Индукционный нагреватель – изобретение давнее. Первый прототип появился еще в конце 19 века – в 1887 году, а уже в 1890 году машина была установлена на фирме Benedicks Bultfabrik. Несмотря на ряд преимуществ таких установок использовались они нечасто, так как действительно эффективная схема индукционного нагревателя на тот момент не могла быть создана по причине неразвитости электроники.
Прорыв индукции
Настоящий прорыв индукционного оборудования произошел относительно недавно. Индуктивный метод стал использоваться не только в промышленности, но и в быту. Такому быстрому развитию послужило появление современных микроконтроллеров с большой вычислительной мощностью. Второй фактор, ставший базой для появления эффективных моделей печей – разработка недорогих, но мощных транзисторов. Возможность использовать нагрев с помощью индукции в жилых помещениях породила еще одно явление – многочисленные самоделки. Схемы печи, созданной своими руками, могут иметь свои отличия, но в их основе всегда лежит принцип индукции.
Сделать своими руками индукционный котел несложно, но решившись на такую работу, стоит помнить об опасности электричества. Неграмотно разработанная и созданная конструкция, в лучшем случае, просто не будет работать. В худшем она может стать источником серьезнейшей опасности для жизни и здоровья домочадцев. Разговор об использовании индукции начнем с рассмотрения разных видов печей, работающих по этому принципу.
Как действует индукция?
В основе действия индукционного нагревателя лежит магнитная или электрическая индукция. Основная часть, как промышленных моделей, так и печных самоделок лежит в области использования катушки индуктивности, создающей магнитное поле. Несмотря на некоторые ограничения в применении, они более распространены, чем электрические изделия. Процессы, происходящие во время работы установки, в обобщенном виде выглядят следующим образом.
Индукционная катушка создает переменное магнитное поле, замыкаемое на ферромагнитный сердечник или находящееся в свободном пространстве. Поле, в свою очередь, создает магнитный поток. Далее образуется вторичный или вихревой ток – в зависимости от того, какая схема лежала в основе установки. Вихревые токи отдают полученную энергию, обеспечивая нагрев.
В ходе действия такой печи осуществляется многоступенчатое преобразование разных видов энергии. Результатом этого является почти 100%-ное КПД установки. Причина этого кроется в том, что электромагнитное взаимодействие отличается высокой мощностью.
Виды индукционных печей
Индуктивный нагреватель – понятие обширное. Эта схема лежит в основе разных видов печей и котлов, работающих на электромагнитном преобразовании энергии. Как уже отмечалось выше, впервые индукционный нагреватель был использован в промышленности. Долгое время промышленная сфера была единственной для использования подобных печей. Несмотря на то, что сегодня ситуация в корне изменилась, и магнитная индукция вошла в жизнь людей, рассматривать виды таких печей лучше именно с производственных моделей, применяемых для плавки материалов.
Канальная печь
По своей конструкции канальный индукционный котел напоминает обычный трансформатор. Основная область его применения – сталелитейная и металлургическая промышленность. Именно в таких печах осуществляется плавка цветных сплавов, дюраля, получение чугуна высокого качества. Для того чтобы в канальной печи произошел нагрев, требуется затравка расплавом. Его наливают в тигель перед пуском установки. Часть расплава обязательно должна сохраняться в остаточной емкости после окончания плавки.
Несмотря на то, что канальные конструкции относятся к промышленным, их взяли на вооружение и домашние мастера. Популярность канальных установок среди «самоделкиных» обеспечила и достаточная простота сооружения индукционного котла своими руками. В качестве основы установки для домашней мастерской можно взять обычный сварочный трансформатор. Подобный агрегат позволяет плавить цветные металлы, сплавы. В отличие от промышленных печей, у домашнего индукционного плавильного оборудования отсутствует существенная проблема – необходимость остаточной емкости. Причиной этого является незначительная мощность созданного своими руками прибора.
Не стоит думать, что самодельная канальная печь – конструкция идеальная, лишенная проблем или недостатков. В ней возникает проблема кольцевого тигля. Для его создания годится только один материал – электрофарфор. Другие огнеупорные материалы для этой цели не подходят. Именно это и стало причиной малого распространения канальных печей у «самоделкиных».
Тигельные печи
Подобные конструкции были разработаны в 20-е годы прошлого столетия. Причиной их появления стала необходимость отказа от остаточной емкости канальных печей. Идея была проста – отказаться от использования магнитопровода и установить тигель непосредственно в индуктор. Уже в процессе разработки проявилась основная проблема такой конструкции – необходимость изменения частоты во время плавки. Несмотря на это тигельные агрегаты нашли свое применение. Не оставили их без внимания и домашние мастера.
Индукционный тигельный агрегат осуществляет свою работу в нескольких режимах:
- Режим основного резонанса. Он позволяет расплавить до 500 г стали, но нагрев заготовки займет немало времени, увеличивая потребление электроэнергии и сокращая КПД.
- Работа на гармониках. В таком режиме агрегаты отличаются большей мощностью. Нагрев происходит быстро – буквально за несколько секунд. Плавка может вестись в режиме быстрой шахты. При этом получаются сплавы, недоступные для выплавления в других печах.
- Работа на частоте в 5-6 раз больше основной. В этом режиме печи применяются не для плавки, а для закалки заготовок.
Индукция в быту
Уже не раз упоминалось, что индукционный нагрев сегодня широко используется не только в промышленности, но и в быту. Это явление все больше распространяется, несмотря на то, что обладающие большой мощностью установки никак не подходят для подключения к обычной бытовой электросети. Чем так привлекательные индукционные печи? Почему на них обратили внимание домашние мастера?
- Магнитная левитация позволила использовать индукцию для очистки металлов.
- Закалка металлических заготовок.
- Равномерный или точно дозированный нагрев заготовки и т. д.
Немного важной теории
Прежде чем использовать индукционные нагревательные приборы, стоит ознакомиться с основными теоретическими выкладками. В таких печах нагрев происходит за счет электромагнитного поля, оказывающего воздействие на человека. В целом, его можно сравнить с воздействием микроволновой печи на кусок мяса. Не хочется ощущать себя бифштексом во время работы? Нужно соблюдать технику безопасности.
Сила воздействия электромагнитного поля зависит от плотности потока его энергии (ППЭ). Этот показатель будет увеличиваться при росте частоты излучения. Допустимые значения ППЭ не должны превышать 30 мВт на 1 кв. м поверхности тела при условии постоянного воздействия. Из курса физики мы знаем, что ППЭ будет падать при удалении от источника. Снизить этот показатель примерно в 50 раз позволяет даже однослойная экранировка установки оцинкованной сеткой с мелкой ячейкой.
Сложнее снизить вредное воздействие сверхвысоких частот (СВЧ), начинающихся примерно со 120 МГц. Попадание под действие СВЧ приводи к долговременным последствиям. Люди отличаются разной восприимчивостью к сверхвысоким частотам, но, получив такое воздействие в 10-30 мВт в течение примерно 30 минут, можно легко подорвать состояние здоровья и репродуктивной системы.
Обычная индукционная печь не работает в режимах сверхвысокого излучения, и, казалось бы, его воздействие не является серьезной причиной отказа от использования таких установок в домашних мастерских. Это абсолютно справедливо, если речь идет о моделях, представленных на рынке разными производителями. Совершенно иначе обстоит дело, если агрегат был смоделирован и сконструирован самостоятельно. Малейшая ошибка во время его изготовления может стать причиной того, что печь входит в режим, имеющий паразитное СВЧ.
Заключение
Этот рассказ об индукционных печах – всего лишь короткий экскурс в масштабную тему. Сегодня основное направление использования индукции – обработка материалов, что будет завтра – покажет время. Такие агрегаты перспективны и интересны, в том числе и для домашних мастеров.
Читайте далее:
