Схема индуктора: Индукционный нагреватель своими руками — 3 варианта сборки

Содержание

принцип работы, схема, ток и напряжение в нем

В данной статье мы подробно рассмотрим индуктор. Отдельно разберем индуктор на схеме, обратную ЭДС генерируемую индуктором, постоянную времени индуктора, ток и напряжение в индукторе, а так же мощность и энергию в индукторе.

Определение и принцип работы

В наших уроках об электромагнетизме мы увидели, что когда электрический ток протекает через проводник, вокруг проводника возникает магнитный поток. Это создает взаимосвязь между направлением магнитного потока, который циркулирует вокруг проводника, и направлением тока, протекающего через тот же проводник, что приводит к хорошо известной взаимосвязи между током и направлением магнитного потока, называемой «Правило правой руки Флеминга».

Но есть и другое важное свойство, относящееся к намотанной катушке, которая также существует, а именно то, что вторичное напряжение индуцируется в ту же катушку движением магнитного потока, поскольку оно противостоит любым изменениям электрического тока, протекающего по нему.

типичный индуктортипичный индуктор
Типичный индуктор

В своей основной форме Индуктор — это не что иное, как катушка проволоки, намотанная вокруг центрального сердечника. Для большинства катушек ток I, протекающий через катушку, создает магнитный поток вокруг нее, который пропорционален этому потоку электрического тока.

Индуктор, называемый также дросселем, является еще одним типом пассивного электрического компонента, который является простой катушкой провода предназначенного, чтобы воспользоваться этой взаимосвязью путем индукции магнитного поля, сам по себе, или в активной зоне в результате тока, проходящем через катушки. Это приводит к гораздо более сильному магнитному полю, чем то, которое создавалось бы простой катушкой из проволоки.

Индукторы образованы проволокой, плотно обернутой вокруг сплошного центрального сердечника, который может представлять собой либо прямой цилиндрический стержень, либо непрерывную петлю или кольцо для концентрации их магнитного потока.

Схематическое обозначение индуктора — это катушка с проводом, поэтому катушку с проводом можно также назвать 

индуктором. Индукторы обычно классифицируются в соответствии с типом внутреннего сердечника, вокруг которого они намотаны, например, полый сердечник, твердый железный сердечник или мягкий ферритовый сердечник, причем различные типы сердечников различаются путем добавления непрерывных или пунктирных параллельных линий рядом с проволочная катушкой, как показано ниже.

Индуктор на схеме

картинка-схема индукторакартинка-схема индуктора

Ток I, который протекает через катушку индуктивности производит магнитный поток, который пропорционален к нему. Но в отличие от конденсатора, который противодействует изменению напряжения на своих пластинах, индуктор противодействует скорости изменения тока, протекающего через него, из-за накопления самоиндуцированной энергии в его магнитном поле.

Другими словами, катушки индуктивности сопротивляются или противостоят изменениям тока, но легко пропустят постоянный ток. Эта способность индуктора противостоять изменениям тока и которая также связывает ток I с его магнитным потоком

как коэффициент пропорциональности, называется индуктивностью, которому присвоен символ L с единицами измерения ГенриH ).

Поскольку Генри представляет собой относительно большую единицу индуктивности, для младших индукторов Генри используются для обозначения его значения. Например:

Префиксы индуктивности

ПрефиксУсловное обозначениемультипликаторСтепень десяти
миллиm1/1 00010 -3
микроμ1/100000010 -6
наноn1/100000000010 -9

Таким образом, для отображения подразделов Генри мы будем использовать в качестве примера:

  • 1mH = 1 милли-Генри   — что равно одной тысячной (1/1000) Генри.
  • 100μH = 100 микро-Генри   — что равно одной 100-миллионной ( 1/1 000 000) Генри.

Индукторы или катушки очень распространены в электрических цепях, и существует множество факторов, определяющих индуктивность катушки, таких как форма катушки, число витков изолированного провода, число слоев провода, расстояние между витками, проницаемость материала сердечника, размер или площадь поперечного сечения сердечника и т. д.

Катушка индуктивности имеет площадь поперечного сечения сердечника ( A ) с постоянным числом витков провода на единицу длины ( l ). Таким образом, если катушка N витков связана на величину магнитного потока Φ то катушка имеет потокосцепление и любой ток I, который протекает через катушку будет производить индуцированный магнитный поток в противоположном направлении по отношению к потоку тока. Затем, согласно закону Фарадея, любое изменение в этой связи магнитного потока производит самоиндуцированное напряжение в одной катушке:

формула самоиндуцированного напряженияформула самоиндуцированного напряжения

Где:

  •    N — число витков
  •     А — площадь поперечного сечения в м 2
  •    Φ — количество потока в Веберах
  •     μ — проницаемость материала сердечника
  •     L — длина катушки в метрах
  •    di / dt — скорость изменения тока в Амперах в секунду

Изменяющееся во времени магнитное поле индуцирует напряжение, которое пропорционально скорости изменения тока, создающего его, с положительным значением, указывающим на увеличение ЭДС, и отрицательным значением, указывающим на уменьшение ЭДС. Уравнение, связывающее это напряжение, ток и индуктивность с самоиндукцией, может быть найдено путем замены μN 2 A / l на L, обозначая постоянную пропорциональности, называемую индуктивностью катушки.

Соотношение между потоком в катушке индуктивности и током, протекающим через катушку индуктивности, имеет вид: 

NΦ = Li . Поскольку катушка индуктивности состоит из катушки с проводящим проводом, это уменьшает приведенное выше уравнение, чтобы получить самоиндуцированную ЭДС, иногда называемую также обратной ЭДС, индуцированной в катушке.

Обратная ЭДС генерируемая индуктором

формула обратной ЭДСформула обратной ЭДС
Где: 
L — собственная индуктивность, а 
di / dt — скорость изменения тока.

Таким образом, из этого уравнения мы можем сказать, что «самоиндуцированная ЭДС = индуктивность * скорость изменения тока» и цепь с индуктивностью один Генри будет иметь ЭДС 1 вольт, индуцированную в цепи, когда ток, протекающий через цепь, изменяется со скоростью 1 Ампер в секунду.

Катушка индуктивностиКатушка индуктивности
Катушка индуктивности

Один важный момент, который нужно отметить относительно приведенного выше уравнения. Он только связывает ЭДС, создаваемую через индуктор, с изменениями тока, потому что, если ток индуктора постоянен и не изменяется, например, в постоянном токе, то индуцированное напряжение ЭДС будет равно нулю, поскольку мгновенная скорость изменения тока равна ноль di / dt = 0.

При постоянном токе, протекающем через индуктор и, следовательно, нулевом индуцированном напряжении на нем, индуктор действует как короткое замыкание, равное куску провода, или, по крайней мере, очень низкое значение сопротивления. Другими словами, противодействие протеканию тока, предлагаемого индуктором, очень различно в цепях переменного и постоянного тока.

Постоянная времени индуктора

Теперь мы знаем, что ток не может изменяться мгновенно в индуктивности, потому что для этого ток должен измениться на конечную величину за нулевое время, что приведет к тому, что скорость изменения тока будет бесконечной di / dt =  ∞ , делая индуцированную ЭДС бесконечной, а бесконечного напряжения не существует. Однако, если ток, протекающий через индуктор, изменяется очень быстро, например, при работе переключателя, на катушке индуктивности могут возникать высокие напряжения.

картинка-схема индукторакартинка-схема индуктора

Рассмотрим схему индуктора выше. Когда переключатель ( S1 ) разомкнут, ток через катушку индуктивности не течет. Поскольку через индуктор ток не течет, скорость изменения тока ( di / dt ) в катушке будет равна нулю. Если скорость изменения тока равна нулю, то  в катушке индуктивности нет ЭДС самоиндукции ( V L= 0 ).

Если мы теперь закроем переключатель (t = 0), ток будет проходить через цепь и медленно подниматься до своего максимального значения со скоростью, определяемой индуктивностью индуктора. Эта скорость тока, протекающего через катушку индуктивности, умноженная на индуктивность по Генри, приводит к тому, что на катушке образуется некоторая самоиндуцированная ЭДС с фиксированным значением, определенная уравнением Фарадея V

L  = Ldi / dt.

Эта самоиндуцированная ЭДС на катушке индуктивности ( V L ) борется с приложенным напряжением до тех пор, пока ток не достигнет своего максимального значения и не будет достигнуто устойчивое состояние. Ток, который сейчас течет через катушку, определяется только постоянным или «чистым» сопротивлением обмоток катушек, поскольку значение реактивного сопротивления катушки уменьшилось до нуля, поскольку скорость изменения тока (di / dt) равна нулю в устойчивом состоянии. Другими словами, теперь существует только сопротивление катушек постоянного тока, чтобы противостоять потоку тока.

Аналогичным образом, если переключатель ( S1 ) разомкнут, ток, протекающий через катушку, начнет падать, но индуктор снова будет бороться с этим изменением и попытается удержать ток в своем прежнем значении, индуцируя напряжение в другом направлении. Наклон падения будет отрицательным и связан с индуктивностью катушки, как показано ниже.

Ток и напряжение в индукторе

ток и напряжение в индукторе
ток и напряжение в индукторе

Сколько индуктивного напряжения будет генерироваться индуктором, зависит от скорости изменения тока. В нашем уроке об электромагнитной индукции закон Ленца гласил: «Направление индуцированной ЭДС таково, что оно всегда будет противостоять изменению, которое его вызывает». Другими словами, индуцированная ЭДС всегда будет противопоставлять движение или изменение, которые изначально вызвали индуцированную ЭДС.

Таким образом, при уменьшении тока полярность напряжения будет действовать как источник, а при увеличении тока полярность напряжения будет действовать как нагрузка. Таким образом, при одинаковой скорости изменения тока через катушку, увеличение или уменьшение величины индуцированной ЭДС будет одинаковым.

Мощность в индукторе

Мы знаем, что индуктор в цепи противостоит потоку тока I через него, потому что поток этого тока индуцирует ЭДС, которая противостоит ему, закон Ленца. Затем необходимо выполнить работу от внешнего источника батареи, чтобы ток протекал против этой индуцированной ЭДС. Мгновенная мощность, используемая для форсирования тока

I по отношению к этой самоиндуцированной ЭДС (V L), определяется как:

мгновенная мощностьмгновенная мощность

Мощность в цепи задается как P = V * I, поэтому:

мощность в индукторемощность в индукторе

Идеальный индуктор не имеет сопротивления, только индуктивность, поэтому R = 0 Ом, и поэтому мощность в катушке не рассеивается, поэтому можно сказать, что идеальный индуктор имеет нулевую потерю мощности.

Энергия в индукторе

Когда мощность поступает в индуктор, энергия накапливается в его магнитном поле. Когда ток, протекающий через индуктор, увеличивается и di / dt становится больше нуля, мгновенная мощность в цепи также должна быть больше нуля, ( P> 0 ), т.е. положительная, что означает, что энергия накапливается в индукторе.

Аналогичным образом, если ток через индуктор уменьшается и di / dt меньше нуля, то мгновенная мощность также должна быть меньше нуля ( P <0 ), т.е. отрицательна, что означает, что индуктор возвращает энергию обратно в цепь. Затем, интегрируя приведенное выше уравнение для мощности, полная магнитная энергия, которая всегда положительна и сохраняется в индуктивности, определяется как:

формула полной магнитной энергииформула полной магнитной энергии
Где:   
W в джоулях, 
L в Генри и 
I в амперах

Энергия фактически накапливается в магнитном поле, которое окружает индуктор током, текущим через него. В идеальном индукторе, который не имеет сопротивления или емкости, поскольку ток увеличивает энергию, стекающую в индуктор и накапливающуюся там в его магнитном поле без потерь, он не высвобождается до тех пор, пока ток не уменьшится и магнитное поле не разрушится.

Затем в переменном токе, переменного тока индуктор постоянно накапливает и доставляет энергию на каждом цикле. Если ток, протекающий через индуктор, является постоянным, как в цепи постоянного тока, то сохраненная энергия не изменяется, так как P = Li (di / dt) = 0 .

Таким образом, индукторы могут быть определены как пассивные компоненты, так как они могут как накапливать, так и доставлять энергию в цепь, но они не могут генерировать энергию. Идеальный индуктор классифицируется как меньше потерь, что означает, что он может хранить энергию бесконечно, так как энергия не теряется.

Однако, реальные катушки индуктивности всегда будут иметь некоторое сопротивление, связанное с обмотками катушки, и всякий раз, когда ток протекает через энергию сопротивления, теряется в виде тепла по закону Ома ( P = I R ) независимо от того, является ли ток переменным или постоянный.

Тогда основное использование индукторов — это в фильтрационных цепях, резонансных цепях и для ограничения тока. Индуктор может использоваться в цепях для блокировки или изменения переменного тока или диапазона синусоидальных частот, и в этой роли индуктор может использоваться для «настройки» простого радиоприемника или генераторов различных типов. Он также может защитить чувствительное оборудование от разрушительных скачков напряжения и высоких пусковых токов.

В следующем уроке об индукторах мы увидим, что эффективное сопротивление катушки называется индуктивностью, а индуктивность, которая, как мы теперь знаем, является характеристикой электрического проводника, который «противодействует изменению тока», может быть как внутренней, индуцированный, называемый самоиндуктивностью или индуцированный извне, называемый взаимоиндуктивностью.

Индукционные нагреватели и печи своими руками: от теории к реализации

Индукционная печь изобретена давно, еще в 1887 г, С. Фарранти. Первая промышленная установка заработала в 1890 г. на фирме Benedicks Bultfabrik. Долгое время индукционные печи и в индустрии были экзотикой, но не вследствие дороговизны электричества, тогда оно было не дороже теперешнего. В процессах, происходящих в индукционных печах, было еще много непонятного, а элементная база электроники не позволяла создавать эффективные схемы управления ими.

В индукционно-печной сфере переворот произошел буквально на глазах в наши дни, благодаря появлению, во-первых, микроконтроллеров, вычислительная мощность которых превышает таковую персональных компьютеров десятилетней давности. Во-вторых, благодаря… мобильной связи. Ее развитие потребовало появления в продаже недорогих транзисторов, способных отдавать мощность в несколько кВт на высоких частотах. Они, в свою очередь, были созданы на основе полупроводниковых гетероструктур, за исследования которых российский физик Жорес Алферов получил Нобелевскую премию.

В конечном итоге, индукционные печки не только совершенно преобразились в промышленности, но и широко вошли в быт. Интерес к предмету породил массу самоделок, которые, в принципе, могли бы быть полезными. Но большинство авторов конструкций и идей (описаний которых в источниках много больше, чем работоспособных изделий) плоховато представляют себе как основы физики индукционного нагрева, так и потенциальную опасность неграмотно выполненных конструкций. Настоящая статья призвана прояснить некоторые наиболее смутные моменты. Материал построен на рассмотрении конкретных конструкций:

  1. Промышленной канальной печи для плавки металла, и возможности ее создания самостоятельно.
  2. Тигельных печей индукционного типа, самых простых в исполнении и наиболее популярных среди самодельщиков.
  3. Индукционных водогрейных котлов, стремительно вытесняющих бойлеры с ТЭНами.
  4. Бытовых варочных индукционных приборов, конкурирующих с газовыми плитами и по ряду параметров превосходящих микроволновки.

Примечание: все рассматриваемые устройства основаны на магнитной индукции, создаваемой катушкой индуктивности (индуктором), поэтому и называются индукционными. В них можно плавить/нагревать только электропроводящие материалы, металлы и т.п. Есть еще электроиндукционные емкостные печи, основанные на электрической индукции в диэлектрике между обкладками конденсатора, они применяются для «нежного» плавления и электротермообработки пластиков. Но распространены они гораздо меньше индукторных, рассмотрение их требует отдельного разговора, поэтому пока оставим.

Принцип действия

Принцип работы индукционной печи иллюстрирует рис. справа. В сущности она – электрический трансформатор с короткозамкнутой вторичной обмоткой:

Принцип действия индукционной печи

Принцип действия индукционной печи

  • Генератор переменного напряжения G создает в индукторе L (heating coil) переменный ток I1.
  • Конденсатор С совместно с L образуют колебательный контур, настроенный на рабочую частоту, это в большинстве случаев повышает техпараметры установки.
  • Если генератор G автоколебательный, то С часто исключают из схемы, используя вместо него собственную емкость индуктора. Она у описанных ниже высокочастотных индукторов составляет несколько десятков пикофарад, что как раз соответствует рабочему диапазону частот.
  • Индуктор в соответствии с уравнениями Максвелла создает в окружающем пространстве переменное магнитное поле с напряженностью H. Магнитное поле индуктора может как замыкаться через отдельный ферромагнитный сердечник, так и существовать в свободном пространстве.
  • Магнитное поле, пронизывая помещенную в индуктор заготовку (или плавильную шихту) W, создает в ней магнитный поток Ф.
  • Ф, если W электропроводящая, индуцирует в ней вторичный ток I2, то тем же уравнениям Максвелла.
  • Если Ф достаточно массивна и цельная, то I2 замыкается внутри W, образуя вихревой ток, или ток Фуко.
  • Вихревые токи по закону Джоуля-Ленца отдает полученную им через индуктор и магнитное поле от генератора энергию, нагревая заготовку (шихту).

Электромагнитное взаимодействие с точки зрения физики достаточно сильно и обладает довольно высоким дальнодействием. Поэтому, несмотря на многоступенчатое преобразование энергии, индукционная печь способна показать в воздухе или вакууме КПД до 100%.

Примечание: в среде из неидеального диэлектрика с диэлектрической проницаемостью >1 потенциально достижимый КПД индукционных печей падает, а в среде с магнитной проницаемостью >1 добиться высокого КПД проще.

Канальная печь

Канальная индукционная плавильная печь – первая из примененных в промышленности. Она и конструктивно похожа на трансформатор, см. рис. справа:

Канальная индукционная печь

Канальная индукционная печь

  1. Первичная обмотка, питаемая током промышленной (50/60 Гц) или повышенной (400 Гц) частоты, выполнена из медной, охлаждаемой изнутри жидким теплоносителем, трубки;
  2. Вторичная короткозамкнутая обмотка – расплав;
  3. Кольцеобразный тигель из жаростойкого диэлектрика, в котором помещается расплав;
  4. Наборный из пластин трансформаторной стали магнитопровод.

Канальные печи используются для переплавки дюраля, цветных спецсплавов, получения высококачественного чугуна. Промышленные канальные печи требуют затравки расплавом, иначе «вторичка» не замкнется накоротко и нагрева не будет. Или между крошками шихты возникнут дуговые разряды, и вся плавка просто взорвется. Поэтому перед пуском печи в тигель наливают немного расплава, а переплавленную порцию выливают не до конца. Металлурги говорят, что канальная печь имеет остаточную емкость.

Канальную печь на мощность до 2-3 кВт можно сделать и самому из сварочного трансформатора промышленной частоты. В такой печи можно расплавить до 300-400 г цинка, бронзы, латуни или меди. Можно переплавлять дюраль, только отливке нужно по остывании дать состариться, от нескольких часов до 2-х недель, в зависимости от состава сплава, чтобы набрала прочность, вязкость и упругость.

Примечание: дюраль вообще был изобретен случайно. Разработчики, обозлившись, что легировать алюминий никак не удается, бросили в лаборатории очередной «никакой» образец и ушли в загул с горя. Протрезвились, вернулись – а никакой изменил цвет. Проверили – а он набрал прочность едва ли не стали, оставшись легким, как алюминий.

«Первичку» трансформатора оставляют штатной, она уже рассчитана на работу в режиме КЗ вторички сварочной дугой. «Вторичку» снимают (ее потом можно поставить обратно и использовать трансформатор по прямому назначению), а вместо нее надевают кольцевой тигель. Но пытаться переделать в канальную печь сварочный ВЧ-инвертор опасно! Его ферритовый сердечник перегреется и разлетится в куски из-за того, что диэлектрическая проницаемость феррита >>1, см. выше.

Проблема остаточной емкости в маломощной печке отпадает: в шихту для затравки кладут проволочку из того же металла, согнутую в кольцо и со скрученными концами. Диаметр проволоки – от 1 мм/кВт мощности печи.

Но появляется проблема кольцевого тигля: единственный подходящий для малого тигля материал – электрофарфор. В домашних условиях обработать его самому невозможно, а где взять покупной подходящий? Прочие огнеупоры не годятся вследствие высоких диэлектрических потерь в них или пористости и малой механической прочности. Поэтому, хотя канальная печь дает плавку высочайшего качества, не требует электроники, а ее КПД уже при мощности 1 кВт превышает 90%, у самодельщиков они не в ходу.

Под обычный тигель

Устройство тигельной индукционной печи

Устройство тигельной индукционной печи

Остаточная емкость раздражала металлургов – сплавы-то плавились дорогие. Поэтому, как только в 20-х годах прошлого века появились достаточно мощные радиолампы, тут же родилась идея: выкинуть на (не будем повторять профессиональные идиомы суровых мужиков) магнитопровод, а обычный тигель засунуть прямо в индуктор, см. рис.

На промышленной частоте так не сделаешь, магнитное поле низкой частоты без концентрирующего его магнитопровода расползется (это т. наз. поле рассеяния) и отдаст свою энергию куда угодно, только не в расплав. Компенсировать поле рассеяния можно повышением частоты до высокой: если диаметр индуктора соизмерим с длиной волны рабочей частоты, а вся система – в электромагнитном резонансе, то до 75% и более энергии ее электромагнитного поля будет сосредоточено внутри «бессердечной» катушки. КПД выйдет соответственный.

Однако уже в лабораториях выяснилось, что авторы идеи проглядели очевидное обстоятельство: расплав в индукторе, хотя бы и диамагнитный, но электропроводящий, за счет собственного магнитного поля от вихревых токов изменяет индуктивность нагревательной катушки. Начальную частоту понадобилось устанавливать под холодную шихту и менять по мере ее плавления. Причем в пределах тем больших, чем больше заготовка: если для 200 г стали можно обойтись диапазоном в 2-30 МГц, то для болванки с железнодорожную цистерну начальная частота будет около 30-40 Гц, а рабочая – до нескольких кГц.

Подходящую автоматику на лампах сделать сложно, «тянуть» частоту за болванкой – нужен высококвалифицированный оператор. Кроме того, на низких частотах сильнейшим образом проявляет себя поле рассеяния. Расплав, который в такой печи еще и сердечник катушки, до некоторой степени собирает магнитное поле возле нее, но все равно, для получения приемлемого КПД понадобилось окружать всю печь мощным ферромагнитным экраном.

Тем не менее, благодаря своим выдающимся достоинствам и уникальным качествам (см. далее) тигельные индукционные печи широко применяются и в промышленности, и самодельщиками. Поэтому остановимся подробнее на том, как правильно сделать такую своими руками.

Немного теории

При конструировании самодельной «индукционки» нужно твердо помнить: минимум потребляемой мощности не соответствует максимуму КПД, и наоборот. Минимальную мощность от сети печка возьмет при работе на основной резонансной частоте, Поз. 1 на рис. Болванка/шихта при этом (и на более низких, дорезонансных частотах) работает как один короткозамкнутый виток, а в расплаве наблюдается всего одна конвективная ячейка.

Режимы работы тигельной индукционной печи

Режимы работы тигельной индукционной печи

В режиме основного резонанса в печке на 2-3 кВт можно расплавить до 0,5 кг стали, но разогрев шихты/заготовки займет до часа и более. Соответственно, общее потребление электричества от сети будет большим, а общий КПД – низким. На дорезонансных частотах – еще ниже.

Вследствие этого индукционные печи для плавки металла работают чаще всего на 2-й, 3-й и др. высших гармониках (Поз. 2 на рис.) Требуемая для разогрева/расплавления мощность при этом возрастает; для того же полкило стали на 2-й понадобится 7-8 кВт, на 3-ей 10-12 кВт. Но прогрев происходит очень быстро, за минуты или доли минут. Поэтому и КПД выходит высокий: печка не успевает «съесть» много, как расплав уже можно лить.

У печей на гармониках есть важнейшее, даже уникальное достоинство: в расплаве возникает несколько конвективных ячеек, мгновенно и тщательно его перемешивающих. Поэтому можно вести плавку в режиме т. наз. быстрой шихты, получая сплавы, которые в любых других плавильных печах выплавить принципиально невозможно.

Если же «задрать» частоту в 5-6 и более раз выше основной, то КПД несколько (ненамного) падает, но проявляется еще одно замечательное свойство индукционки на гармониках: поверхностный нагрев вследствие скин-эффекта, вытесняющего ЭМП к поверхности заготовки, Поз. 3 на рис. Для плавки этот режим используется редко, но для разогрева заготовок под поверхностную цементацию и закалку – милое дело. Современная техника без такого способа термообработки была бы просто невозможна.

О левитации в индукторе

А теперь проделаем фокус: накрутим первые 1-3 витка индуктора, затем перегнем трубку/шину на 180 градусов, и остальную обмотку навьем в обратном направлении (Поз 4 на рис.) Подключим к генератору, введем в индуктор тигель в шихтой, дадим ток. Дождемся расплавления, уберем тигель. Расплав в индукторе соберется в сферу, которая там останется висеть, пока не выключим генератор. Тогда – упадет вниз.

Эффект электромагнитной левитации расплава используют для очистки металлов путем зонной плавки, для получение высокоточных металлических шариков и микросфер, и т.п. Но для надлежащего результата плавку нужно вести в высоком вакууме, поэтому здесь о левитации в индукторе упомянуто только для сведения.

Зачем индуктор дома?

Как видим, даже маломощная индукционная печка для квартирной проводки и лимитов потребления мощновата. Для чего же стоит ее делать?

Индукционный нагрев для закалки

Индукционный нагрев для закалки

Во-первых, для очистки и разделения драгоценных, цветных и редких металлов. Берем, к примеру, старый советский радиоразъем с позолоченными контактами; золота/серебра на плакировку тогда не жалели. Кладем контакты в узкий высокий тигелек, суем в индуктор, плавим на основном резонансе (выражаясь профессионально, на нулевой моде). По расплавлении постепенно снижаем частоту и мощность, давая застыть болванке в течение 15 мин – получаса.

По остывании разбиваем тигелек, и что видим? Латунный столбик с ясно различимым золотым кончиком, который остается только отрезать. Без ртути, цианидов и прочих убийственных реагентов. Нагревом расплава извне любым способом этого не добиться, конвекция в нем не даст.

Индуктор для отпусковой индукционной печи

Индуктор для отпусковой индукционной печи

Ну, золото-золотом, а сейчас и черный металлолом на дороге не валяется. Но вот необходимость равномерного, или точно дозированного по поверхности/объему/температуре нагрева металлических деталей для качественной закалки у самодельщика или ИП-индивидуала всегда найдется. И тут опять выручит печка-индуктор, причем расход электричества будет посильным для семейного бюджета: ведь основная доля энергии нагрева приходится на скрытую теплоту плавления металла. А меняя мощность, частоту и расположение детали в индукторе, можно нагреть именно нужное место именно как надо, см. рис. выше.

Наконец, сделав индуктор специальной формы (см. рис. слева), можно отпустить закаленную деталь в нужном месте, на нарушая цементации с закалкой на конце/концах. Затем, где надо – гнем, плющим, а остальное остается твердым, вязким, упругим. В конце можно снова разогреть, где отпускали, и опять закалить.

Приступаем к печке: что нужно знать обязательно

Электромагнитное поле (ЭМП) воздействует на человеческий организм, хотя бы прогревая его во всем объеме, как мясо в микроволновке. Поэтому, работая с индукционной печью в качестве конструктора, мастера или эксплуатанта, нужно четко уяснить себе суть следующих понятий:

ППЭ – плотность потока энергии электромагнитного поля. Определяет общее физиологическое воздействие ЭМП на организм независимо от частоты излучения, т.к. ППЭ ЭМП одной и той же напряженности растет с ростом частоты излучения. По санитарным нормам разных стран допустимое значение ППЭ от 1 до 30 мВт на 1 кв. м. поверхности тела при постоянном (свыше 1 часа в сутки) воздействии и втрое-впятеро больше при однократном кратковременном, до 20 мин.

Примечание: особняком стоят США, у них допустимая ППЭ – 1000 мВт (!) на кв. м. тела. Фактически, американцы считают началом физиологического воздействия внешние его проявления, когда человеку уже становится плохо, а долговременные последствия облучения ЭМП полностью игнорируют.

ППЭ при удалении от точечного источника излучения падает по квадрату расстояния. Однослойная экранировка оцинковкой или мелкоячеистой оцинкованной сеткой снижает ППЭ в 30-50 раз. Вблизи катушки по ее оси ППЭ будет в 2-3 раза выше, чем сбоку.

Поясним на примере. Есть индуктор на 2 кВт и 30 МГц с КПД в 75%. Следовательно, наружу из него уйдет 0,5 кВт или 500 Вт. На расстоянии в 1 м от него (площадь сферы радиусом 1 м – 12,57 кв. м.) на 1 кв. м. придется 500/12,57=39,77 Вт, а на человека – около 15 Вт, это очень много. Индуктор нужно располагать вертикально, перед включением печи надевать на него заземленный экранирующий колпак, следить за процессом издали, а по его окончании немедленно выключать печь. На частоте в 1 МГц ППЭ упадет в 900 раз, и с экранированным индуктором можно работать без особых предосторожностей.

СВЧ – сверхвысокие частоты. В радиэлектронике СВЧ считают с т.наз. Q-диапазона, но по физиологии СВЧ начинается примерно со 120 МГц. Причина – электроиндукционный нагрев плазмы клеток и резонансные явления в органических молекулах. СВЧ обладает специфически направленным биологическим действием с долговременными последствиями. Достаточно получить 10-30 мВт в течение получаса, чтобы подорвать здоровье и/или репродуктивную способность. Индивидуальная восприимчивость к СВЧ крайне изменчива; работая с ним, нужно регулярно проходить специальную медкомиссию.

Пресечь СВЧ-излучение очень трудно, оно, как говорят профи, «сифонит» сквозь малейшую щелочку в экране или при малейшем нарушении качества заземления. Эффективная борьба с СВЧ-излучением аппаратуры возможна только на уровне его конструирования высококлассными специалистами.

К счастью, диапазон частот, в котором работают индукционные печи, до СВЧ не простирается. Но при неумелом конструировании или пользовании печь может войти в режим, при котором появляется паразитное СВЧ. Разумеется, этого следует всячески избегать.

Компоненты печи

Индуктор

Важнейшая часть индукционной печи – ее нагревательная катушка, индуктор. Для самодельных печей на мощность до 3 кВт пойдет индуктор из голой медной трубки диаметром 10 мм или медной же голой шины сечением не менее 10 кв. мм. Внутренний диаметр индуктора – 80-150 мм, количество витков – 8-10. Витки не должны соприкасаться, расстояние между ними – 5-7 мм. Также никакая часть индуктора не должна касаться его экрана; минимальный зазор – 50 мм. Поэтому для прохождения выводов катушки к генератору нужно предусмотреть окно в экране, не мешающее его снимать/ставить.

Индукторы промышленных печей охлаждают водой или антифризом, но на мощности до 3 кВт описанный выше индуктор при работе его в продолжении до 20-30 мин принудительного охлаждения не требует. Однако он сам при этом сильно нагревается, а окалина на меди резко снижает КПД печи вплоть до потери ею работоспособности. Сделать самому индуктор с жидкостным охлаждением невозможно, поэтому его придется время от времени менять. Применять принудительное воздушное охлаждение нельзя: пластиковый или металлический корпус вентилятора вблизи катушки «притянут» к себе ЭМП, перегреются, а КПД печи упадет.

Примечание: для сравнения – индуктор для плавильной печи на 150 кг стали согнут из медной трубы 40 мм наружным диаметром и 30 внутренним. Число витков – 7, диаметр катушки по внутри 400 мм, высота тоже 400 мм. Для его раскачки на нулевой моде нужно 15-20 кВт при наличии замкнутого контура охлаждения дистиллированной водой.

Генератор

Вторая главная часть печи – генератор переменного тока. Сделать индукционную печь, не владея основами радиоэлектроники хотя бы на уровне радиолюбителя средней квалификации, не стоит и пытаться. Эксплуатировать – тоже, ведь, если печка не под компьютерным управлением, настроить ее в режим можно, только чувствуя схему.

Схема генератора для индукционной печи, дающая паразитное СВЧ

Схема генератора для индукционной печи, дающая паразитное СВЧ

При выборе схемы генератора следует всячески избегать решений, дающих жесткий спектр тока. В качестве антипримера приводим довольно распространенную схему на тиристорном ключе, см. рис. выше. Доступный специалисту расчет по прилагаемой к ней автором осциллограмме показывает, что ППЭ на частотах свыше 120 МГц от индуктора, запитанного таким образом, превышает 1 Вт/кв. м. на расстоянии 2,5 м от установки. Убийственная простота, ничего не скажешь.

Схема лампового генератора для индукционной печи

Схема лампового генератора для индукционной печи

В качестве ностальгического курьеза приводим еще схему древнего лампового генератора, см. рис. справа. Такие делали советские радиолюбители еще в 50-х годах, рис. справа. Настройка в режим – воздушным конденсатором переменной емкости С, с зазором между пластинами не менее 3 мм. Работает только на нулевой моде. Индикатор настройки – неоновая лампочка Л. Особенность схемы – очень мягкий, «ламповый» спектр излучения, так что пользоваться этим генератором можно без особых мер предосторожности. Но – увы! – ламп для него сейчас не найдешь, а при мощности в индукторе около 500 Вт энергопотребление от сети – более 2 кВт.

Примечание: указанная на схеме частота 27,12 МГц не оптимальна, она выбрана из соображений электромагнитной совместимости. В СССР она была свободной («мусорной») частотой, для работы на которой разрешения не требовалось, лишь бы устройство помех никому не давало. А вообще-то С можно перестраивать генератор в довольно широком диапазоне.

Самодельная тигельная индукционная печь 50-х годов.

Самодельная тигельная индукционная печь 50-х годов.

На следующем рис. слева – простейший генератор с самовозбуждением. L2 – индуктор; L1 – катушка обратной связи, 2 витка эмалированного провода диаметром 1,2-1,5 мм; L3 – болванка или шихта. В качестве контурной емкости используется собственная емкость индуктора, поэтому эта схема не требует настройки, она автоматически входит в режим нулевой моды. Спектр мягкий, но при неправильной фазировке L1 мгновенно сгорает транзистор, т.к. он оказывается в активном режиме с КЗ по постоянному току в цепи коллектора.

Схема простейшего генератора для индукционной печи

Схема простейшего генератора для индукционной печи

Также транзистор может сгореть просто от изменения наружной температуры или саморазогрева кристалла – каких-либо мер по стабилизации его режима не предусмотрено. В общем, если у вас завалялись где-то старые КТ825 или им подобные, то начинать эксперименты по индукционному нагреву можно с этой схемки. Транзистор должен быть установлен на радиатор площадью не менее 400 кв. см. с обдувом от компьютерного или ему подобного вентилятора. Регулировка можности в индукторе, до 0,3 кВт – изменением напряжения питания в пределах 6-24 В. Его источник должен обеспечивать ток не менее 25 А. Мощность рассеивания резисторов базового делителя напряжения не менее 5 Вт.

Генератор-мультивибратор для индукционной печи

Генератор-мультивибратор для индукционной печи

Схема на след. рис. справа – мультивибратор с индуктивной нагрузкой на мощных полевых тразисторах (450 B Uk, не менее 25 A Ik). Благодаря применению емкости в цепи колебательного контура дает довольно мягкий спектр, но внемодовый, поэтому пригоден для разогрева деталей до 1 кг для закалки/отпуска. Главный недостаток схемы – дороговизна компонент, мощных полевиков и быстродействующих (граничная частота не менее 200 кГц) высоковольтных диодов в их базовых цепях. Биполярные мощные транзисторы в этой схеме не работают, перегреваются и сгорают. Радиатор здесь такой же, как и в предыдущем случае, но обдува уже не нужно.

Следующая схема уже претендует на звание универсальной, мощностью до 1 кВт. Это – двухтактный генератор с независимым возбуждением и мостовым включением индуктора. Позволяет работать на 2-3 моде или в режиме поверхностного нагрева; частота регулируется переменным резистором R2, а диапазоны частот переключаются конденсаторами С1 и С2, от 10 кГц до 10 МГц. Для первого диапазона (10-30 кГц) емкость конденсаторов С4-С7 должна быть увеличена до 6,8 мкФ.

Схема универсального генератора для индукционной печи

Схема универсального генератора для индукционной печи

Трансформатор между каскадами – на ферритовом кольце с площадью сечения магнитопровода от 2 кв. см. Обмотки – из эмалированного провода 0,8-1,2 мм. Радиатор транзисторов – 400 кв. см. на четверых с обдувом. Ток в индукторе практически синусоидальный, поэтому спектр излучения мягкий и на всех рабочих частотах дополнительных мер защиты не требуется, при условии работы до 30 мин в день через 2 дня на 3-й.

Видео: самодельный индукционный нагреватель в работе

Индукционные котлы

4684864864848Индукционные водогрейные котлы, без сомнения, вытеснят бойлеры с ТЭНами везде, где электричество обходится дешевле других видов топлива. Но их неоспоримые достоинства породили и массу самоделок, от которых у специалиста иной раз буквально волосы дыбом встают.

Скажем, такая конструкция: пропиленовую трубу с проточной водой окружает индуктор, а он запитан от сварочного ВЧ-инвертора на 15-25 А. Вариант – из термостойкого пластика делают пустотелый бублик (тор), по патрубкам пропускают через него воду, а для нагрева обматывают шиной, образующий свернутый в кольцо индуктор.

ЭМП передаст свою энергию воде хорошо; та обладает неплохой электропроводностью и аномально высокой (80) диэлектрической проницаемостью. Вспомните, как стреляют в микроволновке оставшиеся на посуде капельки влаги.

Но, во-первых, для полноценного обогрева квартиры или частного дома зимой нужно не менее 20 кВт тепла, при тщательном утеплении снаружи. 25 А при 220 В дают всего 5,5 кВт (а сколько это электричество стоит по нашим тарифам?) при 100% КПД. Ладно, пусть мы в Финляндии, где электричество дешевле газа. Но лимит потребления на жилье – все равно 10 кВт, а за перебор нужно платить по увеличенному тарифу. И квартирная проводка 20 кВт не выдержит, нужно тянуть отдельный фидер от подстанции. Во что такая работа обойдется? Если еще электрикам далеко до перебора мощности по району и они ее разрешат.

Затем, сам теплообменник. Он должен быть или металлическим массивным, тогда будет действовать только индукционный нагрев металла, или из пластика с низкими диэлектрическими потерями (пропилен, между прочим, к таким не относится, годится только дорогой фторопласт), тогда вода непосредственно поглотит энергию ЭМП. Но в любом случае выходит, что индуктор греет весь объем теплообменника, а воде тепло отдает только внутренняя его поверхность.

В итоге, ценой больших трудов с риском для здоровья, получаем бойлер с КПД пещерного костра.

Индукционный котел отопления промышленного изготовления устроен совсем по-иному: просто, но в домашних условиях невыполнимо, см. рис. справа:

Схема индукционного водогрейного котла

Схема индукционного водогрейного котла

  • Массивный медный индуктор подключается непосредственно к сети.
  • Его ЭМП греет также массивный металлический лабиринт-теплообменник из ферромагнитного металла.
  • Лабиринт одновременно изолирует индуктор от воды.

Стоит такой бойлер в несколько раз дороже обычного с ТЭНом, и пригоден для установки только на пластиковые трубы, но взамен дает массу выгод:

  1. Никогда не сгорает – в нем нет раскаленной электроспирали.
  2. Массивный лабиринт надежно экранирует индуктор: ППЭ в непосредственной близости от 30 кВт индукционного бойлера – ноль.
  3. КПД – более чем 99,5%
  4. Абсолютно безопасен: собственная постоянная времени обладающей большой индуктивностью катушки – более 0,5 с, что в 10-30 раз больше времени срабатывания УЗО или автомата. Его еще ускоряет «отдача» от переходного процесса при пробое индуктивности на корпус.
  5. Сам же пробой вследствие «дубовости» конструкции исключительно маловероятен.
  6. Не требует отдельного заземления.
  7. Безразличен к удару молнии; сжечь массивную катушку ей не под силу.
  8. Большая поверхность лабиринта обеспечивает эффективный теплообмен при минимальном температурном градиенте, что почти исключает образование накипи.
  9. Огромная долговечность и простота пользования: индукционный бойлер совместно с гидромагнитной системой (ГМС) и фильтром-отстойником работает без обслуживания не менее 30 лет.

О самодельных котлах для ГВС

Схема индукционного водонагревателя для ГВС

Схема индукционного водонагревателя для ГВС

Здесь на рис. приведена схема маломощного индукционного нагревателя для систем ГВС с накопительным баком. В ее основе – любой силовой трансформатор на 0,5-1,5 кВт с первичной обмоткой на 220 В. Очень хорошо подходят сдвоенные трансформаторы от старых ламповых цветных телевизоров – «гробов» на двухстержневом магнитопроводе типа ПЛ.

Вторичную обмотку с таких снимают, первичку перематывают на один стержень, увеличив количество ее витков для работы в режиме, близком к КЗ (короткому замыканию) по вторичке. Сама же вторичная обмотка – вода в U-образном колене из трубы, охватывающем другой стержень. Пластиковая труба или металлическая – на промчастоте все равно, но металлическая должна быть изолирована от остальной системы диэлектрическими вставками, как показано на рис, чтобы вторичный ток замыкался только через воду.

В любом случае такая водогрейка опасна: возможная протечка соседствует с обмоткой под сетевым напряжением. Если уж идти на такой риск, то в магнитопроводе нужно насверлить отверстие под болт-заземлитель, и прежде всего наглухо, в грунт, заземлить трансформатор и бак стальной шиной не менее 1,5 кв. см. (не кв. мм!).

Далее трансформатор (он должен располагаться непосредственно под баком), с подключенным к нему сетевым проводом в двойной изоляции, заземлителем и водогрейным витком заливают в одну «куклу» силиконовым герметиком, как моторчик помпы аквариумного фильтра. Наконец, крайне желательно весь агрегат подключить к сети через быстродействующее электронное УЗО.

Видео: “индукционный” котел на основе бытовой плитки

Индуктор на кухне

Варочная индукционная плита

Варочная индукционная плита

Индукционные варочные поверхности для кухни стали уже привычными, см. рис. По принципу действия это та же индукционная печка, только в роли короткозамкнутой вторичной обмотки выступает днище любой металлической варочной посудины, см. рис. справа, а не только из ферромагнитного материала, как часто не знаючи пишут. Просто алюминиевая посуда выходит из употребления; медики доказали, что свободный алюминий – канцероген, а медная и оловянная давно уже не в ходу по причине токсичности.

Бытовая индукционная плитка – порождение века высоких технологий, хотя идея ее зародилась одновременно с индукционными плавильными печами. Во-первых, для изоляции индуктора от стряпни понадобился прочный, стойкий, гигиеничный и свободно пропускающий ЭМП диэлектрик. Подходящие стеклокерамические композиты появились в производстве сравнительно недавно, и на долю верхней пластины плиты приходится немалая доля ее стоимости.

Схема кухонной индукционной плиты

Схема кухонной индукционной плиты

Затем, все варочные посудины разные, а их содержимое изменяет их электрические параметры, и режимы приготовления блюд тоже разные. Осторожным подкручиванием ручек до нужной моды тут и специалист не обойдется, нужен высокопроизводительный микроконтроллер. Наконец, ток в индукторе должен быть по санитарным требованиям чистой синусоидой, а его величина и частота должны сложным образом меняться сообразно степени готовности блюда. То есть, генератор должен быть с цифровым формированием выходного тока, управляемым тем самым микроконтроллером.

Делать кухонную индукционную плиту самому нет смысла: на одни только электронные компоненты по розничным ценам денег уйдет больше, чем на готовую хорошую плитку. И управлять этими приборами пока еще сложновато: у кого есть, тот знает, сколько там кнопочек или сенсоров с надписями: «Рагу», «Жаркое» и т.п. Автор этой статьи видал плитку, где значилось отдельно «Борщ флотский» и «Суп претаньер».

Тем не менее, индукционные плиты имеют массу преимуществ перед прочими:

  • Почти нулевая, в отличие от микроволновок, ППЭ, хоть сам на эту плитку садись.
  • Возможность программирования для приготовления самых сложных блюд.
  • Растопка шоколада, вытапливание рыбьего и птичьего жира, приготовление карамели без малейших признаков пригорания.
  • Высокая экономичность как следствие быстрого нагрева и почти полного сосредоточения тепла в варочной посуде.
Разогрев варочной посуды на индукционной плите и газовой конфорке

Разогрев варочной посуды на индукционной плите и газовой конфорке

К последнему пункту: взгляните на рис. справа, там графики разогрева стряпни на индукционной плите и газовой конфорке. Кто знаком с интегрированием, тот сразу поймет, что индуктор на 15-20% экономичнее, а с чугунным «блином» его можно и не сравнивать. Затраты денег на энергоноситель при приготовлении большинства блюд для индукционной плиты сравнимы с газовой, а на тушение и варку густых супов даже меньше. Индуктор пока уступает газу только при выпечке, когда необходим равномерный прогрев со всех сторон.

Видео: неудавшийся индукционный нагреватель из кухонной плиты

В заключение

Итак, индукционные электроприборы для подогрева воды и приготовления пищи лучше покупать готовые, дешевле и проще выйдет. А вот завести самодельную индукционную тигельную печку в домашней мастерской не помешает: станут доступными тонкие способы плавки и термообработки металлов. Нужно только помнить о ППЭ с СВЧ и строго соблюдать правила конструирования, изготовления и эксплуатации.

Разогрев варочной посуды на индукционной плите и газовой конфорке Загрузка...

Обсуждение темы "Индукционная печь"

Ниже Вы можете поделиться своими мыслями и результатами с нашими читателями и постоянными посетителями.

Также можно задать вопросы автору*, он постарается на них ответить.

ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВ МЕТАЛЛОВ

   Этот несложный самодельный прибор основан на нагревании металлов токами Фуко. Нагревает почти все металлы, но в основном используется для нагрева железа. Данный вариант собрал чисто ради изучения принципа работы и нагрева небольших металлических изделий: болты, шайбы, гайки, иглы, и небольшие железные шарики. Конечно данный генератор имеет маленькую мощность в виду того, что использовал низковольтные транзисторы типа КТ805ИМ. Схема силовой части - обычный полумост, служащий источником высокочастотного переменного напряжения, после стоит согласующий трансформатор дающий на индуктор только ток. Индуктор с параллельно соединенным конденсатором, образуют колебательный контур, который должен быть загнан в резонанс. В противном случае нагрева металлов не будет. Драйвер транзисторов реализован на обратноходовом преобразователе ( то есть однотактный. обратный ход это ЭДС первичной обмотки за счет которого происходит генерирование противоположного периода, относительно прямого такта от транзистора) у этого драйвера deadtime отсутствует. И поэтому пришлось использовать дополнительные задерживающие цепочки в базах. Благодаря им нагрев транзисторов снизился на 70%, чем просто подавать на базы транзисторов сигналы через гасящие резисторы - что к этому драйверу пременять нельзя.

подавать на базы транзисторов сигналы через гасящие резисторы нельзя

   Задающий генератор индукционного нагревателя может быть сделан из всего, что угодно, напрмер: TL-494, NE555, генератор на логике или какой-нибудь экзотический вариант. В своём варианте использовал микросхему К174ХА11 настроив на предел частоты от 40 до 80 кГц. И скважность ровно 50% - это самый оптимальный вариант для драйверов. Полная схема генератора для нагрева металлов приведена ниже:


   Трансформатор ТР1 намонан на маленьком ферритовом колечке внешнем диаметром 2см все обмотки намотаны одинаковым проводом 0,4 и содержат по 30витков. Трансформатор тока (ТР2) намотан на ферритовом кольце диаметром 50мм. Первичная обмотка содержит в себе 22витка проводом 1мм, вторичная 2-3 витка сложенными в четверо проводом 1мм. Индуктор изготовлен из 3мм проволоки внутренним диаметром 11мм, число витков 6. 

схема генератора для нагрева металлов

   Для настройки резонанса я ставил последовательно индуктору обычный светодиод включенный через 1к резистор если генератор после включения не заработал нужно поменять местами выводы одной из обмоток идущих на базы транзисторов. При первом пуске на силовую сразу не подавать все напряжение нужно подять прилизительно 10-12в и пощупать транзисторы на нагрев при правильной работе схемы транзисторы практически не нагреваются.

   Фото мало - всего одно, но есть видео работы устройства. Автор: товарищь bvz.

   Форум по технологиям

   Обсудить статью ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВ МЕТАЛЛОВ


Индукционные нагреватели: тигельная печь, котел своими руками — схемы, теория, реализация

Индуктор

Важная часть индукционной печи – ее нагревательная катушка, индуктор. Для самодельных печей на мощность до 3 кВт пойдет индуктор из нагой медной трубки поперечником 10 мм либо медной же нагой шины сечением более 10 кв. мм. Внутренний поперечник индуктора – 80-150 мм, количество витков – 8-10.

Витки не должны соприкасаться, расстояние меж ними – 5-7 мм. Также никакая часть индуктора не должна касаться его экрана; малый зазор – 50 мм. Потому для прохождения выводов катушки к генератору необходимо предугадать окно в экране, не мешающее его снимать/ставить.

Индукторы промышленных печей охлаждают водой либо антифризом, но на мощности до 3 кВт описанный чуть повыше индуктор при работе его в продолжении до 20-30 мин принудительного остывания не просит. Но он сам при всем этом очень греется, а окалина на меди резко понижает КПД печи прямо до утраты ею работоспособности. Сделать самому индуктор с жидкостным остыванием нереально, потому его придется временами поменять. Использовать принудительное воздушное остывание нельзя: пластмассовый либо железный корпус вентилятора поблизости катушки «притянут» к для себя ЭМП, перегреются, а КПД печи свалится.

Примечание: для сопоставления – индуктор для плавильной печи на 150 кг стали согнут из медной трубы 40 мм внешним поперечником и 30 внутренним. Число витков – 7, поперечник катушки по снутри 400 мм, высота тоже 400 мм. Для его раскачки на нулевой моде необходимо 15-20 кВт при наличии замкнутого контура остывания дистиллированной водой.

Генератор

2-ая основная часть печи – генератор переменного тока. Сделать индукционную печь, не владея основами радиоэлектроники хотя бы на уровне радиолюбителя средней квалификации, не стоит и пробовать. Эксплуатировать – тоже, ведь, если печка не под компьютерным управлением, настроить ее в режим можно, только чувствуя схему.

Индукционные нагреватели: тигельная печь, котел своими руками - схемы, теория, реализация

Схема генератора для индукционной печи, дающая паразитное СВЧ

При выборе схемы генератора следует всячески избегать решений, дающих жесткий диапазон тока. В качестве антипримера приводим достаточно всераспространенную схему на тиристорном ключе, см. рис. выше. Доступный спецу расчет по прилагаемой к ней создателем осциллограмме указывает, что ППЭ на частотах выше 120 МГц от индуктора, запитанного таким макаром, превосходит 1 Вт/кв. м. на расстоянии 2,5 м от установки. Убийственная простота, ничего не скажешь.

Индукционные нагреватели: тигельная печь, котел своими руками - схемы, теория, реализация

Схема лампового генератора для индукционной печи

В качестве ностальгического курьеза приводим еще схему старого лампового генератора, см. рис. справа. Такие делали русские радиолюбители еще в 50-х годах, рис. справа. Настройка в режим – воздушным конденсатором переменной емкости С, с зазором меж пластинами более 3 мм. Работает лишь на нулевой моде. Индикатор опции – неоновая лампочка Л. Особенность схемы – очень мягенький, «ламповый» диапазон излучения, так что воспользоваться этим генератором можно без особенных мер предосторожности. Но – как досадно бы это не звучало! – ламп для него на данный момент не отыщешь, а при мощности в индукторе около 500 Вт энергопотребление от сети – более 2 кВт.

Примечание: обозначенная на схеме частота 27,12 МГц не оптимальна, она выбрана из суждений электрической сопоставимости. В СССР она была свободной («мусорной») частотой, для работы на которой разрешения не требовалось, только бы устройство помех никому не давало. А вообще-то С можно перестраивать генератор в достаточно широком спектре.

Индукционные нагреватели: тигельная печь, котел своими руками - схемы, теория, реализация

Самодельная тигельная индукционная печь 50-х годов.

На последующем рис. слева – простой генератор с самовозбуждением. L2 – индуктор; L1 – катушка оборотной связи, 2 витка эмалированного провода поперечником 1,2-1,5 мм; L3 – болванка либо шихта. В качестве контурной емкости употребляется собственная емкость индуктора, потому эта схема не просит опции, она автоматом заходит в режим нулевой моды. Диапазон мягенький, но при неверной фазировке L1 одномоментно сгорает транзистор, т.к. он оказывается в активном режиме с КЗ по неизменному току в цепи коллектора.

Индукционные нагреватели: тигельная печь, котел своими руками - схемы, теория, реализация

Схема простого генератора для индукционной печи

Также транзистор может сгореть просто от конфигурации внешней температуры либо саморазогрева кристалла – каких-то мер по стабилизации его режима не предвидено. В общем, если у вас залежались кое-где старенькые КТ825 либо им подобные, то начинать опыты по индукционному нагреву можно с этой схемки. Транзистор должен быть установлен на радиатор площадью более 400 кв. см. с обдувом от компьютерного либо ему подобного вентилятора. Регулировка можности в индукторе, до 0,3 кВт – конфигурацией напряжения питания в границах 6-24 В. Его источник должен обеспечивать ток более 25 А. Мощность рассеивания резисторов базисного делителя напряжения более 5 Вт.

Индукционные нагреватели: тигельная печь, котел своими руками - схемы, теория, реализация

Генератор-мультивибратор для индукционной печи

Схема на след. рис. справа – мультивибратор с индуктивной нагрузкой на массивных полевых тразисторах (450 B Uk, более 25 A Ik). Благодаря применению емкости в цепи колебательного контура дает достаточно мягенький диапазон, но внемодовый, потому подходящ для разогрева деталей до 1 кг для закалки/отпуска. Главный недочет схемы – накладность компонент, массивных полевиков и быстродействующих (граничная частота более 200 кГц) высоковольтных диодов в их базисных цепях. Биполярные массивные транзисторы в этой схеме не работают, перенагреваются и сгорают. Радиатор тут таковой же, как и в прошлом случае, но обдува уже не надо.

Последующая схема уже претендует на звание универсальной, мощностью до 1 кВт. Это – двухтактный генератор с независящим возбуждением и мостовым включением индуктора. Позволяет работать на 2-3 моде либо в режиме поверхностного нагрева; частота регулируется переменным резистором R2, а спектры частот переключаются конденсаторами С1 и С2, от 10 кГц до 10 МГц. Для первого спектра (10-30 кГц) емкость конденсаторов С4-С7 должна быть увеличена до 6,8 мкФ.

Индукционные нагреватели: тигельная печь, котел своими руками - схемы, теория, реализация

Схема универсального генератора для индукционной печи

Трансформатор меж каскадами – на ферритовом кольце с площадью сечения магнитопровода от 2 кв. см. Обмотки – из эмалированного провода 0,8-1,2 мм. Радиатор транзисторов – 400 кв. см. на четырех с обдувом. Ток в индукторе фактически синусоидальный, потому диапазон излучения мягенький и на всех рабочих частотах дополнительных мер защиты не требуется, при условии работы до 30 мин в денек через 2 денька на 3-й.

Видео: самодельный индукционный нагреватель в работе

Индукционные котлы

Индукционные нагреватели: тигельная печь, котел своими руками - схемы, теория, реализация

Индукционные водогрейные котлы, вне сомнения, вытеснят бойлеры с ТЭНами всюду, где электричество обходится дешевле других видов горючего. Но их бесспорные плюсы породили и массу самоделок, от которых у спеца другой раз практически волосы стоймя встают.

Скажем, такая конструкция: пропиленовую трубу с проточной водой окружает индуктор, а он запитан от сварочного ВЧ-инвертора на 15-25 А. Вариант – из теплостойкого пластика делают пустотелый бублик (тор), по патрубкам пропускают через него воду, а для нагрева обкручивают шиной, образующий свернутый в кольцо индуктор.

ЭМП передаст свою энергию воде отлично; та обладает хороший электропроводностью и аномально высочайшей (80) диэлектрической проницаемостью. Вспомните, как стреляют в микроволновке оставшиеся на посуде капельки воды.

Но, во-1-х, для настоящего подогрева квартиры либо личного дома зимой необходимо более 20 кВт тепла, при кропотливом утеплении снаружи. 25 А при 220 В дают всего 5,5 кВт (а сколько это электричество стоит по нашим тарифам?) при 100% КПД. Хорошо, пусть мы в Финляндии, где электричество дешевле газа. Но предел употребления на жилище – все равно 10 кВт, а за перебор необходимо платить по увеличенному тарифу. И квартирная проводка 20 кВт не выдержит, необходимо тянуть отдельный фидер от подстанции. Во что такая работа обойдется? Если еще электрикам далековато до перебора мощности по району и они ее разрешат.

Потом, сам теплообменник. Он должен быть либо железным мощным, тогда будет действовать только индукционный нагрев металла, либо из пластика с низкими диэлектрическими потерями (пропилен, меж иным, к таким не относится, годится только дорогой фторопласт), тогда вода конкретно всосет энергию ЭМП. Но в любом случае выходит, что индуктор греет весь объем теплообменника, а воде тепло дает только внутренняя его поверхность.

В конечном итоге, ценой огромных трудов с риском для здоровья, получаем бойлер с КПД пещерного костра.

Индукционный котел отопления промышленного производства устроен совершенно по-иному: просто, но в домашних критериях неосуществимо, см. рис. справа:

Индукционные нагреватели: тигельная печь, котел своими руками - схемы, теория, реализация

Схема индукционного водогрейного котла

  • Мощный медный индуктор подключается конкретно к сети.
  • Его ЭМП греет также мощный железный лабиринт-теплообменник из ферромагнитного металла.
  • Лабиринт сразу изолирует индуктор от воды.
 

Стоит таковой бойлер в пару раз дороже обыденного с ТЭНом, и подходящ для установки лишь на пластмассовые трубы, но взамен дает массу выгод:

  1. Никогда не сгорает – в нем нет раскаленной электроспирали.
  2. Мощный лабиринт накрепко экранирует индуктор: ППЭ в конкретной близости от 30 кВт индукционного бойлера – ноль.
  3. КПД – более чем 99,5%
  4. Полностью неопасен: собственная неизменная времени обладающей большой индуктивностью катушки – более 0,5 с, что в 10-30 раз больше времени срабатывания УЗО либо автомата. Его еще ускоряет «отдача» от переходного процесса при пробое индуктивности на корпус.
  5. Сам же пробой вследствие «дубовости» конструкции только маловероятен.
  6. Не просит отдельного заземления.
  7. Безразличен к удару молнии; спалить громоздкую катушку ей не под силу.
  8. Большая поверхность лабиринта обеспечивает действенный термообмен при наименьшем температурном градиенте, что практически исключает образование накипи.
  9. Большущая долговечность и простота использования: индукционный бойлер вместе с гидромагнитной системой (ГМС) и фильтром-отстойником работает без обслуживания более 30 лет.
 

О самодельных котлах для ГВС

Индукционные нагреватели: тигельная печь, котел своими руками - схемы, теория, реализация

Схема индукционного водонагревателя для ГВС

Тут на рис. приведена схема маломощного индукционного нагревателя для систем ГВС с накопительным баком. В ее базе – хоть какой силовой трансформатор на 0,5-1,5 кВт с первичной обмоткой на 220 В. Прекрасно подходят сдвоенные трансформаторы от старенькых ламповых цветных телевизоров – «гробов» на двухстержневом магнитопроводе типа ПЛ.

Вторичную обмотку с таких снимают, первичку перематывают на один стержень, увеличив количество ее витков для работы в режиме, близком к КЗ (недлинному замыканию) по вторичке. Сама же вторичная обмотка – вода в U-образном колене из трубы, обхватывающем другой стержень. Пластмассовая труба либо железная – на промчастоте все равно, но железная должна быть изолирована от остальной системы диэлектрическими вставками, как показано на рис, чтоб вторичный ток замыкался только через воду.

В любом случае такая водогрейка небезопасна: вероятная протечка соседствует с обмоткой под сетевым напряжением. Если уж идти на таковой риск, то в магнитопроводе необходимо насверлить отверстие под болт-заземлитель, и сначала наглухо, в грунт, заземлить трансформатор и бак металлической шиной более 1,5 кв. см. (не кв. мм!).

Дальше трансформатор (он должен размещаться конкретно под баком), с присоединенным к нему сетевым проводом в двойной изоляции, заземлителем и водогрейным витком заливают в одну «куклу» силиконовым герметиком, как моторчик помпы аквариумного фильтра. В конце концов, очень лучше весь агрегат подключить к сети через быстродействующее электрическое УЗО.

Видео: «индукционный» котел на базе бытовой плитки

Индуктор на кухне

Индукционные нагреватели: тигельная печь, котел своими руками - схемы, теория, реализация

Варочная индукционная плита

Индукционные варочные поверхности для кухни стали уже обычными, см. рис. По принципу деяния это та же индукционная печка, исключительно в роли короткозамкнутой вторичной обмотки выступает днище хоть какой железной варочной посудины, см. рис. справа, а не только лишь из ферромагнитного материала, как нередко не знаючи пишут. Просто дюралевая посуда выходит из потребления; врачи обосновали, что свободный алюминий – канцероген, а медная и оловянная издавна уже не в ходу из-за токсичности.

Бытовая индукционная плитка – порождение века больших технологий, хотя мысль ее зародилась сразу с индукционными плавильными печами. Во-1-х, для изоляции индуктора от стряпни пригодился крепкий, стойкий, гигиеничный и свободно пропускающий ЭМП диэлектрик. Подходящие стеклокерамические композиты появились в производстве сравнимо не так давно, и на долю верхней пластинки плиты приходится большая толика ее цены.

Индукционные нагреватели: тигельная печь, котел своими руками - схемы, теория, реализация

Схема кухонной индукционной плиты

Потом, все варочные посудины различные, а их содержимое изменяет их электронные характеристики, и режимы изготовления блюд тоже различные. Усмотрительным подкручиванием ручек до подходящей моды здесь и спец не обойдется, нужен высокопроизводительный микроконтроллер. В конце концов, ток в индукторе должен быть по санитарным требованиям незапятанной синусоидой, а его величина и частота должны сложным образом изменяться сообразно степени готовности блюда. Другими словами, генератор должен быть с цифровым формированием выходного тока, управляемым тем микроконтроллером.

Делать кухонную индукционную плиту самому нет смысла: на одни только электрические составляющие по розничным ценам средств уйдет больше, чем на готовую неплохую плитку. И управлять этими устройствами еще пока сложно: у кого есть, тот знает, сколько там кнопочек либо детекторов с надписями: «Рагу», «Жаркое» и т.п. Создатель этой статьи видал плитку, где значилось раздельно «Борщ флотский» и «Суп претаньер».

Все же, индукционные плиты имеют массу преимуществ перед иными:

  • Практически нулевая, в отличие от микроволновок, ППЭ, хоть сам на эту плитку садись.
  • Возможность программирования для изготовления самых сложных блюд.
  • Растопка шоколада, вытапливание рыбьего и птичьего жира, изготовление карамели без мельчайших признаков пригорания.
  • Высочайшая экономичность как следствие резвого нагрева и практически полного сосредоточения тепла в варочной посуде.
 

Индукционные нагреватели: тигельная печь, котел своими руками - схемы, теория, реализация

Разогрев варочной посуды на индукционной плите и газовой конфорке

К последнему пт: посмотрите на рис. справа, там графики разогрева стряпни на индукционной плите и газовой конфорке. Кто знаком с интегрированием, тот сходу усвоит, что индуктор на 15-20% экономичнее, а с металлическим «блином» его можно и не ассоциировать. Издержки средств на энергоэлемент при изготовлении большинства блюд для индукционной плиты сравнимы с газовой, а на тушение и варку густых супов даже меньше. Индуктор пока уступает газу только при выпечке, когда нужен равномерный прогрев со всех боков.

Видео: неудавшийся индукционный нагреватель из кухонной плиты

В заключение

Итак, индукционные электроприборы для обогрева воды и изготовления еды лучше брать готовые, дешевле и проще выйдет. А вот завести самодельную индукционную тигельную печку в домашней мастерской не помешает: станут доступными тонкие методы плавки и термической обработки металлов. Необходимо только держать в голове о ППЭ с СВЧ и строго соблюдать правила конструирования, производства и эксплуатации.

Также советуем прочитать:

Индукционные Плиты Принципиальная Схема - tokzamer.ru

Выбор качественной модели Схема настольной индукционной плитки построена таким образом, что все зависит от уровня напряжения в доме. Индукционные плиты выгодно отличаются от иных типов печек газовых и электрических.


В этом случае удалось разогреть поверхность сковороды до градусов.

Эмалированную, но только с плоским дном. Обратите внимание на установленную мощность.
Все об индукционной плите, плюсы и минусы, факты, цена. Индукционная плита

Ну и индукционная катушка.

Прежде чем остановить свой выбор на таком оборудовании, важно ознакомиться с преимуществами эксплуатации, а также принять во внимание некоторые конструктивные недостатки индукционной плиты.

В летний период это особенно важно, ведь имеет место дополнительный нагрев воздуха, что усложняет процесс кондиционирования охлаждения помещения; Точная регулировка температуры. Схема ремонта этого изделия отличается своей простотой и доступностью, за счет чего пользователям не нужно тратить большую сумму на восстановление работоспособности агрегата.

Номинальный ток, то есть максимальный ток который может протекать через каждый терминал в течение длительного времени, для однофазной сети должен быть на уровне от 32 А. Для современных моделей характерно наличие инфракрасного сенсорного устройства, эффективно контролирующего процесс готовки.

Сердцем всего электронного блока является специфический микроконтроллер S6F со встроенной дрыгалкой на борту. В этом случае удалось разогреть поверхность сковороды до градусов.

Как настроить индукционную плиту Gemlux GL-IC35TC

Сообщить об опечатке

Я про такие штуковины слыхал, но вот лично ни разу не юзал. На этом ремонт закончен.


К недостаткам можно отнести тот факт, что пользователям нужно использовать определенную посуду, которая изготовлена на основе ферромагнитных материалов. Корпус выполнен в черном цвете.

Тепловая пушка хороша тем, что быстро распределяет тепло. Если на поверхности присутствуют жировые загрязнения, то система может просто не распознавать касания человека.

В ней предусмотрено четыре конфорки, предусмотрено сенсорное управление. Важно помнить, что индукционные плиты способны создавать достаточно высокое излучение электромагнитного типа и могут оказывать негативное воздействие на бытовые приборы, установленные на незначительном расстоянии.

С помощью мультиметра нужно проверить блок предохранителей, кабель и сами контакты.

Каков итог исследования?

Достать-то его не проблема, но вот где взять прошивку?
А что внутри 🙂 Разборка и обзор индукционной плиты HILTON EKI 3890 на 2000 Ватт. ZikValera

Индукционные плиты

Ее поверхность выполнена из стеклокерамики, а число электрических конфорок равно четырем. На радиаторе — диодный мост и IGBT-транзистор.


На опоры устанавливает лист плексигласа. Обязательно при работе с электричеством следует соблюдать правила техники безопасности, особенно это касается сетей переменного тока напряжением В.

В случае если посуда соответствует правилам, а комфорта все равно не работает, активируйте тестовую проверку температурного датчика и замените его при необходимости.

Как только изделие становится на рабочую поверхность, появляются индукционные токи, нагревающие сковородки, кастрюли и прочие изделия для приготовления пищи. Это не то чтобы недостаток, я сам ненавижу, например, алюминиевую посуду. Поверхность выполнена из пластика. Прежде чем приступать к самостоятельному монтажу изделия, нужно учесть сечение, мощность фаз и количество проводов силового кабеля между варочной поверхностью и домашним распределительным устройством.

Если производитель не включил такую информацию в руководство по эксплуатации, следует предположить что если 4 конфорки будут включены в максимальный уровень нагрева, индукционная панель будет потреблять около Вт энергии суммарно. Внешний вид.

Индукционные плиты


Мощный алюминиевый радиатор — 3,5 кВт выходного каскада надо как то охлаждать, соответственно можно предположить, что работа индукционной плиты совсем уж не такая и холодная, тепло с радиатора все равно выкидывается наружу, а значит, повышает окружающую температуру. Все какие можно надписи — по-украински. Закрепляет под столешницей двигатель.

Принцип работы нагревательных элементов — индукционный. Под стеклокерамической поверхностью плиты индукционная катушка, по которой протекает электрический ток с частотой около 50 кГц. Возможна ситуация, когда диаметр кастрюли сковороды меньше диаметра нагреваемой зоны.

Такой мощности недостаточно для нагрева большого объёма воды, а сооружение индукционной катушки высокой мощности потребует изготовление схемы, в которой необходимо будет использовать очень дорогие радиоэлементы. Профессиональная печь Сквара Sif 4. Для того, чтобы в катушке образовался переменный ток высокой мощности, потребуется 7 таких конденсаторов. В обычных электрических плитах изначально происходит разогрев включенной конфорки.
Устройство индукционной печки

Инструкция по изготовлению

От перегрева может выйти из строя соединительный разъем индуктора.

Предусмотрена электрическая духовка на 65 литров.

Экспертами было доказано, что на расстоянии 2 см от плиты излучение всегда выше допустимой нормы. Ее особенности — стеклокерамическая поверхность, наличие сенсорного управления, возможность управления мощностью. Универсальная плата генератора переменного тока работает исключительно на высокой частоте.

Whirlpool Опытные домохозяйки отдают предпочтение продукции компании Whirlpool. Аккумуляторы следует объединить в секции по 2 шт. Конфорка не включится, если на плите оказалась сковорода или кастрюля с не магнитным днищем; Автоматическое отключение при снятии посуды; Удерживание заданной температуры на определенном уровне.

Еще по теме: Подключение 2 клавишного выключателя

Чудеса индукции

По рассказу хозяина плиты стало ясно, что плита во время приготовления пищи просто отключилась и не подавала признаков жизни. Схема индукционной плиты основана на том, что после размещения кастрюли на рабочей поверхности в действие вступают токи, которые и выполняют нагревание. Никакого спама, только полезные идеи!

Во первых выяснилось, что абсолютно не знали, что такое индукционная плита, ошибочно принимая ее за инфракрасную плиту. Возможно лет через 10 вы измените её на более мощную модель и вам понадобится поперечное сечение уже 2,5 мм2. Итоги — плюсы и минусы индукционных плит Индукционная плита — надежный помощник на кухне, который выгодно отличается от классических газовых или электрических печей.

Чтобы не потерять статью, поставь лайк!

Набор механика для изучения принципа работы индукционной плиты. Я про такие штуковины слыхал, но вот лично ни разу не юзал. Нужен такой девайс на кухне вопрос к профессионалам, судя по рекламе готовка на данной плите происходит без выделения лишнего тепла, так как варочная панель не нагревается. Но в однофазной сети этого как правило недостаточно для надежного соединения индукционной варочной панели — применяйте лучше клеммы винтовые. На этом ремонт закончен.

Цвет — сатиновая бронза. Я про такие штуковины слыхал, но вот лично ни разу не юзал. Под стеклокерамической поверхностью плиты индукционная катушка, по которой протекает электрический ток с частотой около 50 кГц.
Ремонт индукционной плиты

Что такое индуктор? - Определение и типы

Определение: Индуктор - это пассивный компонент, который накапливает электрическую энергию в магнитном поле, когда электрический ток проходит через него. Или мы можем сказать, что индуктор - это электрическое устройство, обладающее индуктивностью.

Индуктор выполнен из проволоки, которая имеет свойство индуктивности, то есть противодействует протеканию тока. Индуктивность провода увеличивается с увеличением числа витков. Буква «L» используется для обозначения индуктора и измеряется в Генри.Индуктивность характеризует индуктор. На рисунке ниже показано символическое представление индуктора.

inductor-image

Электрический ток I, протекающий через катушку, создает вокруг нее магнитное поле. Рассмотрим магнитное поле, генерирующее поток Ф при прохождении через него тока. Соотношение потока и тока дает индуктивности. equations-inductor

Индуктивность цепи зависит от пути тока и магнитной проницаемости более близкого материала. Магнитная проницаемость показывает способность материала формировать магнитное поле.

Типы Индуктора

Индукторы делятся на два типа.

1. Индуктор с воздушной сердцевиной (намотанный на неферритовый материал) - Индуктор, в котором либо сердечник полностью отсутствует, либо для изготовления сердечника используется керамический материал, такой тип индуктора известен как воздушный сердечник.

air-cored-inductor

Керамический материал имеет очень низкий тепловой коэффициент расширения. Низкий термический коэффициент расширения означает, что форма материала остается неизменной даже при повышении температуры.Керамический материал не имеет магнитных свойств. Проницаемость индуктора остается неизменной благодаря керамическому материалу.

В воздушном сердечнике-индукторе единственная работа сердечника - придать катушке особую форму. Конструкция с воздушной сердцевиной имеет много преимуществ, поскольку они снижают потери в сердечнике и увеличивают качественный коэффициент. Индуктор с воздушным сердечником используется для высокочастотных применений, где требуется низкая индуктивность.

2. Индуктор с железным сердечником (намотанный на ферритовый сердечник) - это индуктор с фиксированным значением, в котором железный сердечник находится между катушкой.Индуктор с железной сердцевиной используется в цепи фильтра для сглаживания пульсаций напряжения, он также используется в качестве дросселя в лампах дневного света, в промышленных источниках питания, инверторной системе и т. Д.

iron-cored-inductor

Как работает индуктор?

Индуктор - это электрическое устройство, используемое для хранения электрической энергии в форме магнитного поля. Он построен путем намотки провода на сердечник. Сердечники сделаны из керамического материала, железа или воздуха. Сердечник может быть тороидальным или Е-образным.

Катушка, несущая электрический ток, индуцирует магнитное поле вокруг проводника. Напряженность магнитного поля увеличивается, если сердечник находится между катушкой. Сердечник обеспечивает низкое сопротивление пути к магнитному потоку.

inductor-coil

Магнитное поле индуцирует ЭДС в катушке, которая вызывает ток. И согласно закону Ленца причины всегда противостоят следствию. Здесь ток является причиной, и он вызван из-за напряжения.Таким образом, ЭДС противодействуют изменению тока, которое меняет магнитное поле. Ток, который уменьшается из-за индуктивности, известен как индуктивное сопротивление. Индуктивное сопротивление увеличивается с увеличением числа витков катушек.

,

Что такое чисто индуктивная цепь? - Phasor Diagram & Waveform

Цепь, которая содержит только индуктивность (L), а не любые другие величины, такие как сопротивление и емкость в цепи, называется Pure индуктивной цепью. В схеме этого типа ток отстает от напряжения на угол 90 градусов.

Содержание:

Катушка индуктивности - это тип катушки, которая запасает электрическую энергию в магнитном поле, когда через нее протекает ток.Индуктор состоит из провода, который намотан в виде катушки. Когда ток, протекающий через индуктор, изменяется, изменяющееся во времени магнитное поле вызывает ЭДС, которая препятствует протеканию тока. Индуктивность измеряется в Генри . Противостояние потока тока известно как индуктивное сопротивление .

Объяснение и вывод индуктивной схемы

Схема, содержащая чистую индуктивность, показана ниже:

pure-INDUCTIVE-circuit Схема

чистой индуктивной схемы

Пусть переменное напряжение, подаваемое на цепь, определяется уравнением:
PURE-INDUCTIVE-CIRCUIT-EQ1

В результате переменный ток i протекает через индуктивность, которая индуцирует в нем ЭДС.Уравнение показано ниже:
PURE-INDUCTIVE-CIRCUIT-EQ2

ЭДС, которая индуцируется в цепи, равна и противоположна приложенному напряжению. Следовательно, уравнение становится,
PURE-INDUCTIVE-CIRCUIT-EQ3

Положив значение е в уравнении (2), получим уравнение как
PURE-INDUCTIVE-CIRCUIT-EQ4

Интегрируя обе части уравнения (3), мы получим
PURE-INDUCTIVE-CIRCUIT-EQ5, где X L = ω L - сопротивление, предлагаемое потоку переменного тока чистой индуктивностью и называемое индуктивным реактивным сопротивлением.

Значение тока будет максимальным, когда sin (ωt - π / 2) = 1

Следовательно,
PURE-INDUCTIVE-CIRCUIT-EQ6

Подставляя это значение в I м из уравнения (5) и подставляя его в уравнение (4), мы получим PURE-INDUCTIVE-CIRCUIT-EQ7

Диаграмма вектора и кривая мощности индуктивной цепи

Ток в чистой индуктивной цепи переменного тока отстает от напряжения на 90 градусов. Форма волны, кривая мощности и фазовая диаграмма чисто индуктивного контура показаны ниже

INDUCTIVE-CIRCUIT-WAVEFORM

Диаграмма вектора и форма волны чистой индуктивной цепи

Форма волны напряжения, тока и мощности показана синим, красным и розовым цветами соответственно.Когда значения напряжения и тока находятся на своем пике в качестве положительного значения, мощность также является положительной, и аналогично, когда напряжение и ток дают отрицательный сигнал, мощность также станет отрицательной. Это из-за разности фаз между напряжением и током.

Когда напряжение падает, значение тока изменяется. Когда значение тока достигает своего максимального или максимального значения, напряжение в этот момент времени будет равно нулю, и, следовательно, напряжение и ток не совпадают по фазе друг с другом на угол 90 градусов.

Диаграмма вектора также показана на левой стороне формы сигнала, где текущее (I м ) запаздывающее напряжение (V м ) под углом π / 2.

Власть в чистой индуктивной цепи

Мгновенная мощность в индуктивной цепи задается
PURE-INDUCTIVE-CIRCUIT-EQ8

Следовательно, средняя мощность, потребляемая в чисто индуктивной цепи, равна нулю.

Средняя мощность в одном изменении, то есть в полупериоде, равна нулю, так как отрицательная и положительная петли находятся под кривой мощности, то же самое.

В чисто индуктивной цепи в течение первой четверти цикла мощность, подаваемая источником, сохраняется в магнитном поле, установленном вокруг катушки. В следующем цикле четверти магнитное поле уменьшается, и энергия, которая была сохранена в цикле первой четверти, возвращается источнику.

Этот процесс продолжается в каждом цикле, и, таким образом, в цепи не расходуется энергия.

,

Разница между конденсатором и индуктором

Разница между конденсатором и индуктором объясняется с учетом различных факторов, таких как базовое определение, расчет накопленной энергии, поток тока, их поведение в цепях переменного и постоянного тока. Соотношение между напряжением и током, его единицей, типами индуктивности и конденсатора, их сопротивлением изменению и применениям.

Разница между конденсатором и индуктором приведена ниже в табличной форме.

ОСНОВА КОНДЕНСАТОР ИНДУКТОР
Определение Конденсатор накапливает энергию в форме электрического поля. Индуктор накапливает энергию в виде магнитного поля.
Расчет энергии Запас энергии рассчитывается по напряжению. т. е.
½ CV2
Запасенная энергия рассчитывается по току. т.е.
½ LI2
Поток тока Поток тока через пластины конденсатора отсутствует. В Индукторе ток проходит через катушку.
Поведение в цепи постоянного тока Конденсатор действует как изолятор для цепи постоянного тока. Индуктор действует как проводник для цепи постоянного тока.
Соотношение между напряжением и током В цепи переменного тока напряжение подводится на 90 градусов. В цепи переменного тока напряжение отстает от напряжения на 90 градусов.
Поведение тока в цепи постоянного тока В цепи постоянного тока, когда конденсатор добавляется последовательно с резистором, ток сначала становится высоким, но затем падает до нуля. В цепи постоянного тока, когда катушка индуктивности добавляется последовательно с резистором, значение тока мало и впоследствии со временем увеличивается.
Единица Её единица - Фарад Её единица - Генри
Типы Керамические, электролитические и танталовые типы конденсаторов. Спаренный индуктор, многослойный, керамический сердечник, формованный индуктор являются типами индукторов.
Короткое замыкание Конденсатор действует как короткое замыкание для переменного тока. Это эквивалентно короткому замыканию на постоянный ток.
Стабильное состояние Конденсатор действует как разомкнутая цепь в устойчивом состоянии в цепях постоянного тока. Индуктор ведет себя как короткое замыкание к установившемуся состоянию постоянного тока.
Сопротивление изменениям Сопротивление сопротивлению изменениям напряжения. Индуктор сопротивляется изменению тока.
Применения Электролитический конденсатор в высоковольтных источниках питания и там, где требуются высокие значения емкости. Индукторы используются в радио, ТВ, дросселях, автомобильных свечах зажигания, трансформаторах и т. Д.

Конденсатор и Индуктор оба являются пассивными компонентами электрической цепи. Конденсатор состоит из двух металлических пластин или проводников, которые разделены диэлектрической средой. Электрическое поле создано из-за разности потенциалов между двумя проводниками или, можно сказать, между двумя пластинами.

Индуктор - это тип катушки, которая накапливает энергию в форме магнитного потока.Когда электрический ток проходит через катушку, на катушке возникает напряжение из-за изменения магнитного поля.

Разница между конденсатором и индуктором заключается в следующем: -

  • Конденсатор накапливает энергию в форме электрического поля, тогда как Индуктор накапливает энергию в форме магнитного поля.
  • Энергия, накопленная в конденсаторе, рассчитывается по напряжению, т.е. ½ CV 2 . Накопленная энергия рассчитывается по току, т.е. ½ LI 2
  • Поток тока через пластины конденсатора отсутствует, но в индуктивности ток проходит через катушку.
  • Конденсаторы действуют как изолятор для цепи постоянного тока, тогда как индуктор действует как проводник для цепи постоянного тока.
  • В цепи переменного тока для конденсатора ток выводит напряжение на 90 градусов, а в случае тока индуктора отстает от напряжения на 90 градусов.
  • В цепи постоянного тока, когда конденсатор добавляется последовательно с резистором, ток сначала становится высоким, но затем падает до нуля. В случае индуктора, когда он добавляется последовательно с резистором, значение тока при запуске мало, но постепенно увеличивается со временем.
  • Емкость измеряется в Фараде, тогда как индуктивность измеряется в Генри.
  • Керамические, электролитические и танталовые являются одними из типов конденсаторов. Спаренный индуктор, многослойный, керамический сердечник, формованный индуктор - вот некоторые из типов индукторов.
  • Конденсатор действует как короткое замыкание в переменном токе. Индуктор эквивалентен короткому замыканию на постоянный ток.
  • Конденсатор действует как разомкнутая цепь для состояния установившегося состояния в цепях постоянного тока, тогда как индуктор ведет себя как короткое замыкание для состояния установившегося состояния в цепях постоянного тока.
  • Конденсатор сопротивляется изменению напряжения, тогда как Индуктор сопротивляется изменению тока.
  • Электролитические конденсаторы используются в высоковольтных источниках питания. Аксиальный электролитический конденсатор используется при более низком напряжении и меньшем размере для общих целей, где требуются высокие значения емкости. Индукторы находят применение в радио, ТВ, дросселях, автомобильных свечах зажигания, трансформаторах и т. Д.
,

Индукторы и резисторы в цепях постоянного тока

  • Изучив этот раздел, вы сможете описать:
  • • Переходные процессы в цепях постоянного тока.
  • • Переходные отношения напряжения и тока в простой цепи LR.

Рис. 4.4.1 Цепь LR

В цепи, которая содержит индуктивность (L) и сопротивление (R), например, показанную на рис.4.4.1, когда выключатель замкнут, ток не сразу возрастает до своего установившегося значения, а возрастает экспоненциально. Это связано с тем, что BACK EMF создается изменением тока, протекающего через индуктор. Эта обратная ЭДС имеет амплитуду, которая пропорциональна СКОРОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ тока (чем выше скорость изменения, тем больше обратная ЭДС) и полярности, которая противодействует изменению тока в индукторе, вызвавшем его изначально.

Обратная ЭДС создается потому, что изменяющийся ток в индукторе вызывает изменение магнитного поля вокруг него, а изменяющееся магнитное поле, в свою очередь, вызывает индукцию ЭДС обратно в индуктор.Этот процесс называется САМОИНДУКЦИЯ.

Ток через индуктор

Рис. 4.4.2 Ток через индуктор

Поскольку обратная ЭДС противодействует быстрому изменению тока, происходящему в индукторе, скорость изменения тока уменьшается, и то, что будет вертикальной линией на графике (рис. 4.4.2), становится наклоном. Скорость изменения тока через катушку индуктивности теперь меньше, поэтому генерируется меньшая обратная ЭДС. Это позволяет току увеличиваться дальше.Соотношение между изменяющимся током и обратной ЭДС создает кривую, которая всегда следует математическому закону, чтобы получить конкретную форму кривой, то есть экспоненциальную кривую. Когда переключатель разомкнут, ток затухает аналогичным экспоненциальным образом в направлении нуля.

Напряжение на Индукторе

Рис. 4.4.3 Напряжение на индуктивности

Глядя на рис. 4.4.3, на котором показано напряжение (V L ) на катушке индуктивности (L), мы можем видеть, что при включении напряжение немедленно возрастает до максимального значения.Это связано с тем, что на цепь подается напряжение, и ток течет мало или вообще не течет, потому что L эффективно (в течение очень короткого времени) очень высокое сопротивление из-за эффекта обратной ЭДС, вызванного быстро меняющимся (расширяющимся) магнитным полем вокруг индуктор индуцирует напряжение (обратную ЭДС) обратно в индуктор, который находится в полярности, противоположной приложенному напряжению от источника, и поэтому изначально противодействует увеличению тока через индуктор. Из-за этого противодействия, вызванного обратной ЭДС, изначально кажется, что индуктор имеет очень высокое сопротивление.и поэтому полное напряжение питания развивается через индуктор. Однако, когда ток через L начинает накапливаться, скорость изменения магнитного поля уменьшается, противодействие вследствие обратной ЭДС уменьшается, и кажущееся «сопротивление» индуктора падает до низкого значения (реальное сопротивление катушки провода) и напряжение V L уменьшается до тех пор, пока не будет достигнута точка, в которой все напряжение батареи развивается на резисторе R; разность напряжений или потенциалов (pd) на L практически равна нулю, и теперь энергия накапливается в магнитном поле вокруг индуктора.

Когда ток отключается, магнитное поле теперь сжимается, а не увеличивается, как при включении. Это коллапсирующее магнитное поле теперь возвращает свою энергию в катушку индуктивности и индуцирует напряжение (обратную ЭДС) в индуктивности, но поскольку изменение магнитного поля в направлении, противоположном расширяющемуся полю, при включении, индуцированное напряжение теперь в противоположной полярности, как показано на рис. 4.4.3. Индуцированная обратная ЭДС теперь противодействует уменьшению причины тока путем выключения, замедляя затухание тока, как видно на рис.4.4.2.

Быстрый коллапс магнитного поля при размыкании переключателя может вызвать очень большие скачки напряжения, поскольку величина индуцированного напряжения зависит от скорости изменения магнитного поля. Возникающее высокое напряжение может привести к образованию дуги на контактах переключателя, так как напряжение пересекает зазор между контактами. Эти большие всплески напряжения могут также повредить другие компоненты в цепи, особенно полупроводники, поэтому необходимо соблюдать осторожность при проектировании цепей, содержащих индукторы или управляющие индуктивные нагрузки, чтобы предотвратить эти всплески.Однако в некоторых схемах, где требуются высокие напряжения, этот эффект также может быть использован с преимуществом путем применения прямоугольной волны к катушке индуктивности. Полученные очень большие всплески напряжения могут затем быть выпрямлены специальными высоковольтными диодами для получения постоянного напряжения в тысячи вольт.

,

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *