Индукционный нагреватель – принцип работы, достоинства и недостатки, особенности самостоятельного изготовления

Принцип разогрева материалов наведенными токами высокой частоты давно применяется в промышленности. Метод можно использовать в быту для нагрева воды, в том числе в целях отопления дома, так как передача энергии происходит более эффективно и с меньшими потерями. Разберем, что собой представляет индукционный нагреватель, как он работает, какими плюсами и минусами обладает, а также в чем заключаются особенности его самостоятельного изготовления.

Водонагревающий агрегат индукционного типа Источник by.kotel-electr.ru

Индукционное нагревание – что это такое, применение

В настоящее время в промышленности широко применяется метод бесконтактного разогрева заготовок перед выполнением различного рода операций – плавки, сварки, пайки, ковки и проч. Эффективность его настолько высока, что он быстро вытесняет традиционные способы нагрева. При этом ввиду особенностей передачи энергии – без использования проводника – потери минимальны, и потому у метода высокий экономический показатель.

Индукционный нагрев – это повышение температуры предметов из электропроводящих материалов посредством действия в их структуре переменного магнитного поля. Технологическая суть процедуры заключается в следующем:

1. Предмет, который требуется нагреть, помещается внутрь индуктора – свитого в виде спирали проводника.
2. Далее в индуктор посредством специального генератора направляются переменные токи большой силы и различной частоты.
3. В результате проводник начинает излучать переменное магнитное поле.
4. Электропроводящий предмет пронизывается этим полем, в следствие чего в нем возникают наведенные токи.
5. Под действием вихревых токов температура материала повышается.

Принцип индукционного нагрева находит широкое применение в самых различных областях:

1. Бесконтактная сварка, плавка и пайка сверхвысокой чистоты.
2. Термическая обработка и гибка элементов и узлов в автопромышленности.
3. Создание экспериментальных образцов сплавов.
4. Изготовление ювелирных украшений.
5. Закаливание изделий по поверхности.
6. Термообработка мелко габаритных деталей, не доступных для воздействия плазмой и дугой.
7. Термическая обработка и закаливание элементов сложных форм.
8. Дезинфекция приборов и инструментов в медицине.

На заметку! Метод бесконтактного разогрева также нашел широкое применение для изготовления бытовых нагревательных приборов, особенно для воды. Однако по цене такие модели существенно превосходят традиционные аналоги, работающие на ТЭНе. Поэтому при достаточном опыте их можно изготовить самостоятельно.

Принцип работы нагревателя

Механизм выработки тепла у бытовых электроприборов рассматриваемого типа основан на том же самом законе, на котором функционируют промышленные установки. Однако в схеме их работы есть свои особенности. Прежде всего они касаются устройства. Так, бытовой индукционный проточный водонагреватель состоит из следующих основных элементов:

• Индуктор – катушка-намотка медной проволоки. При прохождении через него тока образуется магнитное поле, под действием которого разогревается электропроводящий материал нагревателя.
• Генератор – преобразователь стабильного бытового тока в необходимый по мощности высокочастотный поток.

• Нагревательный элемент – металлическая труба, через которую пропускается водяной поток для нагрева. Нагреватель попутно выполняет функцию охладителя для индуктора, тем самым обеспечивая ему стабильные характеристики работы и долговечность.

Генератор преобразует ток из обычного в высокочастотный и подает его на катушку. Обмотка из проволоки вырабатывает магнитное поле. Находящийся внутри нее нагреватель-трубка разогревается и передает тепло проходящему через него водяному потоку. Ввиду отсутствия прямого контакта при переходе из одного вида энергии в другой, потери минимальны. КПД таких электронагревателей достигает 98%.

Справка! По аналогичной выше рассмотренной схеме работает индукционный котел, являющийся экономным, эффективным и долговечным обогревателем для дома. Только вместо трубки в индуктор помещается теплообменный контур, проходя через который нагревается и распределяется по всем радиаторам жилой площади специальный теплоноситель.

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.

Достоинства и недостатки

Преимущества бытового нагревателя воды рассматриваемого типа заключаются в следующем:

• Большой срок службы. Средний период гарантии большинства производителей – 30 лет. При этом установка не требует серьезного технического обслуживания и ремонта с заменой основных элементов на протяжении всего периода эксплуатации. Профилактическая чистка проводится не чаще одного раза в 7-9 лет.
• Экономный расход электроэнергии. Для производства одного и того же количества тепла в сравнении с разновидностями, работающими на традиционных ТЭН-ах, энергии затрачивается на 30-40% меньше.
• Отсутствие накипи. Специфика механизма действия прибора исключает образование накипи на рабочих элементах установки. Кроме того, во включенном состоянии прибор слегка вибрирует, что также является хорошим защитным фактором от нароста различного рода отложений на контактирующих с водой его внутренних частях.
• Минимальный риск протечек. Бесконтактная технология нагрева исключает факторы разрушения – когда под действием тепла и сырости металлические элементы быстро ржавеют.

Замена ТЭНа

При использовании этих данных, перепутаны системы отопления и водоснабжения.

В замкнутых отопительных системах нет столько примесей, как в водоснабжении. Смягчение воды в большинстве случаев здесь попросту не требуется.

Это может относиться только к ГВС или центральному отоплению. Там оператор котельной не способен отследить утечки воды.

Если речь идет чисто о вашем доме, где все собрано и закольцовано без протечек и дыр, то никакой постоянной подготовки воды не требуется. Какие-то элементы в воде, конечно же будут содержаться, но однажды будучи налиты в систему отопления, они один раз прореагируют и более, им неоткуда будет взяться.

У индукционных, якобы низкая стоимость эксплуатации из-за очень редкой замены узлов. На самом деле, это в качественных тэновых образцах, элементы меняются крайне редко, о чем уже говорилось выше.

А вот если вам понадобится что-то поменять в индукционном, то вы крепко задумаетесь, прежде чем это сделать. Там все запечатано в герметичной колбе и без ее физического разрезания внутрь не подобраться.

Особенности самостоятельного изготовления

Для того, чтобы сделать индукционный нагреватель, необходимо иметь опыт электротехнических работ и сборки самодельных электроприборов, а также навыки по обработке металла и других материалов и уметь монтировать проводку. Поэтому при их отсутствии доверить такую работу лучше профессионалам. При этом общий алгоритм изготовления прибора состоит из следующих последовательных этапов:

• Изготовление нагревателя. Как правило, используется отрезок толстостенной металлической трубы с переходниками на концах, заключенный в термостойкую пластиковую трубку большего диаметра.

Видео описание

Видео-пример изготовления индукционного нагревателя:

• Создание индуктора. На трубку плотно наматывается изолированный медный провод сечением около 1-1,5 мм2. Количество витков должно быть не менее 90.
• Подбор подходящего генератора переменного тока. Наиболее простой и доступный способ – воспользоваться инвертором от соответствующего сварочного агрегата.
• Соединение нагревателя с индуктором к водопроводу или трубе отопления.
• Подключение индуктора к сети. Контактные жилы от катушки подсоединяются к плюсовым контактам инвертора.
• Подводка электропитания. На выводах устанавливаются диоды-выпрямители. Без них напряжение подаваемого тока будет подаваться выпрямленным, и катушка будет функционировать по типу электромагнита, а не индуктора.
• Включение и проверка работы прибора.

Обратите внимание! Изготовленный своими силами нагреватель в отличие от заводских аналогов не оснащен системой защиты и контроля. Поэтому перед включением необходимо убедиться, что нагревательный элемент заполнен водой.

Коротко о главном

Индукционное нагревание основано на способности переменного магнитного поля повышать температуру предметов из электропроводных материалов. Нагрев осуществляется бесконтактным способом и отличается высокой производительностью и малыми потерями энергии. По этой причине метод находит широкое применение в различных сферах – плавке, сварке, пайке металлов, термообработке узлов и элементов в производстве, дезинфекции инструментов в медицине.

В работе бытового водонагревателя действует тот же принцип. Нагревательный элемент, через который проходит вода, помещается в катушку-индуктор. При подаче высокочастотного тока вырабатывается переменное магнитное поле, разогревающее металлический нагреватель. Среди главных плюсов таких приборов выделяются:

• Долговечность.
• Экономность.
• Отсутствие накипи.
• Работа без протечек.
• Естественная конвекция.

Недостатки связаны с выделение тепла в окружающее пространство, необходимостью стабильной подачи электроэнергии, постоянном контроле рабочих характеристик, рабочим шумом и вредным излучением. При изготовлении устройства необходимо следовать инструкции и иметь достаточный опыт.

Советы по безопасности

Установки этого типа широко применяются не только для отопления помещений, но и для проведения плавильных работ. Основная проблема, связанная с индукционными устройствами домашнего изготовления, связана с отсутствием узлов, обеспечивающих контроль показателей температуры и давления и предохранение от взрыва. Поэтому при эксплуатации таких агрегатов нужно проявлять внимательность и осторожность.

Перед запуском котла надлежит проверить наполнение полости теплоносителем. Корпус, выполненный из полимеров, без регулярного охлаждения жидкостью начнет плавиться. Это влечет за собой деформационные изменения и полный выход установки из строя. Также опасность может представлять выпадение накаленного металла из плавящегося корпуса. При таком инциденте потребуется провести замену ряда узлов установки.

К электричеству аппарат подключают через отдельный провод, который ведется от щита. Контакты нужно перекрыть изоляционным материалом. Если в конструкции задействован аппарат для сварки, его инвертор должен быть заземлен. Провод, используемый для этой операции, должен иметь 4-6 мм в поперечнике. Для предотвращения избыточного нагревания установки при отсутствии воды целесообразно вмонтировать во входное отверстие клапан избыточного давления.