обратите внимание на очень быстрое время нарастания и спада прямоугольной волны, сопровождающееся чрезмерным выбросом напряжения и звоном. Все это связано с принудительным обратным восстановлением корпусных диодов полевого МОП-транзистора при сохранении этого нежелательного режима работы.(Выбросы и звонки возникают из-за всплесков тока обратного восстановления, возбуждающих ударную паразитную индуктивность в схеме инвертора в паразитные колебания.)

Показывает выходное напряжение инвертора, когда он настроен немного выше собственной резонансной частоты рабочей катушки. Обратите внимание на то, что времена нарастания и спада прямоугольной волны более контролируемы, а выбросы или звонки сравнительно небольшие. Это связано с переключением нулевого напряжения (ZVS), которое происходит, когда инвертор работает в этом благоприятном рабочем режиме.

Показывает выходное напряжение инвертора, когда он точно настроен на резонансную частоту рабочей катушки. Хотя в этой ситуации фактически достигается максимальная пропускная способность, она не совсем обеспечивает переключение при нулевом напряжении полевых МОП-транзисторов. Обратите внимание на маленькие выемки на нарастающем и спадающем фронтах сигнала напряжения. Это происходит из-за того, что средняя точка опоры моста не была полностью коммутирована с противоположной шиной питания в течение мертвого времени перед включением следующего полевого МОП-транзистора.На практике небольшое индуктивное реактивное сопротивление инвертора помогает обеспечить требуемый коммутирующий ток и достичь ZVS. По этой причине ситуация, описанная для предыдущей фотографии, предпочтительнее точной настройки.

Вернуться на главную страницу

Ih45AB 35KW 30-80KHz Индукционный нагреватель / печь для плавления и ковки

Примечание. Эта модель доступна только с трехфазным напряжением 460-480 Вольт.

Среднечастотные индукционные нагреватели серии International IH разработаны для работы в диапазоне от 30 до 80 кГц.Среднечастотные нагреватели отлично подходят для нагрева мелких деталей, резки, пайки алмазным инструментом, пайки медной сантехнической арматуры, термообработки автомобильных деталей, отжига контейнеров из нержавеющей стали и многого другого.

Среднечастотные индукционные нагреватели самые простые по конструкции и исполнению. Благодаря низкой стоимости владения и обслуживания они являются самыми популярными и надежными машинами. Модели мощностью 15 кВт особенно популярны благодаря своей большой мощности и малой занимаемой площади по доступной цене.Это делает их стандартным оборудованием для многих заводов, лабораторий и мастерских, где имеется 230 В переменного тока.

Основные принципы индукционного нагрева применяются в производстве с 1920-х годов. Во время Второй мировой войны технология быстро развивалась, чтобы удовлетворить насущные потребности военного времени в быстром и надежном процессе упрочнения металлических деталей двигателя. В последнее время акцент на бережливых производственных технологиях и упор на улучшенный контроль качества привели к новому открытию индукционной технологии, наряду с разработкой полностью контролируемых твердотельных индукционных источников питания.Что делает этот метод нагрева таким уникальным? В наиболее распространенных методах нагрева к металлической части непосредственно прикладывают горелку или открытое пламя. Но при индукционном нагреве тепло фактически «индуцируется» внутри самой детали за счет циркулирующих электрических токов. Поскольку тепло передается продукту посредством электромагнитных волн, деталь никогда не вступает в прямой контакт с пламенем, сам змеевик не нагревается, и продукт не загрязняется. При правильной настройке процесс становится очень повторяемым и управляемым.

КАК ДЕЙСТВУЕТ ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВ

Как именно работает индукционный нагрев? Это помогает получить базовое представление о принципах электричества. Когда переменный электрический ток подается на первичную обмотку трансформатора, создается переменное магнитное поле. Согласно закону Фарадея, если вторичная обмотка трансформатора находится в магнитном поле, индуцируется электрический ток.

В базовой установке индукционного нагрева твердотельный высокочастотный источник питания передает переменный ток через медную катушку, а нагреваемая часть помещается внутри катушки.Катушка служит первичной обмоткой трансформатора, а нагреваемая часть становится вторичной обмоткой короткого замыкания. Когда металлическая деталь помещается в индукционную катушку и попадает в магнитное поле, внутри детали индуцируются циркулирующие вихревые токи. Эти вихревые токи текут против удельного электрического сопротивления металла, генерируя точное и локализованное тепло без какого-либо прямого контакта между деталью и катушкой.

ВАЖНЫЕ ФАКТОРЫ, КОТОРЫЕ СЛЕДУЕТ УЧИТАТЬ
Эффективность системы индукционного нагрева для конкретного применения зависит от нескольких факторов: характеристик самой детали, конструкции индукционной катушки, мощности источника питания и степени нагрева. изменение температуры, необходимое для применения.

МЕТАЛЛ ИЛИ ПЛАСТИК
Во-первых, индукционный нагрев работает напрямую только с проводящими материалами, обычно с металлами. Пластмассы и другие непроводящие материалы часто можно нагревать косвенно, сначала нагревая проводящий металлический приемник, который передает тепло непроводящему материалу.

МАГНИТНЫЙ ИЛИ НЕМАГНИТНЫЙ
Магнитные материалы легче нагревать. Помимо тепла, вызванного вихревыми токами, магнитные материалы также выделяют тепло за счет так называемого эффекта гистерезиса.Во время процесса индукционного нагрева магниты, естественно, оказывают сопротивление быстро меняющимся электрическим полям, и это вызывает достаточное трение, чтобы обеспечить вторичный источник тепла. Этот эффект перестает проявляться при температурах выше «точки Кюри» — температуры, при которой магнитный материал теряет свои магнитные свойства. Относительное сопротивление магнитных материалов оценивается по шкале «проницаемости» от 100 до 500; в то время как немагнитные материалы имеют проницаемость 1, магнитные материалы могут иметь проницаемость до 500.

ТОЛЩАЯ ИЛИ ТОЛЩАЯ
В случае токопроводящих материалов около 80% теплового эффекта происходит на поверхности или «коже» детали; интенсивность нагрева уменьшается по мере удаления от поверхности. Таким образом, маленькие или тонкие детали обычно нагреваются быстрее, чем большие толстые, особенно если большие детали необходимо нагреть полностью. Исследования показали взаимосвязь между глубиной проникновения нагрева и частотой переменного тока. Частоты от 100 до 400 кГц производят относительно высокоэнергетическое тепло, идеально подходящее для быстрого нагрева небольших деталей или поверхности / кожи больших деталей.Было показано, что для глубокого проникающего тепла наиболее эффективными являются более длительные циклы нагрева с частотой от 5 до 30 кГц.

СОПРОТИВЛЕНИЕ
Если вы используете один и тот же индукционный процесс для нагрева двух кусков стали и меди одинакового размера, результаты будут совершенно разными. Почему? Сталь — наряду с углеродом, оловом и вольфрамом — имеет высокое электрическое сопротивление. Поскольку эти металлы сильно сопротивляются току, быстро накапливается тепло. Металлы с низким удельным сопротивлением, такие как медь, латунь и алюминий, нагреваются дольше.Удельное сопротивление увеличивается с ростом температуры, поэтому очень горячая сталь будет более восприимчива к индукционному нагреву, чем холодная.

КОНСТРУКЦИЯ ИНДУКЦИОННОЙ КАТУШКИ
Именно внутри индукционной катушки создается переменное магнитное поле, необходимое для индукционного нагрева, посредством протекания переменного тока. Таким образом, конструкция змеевика — один из наиболее важных аспектов всей системы. Хорошо спроектированная катушка обеспечивает правильный режим нагрева для вашей детали и максимизирует эффективность источника питания индукционного нагрева, при этом позволяя легко вставлять и извлекать деталь.

Индукционные катушки обычно изготавливаются из медных трубок — очень хороших проводников тепла и электричества — диаметром от 1/8 дюйма до 3/16 дюйма; более крупные медные змеевики в сборе предназначены для таких применений, как нагрев полосы металла и нагрев труб. Индукционные змеевики обычно охлаждаются циркулирующей водой и чаще всего изготавливаются по индивидуальному заказу, чтобы соответствовать форме и размеру нагреваемой детали. Таким образом, катушки могут иметь один или несколько витков; иметь винтообразную, круглую или квадратную форму; или быть спроектированным как внутреннее (часть внутри катушки) или внешнее (часть рядом с катушкой).Существует пропорциональная зависимость между величиной протекающего тока и расстоянием между катушкой и деталью. Размещение детали близко к катушке увеличивает ток и количество тепла, индуцируемого в детали. Это соотношение называется эффективностью связи катушки.

.

No related posts.