Принцип работы в системе водяного отопления
Источником рабочего электромагнитного поля индукционного нагревателя служит индуктор, представляющий собой катушку из проводникового материала. Индуктор индукционного нагревателя подключен к источнику переменного тока высокой частоты. Внутрь катушки, где поле наиболее интенсивно, помещается металлический предмет, служащий магнитным сердечником.
Под воздействием поля индуктора в толще стального сердечника происходит намагничивание зерен структуры металла (доменов). Вектор магнитной индукции каждого домена изменяет своё направление с частотой внешнего поля. В результате индуцируются так называемые вихревые токи, быстро разогревающие металл сердечника.
Теперь представим, что роль сердечника играет стальная труба отопления, по которой движется теплоноситель. Получая энергию в результате индукционного нагрева, труба отдает тепло циркулирующей жидкости. Так происходит разогрев системы водяного отопления.
Механика
Устройства различаются между собой по оснащению, уровню, стоимости. Механика также отличается по типу. Так, для бытовых приборов в качестве подающего устройства для проволоки используется преимущественно толкающий механизм. Здесь система просто проталкивает сварочную проволоку в рукав, что иногда может вызывать замятия.
Тянущий механизм расположен в ручке горелки, и им оснащаются модели среднего ценового диапазона. Проволока тянется или из катушки, расположенной в корпусе, или из небольшой, которая может устанавливаться в рукоятке.
Также существует толкающе-тянущий привод. Им оснащаются преимущественно дорогие, профессиональные модели. Здесь два устройства работают синхронно.
Что касается проволоки, то большинство и профессионального, и любительского оборудования может работать с проволокой от 0,6 до 1 мм. Также выделяют сварочный полуавтомат без газа. Это очень удобная опция, ввиду цены на аргон.
Подающие механизмы могут быть укомплектованы одной или же двумя парами роликов.
Однопарные механизмы – самые популярные. Они применяются с горелками, рукав которых имеет длину до 3,25 м.
Каждый полуавтомат оснащается регулировкой скорости подачи проволоки. Существуют как ступенчатые регулировки, так и плавные. Некоторые модели подают проволоку в зависимости от напряжения.
Источник напряжения высокой частоты
Создание своими руками высокочастотного блока питания для индукционного нагревателя хоть и не относится к разряду невыполнимых задач, все же под силу далеко не каждому. И здесь на помощь может прийти готовое устройство, обычный бытовой сварочный инвертор.
Из сведений об известно, что в нем происходит формирование переменного напряжения с частотой до нескольких десятков килогерц.
То есть, сварочный инвертор представляет собой готовый мощный источник тока высокой частоты, который можно использовать для питания индуктора. Многочисленные примеры реализации этой идеи подтверждают возможность создания установки для индукционного нагрева металла из сварочного инвертора.
Принцип работы
Работа всех электронагревателей, как обычных, так и индукционных, основана на одном и том же принципе: при пропускании электрического тока через некий проводник последний начнет нагреваться.
Количество выделяемого за единицу времени тепла зависит от силы тока и величины сопротивления данного проводника – чем больше эти показатели, тем сильнее будет греться материал.
Весь вопрос в том, каким образом вызвать протекание электротока? Можно подсоединить проводник непосредственно к источнику электрической энергии, что мы и делаем, втыкая в розетку шнур от электрочайника, масляного обогревателя или, к примеру, бойлера. Но можно применить и другой способ: как оказалось, протекание электротока можно спровоцировать воздействием на проводник переменного (именно переменного!) магнитного поля. Это явление, открытое в 1831-м году М. Фарадеем, получило название электромагнитной индукции.
Тут есть одна хитрость: магнитное поле может быть и постоянным, но тогда положение находящегося в нем проводника нужно постоянно менять. При этом будет меняться количество проходящих через проводник силовых линий и их направление относительно него. Проще всего проводник в поле вращать, что и делается в современных электрогенераторах.
Принцип электромагнитной индукции
Но можно менять и параметры самого поля. С постоянным магнитом такой фокус, конечно, не пройдет, а вот с электромагнитом – вполне. Работа электромагнита, кто забыл, основана на обратном эффекте: протекающий через проводник переменный ток генерирует вокруг него магнитное поле, параметры которого (полярность и напряженность) зависят от направления тока и его величины. Для более ощутимого эффекта провод можно уложить в виде катушки.
Таким образом, меняя параметры электротока в электромагните, мы будем менять все параметры наводимого им магнитного поля, вплоть до изменения местоположения полюсов на противоположное.
И тогда это магнитное поле, действительно являющееся переменным, будет наводить электроток в любом токопроводящем материале, расположенном в его пределах. И материал при этом, понятно, будет нагреваться. На этом и основан принцип работы современных индукционных нагревателей.
Принцип индукционного нагрева
Чтобы самому сделать какое-либо устройство, надо сначала понять, как оно работает. Действие индукционных водонагревателей мы рассмотрим на примере серийных котлов российского производства Эдисон, изготавливаемых на заводе компании Сибтехномаш. Эти котлы послужат прототипом нашего будущего самодельного прибора, поскольку все элементы их конструкции находятся на виду, в отличие от аппаратов других торговых марок.
Примечание. На рынке присутствуют изделия и другого известного бренда – ВИН, но в них все детали упрятаны внутрь стального корпуса, повторить подобную конструкцию в домашних условиях будет затруднительно.
Заводской котел Эдисон представляет собой блок из нескольких нагревательных элементов индукционного типа. Каждый элемент – это стальная труба расчетного диаметра в виде змеевика, внутри которой циркулирует теплоноситель. Она опоясывает индукционную катушку, называемую индуктором, по ней протекает ток высокой частоты, создаваемый отдельно стоящим в шкафу трансформатором. В результате вокруг катушки образуется мощное электромагнитное поле, чей вектор изменяет направление с огромной частотой. Это поле нагревает металлические стенки трубы, а от них подогревается и теплоноситель.
Возникает вопрос: зачем городить столь сложную конструкцию, когда есть старые добрые ТЭНы либо простые электродные котлы? Смысл в том, чтобы избавиться от недостатков этих нагревательных элементов, сохранив достоинства. Индукционный теплогенератор прогревает воду так же быстро, как и электродный котел, но при этом его рабочая часть не подвержена разрушению. Индукционная катушка – весьма надежный элемент и не перегорит, как обычный ТЭН, так как не испытывает большой нагрузки.
Преимущества и недостатки прибора
“Плюсов” у вихревого индукционного нагревателя великое множество. Это простая для самостоятельного изготовления схема, повышенная надежность, высокий КПД, относительно низкие затраты на электроэнергию, длительный срок эксплуатации, малая вероятность возникновения поломок и т.п.
Производительность прибора может быть значительной, агрегаты этого типа успешно используются в металлургической промышленности. По скорости нагрева теплоносителя устройства этого типа уверенно соперничают с традиционными электрическими котлами, температура воды в системе быстро достигает необходимого уровня.
Во время функционирования индукционного котла нагреватель слегка вибрирует. Эта вибрация стряхивает со стенок металлической трубы известковый осадок и другие возможные загрязнения, поэтому в очистке такой прибор нуждается крайне редко. Конечно, отопительную систему следует защитить от этих загрязнений с помощью механического фильтра.
Индукционная катушка нагревает металл (трубу или куски проволоки), помещенные внутри нее, с помощью высокочастотных вихревых токов, контакт не обязателен
Постоянный контакт с водой сводит к минимуму и вероятность перегорания нагревателя, что является довольно частой проблемой для традиционных котлов с ТЭНами. Несмотря на вибрацию, котел работает исключительно тихо, дополнительная шумоизоляция в месте установки прибора не понадобится.
Еще индукционные котлы хороши тем, что они практически никогда не протекают, если только монтаж системы выполнен правильно. Это очень ценное качество для электрического отопления, так как исключает или значительно сокращает вероятность возникновения опасных ситуаций.
Отсутствие протечек обусловлено бесконтактным способом передачи тепловой энергии нагревателю. Теплоноситель с помощью описанной выше технологии можно разогреть чуть ли не до парообразного состояния.
Это обеспечивает достаточную тепловую конвекцию, чтобы стимулировать эффективное перемещение теплоносителя по трубам. В большинстве случаев отопительную систему не придется оборудовать циркуляционным насосом, хотя все зависит от особенностей и схемы конкретной системы отопления.
Иногда циркуляционный насос необходим. Установить прибор относительно несложно. Хотя для этого понадобятся некоторые навыки монтажа электроприборов и отопительных труб. Но есть у этого удобного и надежного прибора ряд недостатков, с которыми также следует считаться.
Например, котел греет не только теплоноситель, но и все окружающее его рабочее пространство. Нужно выделить для такого агрегата отдельное помещение и удалить из него все посторонние предметы. Для человека длительное пребывание в непосредственной близости от работающего котла также может быть небезопасным.
Для работы индукционным нагревателям необходим электроток. Как самоделки, так и оборудование заводского изготовления подключают к бытовой сети переменного тока
Для работы прибора необходима электроэнергия. В местностях, где свободный доступ к этому благу цивилизации отсутствует, индукционный котел будет бесполезен. Да и там, где наблюдаются частые перебои с электричеством, он продемонстрирует невысокую эффективность
При неосторожном обращении с прибором может произойти взрыв
Если перегреть теплоноситель, он превратится в пар. В результате давление в системе резко возрастет, чего трубы просто не выдержат, их разорвет. Поэтому для нормальной работы системы прибор следует снабдить как минимум манометром, а еще лучше – устройством аварийного отключения, терморегулятором и т.п.
Все это может заметно повысить стоимость самодельного индукционного котла. Хотя прибор и считается практически бесшумным, это не всегда так. Некоторые модели в силу разных причин могут все же издавать некоторые шумы. Для устройства, выполненного самостоятельно, вероятность такого исхода возрастает.
В конструкции как заводских, так и самодельных индукционных нагревателей практически нет изнашивающихся компонентов. Они долго служат и безупречно работают
Инвертор от устройства для сварки.
Формирование электромагнитного поля за пределами индуктора требует мощной катушки с большим количеством витков, да и согнуть трубу тоже дело не из лёгких. Поэтому мастера рекомендуют сделать из трубы подобие сердечника, поместив её в индукционную катушку. Вообще, корпус устройства задумывался металлическим, но, в силу малых размеров индуктора, трубу заменяют на полимерную с металлической проволокой внутри. После сбора необходимых деталей можно приступить к изготовлению индукционного котла по приведённой ниже схеме
Нужно обратить внимание на последовательность шагов, так как от соблюдения этапов зависит результат
Сначала нужно закрепить металлическую сетку на один из концов полимерной трубы, чтобы нагревательные кусочки проволоки не проваливались во время эксплуатации.
С этого же конца трубы закрепляется переходник для дальнейшего соединения с отоплением.
Далее нужно нарезать проволоку, используя кусачки. Длина кусочков варьируется от 1 до 6 см. Потом эти кусочки нужно максимально плотно уложить в трубу так, чтобы в ней не оставалось свободного пространства.
Второй конец трубы проходит те же 2 начальных этапа: установка металлической сетки и переходника. Далее начинается этап изготовления индуктора: нужно намотать медную проволоку, при этом норма витков составляет 80-90 штук. К полюсам инвертора нужно подключить концы медной проволоки.
Нужно монтировать в систему отопления циркуляционный насос (если он отсутствовал). И, наконец, подключается терморегулятор. Он обеспечивает автоматизированную работу нагревателя.
Индуктор начинает создавать электромагнитное поле после запуска инвертора. Появляются вихревые потоки, нагревающие проволоку внутри трубы, и как итог – весь теплоноситель.
Так, создание индукционного нагревателя на базе сварочного инвертора довольно несложное дело. Тем более, у данного типа обогревания есть множество плюсов, которые вытекают в эффективность, долговечность оборудования и низкие финансовые затраты
Однако нужно помнить о мерах предосторожности, чтобы не пришлось переделывать всю работу заново, подбирать качественные детали и сохранять поэтапность сборки нагревателя
Современный рынок отопительного оборудования весьма насыщен всевозможными видами котлоагрегатов. Многие эксперты сегодня советуют выполнять монтаж газового котла, так как он является эффективным способом обогрева жилища.
В таком утверждении, конечно, никто не сомневается, но что делать в том случае, когда строение расположено далеко от газовых магистралей? В таком случае, оптимальным выходом будет установка электрического оборудования для обогрева дома.
Чтобы опередить скептиков, которые читая эти строки, задумываются о постоянном подорожании электроэнергии, мы предлагаем рассмотреть такой вид электрического обогрева помещения, как индукционное отопление. Поэтому, в нашей статье мы подробно остановимся на описании вихревого индукционного нагревателя, который без особых усилий можно выполнить своими руками, применяя при этом сварочный инвертор.
Принцип действия
Теоретические разработки в области индукционных средств нагрева долгое время не могли найти практического применения, так как низкая частота не давала нужного эффекта. Существенные сдвиги появились после того как разрешилась проблема относительно выработки высокочастотных магнитных полей. После этого появилась реальная возможность применения индукционных элементах в нагревательных системах.
Конструкция типового устройства состоит из следующих деталей:
- Генератор тока. Выполняет преобразование напряжения домашней сети в высокочастотный электрический ток.
- Индуктор. Представляет собой катушку, изготовленную из медной проволоки, в которой, под действием тока образуется магнитное поле.
- Нагревательный элемент. Как правило, это отрезок металлической трубы, помещенный внутрь индуктора. Он нагревается сам и передает тепловую энергию в систему отопления.
Все эти компоненты находятся в тесном взаимодействии между собой. Ток высокой частоты, вырабатываемый генератором, попадает на индукционную катушку и превращается в электромагнитное поле. Вихревые потоки, возникающие в катушке, воздействуют на металлическую трубу, помещенную внутри, и разогревают ее. Вода, используемая в качестве теплоносителя, проходит через нагревательный элемент, нагревается и переносит тепловую энергию во всю систему отопления. Одновременно вода охлаждает нагревательный элемент, продлевая срок его эксплуатации.
Преимущества
Как было сказано выше, преимущества технологии индукционного нагрева обеспечили ее стремительное распространение. Общепризнанными достоинствами данного метода являются:
- Производительность. Подготовку к запуску аппарата и нагрев детали можно выполнить за короткий промежуток времени. Данное обстоятельство повышает производительность выполняемых работ, по сравнению с прочими методами нагрева, которые требуют длительного времени на достижение рабочей температуры.
- Качество. Промышленное применение характеризуется минимальным количеством брака. Эффект достигается благодаря направленному действию тепловой энергии. Для повышения качества готового изделия применяют специальные вакуумные камеры, которые исключают агрессивное воздействие атмосферного воздуха.
- Энергетическая эффективность. Высокая скорость работы позволяет экономить электроэнергию – нагрев поверхности происходит практически мгновенно, что отражается на себестоимости продукции.
- Автоматизация. Современное оборудование оснащают программно-вычислительными комплексами, которые позволяют добиться точных результатов работы.
- Экологичность. Технологический процесс не несет угрозы окружающей среде – отсутствуют токсичные выбросы в атмосферу либо другие вредные факторы.
Сборка и монтаж системы
В первую очередь следует определиться с сферой использования будущего устройства. Требования к простому лабораторному инвертору для индукционного нагрева и прибору для обогрева домашнего помещения, будут отличаться.
Печь для металла
Среди прочих положительных качеств метода следует отметить высокий уровень пожарной безопасности, а также простоту конструкции – сборку индукционного нагревателя своими руками из сварочного инвертора может выполнить специалист средней квалификации, разумеется, при условии наличия рабочей схемы.
Конструкция индукционной печи не отличается особой сложностью. Для сборки устройства понадобятся:
- аккумулятор на 12 В,
- обмоточный медный провод,
- конденсаторы пленочного типа,
- диоды,
- полевые транзисторы,
- радиаторы,
- кольца блока питания ПК.
Индукционный нагреватель: достоинства и недостатки
У индукционных электронагревателей имеются следующие сильные стороны:
| Вихревые токи помимо тепла генерируют еще и вибрацию, которая препятствует оседанию накипи на стенках нагревательного элемента. Вследствие этого индукционные котлы не требуют очистки. | |
| Нагревательный элемент такого котла представляет собой обычную трубу, которая разогревается вихревыми токами. В условиях перманентной циркуляции теплоносителя по трубе, она физически не может перегореть. В отличие, например, от традиционного электрического ТЭНа. Как следствие, ремонт или замена нагревательному элементу вряд ли потребуются. | |
| Даже сделанный своими руками вихревой генератор тепла герметичен. Подогрев теплоносителя происходит внутри цельнометаллического нагревательного элемента. При этом энергия транслируется нагревателю дистанционно через электромагнитное поле. Благодаря отсутствию разъемных соединений в индукционных котлах полностью исключены протечки. | |
| Индукционный котел практически бесшумный, хотя нагревательный элемент при работе может вибрировать. Но частота таких вибраций очень далека от диапазона воспринимаемых человеческим ухом звуковых волн. | |
| Конструкция обогревателя собирается из доступных и недорогих деталей, поэтому готовый прибор имеет очень низкую себестоимость. | |
| Индукционная схема нагрева воды очень эффективна, долговечна и надежна. Она позволяет даже отказаться от установки в систему циркуляционного насоса: теплоноситель будет циркулировать по трубам под действием тепловой конвекции, нагреваясь на выходе из котла практически до парообразного состояния. |
Однако, индукционный нагреватель не лишен и недостатков:
| Электромагнитное поле увеличивает температуру не только нагревательного элемента, но и других объектов окружающего пространства, в том числе и тканей тела человека. Поэтому для собственной безопасности нужно держаться от такого устройства как можно дальше. | |
| Прибор во время работы потребляет электричество, а это достаточно дорогой источник энергии. | |
| Теплоотдача нагревателя столь высока, что всегда сохраняется риск детонации прибора вследствие перегрева теплоносителя. Снизить риск подобного развития событий можно установкой датчика давления. |
Как сделать вихревой индукционный нагреватель своими руками
Порядок сборки индукционного нагревателя такой:
| 1. Берется толстостенная полимерная труба, к торцам корой монтируются два вентиля для присоединения разводки. При этом обратка должна оказаться снизу. | |
| 2. Перед установкой верхнего вентиля в трубу засыпается рубленая металлическая проволока, которая заполняет все внутреннее пространство. Рекомендуемый диаметр проволоки — 5-6 мм, длина рубленых отрезков произвольная. | |
| 3. Вокруг трубы наматывается медная проволока (не менее 90 витков). |
Вот и все, два компонента системы готовы: это индуктор — катушка из медной проволоки, и нагревательный элемент — полимерная труба, заполненная обрезками проволоки. Дело за малым — подключить их к генератору и наслаждаться результатом.
Самый доступный и дешевый генератор для индукционного нагревателя — сварочный инвертор. Медная проволока просто соединяется с его полюсами, и котел начинает работать в режиме высокочастотного переменного тока. При этом индуктор излучает электромагнитное поле, вихревые токи раскаляют обрезки проволоки, и вода в полимерной трубе закипает буквально за секунды, давая старт тепловой циркуляции в разводке.
Безусловно, индукционный нагреватель, собранный из сварочного инвертора и полимерной трубы, заполненной обрезками проволоки, вряд ли будет работать очень эффективно. Однако даже с помощью такого нагревательного прибора можно отапливать достаточно большие площади
Учитывая, что агрегат самодельный, обращаться с ним нужно очень осторожно, строго следуя рекомендациям по безопасному использованию.
Индукционный нагрев: принцип действия
Индукционный нагреватель состоит из следующих компонентов:
| Генератор переменного тока. Это специальный прибор, который преобразует 50 Гц бытовой сети в электрический ток с более высокой частотой. | Индуктор. Это цилиндрическая катушка, изготовленная из медной проволоки, именно она и генерирует электромагнитное поле. | Нагревательный элемент. Это металлическая труба или пруток, которые вводятся в электромагнитное поле. |
Составляющие индукционной системы взаимодействуют между собой следующим образом:
1. Генератор преобразует частоту электрического тока и передает модифицированную энергию катушке.
2. Индуктор принимает ток высокой частоты и преобразует его в переменное электромагнитное поле, которое меняет вектор (направление потока электромагнитных волн) с высокой частотой.
3. Нагреватель вводится в катушку или приближается к ней, в результате чего нагревается вихревыми токами. Их появление провоцируется переменным вектором электромагнитного поля.
Принцип действия индукционного нагревателя
Передача энергии в этом случае происходит почти без потерь. Поэтому индукционные нагреватели имеют максимальный КПД, а энергии хватает не только для обогрева: электромагнитная индукция активно применяется в металлургии.
Последующее использование генерируемой энергии вполне привычно: она разогревает теплоноситель, который циркулирует внутри нагревателя, имеющего трубчатую структуру. При этом теплоноситель дополнительно играет и роль охладителя, обеспечивая долгий срок службы индукционного котла даже при очень активном его использовании.
Как нетрудно заметить, схема такого прибора довольно проста. Поэтому индукционный нагреватель вполне реально сделать своими руками. Но стоит ли шкурка выделки?
