Induktionsvärmepannor: typer, översikt över fördelar och nackdelar, hur man väljer en bra modell

Fördelar och nackdelar med induktionspannor

Elvärme är det enklaste alternativet till konventionell uppvärmning med gaspannor. Ett korrekt installerat system kommer att glädja konsumenterna med värme, och induktionsvärmeutrustning gör att du kan räkna med frånvaron av problem. Låt oss titta på de viktigaste fördelarna med induktionsenheter:

• Kompakthet - dessa pannor är verkligen mycket små, i sitt utseende liknar de ett rör med stor diameter med rör med mindre diameter (värmesystemet är anslutet till rören). Även om vissa industriella konstruktioner inte kan kallas kompakta;
• Verkningsgrad nära 100 % – nästan all el omvandlas till värme.Ändå finns det fortfarande små förluster, eftersom det inte finns något idealiskt i världen;
• Lång livslängd - tillverkare hävdar att det är minst 20-25 år. Och detta är sant, eftersom det inte finns några traditionella värmeelement här;
• Förmåga att arbeta med alla typer av kylvätska;
• Skala bildas inte i induktionspannor - det är så de jämförs med värmeelement, på vilka en liten mängd kalkavlagringar fortfarande bildas;
• Ökad tillförlitlighet - induktionsspolen har ett anständigt sväng-till-sväng-avstånd, och varven är separerade från kärnan av pålitlig isolering. Därför finns det inget att bryta här. Endast kraftsystemet, som inkluderar elektroniska komponenter, kan misslyckas;
• Möjligheten till självmontering - det är inget komplicerat med det. Ja, och det finns inga inställningar här.

Det finns också vissa nackdelar:

Korrekt och effektivt monterad induktionspanna är inte bara en snygg bild, utan också en garanti för lång och pålitlig drift av hela systemet.

• Hög kostnad - i ett hemvärmesystem kommer en induktionspanna att bli den dyraste enheten. Men kostnaden är värt det;
• Hög elförbrukning - ger höga kostnader för drift av uppvärmning;
• En mer komplex design - det finns en strömkrets här, som saknas i värmeelement och elektrodenheter.

Den största nackdelen är de höga priserna för utrustning, även om det inte är något komplicerat med det.

Dessutom, om du använder en induktionspanna med en effekt på mer än 7 kW, behöver du en trefas strömförsörjning - detta gäller inte bara för induktion, utan också för alla andra elektriska värmeenheter.

Enheten och principen för drift av pannan

När en elektrisk ström passerar genom ett ledande material frigörs värme i det senare, vars effekt är direkt proportionell mot strömstyrkan och dess spänning (Joule-Lenz-lagen). Det finns två sätt att få ström att flyta i en ledare. Den första är att ansluta den direkt till en elkälla. Vi kommer att kalla denna metod kontakt.

Den andra - kontaktlösa - upptäcktes av Michael Faraday i början av 1800-talet. Forskaren fann att när parametrarna för det magnetiska fältet som korsar ledaren ändras, uppträder en elektromotorisk kraft (EMF) i den senare. Detta fenomen kallas elektromagnetisk induktion. Där det finns en EMF kommer det att finnas en elektrisk ström, och därmed uppvärmning, och i detta fall, icke-kontakt. Sådana strömmar kallas inducerade eller virvelströmmar eller Foucaultströmmar.

Induktionsvärmepanna - funktionsprincip

Elektromagnetisk induktion kan orsakas på olika sätt. Ledaren kan flyttas eller roteras i ett konstant magnetfält, som man gör i moderna elektriska generatorer. Och du kan ändra parametrarna för själva magnetfältet (intensiteten och riktningen för kraftlinjerna), samtidigt som du lämnar ledaren orörlig.

Sådana manipulationer med magnetfältet blev möjliga tack vare en annan upptäckt. Som Hans-Christian Oersted fick reda på 1820 förvandlas en tråd lindad i form av en spole, när den är ansluten till en strömkälla, till en elektromagnet. Genom att ändra parametrarna för strömmen (styrka och riktning) kommer vi att uppnå en förändring av parametrarna för det magnetiska fältet som genereras av denna enhet. I det här fallet kommer en elektrisk ström att uppstå i ledaren som ligger i detta fält, åtföljd av uppvärmning.

Efter att ha bekantat sig med detta enkla teoretiska material har läsaren förmodligen redan föreställt sig i allmänna termer enheten för en induktionsvärmepanna. Den har faktiskt en ganska enkel design: inuti det skärmade och värmeisolerade huset finns ett rör tillverkat av en speciell legering (stål kan också användas, men egenskaperna blir något sämre), installerat i en hylsa av dielektriskt material ; en kopparbuss lindas på hylsan i form av en spole, som är ansluten till elnätet.

Panninduktion efter installation

Genom två munstycken skär röret in i värmesystemet, vilket resulterar i att kylvätskan kommer att strömma genom den. En växelström som flyter genom spolen kommer att skapa ett växelmagnetiskt fält, som i sin tur kommer att inducera virvelströmmar i röret. Virvelströmmar kommer att orsaka uppvärmning av rörväggarna och delvis av kylvätskan genom hela volymen innesluten inuti spolen. För snabbare uppvärmning kan flera parallella rör med mindre diameter installeras istället för ett rör.

Läsare som är medvetna om kostnaden för induktionspannor har förstås misstänkt att det ligger mer bakom deras design. När allt kommer omkring kan en värmegenerator, som bara består av ett rör och en bit tråd, inte kosta 2,5 - 4 gånger mer än en analog värmeelement. För att uppvärmningen ska vara tillräckligt intensiv är det nödvändigt att passera genom spolen inte en vanlig ström från stadsnätet med en frekvens på 50 Hz, utan en högfrekvent sådan, så induktionspannan är utrustad med en likriktare och en växelriktare.

Likriktaren omvandlar växelströmmen till likström, sedan matas den till växelriktaren - en elektronisk modul som består av ett par nyckeltransistorer och en styrkrets.Vid växelriktarens utgång blir strömmen åter växlande, bara med en mycket högre frekvens. En sådan omvandlare är inte tillgänglig i alla modeller av induktionspannor, några av dem fungerar fortfarande med en frekvens på 50 Hz. Användningen av högfrekvent växelström kan dock minska enhetens storlek avsevärt.

Principen för elektromagnetisk induktion

I olika beskrivningar pekar författarna på likheten mellan en induktionspanna och en transformator. Detta är helt sant: en trådspole spelar rollen som en primärlindning, och ett rör med kylvätska spelar rollen som en kortsluten sekundärlindning och samtidigt en magnetisk krets.

Varför är transformatorn då inte uppvärmd? Faktum är att transformatorns magnetiska krets inte är gjord av ett enda element, utan av en mängd plattor isolerade från varandra. Men även denna åtgärd kan inte helt förhindra uppvärmning. Så, till exempel, i den magnetiska kretsen av en transformator med en spänning på 110 kV i viloläge, frigörs inte mindre än 11 ​​kW värme.

Alternativ för att välja elpannor

I det första steget är det nödvändigt att lösa frågan om hur man väljer rätt elpanna för uppvärmning. För närvarande erbjuder tillverkare ett antal modeller som skiljer sig inte bara i designegenskaper utan också i funktionalitet. Därför måste konsumenten känna till de grundläggande parametrarna för valet.

Innan du väljer en elpanna för att värma ett hus, bör du korrekt beräkna dess effekt. Arbetet med alla värmeförsörjningssystem syftar till att kompensera byggnadens värmeförluster. Därför är det först nödvändigt att beräkna denna viktigaste parameter. För att göra detta kan du använda specialiserade program.

Efter det uppstår frågan - att köpa en fabriksmodell eller att göra en hemgjord elpanna för uppvärmning. För att lösa det rekommenderar experter att du analyserar följande faktorer:

• Anordningens intensitet. Om du planerar att ständigt använda utrustningen är det bäst att köpa en pålitlig fabrikstillverkad elpanna för vattenuppvärmning. När du organiserar uppvärmning av ett grovkök (garage) eller en lantstuga med ett litet område, kan du göra en hemgjord panna;
• Varmvattenförsörjning. För att tillhandahålla varmvatten är det nödvändigt att installera en dubbelkrets elektrisk panna för uppvärmning av huset. Det är problematiskt att göra det själv, eftersom designen inte kommer att ha rätt grad av tillförlitlighet. Installation och beräkning av parametrarna för den andra kretsen hemma är nästan omöjligt;
• Mått. De beror direkt på utrustningens konfiguration och dess effekt. Värmetillförseln av ett litet hus kan göras med hjälp av elektrod- eller induktionsmodeller. Eftersom det är svårt att göra en elektrisk panna för att värma ett hus av denna typ, väljs system med värmeelement;
• Nätspänning. Beror på kraften i utrustningen. Nästan alla gör-det-själv-elpannor för uppvärmning har en effekt på högst 9 kW. Detta gör det möjligt att ansluta till ett 220 V-nätverk.

Men för konsumenten är den avgörande parametern fortfarande kostnaden för en elpanna för uppvärmning av batterier. Det är därför det nyligen har funnits många alternativ för oberoende tillverkning av denna typ av värmeutrustning. Men för att jämföra gör-det-själv-elpannor för uppvärmning, bör du ta reda på design- och driftsfunktionerna för fabriksmodeller.

Vi avslöjar huvudmyten om induktionsvärme

Nyligen har de redan slutat säga att effektiviteten med induktionsvärme är 2-3 gånger högre än effektiviteten hos en värmepanna. Men anhängare av induktionspannan hävdar att värmeelementpannan snabbt förlorar sina egenskaper och går ur drift, eftersom skalan växer på den!

De säger att under året minskas kapaciteten hos värmeelementpannan med 15-20%. Är det verkligen?

Ja, avlagringar utan värme finns verkligen, men du bör aldrig blanda ihop värmesystemet och vattenförsörjningssystemet. Till exempel bildas kalk i VVS-systemet, precis som det bildas i vattenkokaren vi ser i köket varje morgon. Det här stör aldrig vårt arbete vet vi, och det råder ingen tvekan om att vatten kokar i en vattenkokare i alla fall.

Tvärtom, i det för oss kända värmesystemet kommer föroreningar sällan in i vattnet. Beläggningsskiktet är mycket tunt och utgör inte någon betydande barriär mot värmeöverföring.

Om energin har lämnat nätet någonstans försvinner den inte helt någonstans. Den blir till absolut värme och värmer upp kylvätskan, som i sin tur värms upp exakt med samma effektivitet som den värmdes upp tidigare och hur den alltid kommer att värmas upp. Om det inte vore så skulle de tio ha slitits isär av överskottsenergi.

Så snart skalan uppstår sker värmeväxlingen vid en högre temperatur. Någon minskning av verkningsgraden kan det inte vara tal om, oavsett vilken temperatur det är i värmeelementet.

Funktionsprincip

Principen för elektromagnetisk induktion identifierades 1831 av den engelske fysikern Michael Faraday. I början av 1900-talet introducerades hans postulat i produktionen i form av ett värmeelement för smältning av metaller.Det visar sig att induktionspannor har blivit kända under mycket lång tid, och de användes, men bara på produktionsnivå.

Funktionsprincipen för elektromagnetisk induktion är baserad på bildandet av ett elektromagnetiskt fält som värmer allt ferromagnetiskt material (till vilket en magnet fastnar) om det placeras i mitten av detta fält. Att skapa ett elektromagnetiskt fält är enkelt. Detta kräver en spole, helst gjord av koppartråd, som är strömsatt. Det är inuti spolen som magnetfältet bildas.

Ett rör tillverkat av ett dielektrikum (som inte överför elektrisk ström) är installerat inuti, en spole lindas runt det och en stålstav är installerad inuti.

Om till exempel en stålstav är installerad i den, kommer den säkert att värmas upp till höga temperaturer. Det är på denna princip som designen av induktionsvärmepannan byggs.

Och en kylvätska (vatten eller frostskyddsmedel) strömmar genom rörets inre hålighet och tvättar stången. Staven som värms upp av ett elektromagnetiskt fält överför värme till kylvätskan.

Det finns en subtil punkt i principen om drift av induktionspannor, som följer Joule Lenz-lagen. Om du ökar stavens motstånd kan du öka dess uppvärmning. Och ökningen genomförs på två sätt:

• öka längden och minska tvärsnittet;
• gör den av en metall med hög resistivitet, till exempel från nikrom.

Referens! Dessa metoder används antingen ensamma eller i kombination. Det är på detta sätt som pannans effekt styrs.

Varianter av induktionsvärmare för värmesystemet

Det finns två typer av enheter på marknaden.Den första enheten arbetar med virvelströmmar för att värma upp kylvätskan och levererar en nätspänning på 220 V (50 hertz) till primärlindningen, den andra med samma strömmar, men överför spänning genom en växelriktare. I det andra fallet är enheten ansvarig för att omvandla standardnätspänningen till strömmar med ökad frekvens upp till 20 kilohertz.

En växelriktare är en anordning som ökar effektiviteten hos en induktionspanna utan att öka storleken och vikten på utrustningen. Tack vare växelriktaren fungerar utrustningen i ett ekonomiskt läge. Det finns bara ett minus - användningen av kopparlindning, på grund av vilka invertervärmare är dyrare än standardmodeller med värmeelement.

Enheter är klassificerade enligt typ av material - virvelenheter är utrustade med en värmeväxlare gjord av ferromagnetiska legeringar, SAV-pannor har sluten typ av rörformade stålvärmeväxlare.

Induktionsvärme bildas med hjälp av en av typerna av värmare:

1. VIN. Vortex inverter pannor som omvandlar frekvensen på elnätet. Kompakta och icke-massiva enheter är bekvämt monterade på begränsade ytor. Enheterna inkluderar en värmeväxlare gjord av en ferromagnetisk legering, sekundärlindningen och den magnetiska kretsen representeras av en värmeväxlare och ett hus. Aggregatet kompletteras med automatisk styrenhet, matnings- och cirkulationspump.

1. SAV. Dessa är pannor utan växelriktare, de arbetar på en ström på 220 V (50 hertz), som matas till induktorn. Den sekundära lindningen ser ut som en stålrörsvärmeväxlare, uppvärmd av Foucault-strömmar. För cirkulationen av kylvätskan är pannan utrustad med en pump. Till försäljning finns enheter för drift från ett spänningsnät på 220 V, 380 V.

Huvudelementen och arrangemanget av pannor

Om schemat för induktionshällen är bekant, kommer pannans design inte heller att orsaka svårigheter.

Huvuddetaljer:

• Värmare. Detta är kärnan i spolen, som kan vara i form av ett eller flera rör. Om detta är ett rör, är dess dimensioner ganska stora, ett rutnät av rör av en mindre sektion är parallellkopplat.
• Induktor. En typ av transformator med flera lindningar. Den första är tillägget av kärnan, på grund av vilket ett elektromagnetiskt fält bildas som driver virvelströmmar. Sekundärlindning - enhetens kropp, som tar emot strömmar och överför värme till kylvätskan
• växelriktare. Det finns VIN i pannor, det behövs för att omvandla likström till högfrekvent.
• Grenrör. Element för anslutning av värmenätet. Ett rör är utformat för att leverera kylvätskan för uppvärmning, det andra - för att transportera uppvärmt vatten till värmesystemet.

Minska elpannans effektivitet

Ett annat argument vid jämförelse är att induktionspannan inte tappar sin ursprungliga effekt under driftperioden. Men i värmeelementet på grund av bildningen av skalan, sker detta i ordning på saker och ting.

Även ibland ges beräkningar, enligt vilka, inom bara ett år, minskar värmeelementets effekt med 15-20%. Detta gör att dess effektivitet också minskar.

Låt oss ta en närmare titt på detta.

Nästan alla elpannas verkningsgrad överstiger 98 %. Och även pannor som arbetar på ultrahögfrekventa strömmar från 25 kHz och högre, vad kan förändras för dig? Lägg till en och en halv procent extra, men hoppa samtidigt i pris med 100%?!

När det gäller avlagringarna på värmeelementet är de verkligen närvarande.

Och vad händer där det inte finns någon konstant tillförsel av föroreningar? Ett litet lager av avlagringar kan lägga sig på värmeelementet, dock:

detta lager är inte tillräckligt tjockt

det stör inte värmeöverföringen på något sätt

Och följaktligen förlorar pannan inte sin ursprungliga effektivitet på något sätt.

Det vill säga, både på ett rent värmeelement och på ett smutsigt, överförs samma mängd energi, bara vid olika temperaturer.

Hur man väljer en värmeanordning

När du väljer en inverterpanna för uppvärmning är det värt att överväga många faktorer.

Först och främst måste du vara uppmärksam på dess kraft. Under hela pannans livslängd förblir denna parameter oförändrad. Man räknar med att 60 W behövs för att värma 1 m2

Att göra beräkningen är mycket enkelt. Det är nödvändigt att lägga till området för bollrum och multiplicera med det angivna antalet. Om huset inte är isolerat är det bättre att välja mer kraftfulla modeller, eftersom det kommer att bli betydande värmeförluster.

Man räknar med att det behövs 60 watt för att värma 1 m2. Att göra beräkningen är mycket enkelt. Det är nödvändigt att lägga till området för bollrum och multiplicera med det angivna antalet. Om huset inte är isolerat är det bättre att välja mer kraftfulla modeller, eftersom det kommer att bli betydande värmeförluster.

En viktig faktor är funktionerna i husets drift. Om det endast används för tillfälligt boende, finns det inget behov av att ständigt hålla temperaturen i lokalerna på en given nivå. I sådana fall kan du helt klara dig med en enhet med en effekt på högst 6 kW.

När du väljer, var uppmärksam på pannans konfiguration. Bekvämt är närvaron av en elektronisk programenhet med en diodtermostat. Med den kan du ställa in enheten att fungera flera dagar och till och med en vecka i förväg

Dessutom, i närvaro av en sådan enhet, är det möjligt att styra systemet på avstånd. Detta gör det möjligt att förvärma huset innan ankomst.

Med den kan du ställa in enheten att fungera flera dagar och till och med en vecka i förväg. Dessutom, i närvaro av en sådan enhet, är det möjligt att styra systemet på avstånd. Detta gör det möjligt att förvärma huset innan ankomst.

En viktig parameter är tjockleken på kärnans väggar. Elementets motstånd mot korrosion kommer att bero på detta. Således, ju tjockare väggar, desto högre skydd. Dessa är huvudparametrarna som bör beaktas när man väljer en enhet och bygger ett värmesystem. Om priset inte är acceptabelt kan du använda analoger eller bygga en panna själv. För att göra detta behöver du bara ha vissa kunskaper och färdigheter.

Hur fungerar en induktionsvärmare?

Väldigt enkelt. Vi lägger driftspänning på spolen. Ett elektromagnetiskt fält skapas i spolen. Vi läser noga - här är kärnan i hans arbete:

Det elektromagnetiska fältet inducerar Foucault-strömmar eller virvelströmmar i värmeröret och metallröret börjar värmas upp.

Om någon inte vet, är transformatorns magnetiska krets speciellt rekryterad från många tunna plattor av elektriskt stål, isolerade från varandra.

Detta görs just för att undvika energiförluster från uppvärmning av virvelströmmar.

Faktum är att ju mer massiv ledaren är, desto mer kommer den att värmas upp från Foucault-strömmarna, i sin tur kan virvelströmmarnas kraft ökas med förändringshastigheten i det magnetiska flödet.

Vet du att en krafttransformator spänning 110 kV på på tomgång, även utan belastning, frigörs en termisk effekt på ca 11 kilowatt?

Detta beror främst på effekten av virvelströmmar, som värmer den magnetiska kretsen, på vilken de primära och sekundära lindningarna är klädda.

Samtidigt är den magnetiska kretsen laminerad, och om den vore solid skulle värmeförlusterna öka många gånger om!

Och transformatorn skulle helt enkelt brinna ut av överhettning.

Induktions-elpannan fungerar på samma princip och stålröret med vatten som passerar inuti batteriet värms upp väldigt mycket, MEN!- på grund av vattencirkulationen hinner värmen tas bort från röret till värmesystemet och överhettning händer inte.

Men kan det vara mer ekonomiskt jämfört med elpannor på värmeelement? För vad?

Låt oss först tänka här utan att analysera och jämföra dessa två typer av pannor:

Har ett hus

Det spelar ingen roll vad och det spelar ingen roll var. Fast under vatten, även på Everest. Detta hus har en värmeförlust på 6 kilowatt

Detta hus har en värmeförlust på 6 kilowatt.

Genom väggar, genom fönster, genom taket etc. - går värme förlorad och för att hålla en konstant temperatur måste dessa värmeförluster kompenseras och för detta behövs naturligtvis också 6 kilowatt värme.

Och det spelar ingen roll var och hur denna värme tas, denna termiska energi är 6 kilowatt - till och med bränn en eld, till och med gas, till och med bensin, det viktigaste är att dessa nödvändiga kilowatt värme frigörs!

Nu det viktigaste:

för att värma ett sådant hus behöver du både en induktionsvärmare och en elpanna på värmeelement - samtidigt är effekten också minst 6 kW.

Med andra ord, pannan omvandlar helt enkelt elektrisk energi till termisk energi.

Och hur han gör det är absolut inte viktigt, för för oss är det viktigaste att det skulle vara varmt i huset.Energi omvandlas helt enkelt från en form till en annan, från elektrisk till termisk. Och om pannan tilldelade värme för 6 kW, tog den minst samma mängd el från nätet, och med tanke på att pannornas effektivitet inte är 100%, så förbrukas till och med lite mer energi från nätet

Och om pannan tilldelade värme för 6 kW, tog den minst samma mängd el från nätet, och med tanke på att pannornas effektivitet inte är 100%, så förbrukas till och med lite mer energi från nätet

Energi omvandlas helt enkelt från en form till en annan, från elektrisk till termisk. Och om pannan allokerade värme för 6 kW, tog den minst samma mängd el från nätverket, och med tanke på att pannornas effektivitet inte är 100%, förbrukas ännu mer energi från nätverket.

Då kanske verkningsgraden på induktionspannan är högre? Enligt tillverkarna når detta värde 98%.

Detsamma gäller för en elpanna med värmeelement. Deras effektivitet når 99%.

Tja, tänk själv - vart kan energin i värmeelementet ta vägen, förutom hur man sticker ut i värmen?

All energi som förbrukas från värmeelementnätet omvandlas till värmeenergi. Jag tog 5 kW - tilldelade 5 kW värme.

Jag tog 100 kW - tilldelade 100 kW värme. Jo, kanske lite mindre om man tar hänsyn till energiförlusten i det transienta motståndet vid värmeelementklämmorna, men återigen frigörs denna energiförlust i form av värme (klämman värms upp) och i matningskablarna.

Men hur är det med klämmorna, att kabeltvärsnittet är detsamma vad gäller parametrar för både vortexinduktions-elpannan och värmeelementet.

Verkningsmekanismen för värmetillförsel från en induktionshäll

Pannans design är baserad på elektriska induktorer, de inkluderar 2 kortslutna lindningar. Den interna lindningen modifierar den inkommande elektriska energin till virvelströmmar.I mitten av enheten uppstår ett elektriskt fält som sedan kommer in i den andra spolen.

Den sekundära komponenten fungerar som värmeelementet för värmeförsörjningsenheten och pannkroppen.

Den överför energin som har dykt upp till systemets värmebärare för uppvärmning. I rollen som värmebärare som är avsedda för sådana pannor använder de specialiserad olja, filtrerat vatten eller icke-frysande vätska.

Värmarens inre lindning påverkas av elektrisk energi, vilket bidrar till uppkomsten av spänning och bildandet av virvelströmmar. Den mottagna energin överförs till sekundärlindningen, varefter kärnan värms upp. När uppvärmningen av hela värmebärarens yta har skett kommer den att överföra värmeflödet till värmeanordningarna.

Hur en induktionsvärmepanna fungerar

Kom ihåg fysiken i skolans läroplan. Om en ferromagnetisk ledare placeras i ett växlande elektromagnetiskt fält, kommer det elektromagnetiska fältets energi att omvandlas irreversibelt till denna ledares termiska energi. Processens fysik beskrivs av två Maxwell-lagar och Lenz-Joule-lagen, som inte är av intresse för oss här.

Det vill säga, om en växelström passerar genom spolen (induktorn), kommer induktorns elektriska energi att överföras kontaktlöst till den termiska energin hos ledaren placerad i spolens fält. Därefter kan ledaren användas som ett värmeelement i värmesystemet.

I denna princip är ordet "kontaktlös" viktigt. Det vill säga i detta system finns det inga förluster på grund av motståndet hos kontaktgrupper och ledningar.

Det är därför som induktionselektriska pannor anses vara den mest ekonomiska (mycket hög effektivitet).