Зміст:
- Індукція в промисловості та побуті
- Пристрій індукційних водонагрівачів
- Висновок
Явище індукції полягає у виникненні наведених струмів. У разі нагрівачів вони мають вихровий характер і досить велике значення. У результаті метал різко нагрівається. У промислових цілях використовують струми різної частоти, але зазвичай не більше 1 МГц, так як в противному випадку глибина проникнення їх різко знижується. Однак і це знаходить своє застосування. Так вдається загартувати поверхню осей та інших витягнутих деталей, які складно обробити іншим методом. Локальний поверхневий нагрів викликає утворення аустеніту з наступним різким охолодженням до мартенсіту. Використовується в металургії і металообробці і процес відпуску сталі з метою додання їй пластичності. Індукційний водонагрівач являє собою спрощену промислову установку, але тільки зменшеного розміру і малої потужності.
Індукція в промисловості та побуті
Для процесу індукції характерна мінімальна інерція. Варто з’явитися змінному полю, як тут же виникають у відповідь струми Фуко. Перевага методу в тому, що випромінювання практично відсутня, тобто поле дуже швидко згасає з відстанню. Саме тому радіочастоти і починаються на сотнях кГц. З цієї ж причини використовувати ці довжини хвиль в металургії вже невигідно. Спіраль індукційного нагрівача в цьому випадку перетворюється в антену. Інша справа ультразвук і більш низькі частоти. Вони відмінно наводять струми Фуко і майже не шкодять робітникам, що використовують обладнання.
Промислові індукційні нагрівачі мають приголомшливу потужність. Це може бути і 100 кВт і більше. При таких умовах метал не тільки нагрівається для двох процесів, які ми згадали вище, гарту і відпустки, а просто плавиться. На цьому принципі побудовані індукційні печі. У них ще більш приголомшливі здібності до енергоспоживання. Суть в тому, що енергія передається безпосередньо сталі, яка нагрівається прямо на очах. Це дозволяє застосовувати явище індукції також і в ковальській справі. (Див. також: Сонячний водонагрівач своїми руками)
Ось ще кілька областей, де дуже потрібно нагрів, та згадані пристрої з успіхом вирішують поставлені перед ними завдання:
- штампування металів;
- зварювання та пайка;
- відпал;
- нормалізація сталі.
У побуті індукційний нагрів використовують у приладах для готування їжі та водонагрівачі. Це дозволяє отримувати безінерційні прилади, які одночасно мають високий ККД, але не є дешевими. Зокрема, ось кілька назв на слуху, де використовується технологія:
Ми не виключаємо наявності будь-яких інших пристроїв, які покликані полегшити життя людини.
Отже, принцип дії індукційного нагрівача промислового типу полягає в наступному. Напруга на вході випрямляється і надходить на вхід інвертора, який генерує імпульси потрібної частоти. В кухонних плитах із зменшенням довжини хвилі зазвичай піднімається температура. Не виключено, що подібний же ефект використовується і в індукційні нагрівачі. Головним елементом є котушка. Від її форми буде залежати, що саме нагрівається. Так спіральні котушки у вигляді пружини можуть підняти температуру не лише тієї деталі, що знаходиться всередині (наприклад, труба), але і зовні (внутрішність труби).
В якості матеріалу використовується мідна трубка. У неї хороші електропровідність і міцність. Оскільки високочастотний струм йде в основному по поверхні, то внутрішня частина провідника все одно не була б задіяна. А так виходить відносно дешева і легка конструкція. На частоті 50 Гц це не актуально, а скоріше підходить для струму акустичного діапазону і вище. Ще один момент, це електричний опір. Ми анітрохи його не збільшуємо, видаливши серцевину, тому що струм і так йде по поверхні. Чим вище потужність індукційного нагрівача, тим повинна бути товще і трубка. Одночасно падає і її електричний опір.
Одночасно в будь-якому феромагнітному матеріалі, який мимоволі став серцевиною такої котушки, по якій тече струм високої частоти, виникає магнітний потік, який згідно напрузі змінює свій напрямок. Цей ефект супроводжується виділенням тепла, яке витрачається потужність індукційного нагрівача. Ось чому ККД системи так високий.
Сама котушка майже не гріється. Але на всяк випадок її покривають спеціальним матеріалом. Це може бути керамічна тканину або жорсткий склад. Робиться це з наступних міркувань: (Див. також: Який проточний водонагрівач купити)
Сучасні матеріали легко витримують температури понад 1000 ° С без яких-небудь наслідків.
Пристрій індукційних водонагрівачів
Принцип дії індукційного водонагрівача нагадує промислові аналоги. Тільки можливості і завдання у нього набагато скромніше. Завданням індукційного водонагрівача є подача на робочу силу струму високої частоти і потужності. У результаті все, що знаходиться в серцевині, починає грітися. А там зазвичай розташовується труба з водою. Якщо читачі ще не здогадалися, то перед нами типовий проточний водонагрівач. Суть в тому, що дросель наводить змінний магнітний потік у сталевій трубі, а вода, протікаючи повз, забирає тепло. Це не означає, що індукційний водонагрівач непридатний для пластикових стояків, їх можна приєднати. Але всередині приладу труба все одно буде сталева.
У порівнянні з промисловими індукційними нагрівачами справа набагато простіше. Є звичайний трансформатор, як у зварювального апарату, який передає струм котушки. Безпосередньо її включати небажано, тому що вийде щось на зразок короткого замикання. Ми вважаємо, що всередині повинні бути звичайний термостат для регулювання температури і потенціометром для зміни потужності. Як в прасках.
Деякі любителі пропонують виготовити індукційний водонагрівач своїми руками шляхом розміщення на відрізку поліетиленової труби сталевого свердла, яке ледве-ледве проходить всередину по діаметру. Кругом конструкції прокладаються поздовжні дерев’яні рейки. А зверху намотується котушка, яка охоплює трубу. При пропусканні по ній змінного струму свердло буде ударно грітися. Зрозуміло, що в результаті пропускання води всередині труби, вона буде отримувати левову частку тепла.
Любителі рекомендують використовувати зварювальний інвертор, навантажений на котушку з армованої стеклоизоляцией дроту, обмотану навколо труби зі свердлом всередині. Так ми позбавляємося від потреби щось вигадувати. Але згадуючи про вартість таких пристроїв, як зварювальний інвертор, якось язик не повертається назвати винахід вдалим. Зате можна безпечно випробувати задумку – працює чи ні. Проблема в тому, щоб створити прийнятну конструкцію генератора. Навряд чи струм з розетки в 50 Гц зможе навести хороші індукційні струми і перемагнитить домени. Інакше навіщо тоді всі виробники промислових електрично нагрівачів стараються і роблять якісь джерела живлення для своїх приладів.
Ті ж любителі рекомендують вибирати частоту живлення приладу в 50 кГц. Для того, щоб зібрати інвертор на потужність 3-6 кВт, доведеться здорово попітніти. Не кажучи вже про те, що не у кожного вдома пробки потягнуть таке навантаження. Варити-то мабуть не пробували в квартирі? Тепер ми побачили недоліки індукційних водонагрівачів. А переваги їх у великій ККД. А тепер давайте обдумаємо все, що ми прочитали і зробимо висновок, який поки в Рунеті не озвучено. Принцип роботи індукційного водонагрівача ґрунтується на двох іпостасях:
Висновок
Переваги індукційних водонагрівачів наступні:
Ми не згадали, що прилад потрібно також заізолювати базальтової ватою, щоб він грів не повітря, а саме трубу. В іншому випадку вийдуть великі втрати на конвекцію. Причому базальтова вата повинна захищати саме котушку від труби, і ніяк не інакше. Використання індукційних водонагрівачів власної конструкції представляється нам на сьогоднішній день проблематичним. Але ми вже згадали, що генератор коливань можна зібрати самостійно або використовувати інвертор, зварювальний або з варильної панелі. Провини з Іжевська можна з’єднувати послідовно для цілей опалення та водопостачання. Але вже точно не в домашніх умовах.
