Индукционный нагрев – это преобразование энергии, вырабатываемой электромагнитным полем, в тепловую энергию.
Для создания электромагнитного поля используется соленоид, многовитковая катушка, иначе называемый индуктор. При похождении через индуктор переменного тока, вокруг нее образуется магнитное поле.
Объект нагревания должен находиться или внутри катушки или рядом с ней. Он пронизывается потоками магнитной индукции и создает электрическое поле, линии (токи) которого находятся в плоскости, перпендикулярной магнитному потоку, замкнуты и носят вихревой характер.
Возникновение вихревых токов (токов проводимости) создает условия для нагрева объекта. То есть в пределах объекта нагревания происходит переход энергии электрического поля в энергию тепловую. Объект, таким образом, начинает аккумулировать получаемую энергию и нагреваться.
Возможность такого управляемого превращения энергии из одного вида в другой имеет особенности:
- передача осуществляется бесконтактно
- тепло вырабатывается непосредственно в самом объекте, без потерь и с гораздо большей скоростью.
Если в трансформаторах возникновение вихревых токов может привести к бесполезным значительным потерям энергии (именно это является причиной изготовления сердечников трансформаторов из стальной ленты или пластин), то индукционные печи работают именно за счет этого явления.
Индукционный нагрев давно применяется в сталелитейной промышленности, для термической обработки, при изготовлении труб, для разогрева металла при ковке и прокате, в сварочных аппаратах.
Применение индукционных плавильных печей – это не только литье металла в промышленных масштабах. Есть еще цветная металлургия, где объемы значительно меньше, а также заметный сектор рынка занимают потребители малоформатных (с выработкой по несколько килограммов) устройств:
- различные ремесленные изделия (ковка, мелкое производство металлоизделий)
- изготовление ювелирных украшений из разного материала и разных ценовых категорий
- производство декоративных произведений.
Именно при небольших объемах производства применение электричества является достаточно экономичным, поэтому индукционные печи для плавки металла (ИПП) нашли здесь самых активных потребителей.
В некоторых конструкциях кусок металла, который должен плавиться, играет роль сердечника или обмотки. В любом случае, за счет специфики электротоков объектом нагревания может быть только проводящий электричество материал. Помещенный в пределы поля диэлектрик останется без изменений.
Применение промышленных технологий в быту
Индукционные плиты и варочные поверхности, которые сейчас довольно популярны, работают на принципе работы индукционной печи: металлическая посуда разогреется за считанные секунды, все остальное останется холодным. Кроме этого, использование индукционного тепла привлекает все больший интерес к котлам и водонагревательным устройствам, несмотря на их внушительную стоимость.
Технология выработки тепла подобным способом постепенно делает индукционные котлы отопления все более популярными.
Индуцированный ток, возникающий при воздействии магнитного поля катушки в таких котлах, используется не для расплава металла, а для нагрева теплоносителя (воды).
Катушка из нескольких витков, образующая замкнутый контур, в который помещен электропроводящий предмет, начинает его нагревать. КПД (мощность и скорость нагрева) этого устройства зависит от нескольких факторов:
- мощность магнитного поля
- магнитные свойства самого предмета, сердечника
- расстояние от индуктора до объекта нагревания.
То есть принцип практического применения до смешного прост. Надо создать такое сочетание катушки и элемента, которые начнут вырабатывать тепло, достаточное для нагрева теплоносителя.
Преимущества и выигрыш от применения этого оборудования очевидны:
- КПД до 98%
- отопление обходится значительно дешевле, почти на треть
- отсутствие накипи, ее образованию препятствуют электромагнитные колебания (резонанс)
- срок безотказной службы такого прибора – 25 лет без ремонта
- теплоноситель может быть любым
- довольно пожаробезопасен при правильной эксплуатации.
Если раньше препятствием для использования в быту были внушительные габариты установок и их цена, то сейчас их размеры стали обозримыми. Цена для людей, имеющих знания и навыки электромонтажных работ тоже вполне доступна – такой прибор можно сделать для дома своими руками.
Если установить проточное оборудование для нагрева воды в системе отопительных труб, можно спокойно обогревать дом в течение всего отопительного периода. Этот принцип положен сейчас в основу линейки бытовых нагревательно-отопительных приборов.
Бытовой прибор для выработки индукционного тепла построен по тому же принципу, что и промышленный:
- преобразователь, создающий электромагнитное поле
- труба с водой, вместо сердечника.
Такое отопление является экологичным средством для обогрева частного дома. Кроме того, энергопотребление индукционного прибора настолько экономично, что находится все больше умельцев, сооружающих эту установку самостоятельно, решив таким образом проблему достаточно высокой цены заводского образца.
Надо учитывать, что этот прибор должен иметь всю систему датчиков, насос, пульт управления.
Можно ли собрать своими руками?
Наиболее реальной для самостоятельного изготовления является электронагревательный прибор, или индукционная печь из сварочного инвертора.
Для сборки такого нагревательного прибора нужно приготовить следующие материалы:
- сварочный инвертор, на его основе и будет собираться прибор
- толстостенная труба из пластика, это будет корпус
- нагреваемый элемент – куски проволоки из нержавеющей стали
- кусок металлической сетки, ею фиксируется проволока внутри трубы
- медный провод для создания катушки
- циркуляционный насос, вода должна двигаться
- терморегулятор
- шаровые краны или вентили, переходники – прибор нужно будет присоединить к системе отопления.
Собрав все необходимое, можно приступить к работе, которая состоит из нескольких этапов:
- Сначала нужно поработать с корпусом.
- Ставится сетка для фиксации кусков проволоки и переходник для соединения с системой отопления.
- Проволока их нержавеющей стали мелко (кусочками до 6 см) нарезается и плотно укладывается в трубу, без просветов.
- После того, как труба окажется плотно заполненной, ставится еще одна фиксирующая сетка, еще один переходник.
- Затем изготовить сам индуктор.
- Медная проволока наматывается на трубу, витков должно быть около 90.
- Концы обмотки соединяются с полюсами инвертора от сварочного аппарата, все соединения необходимо аккуратно изолировать.
- Готовый индуктор подключить к системе.
- В систему нужно смонтировать насос, который обеспечит циркуляцию воды.
- Обязательно нужно подключить терморегулятор.
Так выглядит в общих чертах работа по изготовлению индуктора из сварочного аппарата.
Стоит ли приниматься за самостоятельное изготовление
Конечно, иметь дома такой нагревательный прибор может показаться заманчивым, и в интернете довольно много советов и рекомендаций, как собрать разные устройства с индукционным нагревом.
Однако чтобы собрать вполне безопасную и продуктивную индукционную печь, надо обладать недюжинными знаниями и пониманием принципов работы и возможных рисков.
- Обязательно наличие теплоносителя в рабочей камере, иначе полимерный корпус расплавится.
- Для такого нагревательного прибора нужна отдельная проводка с сечением кабеля не менее 4 мм, даже 6. В противном случае перегрузка обычного стандартного бытового кабеля неизбежна, он просто сгорит.
- От возникшего в результате закипания теплоносителя может взорваться корпус, поэтому обязательно должен быть клапан избыточного давления, его ставят за вентилем, на выходе.
На самом деле, создавать своими руками прибор, который потребляет такое огромное количество энергии и создает мощное поле, и при этом не снабжен всеми нужными датчиками и предохранителями, просто опасно. Если все же хочется иметь в доме именно такой устройство, лучше приобрести заводской прибор, со всеми гарантиями. Это обойдется значительно дешевле восстановления ущерба от сбоя самодельного котла.
В конце концов, совсем не обязательно собирать всю систему с нуля из подручных материалов.
Простой способ сборки собственной системы отопления из индукционной плиты и индуктора, оба устройства подключены к аккумулятору. На плиту устанавливается кожух из магнитного материала, через него идут трубы отопительной системы. Для контура нужно подобрать немагнитный материал, иначе произойдет рассеивание вихревого потока, что приведет к снижению КПД.
Плиты, работающей на индукции, мощностью в 2Квт вполне достаточно для обогрева небольшого дома.
