Високочастотний індукційний нагрів. Розрахунок індукційного нагріву

В індукційних печах і пристроях тепло в нагреваемом приладі виділяється струмами, що виникають в змінному електромагнітному полі всередині агрегату. Називаються вони індукційними. В результаті їх дії відбувається підвищення температури. Індукційний нагрів металів ґрунтується на двох головних фізичних законах:

Фарадея-Максвелла;

Джоуля-Ленца.

У металевих тілах при їх приміщенні змінне поле починають виникати вихрові електричні поля.

Пристрій індукційного нагріву

Всі відбувається наступним чином. Під дією змінного магнітного потоку змінюється електрорушійна сила (ЕРС) індукції. ЕРС діє так, що всередині тіл протікають вихрові струми, які і виділяють теплоту в повній відповідності з законом Джоуля-Ленца. Також ЕРС генерує змінний струм у металі. При цьому відбувається виділення теплової енергії, що і призводить до підвищення температури металу.


Цей вид нагрівання найпростіший, так як є безконтактним. Він дозволяє досягати дуже високих температур, при яких можна обробляти самі тугоплавкі метали. Щоб забезпечити індукційний нагрів, потрібно створити в електромагнітних полях певну напругу і частоту. Зробити це можна в спеціальному приладі – індукторі. Харчування його здійснюється від промислової мережі 50 Гц. Можна для цього використовувати індивідуальні джерела живлення – перетворювачі і генератори. Найпростіше пристрій індуктора невеликий частоти – спіраль (ізольований провідник), який може бути поміщений всередину металевої труби або намотаний на неї. Проходять струми нагрівають трубу, яка, в свою чергу, передає тепло в навколишнє середовище.


Застосування індукційного нагріву на малих частотах - досить рідко. Більш поширена обробка металів на середній і високій частоті. Такі пристрої відрізняються тим, що магнітна хвиля потрапляє на поверхню, де відбувається її загасання. Тіло перетворює енергію цієї хвилі в тепло. Для досягнення максимального ефекту обидві складові мають бути близькі за формою.

Де використовуються

Застосування індукційного нагрівання в сучасному світі широко поширене. Область використання:

плавка металів, їх пайка безконтактним способом;

отримання нові сплавів металів;

машинобудування;

ювелірна справа;

виготовлення невеликих деталей, які можуть бути пошкоджені при застосуванні інших методів;

загартовування поверхонь (причому деталі можуть бути самої складної конфігурації);

термообробка (обробка деталей для машин, загартованих поверхонь);

медицина (дезінфекція приладів та інструментів).

Індукційний нагрів: позитивні характеристики

У такого способу чимало переваг:

З його допомогою можна швидко прогріти і розплавити будь проводить струм матеріал.

Дозволяє проводити нагрівання в будь-якому середовищі: у вакуумі, атмосфері, рідини, що не проводить струм.

За рахунок того що нагрівається тільки провідний матеріал, стінки, слабо поглинають хвилі, залишаються холодними.

В спеціалізованих галузях металургії отримання надчистих сплавів. Це цікавий процес, адже метали перемішуються в підвішеному стані, в оболонці з захисного газу.

У порівнянні з іншими типами, індукційний не забруднює навколишнє середовище. Якщо у випадку з газовими пальниками забруднення присутня, так само як і в дуговому нагріванні, то індукційний це виключає, за рахунок "чистого" електромагнітного випромінювання.

Малі розміри приладу індуктора.

Можливість виготовлення індуктора будь-якої форми, це не призведе до локального нагрівання, а буде сприяти рівномірному розподілу тепла.

Незамінний, якщо необхідно нагріти тільки певну ділянку поверхні.

Не становить великої праці налаштувати таке обладнання на потрібний режим і регулювати його.

Недоліки

Система має такі мінуси:

Самостійно встановити і налагодити тип нагріву (індукційний) та його обладнання досить непросто. Краще звернутися до фахівців.

Необхідність точно зіставити індуктор і заготівлю, інакше буде недостатнім індукційний нагрів, його потужність може досягати малих величин.

Опалення індукційним обладнанням

Для облаштування індивідуального опалення можна розглянути такий варіант, як індукційний нагрів. В якості агрегату піде трансформатор, що складається з обмоток двох видів: первинної і вторинної (яка, в свою чергу, коротко замкнута).

Як працює

Принцип роботи звичайного індуктора: вихрові потоки проходять всередині і направляють електричне поле на другий корпус. Щоб через такий котел проходила вода, до нього підводять два патрубка: для холодної, що надходить, і на виході теплої води – другий патрубок. За рахунок тиску вода постійно циркулює, що виключає можливість нагріву елемента індуктора. Наявність накипу тут виключено, так як в індукторі відбуваються постійні вібрації. Такий елемент в обслуговуванні буде недорогим. Головний плюс в тому, що прилад працює безшумно. Встановлювати його можна в будь-якому приміщенні.

Виготовлення обладнання самостійно

Установка індукційного нагріву великої складності не складе. Навіть той, хто не має досвіду, після ретельного вивчення впорається з поставленим завданням. Перед початком роботи потрібно запастися такими необхідними елементами:

Інвертор. Його можна використовувати від зварювального апарату, він недорогий і буде необхідною високої частоти. Виготовити її можна самостійно. Але це витратне заняття по часу.

Корпус нагрівача (для цього підійде шматок пластикової труби, індукційний нагрів труби в цьому випадку буде найбільш ефективним).

Матеріал (згодиться дріт діаметром не більше семи міліметрів).

Пристосування для підключення індуктора до мережі опалення.

Сітка для утримання дроту всередині індуктора.

Индукционною котушку можна створити з мідного дроту (вона має бути емальованому).

Насос (для того, щоб вода подавалася в індуктор).

Правила виготовлення обладнання самостійно

Для того, щоб установка індукційного нагріву працювала правильно, струм для такого виробу повинен відповідати потужності (він повинен становити не менше 15 ампер, якщо потрібно, то більше).

Дріт повинна бути нарізана на шматки не більше п'яти сантиметрів. Це потрібно для ефективного нагріву у високочастотному полі.

Корпус повинен бути по діаметру не менше, ніж підготовлена дріт, і володіти товстими стінками.

Для кріплення до мережі опалення на одну сторону конструкції кріпиться спеціальний перехідник.

На дно труби потрібно покласти сітку для запобігання випадання дроту.

Остання потрібна в такій кількості, щоб вона заповнила весь внутрішній простір.

Конструкція закривається, ставиться перехідник.

Потім споруджують з цієї труби котушку. Для цього обмотують її вже заготовленої дротом. Число витків потрібно дотриматися: мінімум 80 максимум 90.

Після підключення до системи опалення в апарат заливають воду. Котушку підключають до складеним інвертора.

Встановлюється насос для подачі води.

Монтується регулятор температури.

Таким чином, розрахунок індукційного нагріву буде залежати від наступних параметрів: довжина, діаметр, температура і час обробки. Звертайте увагу і на індуктивність підвідних до індуктора шин, яка може бути набагато більше показників самого індуктора.

Про варильні поверхні

Ще одне застосування в домашньому побуті, крім системи опалення, даний вид нагрівання знайшов у варильних панелях плит. Така поверхня має вигляд звичайного трансформатора. Котушка його захована під поверхню панелі, яка може бути скляної або керамічної. По ній проходить струм. Це перша частина котушки. А ось другий є та посуд, в якій буде проходити приготування їжі. На дні посуду створюються вихрові струми. Вони і нагрівають спочатку посуд, а потім продукти в ній. Тепло буде виділятися тільки тоді, коли на поверхню панелі поставлять посуд. Якщо вона відсутня, ніякої дії не відбувається. Індукційна зона нагріву буде відповідати діаметру поставленої на неї посуду. Для таких плит потрібна спеціальна посуд. Більшість феромагнітних металів можуть взамодействовать з індукційним полем: алюміній, нержавіюча та емальована сталь, чавун. Не підходять для таких поверхонь: мідна, керамічна, скляна і виготовлена з неферомагнітних металів посуд. Природно, що індукційна плита включиться тільки тоді, коли відповідна посуд буде на ній встановлена.
Сучасні плити забезпечені електронним блоком керування, що дозволяє розпізнавати порожню і непридатну для застосування посуд. Основними перевагами індукційних варильних панелей є: безпека, легкість прибирання, швидкість, ефективність, економічність. Про поверхня панелі ніколи не можна обпектися. Отже, ми з'ясували, де використовується даний тип нагріву (індукційний).