Безпрецедентни икономии, супер ефективност, невероятен експлоатационен живот и дори нов принцип на пренос на енергия. Така продавачите на индукционни котли характеризират своя продукт. Време е и ние да се присъединим към високите технологии на бъдещето и да разберем дали наистина е толкова красиво, това е индукционното отопление.
Индукционно нагряване, мухи и котлети
Нашата задача в тази статия е да разделим мухите от кюфтетата, рекламните трикове на търговците от суровата истина на живота. Нека започнем с факта, че изразът "индукционно отопление", станал популярен в интернет на хората, който съзнателно поставихме в заглавието на статията, е глупост. Това, разбира се, ще бъде за електрически индукционни бойлери, които се използват в конвенционалните системи за отопление на вода. Ще се опитаме да им дадем обективна оценка, да говорим за реалните плюсове и минуси на тези все още нови за нашия пазар отоплителни уреди.
Как работи индукционният бойлер
Специално за тези, които са броили гарвана в часовете по физика в 9 клас:
Видео за любопитни манекени: какво е електромагнитна индукция с прости думи
Структурно частта за нагряване на вода на индукционния котел е подобна на трансформатор. Неговият първи, външен контур са бобините за навиване, свързани към захранването. Вторият, вътрешен, е топлообменно устройство, в което охлаждащата течност циркулира. При подаване на напрежение бобината генерира променливо магнитно поле, в резултат на което в топлообменника се индуцират токове, което води до неговото нагряване. От метала топлинната енергия се прехвърля към вода или незамръзваща течност.
Устройството на индукционен бойлер е толкова просто, колкото пет цента. В тази връзка занаятчиите, които имат достъп до евтина елементна база, сглобяват индукционно отопление със собствените си ръце у дома. За тези, които не са достатъчно запознати с мерките за безопасност в енергетиката, не препоръчваме да повтаряте опита си: напрежението е високо, опасно!
Работата на кухненските индукционни печки се основава на същия принцип, само че самите съдове служат като вторична верига, която трябва да бъде изработена от специално подбран метал. Такива електрически печки са два пъти по-икономични от конвенционалните "палачинки" поради факта, че няма загуби при преноса на топлинна енергия от нагревателните елементи към тенджери и тигани. Високата ефективност на такива кухненски уреди привлича гражданите толкова много, че теми като „отопление с индукционна печка“ се обсъждат сериозно във форумите. Да, и някои от нашите читатели задават въпроса как да организират отопление с индукционна печка в частна къща. Ние отговаряме: теоретично това дори е възможно, но е изключително неудобно: трябва постоянно да бягате и да наливате вода в тигана, за да не изври. Освен това само кухнята ще се нагрее, ще има много пара, жалко за съдовете.
За да може бойлерът да се превърне в пълноценен отоплителен котел, той трябва да бъде оборудван с контролни устройства, които позволяват поддържане на температурата на охлаждащата течност на дадено ниво. Проста автоматизация се предлага от много производители на индукционни котли, но компетентен електротехник ще може самостоятелно да сглоби веригата.
Електрическа схема за управление на индукционен котел, свързан към линия 220 V
Същото за 380 V
Кой го е измислил
Да оставим настрана тези продавачи, които говорят за "новия принцип на пренос на енергия", който се използва уж в индукционните котли. Тези хора са откровено неграмотни или лъжат безсрамно, гледайки купувачите с невинни очи. Нека да видим колко иновации има в това устройство и кой може да се счита за негов създател.
Честта да открие електромагнитната индукция принадлежи на Майкъл Фарадей, това се случи през 1831 г. Индуктивните нагреватели надхвърлиха лабораториите през 1900 г., когато в Швеция беше пусната първата промишлена индукционна стоманена пещ. Оттогава до ден днешен такива нагреватели и пещи се използват широко в производството, но доскоро те не се използват за отопление. Разбира се, известни производители на отоплително оборудване проучиха възможността за нагряване на охлаждащата течност поради електромагнитна индукция, но използването на тази технология се счита за неподходящо. Така че малките местни предприятия, които са създали дребномащабно производство на такива устройства, са „пред останалите“. Но можем уверено да кажем: индуктивният отоплителен котел не носи нови технически идеи.
Колко икономичен е един суперикономичен бойлер
Като за начало да кажем, че отоплението на ток е първоначално най-скъпо. По отношение на разходите електрическото отопление не може да се конкурира не само с евтин природен газ и твърдо гориво, но дори и с втечнен газ и дизелово гориво. Единственият начин да намалите разходите е да инсталирате топлинен акумулатор в къщата и да я отоплявате предимно през нощта, когато има преференциална тарифа за електроенергия.
Казано по-просто, топлинният акумулатор е голям, добре изолиран резервоар с течност, който ще съхранява резерви от "евтина" нощна енергия през деня.
Продавачите твърдят, че индукционните бойлери за отопление имат фантастично висока ефективност - 100%. И това е вярно. Все пак трябва да се отбележи, че всички отоплителни електрически уреди имат абсолютно еднаква ефективност, независимо от вида им. Консумираната електрическа енергия се преобразува напълно в топлина. Трябва обаче да се има предвид, че не цялата енергия се прехвърля към топлоносителя, част от нея се разсейва от топлообменника в котелното помещение. Което по принцип няма значение, защото трябва да е топло и в пещта. Но в конвенционалните електрически котли нагревателният елемент е напълно потопен в течността и енергията на нагревателния елемент се използва по-пълно.
Ако се задълбочим в темата за спестяванията, трябва да се каже, че най-икономичният тип електрическо отопление е топъл кабел или филмови подове. По-голяма ефективност се постига благодарение на оптималното разпределение на температурата в помещението и липсата на загуби за работата на механичните устройства. За разлика от водното отопление, няма циркулационни помпи.
При отопляеми подове температурата в помещението се разпределя оптимално: краката са топли, главата е студена. Радиаторите дават обратната картина. В стая с подово отопление можете да поддържате по-ниска средна температура (и да използвате по-малко енергия), докато човекът ще се чувства дори по-комфортно от обикновено.
Заключение: по отношение на ефективността, индукционният бойлер не е по-добър и не по-лош от другите електрически уреди, предназначени за отопление, има стандартни характеристики.
Колко дълго ще издържи индукционният котел?
Производителите твърдят, че индукционният котел ще продължи най-малко четвърт век. И това може да е вярно. В устройството няма движещи се части, няма механично износване. Ако медната намотка и бобината са направени правилно, те могат да издържат много десетилетия. Сърцевината на охлаждащата течност ще бъде постоянно ерозирана от охлаждащата течност, но тъй като е направена от добра стомана и има достатъчна дебелина, тя също може да работи много дълго време. Вярно е, че предпоставка за "дълголетието" на бойлера е неговата работа в препоръчания температурен режим, а автоматизацията е отговорна за това. Можем да кажем, че потенциално индукционният котел може да служи на собствениците си без повреди много по-дълго от другите видове топлинни генератори за отопление, а реалните числа зависят само от нивото на качество, на което е направено. Ние произвеждаме и инсталираме такива бойлери не толкова отдавна, така че дългосрочната статистика за оборудването все още не е разработена.
Конвенционалните електрически котли не могат да се похвалят с такава надеждност. При постоянна работа нагревателният елемент или анодът ще издържат 10-15 години. Те се сменят лесно, но това е допълнителен разход и караница.
Вариант на схемата за отопление на частна къща, базирана на индукционен котел. 1 - шкаф с автоматично управление и защита; 2 - индукционен бойлер; 3 - хидравличен предпазен блок (манометър, клапани); 4 - спирателни вентили; 5 - циркулационна помпа; 6 - филтър; 7 - мембранен разширителен резервоар; 8 - отоплителен кръг; 9 - линия за грим и дренаж
Купете или не
И така, има ли смисъл да купувате индукционен котел за отопление? Уви, не можем да дадем категоричен отговор на този въпрос. Историите за неговата суперикономичност се оказаха мит, надеждността може да бъде висока. Може и да не е така. Безшумността, която казват, че е присъща на всички електрически нагреватели, помпата може да издаде звук. Компактността е много спорна.
На пръв поглед индукционният котел (вдясно) е много по-компактен от котела с нагревателни елементи (вляво). В случая на последното обаче има куп цялото необходимо оборудване, което ще е необходимо и за индукция. И не е факт, че разположен на случаен принцип, той няма да заема повече място на стената.
В противен случай не виждаме предимствата на индукционния котел пред конвенционалните. Но има недостатък: струва повече. Или, по-точно, искат повече пари. Освен това един добър нагревателен котел за парите си е балансирано устройство, напълно готово за монтаж и работа. И индукционният нагревател все още трябва да бъде оборудван с допълнително оборудване. Според нас търговците и продавачите, представяйки ни обикновен продукт като изключителен, се опитват да „премахнат чиповете“. Вземете повече печалба от други продукти. Все пак вече се очерта тенденция на спад в цените и може да се очаква, че през следващите няколко години ще се установят справедливи цени за индукционните котли. Или просто спират да ги правят.
Ако обмисляте да закупите индукционен бойлер за отопление на собствения си дом, препоръчваме да говорите с професионални отоплителни инженери, както дизайнери, така и практици. Опитни специалисти следят тенденциите и имат възможност да оценят новите видове оборудване въз основа на собствения си практически опит. Доставчиците на оборудване също си струва да се слушат, но това, което казват, трябва да се приема с доза резерв.
Видео: индукционен котел
Индукционното нагряване е метод за безконтактно нагряване чрез високочестотни токове (англ. RFH - радиочестотно нагряване, нагряване чрез радиочестотни вълни) на електропроводими материали.
Описание на метода.
Индукционното нагряване е нагряване на материали чрез електрически токове, които се индуцират от променливо магнитно поле. Следователно това е нагряването на продукти, изработени от проводими материали (проводници) от магнитното поле на индуктори (източници на променливо магнитно поле). Индукционното нагряване се извършва по следния начин. Електропроводим (метал, графит) заготовка се поставя в така наречения индуктор, представляващ една или повече навивки от тел (най-често медна). Мощни токове с различни честоти (от десетки Hz до няколко MHz) се индуцират в индуктора с помощта на специален генератор, в резултат на което около индуктора възниква електромагнитно поле. Електромагнитното поле индуцира вихрови токове в детайла. Вихровите токове нагряват детайла под действието на топлина на Джаул (виж закона на Джаул-Ленц).
Системата индуктор-заготовка е трансформатор без сърцевина, в който индукторът е първичната намотка. Заготовката е вторична намотка, съединена накъсо. Магнитният поток между намотките се затваря във въздуха.
При висока честота вихровите токове се изместват от образуваното от тях магнитно поле в тънките повърхностни слоеве на детайла Δ (повърхностен ефект), в резултат на което тяхната плътност рязко се увеличава и детайлът се нагрява. Подлежащите слоеве на метала се нагряват поради топлопроводимостта. Не силата на тока е важна, а високата плътност на тока. В скин-слоя Δ плътността на тока намалява с коефициент e спрямо плътността на тока върху повърхността на детайла, докато 86,4% от топлината се отделя в скин-слоя (от общото отделяне на топлина. Дълбочината на скин-слоя зависи от върху честотата на излъчване: колкото по-висока е честотата, толкова по-тънък е кожният слой. Зависи и от относителната магнитна пропускливост μ на материала на детайла.
За желязо, кобалт, никел и магнитни сплави при температури под точката на Кюри μ има стойност от няколко стотици до десетки хиляди. За други материали (стопилки, цветни метали, течни нискотопими евтектики, графит, електролити, електропроводима керамика и др.) μ е приблизително равно на единица.
Например, при честота от 2 MHz, дълбочината на кожата за медта е около 0,25 mm, за желязото ≈ 0,001 mm.
Индукторът се нагрява много по време на работа, тъй като абсорбира собствената си радиация. В допълнение, той абсорбира топлинното излъчване от горещ детайл. Те правят индуктори от медни тръби, охлаждани с вода. Водата се подава чрез засмукване - това гарантира безопасност в случай на изгаряне или друго разхерметизиране на индуктора.
Приложение:
Изключително чисто безконтактно топене, запояване и заваряване на метал.
Получаване на прототипи на сплави.
Огъване и термична обработка на машинни детайли.
Бизнес с бижута.
Обработка на малки части, които могат да бъдат повредени от пламък или нагряване с дъга.
Повърхностно втвърдяване.
Закаляване и термична обработка на детайли със сложна форма.
Дезинфекция на медицински инструменти.
Предимства.
Високоскоростно нагряване или топене на всеки електропроводим материал.
Нагряването е възможно в защитна газова атмосфера, в окислителна (или редуцираща) среда, в непроводима течност, във вакуум.
Отопление през стените на защитна камера от стъкло, цимент, пластмаса, дърво - тези материали абсорбират електромагнитното излъчване много слабо и остават студени по време на работа на инсталацията. Нагрява се само електропроводим материал - метал (включително разтопен), въглерод, проводима керамика, електролити, течни метали и др.
Благодарение на възникващите MHD сили, течният метал се смесва интензивно, до задържането му във въздух или защитен газ - така се получават свръхчисти сплави в малки количества (топене при левитация, топене в електромагнитен тигел).
Тъй като нагряването се извършва чрез електромагнитно излъчване, няма замърсяване на детайла от продуктите на горенето на горелката при нагряване с газов пламък или от материала на електрода при нагряване с дъга. Поставянето на пробите в атмосфера на инертен газ и висока скорост на нагряване ще елиминират образуването на котлен камък.
Лесна употреба поради малкия размер на индуктора.
Индукторът може да бъде направен в специална форма - това ще позволи равномерно нагряване на части от сложна конфигурация по цялата повърхност, без да води до тяхното изкривяване или локално ненагряване.
Лесно е да се извърши локално и селективно отопление.
Тъй като нагряването е най-интензивно в тънките горни слоеве на детайла, а долните слоеве се нагряват по-леко поради топлопроводимостта, методът е идеален за повърхностно закаляване на детайли (сърцевината остава вискозна).
Лесна автоматизация на оборудването - цикли на нагряване и охлаждане, контрол на температурата и задържане, подаване и изваждане на детайлите.
Индукционни нагреватели:
При инсталации с работна честота до 300 kHz се използват инвертори на IGBT модули или MOSFET транзистори. Такива инсталации са предназначени за отопление на големи части. За нагряване на малки части се използват високи честоти (до 5 MHz, обхватът на средни и къси вълни), високочестотните инсталации са изградени върху електронни тръби.
Също така, за отопление на малки части, високочестотните инсталации са изградени на MOSFET транзистори за работни честоти до 1,7 MHz. Контролът и защитата на транзисторите при по-високи честоти представлява определени трудности, така че настройките за по-висока честота все още са доста скъпи.
Индукторът за нагряване на малки части е с малък размер и малка индуктивност, което води до намаляване на коефициента на качество на работния колебателен кръг при ниски честоти и намаляване на ефективността, а също така представлява опасност за главния осцилатор (факторът на качеството на осцилиращата верига е пропорционална на L / C, осцилиращата верига с нисък качествен фактор е твърде добре "изпомпвана" с енергия, образува късо съединение в индуктора и деактивира главния осцилатор). За да се увеличи коефициентът на качество на осцилаторната верига, се използват два начина:
- увеличаване на работната честота, което води до усложняване и оскъпяване на инсталацията;
- използването на феромагнитни вложки в индуктора; залепване на индуктора с панели от феромагнитен материал.
Тъй като индукторът работи най-ефективно при високи честоти, индукционното нагряване получи индустриално приложение след разработването и началото на производството на мощни генераторни лампи. Преди Първата световна война индукционното нагряване беше с ограничена употреба. По това време като генератори се използват високочестотни машинни генератори (работи на V.P. Vologdin) или инсталации с искров разряд.
Генераторната верига по принцип може да бъде всяка (мултивибратор, RC генератор, независимо възбуден генератор, различни генератори за релаксация), работещи върху товар под формата на индукторна намотка и с достатъчна мощност. Също така е необходимо честотата на трептенията да е достатъчно висока.
Например, за да се "отреже" стоманена тел с диаметър 4 mm за няколко секунди, е необходима осцилационна мощност от най-малко 2 kW при честота от най-малко 300 kHz.
Схемата е избрана по следните критерии: надеждност; стабилност на колебанията; стабилност на мощността, отделена в детайла; лекота на производство; лекота на настройка; минимален брой части за намаляване на разходите; използването на части, които общо водят до намаляване на теглото и размерите и др.
В продължение на много десетилетия индуктивен триточков генератор се използва като генератор на високочестотни трептения (генератор на Хартли, генератор с автотрансформаторна обратна връзка, верига, базирана на индуктивен делител на напрежението). Това е самовъзбуждаща се паралелна захранваща верига за анода и честотно-селективна верига, направена на осцилаторна верига. Използва се успешно и продължава да се използва в лаборатории, бижутерски работилници, промишлени предприятия, както и в любителската практика. Например по време на Втората световна война на такива инсталации е извършено повърхностно втвърдяване на ролките на танка Т-34.
Недостатъци на трите точки:
Ниска ефективност (по-малко от 40% при използване на лампа).
Силно отклонение на честотата в момента на нагряване на детайли от магнитни материали над точката на Кюри (≈700С) (μ промени), което променя дълбочината на скин-слоя и непредсказуемо променя режима на термична обработка. При термична обработка на критични части това може да е неприемливо. Също така, мощните радиочестотни инсталации трябва да работят в тесен диапазон от честоти, разрешени от Rossvyazokhrankultura, тъй като при лошо екраниране те всъщност са радиопредаватели и могат да попречат на телевизионното и радиоразпръскването, крайбрежните и спасителните служби.
При смяна на заготовки (например от по-малки към по-големи), индуктивността на системата индуктор-заготовка се променя, което също води до промяна в честотата и дълбочината на скин слоя.
При смяна на еднооборотни индуктори на многооборотни, на по-големи или по-малки, честотата също се променя.
Под ръководството на Бабат, Лозински и други учени са разработени дву- и триверижни генераторни схеми, които имат по-висока ефективност (до 70%), а също така по-добре поддържат работната честота. Принципът на тяхното действие е следният. Поради използването на свързани вериги и отслабването на връзката между тях, промяната в индуктивността на работната верига не води до силна промяна в честотата на веригата за настройка на честотата. Радиопредавателите са конструирани по същия принцип.
Съвременните високочестотни генератори са инвертори, базирани на IGBT модули или мощни MOSFET транзистори, обикновено направени по мостова или половин мостова схема. Работят на честоти до 500 kHz. Портите на транзисторите се отварят с помощта на система за управление на микроконтролер. Системата за управление, в зависимост от задачата, ви позволява автоматично да задържите
А) постоянна честота
б) постоянна мощност, отделена в детайла
в) максимална ефективност.
Например, когато магнитен материал се нагрее над точката на Кюри, дебелината на кожния слой се увеличава рязко, плътността на тока пада и детайлът започва да се нагрява по-лошо. Магнитните свойства на материала също изчезват и процесът на обръщане на намагнитването спира - детайлът започва да се нагрява по-лошо, съпротивлението на натоварване рязко намалява - това може да доведе до "раздалечаване" на генератора и неговата повреда. Системата за управление следи прехода през точката на Кюри и автоматично увеличава честотата при рязко намаляване на натоварването (или намалява мощността).
Забележки.
Индукторът трябва да се постави възможно най-близо до детайла, ако е възможно. Това не само увеличава плътността на електромагнитното поле в близост до детайла (пропорционално на квадрата на разстоянието), но също така увеличава фактора на мощността Cos(φ).
Увеличаването на честотата драматично намалява фактора на мощността (пропорционално на куба на честотата).
Когато магнитните материали се нагряват, допълнителна топлина се отделя и поради обръщане на намагнитването; тяхното нагряване до точката на Кюри е много по-ефективно.
При изчисляване на индуктора е необходимо да се вземе предвид индуктивността на гумите, водещи до индуктора, която може да бъде много по-голяма от индуктивността на самия индуктор (ако индукторът е направен под формата на единичен оборот на малък диаметър или дори част от завой - дъга).
Има два случая на резонанс в осцилаторните кръгове: резонанс на напрежението и резонанс на тока.
Паралелен колебателен кръг - резонанс на токовете.
В този случай напрежението на бобината и на кондензатора е същото като това на генератора. При резонанс съпротивлението на веригата между точките на разклоняване става максимално и токът (I общ) през съпротивлението на натоварване Rn ще бъде минимален (токът вътре във веригата I-1l и I-2s е по-голям от тока на генератора) .
В идеалния случай импедансът на веригата е безкраен - веригата не черпи ток от източника. Когато честотата на генератора се промени във всяка посока от резонансната честота, импедансът на веригата намалява и линейният ток (Itotal) се увеличава.
Сериен колебателен кръг - резонанс на напрежение.
Основната характеристика на последователна резонансна верига е, че нейният импеданс е минимален при резонанс. (ZL + ZC - минимум). Когато честотата е настроена на стойност над или под резонансната честота, импедансът се увеличава.
Заключение:
В паралелна верига при резонанс токът през проводниците на веригата е 0, а напрежението е максимално.
При последователна верига е обратното - напрежението клони към нула, а токът е максимален.
Статията е взета от сайта http://dic.academic.ru/ и е преработена в по-разбираем текст за читателя от компанията LLC Prominduktor.
Когато човек се сблъска с необходимостта да нагрее метален предмет, огънят винаги идва на ум. Огънят е старомоден, неефективен и бавен начин за нагряване на метал. Той изразходва лъвския дял от енергията за топлина, а от огъня винаги идва дим. Би било чудесно, ако всички тези проблеми могат да бъдат избегнати.
Днес ще ви покажа как да сглобите индукционен нагревател със собствените си ръце с драйвер ZVS. Това приспособление загрява повечето метали със ZVS драйвер и електромагнетизъм. Такъв нагревател е високоефективен, не произвежда дим и загряването на такива малки метални изделия като например кламер е въпрос на няколко секунди. Видеото показва нагревателя в действие, но инструкциите са различни.
Стъпка 1: Как работи
Много от вас сега се чудят - какъв е този ZVS драйвер? Това е високоефективен трансформатор, способен да създаде мощно електромагнитно поле, което загрява метала, основата на нашия нагревател.
За да стане ясно как работи нашето устройство, ще говоря за ключовите моменти. Първият важен момент е захранването 24 V. Напрежението трябва да бъде 24 V при максимален ток 10 A. Ще имам две оловни батерии, свързани последователно. Те захранват драйверната платка на ZVS. Трансформаторът дава постоянен ток на спиралата, вътре в която е поставен предметът, който трябва да се нагрее. Постоянната промяна в посоката на тока създава променливо магнитно поле. Той създава вихрови токове вътре в метала, предимно с висока честота. Поради тези токове и ниското съпротивление на метала се генерира топлина. Според закона на Ом силата на тока, трансформирана в топлина, във верига с активно съпротивление, ще бъде P = I ^ 2 * R.
Металът, който изгражда предмета, който искате да нагреете, е много важен. Сплавите на основата на желязо имат по-висока магнитна пропускливост и могат да използват повече енергия на магнитното поле. Поради това те се нагряват по-бързо. Алуминият има ниска магнитна пропускливост и съответно се нагрява по-дълго. И предмети с висока устойчивост и ниска магнитна пропускливост, като пръст, изобщо няма да се нагреят. Устойчивостта на материала е много важна. Колкото по-високо е съпротивлението, толкова по-слаб токът ще премине през материала и толкова по-малко топлина ще се генерира. Колкото по-ниско е съпротивлението, толкова по-силен ще бъде токът и според закона на Ом ще има по-малка загуба на напрежение. Това е малко сложно, но поради връзката между съпротивлението и изходната мощност, максималната изходна мощност се постига, когато съпротивлението е 0.
Трансформаторът ZVS е най-сложната част от устройството, ще обясня как работи. Когато токът е включен, той преминава през два индукционни дросела към двата края на намотката. Необходими са дросели, за да се гарантира, че устройството не издава твърде силен ток. След това токът преминава през 2 резистора 470 Ohm към портите на MIS транзисторите.
Тъй като перфектни компоненти не съществуват, един транзистор ще се включи преди другия. Когато това се случи, той поема целия входящ ток от втория транзистор. Той също ще даде на късо второ към земята. Поради това не само токът ще тече през намотката към земята, но портата на втория транзистор също ще бъде разредена през бързия диод, като по този начин ще го блокира. Поради факта, че кондензаторът е свързан паралелно с намотката, се създава осцилаторна верига. Поради възникналия резонанс токът ще промени посоката си, напрежението ще падне до 0V. В този момент портата на първия транзистор се разрежда през диода към портата на втория транзистор, блокирайки го. Този цикъл се повтаря хиляди пъти в секунда.
Резисторът 10K е предназначен да намали излишния заряд на затвора на транзистора, като действа като кондензатор, а ценеровият диод трябва да поддържа напрежението на затвора на транзисторите при 12V или по-ниско, за да не експлодират. Този трансформаторен високочестотен преобразувател на напрежение позволява нагряване на метални предмети.
Време е да сглобите нагревателя.
Стъпка 2: Материали
За сглобяването на нагревателя са необходими малко материали и повечето от тях, за щастие, могат да бъдат намерени безплатно. Ако видите катодна тръба да лежи така, отидете и я вземете. Съдържа повечето части, необходими за нагревателя. Ако искате по-добри части, купете ги от магазин за електрически части.
Ще имаш нужда:
Стъпка 3: Инструменти
За този проект ще ви трябва:
Стъпка 4: FET охлаждане
В това устройство транзисторите се изключват при напрежение 0 V и не се нагряват много. Но ако искате нагревателят да работи повече от една минута, трябва да премахнете топлината от транзисторите. Направих двата транзистора един общ радиатор. Уверете се, че металните порти не докосват абсорбера, в противен случай MOS транзисторите ще дадат на късо и ще избухнат. Използвах компютърен радиатор и върху него вече имаше капка силиконов уплътнител. За да проверите изолацията, докоснете средното краче на всеки MIS транзистор (gate) с мултицет, ако мултицетът издаде звуков сигнал, тогава транзисторите не са изолирани.
Стъпка 5: Кондензаторна банка
Кондензаторите се нагряват много поради тока, постоянно преминаващ през тях. Нашият нагревател се нуждае от 0,47uF кондензатор. Следователно трябва да комбинираме всички кондензатори в блок, като по този начин ще получим необходимия капацитет и площта на разсейване на топлината ще се увеличи. Номиналното напрежение на кондензаторите трябва да бъде по-високо от 400 V, за да се отчетат пиковете на индуктивното напрежение в резонансната верига. Направих два пръстена от медна тел, към които запоих паралелно един на друг 10 кондензатора по 0,047 uF. Така получих кондензаторна банка с общ капацитет от 0,47 микрофарада с отлично въздушно охлаждане. Ще го монтирам успоредно на работната спирала.
Стъпка 6: Работна спирала
Това е частта от устройството, в която се създава магнитното поле. Спиралата е от медна тел - много е важно да е медна. Първоначално използвах стоманена намотка за отопление и устройството не работеше много добре. Без натоварване консумира 14 А! За сравнение, след смяната на бобината с мед, устройството консумира само 3 А. Мисля, че стоманената бобина имаше вихрови токове поради съдържанието на желязо, а освен това беше подложена на индукционно нагряване. Не съм сигурен, че това е причината, но това обяснение ми се струва най-логично.
За спирала вземете голяма част от медна жица и направете 9 завъртания върху парче PVC тръба.
Стъпка 7: Сглобяване на веригата
Направих много опити и направих много грешки, докато настроих веригата правилно. Повечето трудности бяха със захранването и със спиралата. Взех импулсно захранване 55A 12V. Мисля, че това захранване даде твърде висок начален ток на ZVS драйвера, което доведе до експлодиране на MIS транзисторите. Може би допълнителни индуктори щяха да поправят това, но реших просто да заменя захранването с оловно-киселинни батерии.
Тогава се измъчих с бобината. Както казах, стоманената намотка не беше подходяща. Поради голямото потребление на ток на стоманената намотка гръмнаха още няколко транзистора. Общо ми гръмнаха 6 транзистора. Е, те се учат от грешките.
Многократно съм преправял нагревателя, но тук ще ви разкажа как сглобих най-сполучливия му вариант.
Стъпка 8: Сглобяване на устройството
За да сглобите ZVS драйвера, трябва да следвате приложената диаграма. Първо взех ценеров диод и го свързах към резистор 10K. Тази двойка части може да бъде незабавно запоена между изтичането и източника на MIS транзистора. Уверете се, че ценеровият диод е обърнат към канала. След това запоете MIS транзисторите към макетната платка с контактните отвори. От долната страна на макетната платка запоете два бързи диода между гейта и дрейна на всеки транзистор.
Уверете се, че бялата линия е обърната към затвора (Фигура 2). След това свържете плюса от вашето захранване към дрейна на двата транзистора през резистори 2220 ома. Заземете двата източника. Запоете работната намотка и кондензаторната банка успоредно един на друг, след което запоете всеки край към различен порт. Накрая подайте ток към гейтовете на транзисторите през индуктор 2,50 µH. Те могат да имат тороидална сърцевина с 10 навивки проводник. Вашата верига вече е готова за използване.
Стъпка 9: Монтаж върху основата
За да могат всички части на вашия индукционен нагревател да се слепят, те се нуждаят от основа. За това взех дървен блок 5 * 10 см. Платката, кондензаторната банка и работната намотка бяха залепени с горещо лепило. Мисля, че устройството изглежда страхотно.
Стъпка 10: Функционална проверка
За да включите вашия нагревател, просто го свържете към източник на захранване. След това поставете предмета, който трябва да нагреете, в средата на работещата намотка. Трябва да започне да се затопля. Моят нагревател накара кламер да свети в червено за 10 секунди. По-големите предмети, като пирони, се нагряват за около 30 секунди. По време на процеса на нагряване, консумацията на ток се увеличи с приблизително 2 A. Този нагревател може да се използва за повече от просто забавление.
След употреба устройството не произвежда сажди или дим, дори засяга изолирани метални предмети, като геттери във вакуумни тръби. Също така устройството е безопасно за хората - нищо няма да се случи с пръста, ако се постави в центъра на работещата спирала. Можете обаче да се изгорите върху предмет, който е бил нагрят.
Благодаря за четенето!
Един прост индукционен нагревател се състои от мощен високочестотен генератор и намотка с ниско съпротивление, която е натоварването на генератора.
Генераторът със самовъзбуждане генерира импулси на базата на резонансната честота на веригата. В резултат на това в бобината се появява мощно променливо електромагнитно поле с честота около 35 kHz.
Ако сърцевина от проводящ материал се постави в центъра на тази намотка, тогава вътре в нея ще възникне електромагнитна индукция. В резултат на чести промени тази индукция ще предизвика вихрови токове в ядрото, което от своя страна ще доведе до генериране на топлина. Това е класическият принцип на преобразуване на електромагнитната енергия в топлинна енергия.
Индукционните нагреватели се използват от много дълго време в много области на производството. С тяхна помощ можете да извършвате втвърдяване, безконтактно заваряване и най-важното - точково нагряване, както и топене на материали.
Ще ви покажа електрическа схема на обикновен индукционен нагревател с ниско напрежение, който вече се превърна в класика.
Ще опростим тази схема още повече и няма да инсталираме ценерови диоди "D1, D2".
Предмети, от които се нуждаете:
1. Резистори 10 kOhm - 2 бр.
2. Резистори 470 ома - 2 бр.
3. Шотки диоди за 1 А - 2 бр. (Други са възможни, основното е за ток от 1 A и висока скорост)
4. Полеви транзистори IRF3205 - 2 бр. (можете да вземете всякакви други мощни)
5. Индуктор "5 + 5" - 10 оборота с кран от средата. Колкото по-дебела е телта, толкова по-добре. Навих го на дървена кръгла пръчка с диаметър 3-4 сантиметра.
6. Дросел - 25 оборота на пръстен от стар компютърен блок.
7. Кондензатор 0.47uF. По-добре е да спечелите капацитет с няколко кондензатора и за напрежение най-малко 600 волта. Първо го закачих до 400, в резултат на което започна да се затопля, след това го замених с композит от две в серия, но те не го правят, просто вече не го имаха под ръка.
Изработка на обикновен 12V индукционен нагревател
Сглобих цялата верига чрез повърхностен монтаж, отделяйки индуктора от цялата верига с блок. Желателно е кондензаторът да се постави в непосредствена близост до клемите на бобината. Като цяло не като моя в този пример. Транзистори, инсталирани на радиатори. Захранва цялата инсталация от батерия 12 волта.
Работи чудесно. Острието на чиновническия нож се нагрява до зачервяване много бързо. Препоръчвам на всички да повторят.
След смяната на кондензатора вече не загряваха. Транзисторите и самият индуктор се нагряват, ако постоянно работи. За кратко - почти не критично.
Модерният и най-икономичен уред за загряване на вода е индукционният бойлер. За разлика от аналозите, той е напълно екологичен, не изсушава и не изгаря въздуха и отговаря на съвременните изисквания за безопасност. Може да се използва както като проточен бойлер, така и като бойлер за отопление на помещения. Устройството обикновено се купува в магазин, предлагаме алтернатива - самостоятелно производство. В последния случай устройството може да няма толкова привлекателен външен вид, но ще бъде много по-евтино.
Плюсове и минуси на индукционни устройства за отопление на вода
Устройството има сравнително прост дизайн и не изисква специални документи, позволяващи употребата и монтажа. Индукционният бойлер има висока степен на ефективност и оптимална надеждност за потребителя. Когато го използвате като котел за отопление, дори не е необходимо да инсталирате помпа, тъй като водата тече през тръбите поради конвекция (при нагряване течността практически се превръща в пара).
Също така устройството има редица предимства, което го отличава от другите видове бойлери. И така, индукционен нагревател:
В индукционните нагреватели водата се нагрява поради тръбата, през която тече, а последната се нагрява поради индукционния ток, създаден от намотката.
- много по-евтини от техните колеги, такова устройство може лесно да се сглоби независимо;
- напълно безшумен (въпреки че намотката вибрира по време на работа, тази вибрация не се забелязва от човек);
- вибрира по време на работа, поради което мръсотията и котленият камък не полепват по стените му и следователно не е необходимо да се почистват;
- има топлинен генератор, който може лесно да се запечата поради принципа на работа: охлаждащата течност е вътре в нагревателния елемент и енергията се прехвърля към нагревателя чрез електромагнитно поле, не са необходими контакти; следователно няма да са необходими уплътнителни дъвки, уплътнения и други елементи, които могат бързо да се повредят или изтекат;
- просто няма какво да се счупи в топлинния генератор, тъй като водата се нагрява от обикновена тръба, която не може да се влоши или изгори, за разлика от нагревателния елемент;
Не забравяйте, че поддръжката на индукционен нагревател ще бъде много по-евтина от котел или газов котел. Устройството има минимум части, които почти никога не се провалят.
Въпреки огромния брой предимства, индукционният бойлер има редица недостатъци:
- първото и най-болезнено за собствениците е сметката за ток; устройството не може да се нарече икономично, така че трябва да платите прилично време за използването му;
- второ, устройството се нагрява много и загрява не само себе си, но и околното пространство, така че е по-добре да не докосвате тялото на топлинния генератор по време на неговата работа;
- трето - устройството има изключително висока ефективност и топлообмен, следователно, при използването му не забравяйте да инсталирате температурен сензор, в противен случай системата може да експлодира.
Направи си сам индукционен бойлер: диаграма
Устройството е трансформатор с две намотки: първична и вторична. Първата верига преобразува електрическата енергия във вихрови токове, като по този начин създава насочено индукционно поле, което осигурява индукционно нагряване. Във вторичната верига преобразуваната енергия се прехвърля към охлаждащата течност (в нашия случай това е вода).
Важно е да се вземе предвид вида на материала, от който е направена намотката. Така че в домакинските модели най-често се използва медна тел. Такъв материал е много подходящ за отопление на вода в котли.
В допълнение към трансформатора, устройството има генератор и помпа (опция).
Схема на прост индукционен бойлер. Както можете да видите, устройството има доста прост дизайн и малък брой елементи.
Възли и части на топлогенератора
Устройството включва:
- алтернатор, който увеличава честотата на тока;
- индуктор, който преобразува електричеството в магнитна енергия, е намотка от медна тел;
- нагревателен елемент, най-често неговата роля се играе от метална тръба.
Благодарение на този дизайн преносът на енергия се извършва почти без загуби. Ефективността достига 98%.
Принцип на действие
Индукционният бойлер се състои от генератор, намотка и сърцевина, като последната се нагрява от електромагнитна енергия.
Устройството преобразува електрическата енергия в електромагнитна. Последният от своя страна действа върху сърцевината (тръбата), която се нагрява и предава топлинна енергия на водата. Всички тези енергии се преобразуват от индуктор, състоящ се от намотка и сърцевина. Генераторът се използва за увеличаване на честотата на тока, тъй като е трудно да се постигне високо нагряване със стандартна честота от 50 Hz.
При фабричните модели текущата честота достига 1 kHz.
Направи си сам проточен индукционен бойлер
Преди да продължите с инсталацията, трябва да се запасите с необходимите части. Така, най-добрият вариант би бил заваръчен високочестотен инвертор, плавно променящ се обхват на тока. Такова устройство ще струва най-малко. По-скъп вариант би бил трифазен трансформатор, който е източник на променлив ток за индуктора на бойлера. В този случай си струва да използвате намотка от 50-90 оборота, а като материал вземете медна жица с диаметър 3 или повече милиметра.
Като сърцевина можете да използвате както метална, така и полимерна тръба заедно с тел (използва се като нагревателен елемент). В последния случай дебелината на стените не трябва да бъде по-малка от 3 мм, за да издържат спокойно на високи температури.
За да сглобите бойлера, ще ви трябва: резачки за тел, отвертки, поялник и машина за заваряване, ако се използва метална тръба.
Монтаж на индукционен бойлер
Увийте тръбата с медна тел, като направите около 90 оборота.
Има много опции за сглобяване на устройството. Предлагаме да опитате да сглобите устройството по следната схема:
- Подгответе работното място, материали и инструменти.
- Фиксирайте малко парче полимерна тръба (не забравяйте, че минималната дебелина на стената трябва да бъде 3 мм).
- Подрежете краищата на сърцевината, за да оставите 10 см резервна жица за крановете.
- Монтирайте ъгъл на долния изход. В бъдеще тук трябва да се свърже връщането от отоплението (ако нагревателят се използва като котел).
- Поставете нарязания проводник плътно около тръбата. Необходимо е да се направят поне 90 завъртания.
- Монтирайте тройник на горната тръба, през който ще излиза гореща вода.
- Монтирайте защитната верига на устройството. Може да бъде изработен както от полимер, така и от метал.
- Свържете меден проводник към клемите на бойлера, след което напълнете сърцевината с вода.
- Проверете функционалността на индуктора.
Препоръки. По-добре е да инсталирате сферични кранове на всички изходи за удобство и лекота на демонтиране на бойлера в случай на повреда. Но не е необходимо тръбата да се пълни с метални парчета, тъй като това не дава желания ефект. Не забравяйте да оставите прозорец в корпуса за достъп до контролния панел на заваръчната машина.
Индукционни бойлери за отопление
Отоплителна верига, където индукционен котел служи като нагревател на охлаждащата течност.
Такова устройство се е доказало не само като проточен бойлер, но и като котел за отопление. Вярно е, че в този случай заваръчната машина като генератор вече не е подходяща, трябва да използвате трансформатор с две намотки. Последният трансформира вихровите токове, които възникват върху първичната намотка, в електромагнитно поле, което се създава във вторичната верига.
В отоплителната система охлаждащата течност може да бъде не само вода, но и масло или антифриз. Тоест всяка течност, която може да провежда електричество.
Котелът от индукционния бойлер трябва да бъде оборудван с две тръби за топла и студена вода. Студената вода ще тече от дъното, тя трябва да бъде монтирана на входната част на тръбопровода, а отгоре трябва да се постави разклонителна тръба, която ще захранва топла вода към отоплителната система. В резултат на това циркулацията на водата се осъществява естествено под въздействието на конвекция без помпа.
Какво трябва да знаете за сигурността
Не забравяйте, че имаме работа с източник на повишена опасност - електрически нагревател, така че когато го сглобявате и използвате, трябва да спазвате някои правила:
Не забравяйте да използвате отделна електрическа линия за свързване на индукционния котел и също така да го оборудвате с група за безопасност.
- Ако водата циркулира естествено в котела, тогава не забравяйте да го оборудвате с температурен сензор, така че устройството да се изключва автоматично при прегряване.
- Не включвайте домашен бойлер в електрически контакт, по-добре е да пуснете отделна линия за това с увеличено напречно сечение на кабела.
- Всички открити проводници трябва да бъдат изолирани, за да предпазят хората от токов удар или изгаряния.
- Никога не включвайте индуктора, ако тръбата не е пълна с вода. В противен случай тръбата ще се стопи и устройството ще се затвори или дори може да се запали.
- Устройството трябва да се монтира на височина 80 см от пода, но така че до тавана да остават около 30 см. Също така не трябва да го инсталирате в жилищна зона, тъй като електромагнитното поле има лош ефект върху здравето на хората.
- Не забравяйте да заземите индуктора.
- Не забравяйте да свържете устройството през машината, така че в случай на авария последната да изключи захранването от бойлера.
- В тръбопроводната система трябва да се монтира предпазен клапан, който автоматично ще намали налягането в системата.
Заключение
Индукционният бойлер има висока ефективност, може да действа като котел за отоплителна система, самосглобяването и инсталирането също са разрешени и използването му по никакъв начин не се регулира от законодателството на Руската федерация. Но все пак, преди да го използвате, си струва да претеглите плюсовете и минусите. Въпреки високата си ефективност, устройството консумира голямо количество енергия, счита се за опасно (особено домашно приготвено) и има лош ефект върху човешкото здраве. Затова препоръчваме да монтирате индуктора в частна къща или в страната.
Зареждане...
