Индукционная печь принцип действия кратко

Обновлено: 02.07.2024

Индукционная печь – это печной аппарат, который применяется для плавления цветных (бронзы, алюминия, меди, золота и других) и черных (чугуна, стали и других) металлов за счет работы индуктора. В поле ее индуктора производится ток, он нагревает металл и доводит его до расплавленного состояния.

Вначале на него будет действовать электромагнитное поле, потом электрический ток, а затем уже он пройдет тепловую стадию. Простую конструкцию такого печного устройства можно собрать самостоятельно из различных подручных средств.

Принцип работы

Такое печное устройство является электрическим трансформатором со вторичной короткозамкнутой обмоткой. Принцип действия индукционной печи состоит в следующем:

при помощи генератора в индукторе создается переменный ток;
индуктор с конденсатором создает колебательный контур, он настроен на рабочую частоту;
в случае использования автоколебательного генератора, конденсатор исключается из схемы устройства и в этом случае используется собственный запас емкости индуктора;
создаваемое индуктором магнитное поле может существовать в свободном пространстве или же замыкаться с использованием индивидуального ферромагнитного сердечника;
магнитное поле воздействует на находящуюся в индукторе металлическую заготовку или шихту и образует магнитный поток;
по уравнениям Максвелла он индуцирует в заготовке вторичный ток;
при цельном и массивном магнитном потоке создаваемый ток замыкается в заготовке и происходит создание тока Фуко или вихревого тока;
после образования такого тока вступает в действие закон Джоуля-Ленца, и полученная с помощью индуктора и магнитного поля энергия нагревает заготовку металла или шихту.

Несмотря на многоступенчатую работу, устройство индукционной печи может давать в вакууме или воздухе до 100% КПД. Если среда с магнитной проницаемостью, то этот показатель будет расти, в случае со средой из неидеального диэлектрика, он будет падать.

Устройство

Рассматриваемая печь – своеобразный трансформатор, но только в нем нет вторичной обмотки, ее заменяет помещенный в индуктор металлический образец. Он будет проводить ток, а вот диэлектрики в этом процессе не нагреваются, они остаются холодными.

Конструкция индукционных тигельных печей включает в себя индуктор, который состоит из нескольких витков медной трубки, свернутой в виде катушки, внутри нее постоянно передвигается охлаждающая жидкость. Также индуктор вмещает в себе тигель, который может быть из графита, стали и других материалов.

Кроме индуктора в печи установлен магнитный сердечник и подовый камень, все это заключено в корпус печи. В него входят:

В моделях печей большой мощности кожух ванны обычно выполняется достаточно жестким, поэтому каркас в таком устройстве отсутствует. Крепление корпуса должно выдерживать сильные нагрузки при наклоне всей печи. Каркас чаще всего изготавливается из фасонных балок, выполненных из стали.

Тигельная индукционная печь для плавки металла устанавливается на фундамент, в который вмонтированы опоры, на их подшипники опираются цапфы механизма наклона устройства.

Кожух ванны выполняется из металлических листов, на которые для прочности наваривают ребра жесткости.

Кожух для индукционной единицы используется в качестве соединительного звена между печным трансформатором и подовым камнем. Его для уменьшения потерь тока делают из двух половинок, между которыми предусмотрена изолирующая прокладка.

Стяжка половинок происходит за счет болтов, шайб и втулок. Такой кожух делается литым или сварным, при выборе материала для него отдают предпочтение немагнитным сплавам. Двухкамерная индукционная сталеплавильная печь идет с общим кожухом для ванны и для индукционной единицы.

В небольших печах, в которых не предусмотрено водяного охлаждения имеется вентиляционная установка, она помогает отводить из агрегата излишки тепла. Даже вы случае установки водоохлаждаемого индуктора необходимо вентилировать проем, возле подового камня, чтобы он не перегревался.

В современных печных установках имеется не только водоохлаждаемый индуктор, но и предусмотрено водяное охлаждение кожухов. На каркасе печи могут быть установлены вентиляторы, работающие от приводного двигателя. При значительной массе такого устройства, вентиляционный прибор устанавливают возле печи. Если индукционная печь для производства стали идет со съемным вариантом индукционных единиц, то для каждой из них предусматривается свой вентилятор.

Отдельно стоит отметить механизм наклона, который для малых печей идет с ручным приводом, а для крупных он оснащен гидравлическим приводом, расположенным у сливного носика. Какой бы ни был установлен механизм наклона, он обязан обеспечивать слив полностью всего содержимого ванной.

Расчет мощности

Так как индукционный способ плавки стали менее затратный, чем аналогичных методик, основанных на использовании мазута, угля и других энергоносителей, то расчет индукционной печи начинается с вычисления мощности агрегата.

Мощность индукционной печи подразделяется на активную и полезную, для каждой из них есть своя формула.

В качестве исходных данных нужно знать:

емкость печи, в рассматриваемом для примера случае она равна 8 тоннам;
мощность агрегата (берется максимальное ее значение) – 1300 кВт;
частота тока – 50 Гц;
производительность печной установки – 6 тонн в час.

Требуется также учитывать расплавляемый металл или сплав: по условию он цинковый. Это важный момент, тепловой баланс плавки чугуна в индукционной печи, также как и других сплавов свой.

Полезная мощность, которая передается жидкому металлу:

Рпол = Wтеор×t×П,
Wтеор – удельный расход энергии, он теоретический, и показывает перегрев металла на 1 0 С;
П – производительность печной установки, т/ч;
t – температура перегрева сплава или металлической заготовки в ванной печи, 0 С
Рпол = 0,298×800×5,5 = 1430,4 кВт.

Р = Рпол/Ютерм,
Рпол – берется с предыдущей формулы, кВт;
Ютерм – КПД литейной печи, его пределы от 0,7 до 0,85, в среднем принимают 0,76.
Р =1311,2/0,76=1892,1кВт, проводится округление значения до 1900 кВт.

На заключительном этапе рассчитывается мощность индуктора:

Ринд = Р/N,
Р – активная мощность печной установки, кВт;
N – количество индукторов, предусмотренных на печи.
Ринд =1900/2= 950 кВт.

Потребление мощности индукционной печью при плавке стали зависит от ее производительности и вида индуктора.

Виды и подвиды

Индукционные печи делятся на два основных вида:

Канальный. В нем вторичным витком служит кольцевой короткозамкнутый канал, в который помещается металл. В качестве источника энергии для процесса плавки используется генератор либо переменный ток промышленной частоты. Высокое КПД таких печей обусловлено передачей высокочастотного поля через ферритовый или стальной сердечник. Плавка стали в индукционных печах такого типа отличается непрерывной подачей металлических заготовок и получением расплавленного металла. Единственным недостатком канального агрегата является сложность запуска его работы, так как предварительно необходимо заполнить канал расплавом.
Тигельный. В таких печах источником энергии является генератор, который может работать в диапазоне от нескольких десятков до сотен кГц. Металлические заготовки в этом виде печи помещаются в ее термостойкий тигель, который располагается в обмотке индуктора. Как только расплав достигнет нужной температуры, тигель освобождают и заправляют следующей партией сырья. Такое печное устройство отличается высокой скоростью нагрева металла, так как в тигле очень малы потери тепла.

Кроме такого разделения, индукционные печи бывают компрессорными, вакуумными, открытыми и газонаполненными.

Индукционные печи своими руками

Среди имеющихся распространенных методик создания таких агрегатов можно найти пошаговое руководство, как сделать индукционную печь из сварочного инвертора, с нихромовой спиралью или графитовыми щетками, приведем их особенности.

Агрегат из высокочастотного генератора

Она выполняется с учетом расчетной мощности агрегата, вихревых потерь и утечек на гистерезисе. Питание конструкции будет идти от обычной сети в 220 В, но с использованием выпрямителя. Такой вид печи может идти с графитовыми щетками или нихромовой спиралью.

Для создания печи потребуется:

два диода UF4007;
пленочные конденсаторы;
полевые транзисторы в количестве двух штук;
резистор в 470 Ом;
два дроссельных кольца, их можно снять со старого компьютерного системщика;
медный провод Ø сечения 2 мм.

В качестве инструмента используется паяльник и плоскогубцы.

Приведем схему для индукционной печи:

Индукционные портативные плавильные печи такого плана создаются в следующей последовательности:

Транзисторы располагаются на радиаторах. Из-за того, что в процессе плавки металла схема устройства быстро греется, радиатор для нее нужно подбирать с большими параметрами. Допустимо устанавливать несколько транзисторов на один генератор, но в этом случае их нужно изолировать от металла при помощи прокладок, сделанных из пластика и резины.
Изготавливаются два дросселя. Для них берутся два заранее снятые с компьютера кольца, вокруг них обматывают медную проволоку, количество витков ограничено от 7 до 15.
Конденсаторы объединяются между собой в батарею, чтобы на выходе получилась емкость в 4,7 мкФ, их соединение проводится параллельно.
Вокруг индуктора обвивается медная проволока, ее диаметр должен быть 2 мм. Внутренний диаметр обмотки должен совпадать с размером используемого для печи тигля. Всего делают 7-8 витков и оставляют длинные концы, чтобы их можно было подключить к схеме.
В качестве источника к собранной схеме подсоединяется аккумулятор мощностью 12 В, его хватает примерно на 40 минут работы печи.

Если необходимо, то делается корпус из материала с высокой термоустойчивостью . Если же выполняется индукционная плавильная печь из сварочного инвертора, то защитный корпус должен быть обязательно, но его нужно заземлить.

Конструкция с графитовыми щетками

Такая печь используется для выплавки любого металла и сплавов.

Для создания устройства необходимо заготовить:

графитовые щетки;
порошковый гранит;
трансформатор;
шамотный кирпич;
стальная проволока;
тонкий алюминий.

Технология сборки конструкции заключается в следующем:

Выполняется основа – в виде бокса, который изготавливается из шамотного кирпича, его кладут на огнеупорную плитку.
Сверху бокса укладывается лист асбестокартона, если ему нужно придать определенную форму, его поверхность нужно смочить водой. Чтобы конструкцию сделать жесткой, нужно обмотать ее проволокой. Размеры бокса зависят от мощности трансформатора. Лучше всего использовать его из сварочного аппарата. Если он большой мощности, то его следует перемотать.
Во избежание перегрева трансформатора его обматывают тонким алюминием.
На дне кирпичного бокса располагается глиняная подложка, чтобы расплавленный металл не растекался.
Устанавливаются графитовые щетки.

Прибор с нихромовой спиралью

Такой прибор используется для выплавки больших объемов металла.

В качестве расходных материалов для обустройства самодельной печи используется:

нихром;
асбестовая нить;
кусок керамической трубы.

После подключения всех составляющих печи по схеме, ее работа состоит в следующем: после подачи электрического тока на нихромовую спираль, она передает тепло металлу и плавит его.

Создание такой печи проводится в следующей последовательности:

Навивание спирали, для нее используется проволока диаметром 0,3 мм, длина заготовки должна быть около 11 метров.
Проволока наматывается вокруг длинной трубки, ее диаметр – 5 мм.
Кусок трубы из керамики выступает в качестве тигля, его подрезают до нужного размера, примерно на 15 см. В один его конец вставляется асбестовая нить, чтобы расплавленный металл не растекался.
Укладка спирали вокруг трубы. Между ее витками укладывается асбестовая нить, она ограничит доступ кислорода и тем самым не допустит замыкания в печи.
В таком виде катушка помещается в лампу высокой мощности, в ней имеется патрон нужного диаметра, который чаще всего изготовлен из керамики.

Такая конструкция отличается высокой производительностью, она долго остывает и быстро нагревается. Но необходимо учесть, что если спираль будет плохо изолирована, то она быстро перегорит.

Цены на готовые индукционные печи

Самодельные конструкции печей будут стоить гораздо дешевле покупных, но их нельзя создать большими объемами, поэтому без готовых вариантов для массового производства расплава не обойтись.

Цены на индукционные печи для плавки металла зависят от их вместимости и комплектации.

Вывод

Самостоятельно сделать индукционную печь увлекательно, но это сопряжено с некоторыми ограничениями и неизвестными последствиями, так как нужно опираться на законы физики и химии, а кто в этом не силен, тот не сможет провести процесс безопасно. Для частого использования такой установки лучше подобрать подходящий вариант из представленных выше.

Индукционная плита — одна из разновидностей кухонных печей, принцип работы которой заключается в нагреве посуды индуцированными вихревыми токами. Последние создаются, благодаря действию электромагнитного поля частотой от 20 до 100 кГц.

Индукционная плита состоит из кожуха, управляющей платы, датчика температуры, силовой части, схемы ее управления, а также импульсного регулятора.

Печи индукционного типа различаются по конструктивным особенностям, габаритам, типу встраивания в мебель, а также по набору нагревательных элементов.

В чем преимущества?

Индукционная плита имеет ряд достоинств, которые выгодно отличают ее от конкурентов.

Из недостатков стоит выделить большую мощностью, что создает дополнительную нагрузку на проводку, наличие электромагнитного излучения и возможность применения только специальной посуды.

Кроме того, если одновременно включить все конфорки, они не будут выдавать полную мощность.

Какие типы индукционных плит бывают?

В продаже существуют следующие виды индукционных плит:

Переносные (настольные). Имеют небольшие размеры и одну конфорку;
Встраиваемые — совмещаются с мебелью на кухне;
Комбинированные. Существуют плиты, на которых одна половина конфорок работает по стандартному электрическому, а вторая — по индукционному принципе.

В чем отличия от других плит?

Индукционные плиты выгодно отличаются от иных типов печек (газовых и электрических).

Стоит выделить ряд моментов:

Принцип работы индукционной плиты

Перед использованием индукционной печки желательно разобраться в принципе ее работы. Он построен на электромагнитной индукции — механизме протекания электрического тока при изменении магнитного потока.

Индукционная плита по принципу работы похожа на трансформатор. Под стеклокерамической поверхностью устройства находится катушка индукционного типа, под которой протекает ток частотой от 20 до 100 кГц.

Роль первичной обмотки играет индукционная катушка, а вторичной — посуда, установленная на конфорку.

Как только изделие становится на рабочую поверхность, появляются индукционные токи, нагревающие сковородки, кастрюли и прочие изделия для приготовления пищи.

Что касается стеклокерамической поверхности плиты, она также прогревается, но от посуды, а не от рабочей зоны.

Применительно к принципу действия стоит выделить еще ряд моментов:

1. Регулирование мощности

Как отмечалось выше, посуда нагревается с помощью действующих на нее вихревых токов высокой частоты. При этом мощность конфорки можно регулировать двумя методами — импульсно или непрерывно.

В первом случае печка будет периодически включаться и отключаться. В зависимости от установленной мощности меняется и частота работы.

При максимальном параметре мощности частота достигает 50-100 кГц, а в случае ее снижения — 20 кГц.

2. Область нагрева

Принцип работы индукционной плиты построен таким образом, что поверхность возле зоны нагрева остается холодной, а это снижает риск получения ожога.

Что касается применяемых нагревательных элементов, они бывают нескольких типов:

Ленточные . Имеют вид ленты, свитой по принципу пружины. Время нагрева составляет 8 секунд;
Спиральные. По названию можно судить о конструкции детали. Нагревается поверхность в течение 15 секунд;
Галогенные. Такой нагреватель имеет вид трубки, которая заполнена галогенным газом. Внутри находится специальный нагреватель (именно по нему и проходит ток). Благодаря такому принципу работы, происходит почти мгновенный нагрев посуды после включения. Максимальная температура достигается через 3 секунды после включения;
Индукционные. Такие устройства создают высокочастотное поле, которое прогревает днище посуды.

3. Особенности приготовления на печи индукционного типа, какая посуда подходит

Как отмечалось ранее, для такой плиты стоит обзавестись специальной посудой с магнитным днищем.

Печь автоматически распознает подходящую конструкцию и сразу активируется после поворота рукояти конфорки.

Разрешается применять посуду:

Из чугуна;
Из нержавейки;
Эмалированную, с плоским днищем.

Вред для здоровья

Сегодня ведется множество дискуссий в отношении вреда индукционных плит, ведь принцип их работы построен на электромагнитных полях, о негативном действии которых хорошо известно. По этому поводу было проведено множество экспериментов.

Ученые доказали, что на расстоянии одного сантиметра от источника электромагнитное излучение всегда выше допустимой нормы ICNIRP.

В случае смещения кастрюли относительно центра рабочей поверхности или в ситуации, если ее диаметр меньше диаметра конфорки, указанный показатель будет больше нормы на расстоянии до 12 см.

Этот параметр характерен для случаев, когда используется специальная посуда для приготовления пищи. Если на рабочей поверхности находится эмалированный предмет, опасная зона больше — до 20 см.

Чем это опасно для здоровья?

Электромагнитное поле, которое возникает возле тела человека, может привести к появлению наведенных токов в организме и негативному воздействию на ЦНС. Для защиты здоровья специалисты ICNIRP установили требования в отношении верхних пределов токов.

Чтобы убедиться, соответствуют ли индукционные плиты таким нормам, было проведено исследование с участием группы добровольцев различного возраста и пола.

Люди располагались в непосредственной близости от варочной поверхности (на расстоянии пяти сантиметров). Ученые в этот момент изучали токи, которые протекали в теле и ЦНС организма.

Было доказано, что показатели тока в случае применения встроенных моделей минимальны.

Что касается портативных моделей, в них показатели тока выше, но они также не превысили установленную норму.

Стоит отметить, что установленная ICNIRP граница в 50 раз меньше минимального порога, при котором происходит стимулирование ЦНС человека.

Каков итог исследования?

Специалисты опубликовали результаты эксперименты, но признали, что информации о вреде электромагнитных полей пока недостаточно. Важно понимать, что характер подобных излучений может меняться в зависимости от природы его появления.

Существует еще одно исследование, результаты которого можно найти на сайте ВОЗ.

В эксперименте принимали участие люди и животные, но доказать негативное влияние электромагнитного излучения на ЦНС или сердечно-сосудистую систему не удалось.

Неисправности индукционных плит

Электромагнитный принцип работы индукционной плиты подразумевает высокую надежность и долговечность устройства.

Несмотря на это, в процессе эксплуатации возможны некоторые поломки:

Что предлагает рынок, основные производители

Ниже приведем краткий обзор наиболее популярных сегодня производителей и некоторых изделий.

Skvara

Этот разработчик выпускает на рынок профессиональные индукционные плиты, которые могут применяться в кафе и ресторанах.

К их преимуществам стоит отнести большую экономичность, максимально быстрый прогрев посуды, наличие таймера и регулятора температуры, а также легкость обслуживания.

Вот некоторые модели производителя:

2-комфорочная индукционная плита Сквара Sif 2.4 на 4 кВт.
Печка FROSTY BT-E35.
Профессиональная печь Сквара Sif 4.8.

Electrolux

К наиболее востребованным моделям индукционных печей от Electrolux стоит отнести:

ElectroluxEKI 54550 — плита с индикатором тепла, стеклокерамической поверхностью. Количество конфорок — 4. Имеется электрическая духовка объемом 60 л и мощностью в 3,7 кВт. Из дополнительных функций стоит выделить конвекцию и гриль. Ширина плиты — 0,5 м.
ElectroluxEKI 6451 — не менее популярная модель, которая по характеристикам похожа на описанную выше плиту. Разница заключается в ширине (0,6 м), объеме и мощности электрической духовки (72 л и 3,6 кВт соответственно).

Gorenje

У этого производителя стоит выделить следующие модели:

Gorenje EI 637E21 — индукционная плита с индикатором тепла и стеклокерамической верхней частью. Для приготовления пищи предусмотрено четыре рабочие области. Имеется электрическая духовка объемом 66 л. Из дополнительных функций стоит выделить гриль и конвекцию.
GorenjeICG3400 — индукционная плита с двумя нагревательными зонами. Поверхность выполнена из пластика. Ширина изделия 0,6 м.

Hansa

Этот производитель предлагает широкий выбор кухонных плит, среди которых имеются изделия индукционного типа. Один из вариантов — печь Hansa FCIW58277 с индикатором тепла.

Поверхность выполнена из стеклокерамики. Количество варочных панелей — 4. Предусмотрена электрическая духовка на 65 литров. Ширина изделия составляет 0,5 м. К дополнительным функциям можно отнести конвекцию.

Saturn

Продукция бренда отличается доступной ценой при сравнительно высоком качестве. Из индукционных плит производителя стоит выделить Saturn ST-EC0187.

Здесь предусмотрена только одна индукционная конфорка. Поверхность выполнена из стеклокерамики. Дополнительных функций не предусмотрено.

Bosch

Немецкая компания хорошо известна на рынке высоким качеством выпускаемой продукции. Не исключением стали и плиты на индукционном принципе.

Bosch PIE631FB1E — современная индукционная плита со стеклокерамической поверхностью и четырьмя нагревательными поверхностями. Корпус выполнен в черном цвете. К особенностям печки стоит отнести ее компактность — 59,2*52.2 см (ширина и глубина соответственно).
Bosch PUE611BB1E — удобная в пользовании плита, имеющая сенсорное управление и четыре индукционных варочных поверхности. Рабочая часть выполнена из стеклокерамики. Ширина и глубина изделия 59,2*52,2 соответственно.

Hotpoint-Ariston

Не меньшего внимания заслуживает еще один бренд — Hotpoint-Ariston. Рассмотрим некоторые модели производителя:

IA 641 B B (DS) — варочная поверхность, выполненная из стеклокерамики, с четырьмя нагревательными элементами. Принцип работы — индукционный. Ширина и глубина изделия составляют 59 и 52 см соответственно.
KIB 644 CE — индукционная плита, которая подходит для современной кухни. Ее поверхность выполнена из стеклокерамики, а число электрических конфорок равно четырем. Принцип работы нагревательных элементов — индукционный. Ширина плиты составляет 59 см, а длина — 51.

Whirlpool

Опытные домохозяйки отдают предпочтение продукции компании Whirlpool. Основные модели индукционных печей:

ACM 808 BA/S — устройство с четырьмя нагревательными элементами. Поверхность выполнена из стеклокерамики. Цвет — сатиновая бронза. Габариты изделия — 58*51 см (ширина и глубина соответственно).
ACM 808 NE — надежная печь, работающая на индукционном принципе с четырьмя конфорками. Поверхность выполнена из стеклокерамики, предусмотрено сенсорное управление. Цвет изделия — черный. Габариты — 58 и 51 см (ширина и глубина).

Zanussi

Итальянский бренд прославился на весь мир высоким качеством своей продукции.

Весьма востребованы и индукционные плиты этого производителя. Рассмотрим следующие модели:

Zanussi ZEI5680FB — индукционная плита, изготовленная с соблюдением всех современных технологий и обладающая широким функционалом. Ее особенности — стеклокерамическая поверхность, наличие сенсорного управления, возможность управления мощностью. Габариты — 59*52 см.
Zanussi ZEN6641XBA — еще одна качественная модель от производителя. Ее особенности — стеклокерамическая поверхность, наличие сенсорного управления, черный цвет и компактность. Параметры (Ш*Г) — 58,3*51 см.

Siemens

Немецкий производитель не менее известен высоким качеством предоставляемых на рынок индукционных плит. Одна из моделей — EH645BA68E.

Это печь, оборудованная стеклокерамической поверхностью. В ней предусмотрено четыре конфорки, предусмотрено сенсорное управление. Корпус выполнен в черном цвете. Габариты (Ш*Г) — 60,2*52,2 см.

Samsung

Продукция компании Samsung по праву пользуется повышенным спросом, благодаря доступной цене продукции и высокому качеству.

Индукционные плиты бренда лишнее тому подтверждение. Рассмотрим следующие модели:

NZ64H57479K — черная плита со стеклокерамической поверхностью. Принцип работы — индукционный. В изделии предусмотрено четыре конфорки. Габариты — 60*52 см.
NZ64F3NM1AB — индукционная плита с четырьмя конфорками. Материал — стеклокерамика. Размеры — 59*52 см.

Indesit

Если рассматривать производителя Indesit, стоит отметить модель VIX 644 CE.

Особенности — черный цвет, четыре нагревательных элемента. Принцип работы печки — индукционный. Габариты — 59*51 см.

Итоги – плюсы и минусы индукционных плит

Индукционная плита — надежный помощник на кухне, который выгодно отличается от классических газовых или электрических печей.

Основные преимущества изделия очевидны — максимальное КПД, экономия электрической энергии и минимальный риск получения ожога.

Нельзя не отметить и современный внешний вид изделия. Такая плита украсит любую кухню, а ухаживать за ней не составляет труда.

Кроме того, после снятия сковородки или кастрюли с нагревательного элемента печь автоматически отключается, что исключает расходование энергии вхолостую.

Пища, которая приготовлена на такой плите, отличается безопасностью и максимальной пользой для здоровья.

К дополнительным удобствам стоит отнести возможность регулирования температуры и наличие нескольких программ приготовления.

Из недостатков стоит выделить необходимость применения специальной посуды (из стекла или алюминия на основе ферромагнитных материалов), а также высокую цену, если сравнивать с основными конкурентами.

Вот почему среднестатистический покупатель не может позволить себе подобные затраты.

В металлургической промышленности широко применяются индукционные печи. Такие печи нередко изготавливают самостоятельно. Для этого необходимо знать их принцип работы и конструктивные особенности. Принцип работы таких печей был известен еще два столетия назад.

Принцип действия и применение

Индукционные печи способны решать следующие задачи:

Плавка металла.
Термообработка металлических деталей.
Очистка драгоценных металлов.

Такие функции имеются в промышленных печах. Для бытовых условий и обогрева помещения существуют печи специальной конструкции.

Работа индукционной печи заключается в нагревании материалов путем использования свойств вихревых токов. Чтобы создать такие токи применяется специальный индуктор, который состоит из катушки индуктивности с несколькими витками провода большого поперечного сечения.

К индуктору подводится сеть питания переменного тока. В индукторе переменный ток создает магнитное поле, которое меняется с частотой сети, и пронизывает внутреннее пространство индуктора. При помещении какого-либо материала в это пространство, в нем возникают вихревые токи, осуществляющие его нагревание.

Вода в работающем индукторе нагревается и кипит, а металл начинает плавиться при достижении соответствующей температуры.

Условно можно разделить индукционные печи на типы:

Печи с магнитопроводом.
Без магнитопровода.

Первый тип печей содержит индуктор, заключенный в металл, что создает особый эффект, повышающий плотность магнитного поля, поэтому нагревание осуществляется качественно и быстро. В печах без магнитопровода индуктор находится снаружи.

Виды и особенности печей

Индукционные печи можно разделить на виды, которые обладают своими особенностями работы и отличительными признаками. Одни служат для работ в промышленности, другие применяются в быту, для приготовления пищи.

Вакуумные индукционные печи

Такая печь предназначена для плавки и литья сплавов индукционным методом. Она состоит из герметичной камеры, в которой расположена тигельная индукционная печь с литейной формой.

В вакууме можно обеспечить совершенные металлургические процессы, получать качественные отливки. В настоящее время вакуумное производство перешло на новые технологические процессы из непрерывных цепочек в вакуумной среде, которая дает возможность создавать новые изделия, и уменьшать издержки производства.

Достоинства вакуумной плавки:

Жидкий металл можно выдерживать в вакууме длительное время.
Повышенная дегазация металлов.
В процессе плавки можно производить дозагрузку печи и воздействовать на процесс рафинирования и раскисления в любое время.
Возможность постоянного контроля и регулировки температуры сплава и его химического состава во время работы.
Высокая чистота отливок.
Быстрый нагрев и скорость плавки.
Повышенная гомогенность сплава из-за качественного перемешивания.
Любая форма сырья.
Экологическая чистота и экономичность.

Принцип действия вакуумной печи состоит в том, что в тигле, находящемся в вакууме с помощью индуктора высокой частоты плавят твердую шихту и очищают жидкий металл. Вакуум создается путем откачки воздуха насосами. При вакуумной плавке достигается большое снижение водорода и азота.

Канальные индукционные печи

Печи с электромагнитным сердечником (канальные) широко применяются в литейном производстве для цветных и черных металлов в качестве раздаточных печей, миксеров.

1 — Ванна
2 — Канал
3 — Магнитопровод
4 — Первичная катушка

Переменный магнитный поток проходит по магнитопроводу, контуру канала в виде кольца из жидкого металла. В кольце возбуждается электрический ток, который разогревает жидкий металл. Магнитный поток образуется первичной обмоткой, работающей от переменного тока.

Чтобы усилить магнитный поток, используется замкнутый магнитопровод, который выполнен из трансформаторной стали. Пространство печи соединяется двумя отверстиями с каналом, поэтому при наполнении печи жидким металлом создается замкнутый контур. Печь не сможет работать без замкнутого контура. В таких случаях сопротивление контура большое, и в нем течет малый ток, который назвали током холостого хода.

Вследствие перегрева металла и действия магнитного поля, которое стремится вытолкнуть металл из канала, жидкий металл в канале постоянно движется. Так как металл в канале нагрет выше, чем в ванне печи, то металл постоянно поднимается в ванну, из которой поступает металл с меньшей температурой.

Если металл слить ниже допустимой нормы, то жидкий металл будет выбрасываться из канала электродинамической силой. В итоге произойдет самопроизвольное выключение печи и разрыв электрического контура. Чтобы избежать таких случаев печи оставляют некоторое количество металла в жидком виде. Его называют болотом.

Канальные печи разделяют на:

Плавильные печи.
Миксеры.
Раздаточные печи.

Чтобы накопить некоторое количество жидкого металла, усреднения химического состава его и выдержки, используют миксеры. Объем миксера рассчитывают равным не ниже двукратной часовой выработки печи.

Канальные печи разделяют на классы по расположению каналов:

По форме рабочей камеры:

Барабанные индукционные печи.
Цилиндрические индукционные печи.

Барабанная печь выполнена в виде стального сварного цилиндра с двумя стенками на торцах. Для поворота печи применяются приводные ролики. Чтобы повернуть печь, необходимо включить привод электродвигателя с двумя скоростями и цепной передачей. Двигатель имеет пластинчатые тормоза.

На торцевых стенках есть сифон для заливки металла. Для загрузки присадок и снятия шлаков имеются отверстия. Также для выдачи металла имеется канал. Канальный блок состоит из индуктора печи с V-образными каналами, сделанными в футеровке при помощи шаблонов. При первой же плавки эти шаблоны расплавляются. Обмотка и сердечник охлаждаются воздухом, корпус блока охлаждается водой.

Если канальная печь имеет другую форму, то выдача металла осуществляется с помощью наклона ванны гидроцилиндрами. Иногда металл выдавливают избыточным давлением газа.

Достоинства канальных печей:

Малый расход электроэнергии вследствие малых потерь тепла ванны.
Повышенный электрический КПД индуктора.
Малая стоимость.

Недостатки канальных печей:

Сложность регулировки химического состава металла, так как наличие оставленного жидкого металла в печи создает трудности при переходе от одного состава к другому.
Малая скорость движения металла в печи уменьшает возможности технологии плавки.

Конструктивные особенности

Каркас печи изготавливается из листовой стали с низким содержанием углерода толщиной от 30 до 70 мм. Внизу каркаса есть окна с присоединенными индукторами. Индуктор выполнен в виде стального корпуса, первичной катушки, магнитопровода и футеровки. Его корпус сделан разъемным, а части изолированы между собой прокладками для того, чтобы части корпуса не создавали замкнутый контур. В противном случае будет создаваться вихревой ток.

Магнитопровод выполнен из пластин специальной электротехнической стали 0,5 мм. Пластины изолированы между собой для снижения потерь от вихревых токов.

Катушка изготавливается из медного проводника сечением, зависящим от тока нагрузки и метода охлаждения. При воздушном охлаждении допустимый ток 4 ампера на мм 2 , при охлаждении водой допустимый ток 20 ампер на мм 2 . Между футеровкой и катушкой монтируют экран, который охлаждается водой. Экран изготовлен из магнитной стали или меди. Для отведения тепла от катушки монтируют вентилятор. Чтобы получить точные размеры канала, применяют шаблон. Он выполнен в виде полой стальной отливки. Шаблон ставится в индуктор до того момента, пока не будет заполнения огнеупорной массой. Он находится в индукторе при разогреве и сушке футеровки.

Для футеровки применяют огнеупорные массы влажного и сухого вида. Влажные массы используют в виде набивных или заливных материалов. Заливные бетоны используют при сложной форме индуктора, если нельзя уплотнить массу по всему объему индуктора.

Такой массой наполняют индуктор и уплотняют вибраторами. Сухие массы уплотняют вибраторами высокой частоты, набивные массы уплотняют пневматическими трамбовками. Если в печи будет выплавляться чугун, то футеровку выполняют из оксида магния. Качество футеровки определяется по температуре охлаждающей воды. Наиболее эффективным методом проверки футеровки является проверка по значению индуктивного и активного сопротивления. Эти измерения проводятся с помощью контрольных приборов.

В электрооборудование печи входит:

Трансформатор.
Батарея конденсаторов для компенсации потерь электрической энергии.
Дроссель для подсоединения 1-фазного индуктора к 3-фазной сети.
Щиты управления.
Кабели питания.

Чтобы печь нормально функционировала, к питанию подключают трансформатор на 10 киловольт, который имеет на вторичной обмотке 10 ступеней напряжения для регулировки мощности печи.

Набивочные материалы футеровки содержат:

48% сухого кварца.
1,8% кислоты борной, просеянной через мелкое сито с ячейками 0,5 мм.

Массу для футеровки готовят в сухом виде с помощью смесителя, и последующей просевкой через сито. Приготовленная смесь не должна храниться более 15 часов после подготовки.

Футеровку тигля производят с помощью уплотнения вибраторами. Электрические вибраторы используются для футеровки больших печей. Вибраторы погружают в пространство шаблона и производят уплотнение массы через стенки. При уплотнении вибратор передвигают краном и вертикально вращают.

Тигельные индукционные печи

Этот вид печи наиболее распространенный. В конструкции печи нет сердечника. Распространенная форма печи представляет собой цилиндр из огнестойкого материала. Тигель находится в полости индуктора. К нему подводится питание переменного тока.

Преимущества тигельных печей:

Энергия выделяется при загрузке материала в печь, поэтому вспомогательные нагревательные элементы не нужны.
Достигается высокая однородность многокомпонентных сплавов.
В печи можно создать реакцию восстановления, окисления, независимо от величины давления.
Высокая производительность печей из-за повышенной удельной мощности на любых частотах.
Перерывы в плавке металла не влияют на эффективность работы, так как для разогрева не требуется много электроэнергии.
Возможность любых настроек и простая эксплуатация с возможностью автоматизации.
Нет местных перегревов, температура выравнивается по всему объему ванны.
Быстрое плавление, позволяющее создать качественные сплавы с хорошей однородностью.
Экологическая безопасность. Внешняя среда не подвергается никакому вредному воздействию печи. Плавка также не оказывает вреда природе.

Недостатки тигельных печей:

Малая температура шлаков, применяющихся для обработки зеркала расплава.
Малая стойкость футеровки при резких температурных перепадах.

Несмотря на имеющиеся недостатки, тигельные индукционные печи получили большую популярность на производстве и в других областях.

Индукционные печи для отопления помещения

Чаще всего такая печь устанавливается в помещении кухни. В ее конструкции основной частью является сварочный инвертор. Конструкция печи обычно совмещается с водонагревательным котлом, который дает возможность для отопления всех помещений в здании. Также есть возможность подключения подачи горячей воды в здание.

Эффективность работы такого устройства небольшая, однако, нередко такое оборудование все-таки применяется для отопления дома.

Конструкция нагревающей части индукционного котла подобна трансформатору. Наружный контур – это обмотки своеобразного трансформатора, которые подключаются к сети. Второй контур внутренний – это устройство обмена теплом. В нем происходит циркуляция теплоносителя. При подключении питания катушка создает переменное магнитное поле. В итоге внутри теплообменника индуцируются токи, которые осуществляют его нагревание. Металл нагревает теплоноситель, который обычно состоит из воды.

На таком же принципе основана работа бытовых индукционных плит, в которых в качестве вторичного контура выступает посуда из специального материала. Такая плита намного экономичнее обычных плит из-за отсутствия тепловых потерь.

Водонагреватель котла оснащен устройствами управления, которые дают возможность поддержания температуры теплоносителя на определенном уровне.

Отопление электроэнергией является дорогим удовольствием. Оно не может создать конкуренцию с твердым топливом и газом, дизельным топливом и сжиженным газом. Одним из методов снижения расходов является установка теплоаккумулятора, а также подключение котла в ночное время, так как ночью чаще всего действует льготное начисление за электричество.

Для того, чтобы принять решение об установке индукционного котла для дома, необходимо получить консультацию у профессиональных специалистов по теплотехнике. У индукционного котла практически нет преимуществ перед обычным котлом. Недостатком является высокая стоимость оборудования. Обычные котел с ТЭНами продается уже готовым к установке, а индукционный нагреватель требует дополнительного оборудования и настройки. Поэтому, прежде чем приобрести такой индукционный котел, необходимо произвести тщательный экономический расчет и планировку.

Футеровка индукционных печей

Процесс футеровки необходим для обеспечения защиты корпуса печи от воздействия повышенных температур. Она дает возможность значительно сократить потери тепла, увеличить эффективность плавки металла или нагрева материала.

Для футеровки применяют кварцит, являющийся модификацией кремнезема. К материалам для футеровки предъявляются некоторые требования.

Такой материал должен обеспечить 3 зоны состояний материала:

Монолитная.
Буферная.
Промежуточная.

Только наличие трех слоев в покрытии способно защитить кожух печи. На футеровку отрицательно влияет неправильная укладка материала, плохое качество материала и тяжелые условия работы печи.

Все существующие плиты и варочные панели выполняют одну и ту же задачу — готовят еду. Но индукционная техника действует принципиально иначе: такие модели не нагреваются, обладают высоким КПД и безопасны. Есть у них и свои минусы: от стоимости до необходимости обновления посуды. Разбираемся, как работают индукционные плиты и в каких случаях они лучше газовых или электрических аналогов.

Что такое индукционная плита: виды и дизайн

Индукционная плита — это разновидность электрической варочной панели, в которой применяется принцип электромагнетизма. Главное отличие здесь — в способе передачи тепла. Если в классических плитах оно идет от трубчатого нагревательного элемента (ТЭН) или пламени, то в индукционных источником служит посуда.

Индукционные плиты, как и электрические и газовые модели, бывают встраиваемыми, отдельно стоящими и настольными. Как и все другие типы, они делятся на зависимые и независимые. В первом случае плита с духовкой имеют общие элементы управления и должны располагаться строго рядом. Независимые варочные панели можно размещать отдельно от духового шкафа или использовать без него.

Рабочая поверхность индукционных моделей, как правило, выполнена из стеклокерамики. Они могут быть не только разных цветов или с рисунком, но и разных форм — встречаются, например, полукруглые и ромбы.

Нагрев и другие настройки чаще всего регулируются через сенсорные модули. В некоторых моделях для удобства конфорки оснащены световыми индикаторами, которые включаются в момент работы.

Кроме того, существуют комбинированные варианты плит, совмещающие технологию индукции с ТЭН или газовыми конфорками.

Индукционные панели могут оснащаться дополнительными функциями. В их числе:

встроенная вытяжка;
датчик распознавания посуды;
режим Booster, или временное усиление нагрева;
защита от детей и перегрева, переливания жидкости;
индикация остаточного тепла;
автоматическое отключение по таймеру;
возможность объединения варочных зон.

Как работает индукционная плита

Главные рабочие элементы такой плиты — индукционные катушки с медной обмоткой. Они располагаются под стеклянной панелью соответственно разметке конфорок. В момент, когда по виткам катушки проходит ток, образуется высокочастотное магнитное поле (от 20 кГц до 100 кГц).

Под его воздействием в металлической посуде, поставленной на конфорку, возникают вихревые токи, которые приводят в движение электроны. В этом процессе вырабатывается тепло — оно и нагревает дно кастрюли или сковородки. Поверхность варочной панели при этом не раскаляется. От нее может ощущаться некоторое тепло — его отдала посуда.

Как подключить индукционную плиту

Индукционная плита работает от сети 220В. В зависимости от количества конфорок потребляемая мощность составляет от 2 до 7,5 кВт. При подключении индукционной плиты соблюдаются те же требования, что и для любых других электрических варочных панелей. Для такой техники выводится силовая розетка, используется кабель типа ВВГ с сечением не менее 6 мм [1], в щитке устанавливается автомат на 32А.

Плюсы и минусы индукционной плиты

Плюсы

Скорость разогрева. При индукции тепло передается непосредственно на посуду. Поэтому пища нагревается, а вода закипает намного быстрее. Сравнительные тесты разных варочных панелей показали, что индукционные в среднем доводят до кипения 6 литров воды на 2–4 минуты быстрее конкурентов других типов [2].
Безопасность. Поскольку поверхность плиты не нагревается, риск травмы или случайного возгорания сводится к минимуму. Это особенно актуально, если в доме есть дети или животные.
Контроль температуры. Благодаря индукции регулировать температуру готовки можно точнее. При выключении теплообмен сразу прекращается, так что вероятность выкипания или подгорания минимальна.
Легкая очистка. Как и традиционные электрические варочные панели, индукционные имеют гладкую стеклянную поверхность. Поскольку они не нагреваются, брызги или кусочки еды не пригорают.
Энергоэффективность. Эти модели не нагревают воздух вокруг посуды, поэтому полезное тепло не теряется. КПД индукционных плит самый высокий — они способны передавать до 90% электромагнитной энергии [3]. Для газовых и электроплит этот диапазон составляет от 30% до 70% в зависимости от модели.

Минусы

Шум. При работе индукционных плит может возникать негромкое жужжание или гудение. Обычно это связано с типом посуды, которая используется. Более легкие сковороды из нержавеющей стали могут производить больше шума, чем тяжелые.
Зависимость от размера. Варочная панель не включится, если поставить на конфорку посуду меньшим диаметром. Обычно производители рекомендуют закрывать не менее 60–70% ее площади.
Работа с кардиостимуляторами. Прямого запрета на использование индукционных плит для людей с кардиостимуляторами нет, но существует ряд исследований о влиянии магнитного поля на работу таких устройств [4]. Для уменьшения возможных рисков производители рекомендуют выдерживать расстояние не менее 60 см [5].
Специальная посуда . Покупка индукционной плиты потребует замены кухонной утвари.

Посуда для индукционной плиты

Для приготовления пищи на индукционной плите используют посуду только из ферромагнитного металла, то есть с большой магнитной проницаемостью. Например, чугун и сталь. Самый простой способ проверить, подходит имеющаяся кухонная утварь или нет, — поднести ко дну магнит. Если он прилипнет, то использовать такую посуду можно.

Медные, керамические, глиняные или алюминиевые сковороды и кастрюли для готовки на таких плитах не подходят, если только дно посуды не имеет металлической вставки. В противном случае плита просто не заработает.

Обойти эти сложности можно: для индукционных плит выпускают специальные переходники. Эти устройства в виде дисков позволяют использовать не только посуду из других материалов, но и отличающуюся по размеру конфорки. Адаптеры изготовлены из нужного ферромагнитного металла и, нагреваясь, передают тепло обычной посуде. Их же можно использовать в случае несовпадения диаметров дна и конфорки. Например, для турок или маленьких ковшиков.

При использовании индукционной плиты производители советуют придерживаться нескольких правил:

Диаметр дна посуды должен соответствовать размеру конфорки. Для большинства плит минимальный размер 12 см.

Для равномерного и эффективного нагрева следует выбирать посуду с плоским и толстым дном. Слишком тонкое днище может деформироваться в процессе готовки.

Индукционная или электрическая плита?

В квартире с маленькой кухней индукционная плита поможет избежать духоты и избыточного нагрева воздуха при готовке. Но, как и в случае с обычной варочной панелью, перед ее установкой может потребоваться прокладка новой электрики. То же касается случаев замены газовых плит на электрические. В старых домах, рассчитанных на газовое оборудование, имеющаяся проводка, как правило, на такие нагрузки не рассчитана.

В загородном доме можно использовать любой вариант устройства, если это позволяет вводная мощность.

Поскольку обе плиты работают от электричества, важно, чтобы напряжение в сети было стабильным, без скачков. Иначе техника может выйти из строя. При некоторых неисправностях ремонт индукционной плиты может оказаться дороже, чем электрической, из-за большего числа электронных блоков управления.

Делая выбор в пользу индукционной плиты, нужно быть готовым, что, скорее всего, потребуется некоторое время, чтобы привыкнуть к мгновенному нагреву и особенностям регулировки мощности.

Максимальная потребляемая мощность для двух видов плит в целом одинаковая. Однако считается, что индукционная позволяет лучше экономить на счетах за электроэнергию: ТЭНу требуется больше времени для достижения нужной температуры.

Читайте также: