Принцип работы индукционного нагревателя

Индукционный нагрев невозможен без использования трех основных элементов:

  • индуктора;
  • генератора;
  • нагревательного элемента.

Индуктор представляет собой катушку, обычно выполненную из медной проволоки, с ее помощью генерируют магнитное поле. Генератор переменного тока используют для получения высокочастотного потока из стандартного потока домашней электросети с частотой 50 Гц.

В качестве нагревательного элемента применяется металлический предмет, способный поглощать тепловую энергию под воздействием магнитного поля. Если правильно соединить эти элементы, можно получить высокопроизводительный прибор, который прекрасно подходит для подогрева жидкого теплоносителя и отопления дома.

С помощью генератора электрический ток с необходимыми характеристиками подается на индуктор, т.е. на медную катушку. При прохождении через нее поток заряженных частиц формирует магнитное поле.

Принцип действия индукционных нагревателей основан на возникновении электротоков внутри проводников, появляющихся под воздействием магнитных полей

Особенность поля состоит в том, что оно обладает способностью на высоких частотах изменять направление электромагнитных волн. Если в это поле поместить какой-нибудь металлический предмет, он начнет нагреваться без непосредственного контакта с индуктором под воздействием созданных вихревых токов.
Принцип индукционного нагрева
Высокочастотный электрический ток, поступающий от инвертора к индукционной катушке, создает магнитное поле с постоянно изменяющимся вектором магнитных волн. Помещенный в это поле металл быстро разогревается

Отсутствие контакта позволяет сделать потери энергии при переходе из одного вида в другой ничтожными, чем и объясняется повышенный КПД индукционных котлов.

Чтобы подогреть воду для отопительного контура, достаточно обеспечить ее контакт с металлическим нагревателем. Часто в качестве нагревательного элемента используют металлическую трубу, через которую просто пропускают поток воды. Вода попутно охлаждает нагреватель, что значительно увеличивает срок его службы.
Работа индукционного водонагревателя
Электромагнит индукционного прибора получают путем намотки проволоки вокруг сердечника из ферромагнита. Полученная в результате катушка индукции разогревается и передает тепло нагреваемому телу или протекающему рядом теплоносителю через теплообменник

Преимущества и недостатки прибора

“Плюсов” у вихревого индукционного нагревателя великое множество. Это простая для самостоятельного изготовления схема, повышенная надежность, высокий КПД, относительно низкие затраты на электроэнергию, длительный срок эксплуатации, малая вероятность возникновения поломок и т.п.

Производительность прибора может быть значительной, агрегаты этого типа успешно используются в металлургической промышленности. По скорости нагрева теплоносителя устройства этого типа уверенно соперничают с традиционными электрическими котлами, температура воды в системе быстро достигает необходимого уровня.

Во время функционирования индукционного котла нагреватель слегка вибрирует. Эта вибрация стряхивает со стенок металлической трубы известковый осадок и другие возможные загрязнения, поэтому в очистке такой прибор нуждается крайне редко. Конечно, отопительную систему следует защитить от этих загрязнений с помощью механического фильтра.
Схема индукционного нагревателя
Индукционная катушка нагревает металл (трубу или куски проволоки), помещенные внутри нее, с помощью высокочастотных вихревых токов, контакт не обязателен

Постоянный контакт с водой сводит к минимуму и вероятность перегорания нагревателя, что является довольно частой проблемой для традиционных котлов с ТЭНами. Несмотря на вибрацию, котел работает исключительно тихо, дополнительная шумоизоляция в месте установки прибора не понадобится.

Еще индукционные котлы хороши тем, что они практически никогда не протекают, если только монтаж системы выполнен правильно. Это очень ценное качество для электрического отопления, так как исключает или значительно сокращает вероятность возникновения опасных ситуаций.

Отсутствие протечек обусловлено бесконтактным способом передачи тепловой энергии нагревателю. Теплоноситель с помощью описанной выше технологии можно разогреть чуть ли не до парообразного состояния.

Это обеспечивает достаточную тепловую конвекцию, чтобы стимулировать эффективное перемещение теплоносителя по трубам. В большинстве случаев отопительную систему не придется оборудовать циркуляционным насосом, хотя все зависит от особенностей и схемы конкретной системы отопления.

Иногда циркуляционный насос необходим. Установить прибор относительно несложно. Хотя для этого понадобятся некоторые навыки монтажа электроприборов и отопительных труб. Но есть у этого удобного и надежного прибора ряд недостатков, с которыми также следует считаться.

Например, котел греет не только теплоноситель, но и все окружающее его рабочее пространство. Нужно выделить для такого агрегата отдельное помещение и удалить из него все посторонние предметы. Для человека длительное пребывание в непосредственной близости от работающего котла также может быть небезопасным.
Энергозависимость индукционных приборов
Для работы индукционным нагревателям необходим электроток. Как самоделки, так и оборудование заводского изготовления подключают к бытовой сети переменного тока

Для работы прибора необходима электроэнергия. В местностях, где свободный доступ к этому благу цивилизации отсутствует, индукционный котел будет бесполезен. Да и там, где наблюдаются частые перебои с электричеством, он продемонстрирует невысокую эффективность. При неосторожном обращении с прибором может произойти взрыв.

Если перегреть теплоноситель, он превратится в пар. В результате давление в системе резко возрастет, чего трубы просто не выдержат, их разорвет. Поэтому для нормальной работы системы прибор следует снабдить как минимум манометром, а еще лучше – устройством аварийного отключения, терморегулятором и т.п.

Все это может заметно повысить стоимость самодельного индукционного котла. Хотя прибор и считается практически бесшумным, это не всегда так. Некоторые модели в силу разных причин могут все же издавать некоторые шумы. Для устройства, выполненного самостоятельно, вероятность такого исхода возрастает.
Долгосрочность службы индукционных нагревателей
В конструкции как заводских, так и самодельных индукционных нагревателей практически нет изнашивающихся компонентов. Они долго служат и безупречно работают

Шаги изготовления самоделки

Сделать такое устройство самостоятельно не так уж сложно. Для этого понадобится:

  1. Изготовить нагревательный элемент.
  2. Сделать катушку индуктора из медной проволоки.
  3. Взять готовый генератор переменного тока.
  4. Присоединить нагреватель с катушкой к системе отопления.
  5. Подключить катушку к генератору.
  6. Подвести электропитание к системе.
  7. Сделать пробный запуск, чтобы проверить работу агрегата.

В промышленных моделях в качестве нагревателя используется металлическая труба с толстыми стенками, но обеспечить достаточную мощность самодельного устройства, чтобы разогреть такой элемент, очень сложно и большого смысла не имеет. Индукционная катушка способна разогреть любой металл, поэтому нагреватель можно модифицировать.
Индукционный нагреватель
Промышленные модели индукционных котлов снабжены нагревательным элементом, сделанным из толстой металлической трубы. В домашних условиях скопировать такой агрегат затруднительно

В качестве корпуса для индукционного нагревателя из сварочного инвертора используют отрезок пластиковой трубы. Он должен быть немного больше в диаметре, чем трубы отопления. Длина трубы для нагревателя может составлять примерно один метр, внутренний диаметр можно варьировать в пределах 50-80 мм.

Для подключения нагревателя к системе следует установить переходники в нижней и верхней части корпуса. Нижнюю часть трубы нужно закрыть решеткой, затем внутрь корпуса кладут наполнитель, состоящий из небольших частичек металла. Получить наполнитель можно, пример, из проволоки, прутка, узкой металлической трубы и т.п.

Длину отрезков можно варьировать произвольно. Чаще всего для этого используют стальную проволоку диаметром 6-8 мм, которую просто нарезают небольшими кусочками. Некоторые мастера рекомендуют нарезать ее длинными прутьями, примерно по 90 см, т.е. почти по длине нагревателя.
Пластиковая труба
Для корпуса нагревательного элемента индукционного котла, который изготовили своими руками, понадобится широкая, около 50 мм в диаметре, пластиковая труба

Чем выше магнитное сопротивление стали, из которой изготовлена проволока, тем лучше она будет нагреваться. В зависимости от размеров этих кусочков подбирается и защитная сетка, которую монтируют внизу корпуса. Наполнитель засыпают или укладывают в трубу до самого верха. После этого верхнюю часть также закрывают сеткой.
Схема индукционной катушки нагревателя
Схема позволяет составить представление о том, как подключать индукционную спираль к нагревателю котла и к сварочному аппарату

Таким образом, самодельный нагреватель для индукционного котла выглядит как толстая пластиковая труба, набитая кусочками металла и закрытая с двух сторон сеткой. Сверху и снизу нагреватель имеет переходники для подключения к отопительному контуру. Полимерная труба для нагревателя должна иметь достаточно толстые стенки.

Кроме того, любой пластик для этих целей не подойдет, материал должен переносить воздействие довольно сильного нагрева и при этом не выделять в атмосферу или в теплоноситель никаких опасных веществ. Теперь следует изготовить индукционную решетку. Для этого берут медную проволоку и наматывают ее прямо на корпус нагревателя.
Спираль индуктора для нагревателя
В некоторых моделях самодельных индукционных нагревателей вместо пластиковой трубы используют узкую медную трубку. Это не лучший вариант, поскольку правильно свернуть такой элемент в спираль будет непросто

Чем больше витков проволоки, тем лучше. Считается, что у индукционной катушки должно быть не менее 90 витков. Индуктор наматывают на трубу очень плотно, между витками не должно быть никакого зазора.

Для обмотки подойдет медный изолированный провод на 1-1,5 мм. Более толстый кабель здесь не нужен, поскольку он и работы по обмотке затруднит, сложнее будет расположить витки вплотную.
Подключение индукционной спирали
Эта схема поможет правильно подключить катушку индуктора к инверторному сварочному аппарату, если сделать это неправильно, катушка превратится в электромагнит (+)

Наличие зазоров может привести к возникновению шума из-за вибрации, которой сопровождается работа такого агрегата. Со временем такая ситуация может привести к разрушению изоляции, что вызовет межвитковое замыкание.

Сверху и снизу помимо переходников следует установить запорные краны. Они нужны, чтобы обеспечить возможность при необходимости перекрыть воду в отопительном контуре.

При установке нагревателя следует помнить, что его нижний конец должен быть направлен к обратке, трубы, предназначенной для сбора остывшего теплоносителя в двухтрубной отопительной системе. Самый простой способ обзавестись генератором переменного поля – взять инвертор от сварочного аппарата.

Контакты индукционной катушки присоединяют к полюсам инвертора. Как только к агрегату подведут электропитание и включат его в сеть, самодельный индукционный котел начнет работать.

Для изготовления такого устройства подойдет даже недорогой сварочный аппарат, например, модель китайского производства, которая позволяет регулировать силу тока, начиная с уровня в 10 А. Возле переходника на подаче следует установить датчик терморегулятора. Подключение сварочного инвертора выполняется через этот терморегулятор.

На выходах необходимо поставить выпрямительные диоды. Для этого придется вскрыть корпус сварочного аппарата и припаять к выходу проводники, затем присоединить их к диодам. Если выполнить подключение без диодов, напрямую, то на обмотку поступит ток с выпрямленным напряжением, и катушка будет работать как электромагнит, а не как индуктор.
Проволока для индукционной спирали
Для создания индукционной спирали рекомендуется использовать медную проволоку сечением 1,5 мм в надежной изолирующей оболочке, нужно сделать около 90 витков

В некоторых современных сварочных аппаратах имеется датчик касания, который запускает работу в момент, когда электрод касается рабочей поверхности. Этот момент необходимо учесть, чтобы датчик либо срабатывал в нужный момент, либо не влиял на работу самодельного котла.

Если с переделкой сварочного аппарата у неопытного мастера возникают проблемы, ему лучше обратиться за профессиональной консультацией.
Сварочный аппарат
Для изготовления индукционного котла своими руками можно взять любой сварочный аппарат с подходящими характеристиками. При необходимости прибор можно будет снова использовать для сварочных работ

Если все сделано правильно, сварочный аппарат в будущем можно использовать по прямому назначению. Нужно будет отпаять проводники с диодами и произвести обратную сборку. Под воздействием высокочастотного переменного тока индукционная катушка создаст магнитное поле.

Металл, находящийся внутри полимерного корпуса начнет нагреваться и передавать тепло воде, которая циркулирует по отопительному контуру. На разогрев теплоносителя устройству понадобится всего несколько минут.

Место для индукционного нагревателя следует правильно выбрать. Агрегат должен располагаться на 800 мм ниже уровня потолка, а от стен и предметов мебели его должно отделять минимум 300 мм.

Индукционный котел применяется для

  • — обогрев жилых помещений;
  • — обогрев административных и промышленных корпусов и сооружений;
  • — обогрев конструкций с особыми предписаниями по безопасности и экологии;
  • -резервация источников теплоснабжения;
  • — применение в системе горячего водоснабжения;
  • — коррекция процесса теплообеспечения при эксплуатации нестабильного возобновляемого источника энергии и низкосортного местного топлива;
  • — подключение к системам с комбинированным (бивалентным) отоплением;
  • -подключение к системе отопления с дистанционным управлением;
  • — использование в системах технологического нагрева с применением промежуточного жидкого теплоносителя (до 115°С) как в проточных системах, так и с камерным реактором.

Сборка устройства на примере отопительного индукционного котла

Сам процесс сборки всех этих компонентов в единую систему выглядит следующим образом:

  • Вначале берете отрезок полимерной трубы, фиксируете его и наматываете поверх будущего сердечника 50 витков 3-миллиметровой медной проволоки.
  • Далее обрезаете торцы сердечника, оставляя по 7-10 см от края проволоки на отводы.

Важно: Схема индукционного нагревателя своими руками выполняется в несколько этапов, последовательность которых нарушать ни в коем случае нельзя. Во избежание ошибок необходимо в точности следовать инструкции.

  • На следующем этапе монтируете на нижнем отводе уголок. Причем боковое ответвление этого фитинга будет использовано в роли патрубка для обратки разводки системы. Причем на сгоне нужно установить шаровой вентиль, перекрыв который можно демонтировать сердечник без слива теплоносителя.
  • После установки нижнего фитинга заполняете сердечник рубленой проволокой, стараясь уложить ее максимально плотно. Ведь в роли водонагревателя выступает именно она.
  • Далее монтируете на верхнем патрубке тройник. Этот фитинг используют для отвода разогретого теплоносителя в напорный контур разводки. Причем отвод можно реализовать и по верхнему, и по боковому ответвлению, используя свободный патрубок тройника под монтаж предохранительного клапана. И разумеется, подключение тройника к напорной ветви разводки реализуется посредством шарового вентиля.
  • После этого можно смонтировать всю конструкцию в корпусе (металлическом или полимерном шкафу), установив в его нижней части сварочный инвертор. Причем для доступа к панели управления инвертором в корпусе шкафа вырезают особое окно.
  • Перепроверяете, соответствует ли схема индукционного нагревателя источнику.
  • Если все подключено правильно, то в финале нужно прикрепить проволоку на клеммы инвертора и залить воду в сердечник.

    схема простого индукционного нагревателя

Общие советы

Ориентируясь на схемы, можно достаточно быстро собрать индукторы различной мощности для нагрева воды, металлов, обогрева дома, гаража и автосервиса. Необходимо помнить и о правилах безопасности для эффективной службы нагревателей такого типа, ведь утечка теплоносителя из самодельного устройства может закончиться пожаром.

Есть определенные условия организации работы:

 твч своими руками

  • расстояние между индукционным котлом, стенами, электроприборами должно быть не меньше 40 см, а от пола и потолка лучше отступить 1 м;
  • с помощью манометра и устройства по сбросу воздуха обеспечивается система безопасности за выходным патрубком;
  • пользоваться устройствами желательно в закрытых контурах с принудительной циркуляцией теплоносителя;
  • возможно применение в пластиковых трубопроводах.

Самостоятельная сборка индукционных генераторов обойдется недорого, но и не бесплатно, ведь нужны комплектующие достаточно хорошего качества. Если у человека нет специальных знаний и опыта в радиотехнике и сварке, то не стоит самостоятельно собирать обогреватель для большой площади, ведь мощность нагрева не превысит 2,5 кВт.

Однако самостоятельная сборка индуктора может рассматриваться как самообразование и повышение квалификации хозяина дома на практике. Можно начать с небольших приборов по простым схемам, а поскольку принцип действия в более сложных устройствах тот же, только добавляются дополнительные элементы и преобразователи частоты, то и освоить его поэтапно будет легко и вполне бюджетно.

Индукционные нагреватели своими руками – как сделать? Простая схема и инструкция

Индукционные нагреватели работают по принципу “получение тока из магнетизма”. В специальной катушке генерируется переменное магнитное поле высокой мощности, которое порождает вихревые электрические токи в замкнутом проводнике.

Замкнутым проводником в индукционных плитах является металлическая посуда, которая разогревается вихревыми электрическими токами. В общем, принцип работы таких приборов не сложен, и при наличии небольших познаний в физике и электрике, собрать индукционный нагреватель своими руками не составит большого труда.

Самостоятельно могут быть изготовлены следующие приборы:

  1. Приборы для нагрева теплоносителя в котле отопления.
  2. Мини-печи для плавки металлов.
  3. Плиты для приготовления пищи.

Индукционная плита своими руками, должна быть изготовлена с соблюдением всех норм и правил для эксплуатации данных приборов. Если за пределы корпуса в боковых направлениях будет выделяться опасное для человека электромагнитное излучение, то использовать такой прибор категорически запрещается.

Кроме этого большая сложность при конструировании плиты заключается в подборе материала для основания варочной поверхности, которое должно удовлетворять следующим требованиям:

  1. Идеально проводить электромагнитное излучение.
  2. Не являться токопроводящим материалом.
  3. Выдерживать высокую температурную нагрузку.

В бытовых варочных индукционных поверхностях используется дорогая керамика, при изготовлении в домашних условиях индукционной плиты, найти достойную альтернативу такому материалу – довольно сложно. Поэтому, для начала следует сконструировать что-нибудь попроще, например, индукционную печь для закалки металлов.

Инструкция по изготовлению

Чертежи

Для изготовления печи понадобятся следующие материалы и инструменты:

  • паяльник;
  • припой;
  • текстолитовая плата.
  • мини-дрель.
  • радиоэлементы.
  • термопаста.
  • химические реагенты для травления платы.

Дополнительные материалы и их особенности:

  1. Для изготовления катушки, которая будет излучать необходимое для нагрева переменное магнитное поле, необходимо приготовить отрезок медной трубки диаметром 8 мм, и длиной 800 мм.
  2. Мощные силовые транзисторы являются самой дорогой частью самодельной индукционной установки. Для монтажа схемы частотного генератора необходимо приготовить 2 таких элемента. Для этих целей подойдут транзисторы марок: IRFP-150; IRFP-260; IRFP-460. При изготовлении схемы используются 2 одинаковых из перечисленных полевых транзисторов.
  3. Для изготовления колебательно контура понадобятся керамические конденсаторы ёмкостью 0,1 mF и рабочим напряжением 1600 В. Для того, чтобы в катушке образовался переменный ток высокой мощности, потребуется 7 таких конденсаторов.
  4. При работе такого индукционного прибора, полевые транзисторы будут сильно разогреваться и если к ним не будут присоединены радиаторы из алюминиевого сплава, то уже через несколько секунд работы на максимальной мощности, данные элементы выйдут из строя. Ставить транзисторы на теплоотводы следует через тонкий слой термопасты, иначе эффективность такого охлаждения будет минимальна.
  5. Диоды, которые используются в индукционном нагревателе, обязательно должны быть ультрабыстрого действия. Наиболее подходящими для данной схемы, диоды: MUR-460; UF-4007; HER – 307.
  6. Резисторы, которые используются в схеме 3: 10 кОм мощностью 0,25 Вт – 2 шт. и 440 Ом мощностью – 2 Вт. Стабилитроны: 2 шт. с рабочим напряжением 15 В. Мощность стабилитронов должна составлять не менее 2 Вт. Дроссель для подсоединения к силовым выводам катушки используется с индукцией.
  7. Для питания всего устройства понадобится блок питания мощностью до 500. Вт. и напряжением 12 – 40 В. Запитать данное устройство можно от автомобильного аккумулятора, но получить наивысшие показания мощности при таком напряжении не получится.

Сам процесс изготовления электронного генератора и катушки занимает немного времени и осуществляется в такой последовательности:

  1. Из медной трубы делается спираль диаметром 4 см. Для изготовления спирали следует медную трубку накрутить на стержень с ровной поверхностью диаметром 4 см. Спираль должна иметь 7 витков, которые не должны соприкасаться. На 2 конца трубки припаиваются крепёжные кольца для подключения к радиаторам транзистора.
  2. Печатная плата изготавливается по схеме. Если есть возможность поставить полипропиленовые конденсаторы, то благодаря тому, что такие элементы обладают минимальными потерями и устойчивой работой при больших амплитудах колебания напряжений, устройство будет работать намного стабильнее. Конденсаторы в схеме устанавливаются параллельно образуя с медной катушкой колебательный контур.
  3. Нагрев металла происходит внутри катушки, после того как схема будет подключена к блоку питания или аккумулятору. При нагреве металла необходимо следить за тем, чтобы не было короткого замыкания обмоток пружины. Если коснуться нагреваемым металлом 2 витка катушки одновременно, то транзисторы выходят из строя моментально.

Нюансы

  1. При проведении опытов по нагреву и закалке металлов, внутри индукционной спирали температура может быть значительна и составляет 100 градусов Цельсия. Этот теплонагревательный эффект можно использовать для нагрева воды для бытовых нужд или для отопления дома.
  2. Схема нагревателя рассмотренного выше (рисунок 3), при максимальной нагрузке способна обеспечить излучение магнитной энергии внутри катушки равное 500 Вт.

    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.

  3. Бюджетным решением организации индукционного нагрева жидкости, является использование нескольких устройств описанных выше, расположенных последовательно. При этом, спирали должны находиться на одной линии и не иметь общего металлического проводника.
  4. В качестве теплообменника используется труба из нержавеющей стали диаметром 20 мм. На трубу «нанизываются» несколько индукционных спиралей, таким образом, чтобы теплообменник оказался в середине спирали и не соприкасался с её витками.

    При одновременном включении 4 таких устройств, мощность нагрева будет составлять порядка 2 Квт, что уже достаточно для проточного нагрева жидкости при небольшой циркуляции воды, до значений позволяющих использовать данную конструкцию в снабжении тёплой водой небольшого дома.

  5. Если соединить такой нагревательный элемент с хорошо изолированным баком, который будет расположен выше нагревателя, то в результате получится бойлерная система, в которой нагрев жидкости будет осуществляться внутри нержавеющей трубы, нагретая вода будет подниматься вверх, а её место будет занимать более холодная жидкость.
  6. Если площадь дома значительна, то количество индукционных спиралей может быть увеличено до 10 штук.
  7. Мощность такого котла можно легко регулировать путём отключения или включения спиралей. Чем больше одновременно включённых секций, тем больше будет мощность работающего таким образом отопительного устройства.
  8. Для питания такого модуля понадобится мощный блок питания. Если есть в наличии инверторный сварочный аппарат постоянного тока, то из него можно изготовить преобразователь напряжения необходимой мощности.
  9. Благодаря тому, что система работает на постоянном электрическом токе, который не превышает 40 В, эксплуатация такого устройства относительно безопасна, главное обеспечить в схеме питания генератора блок предохранителей, которые в случае короткого замыкания обесточат систему, там самым исключив возможность возникновения пожара.
  10. Можно таким образом организовать “бесплатное” отопление дома, при условии установки для питания индукционных устройств аккумуляторных батарей, зарядка которых будет осуществляться за счёт энергии солнца и ветра.
  11. Аккумуляторы следует объединить в секции по 2 шт., подключённые последовательно. В результате, напряжение питания при таком подключении будет не менее 24 В., что обеспечит работу котла на высокой мощности. Кроме этого, последовательное подключение позволит снизить силу тока в цепи и увеличить срок эксплуатации аккумуляторов.

Блиц-советы

  1. Эксплуатация самодельных устройств индукционного нагрева, не всегда позволяет исключить распространение вредного для человека электромагнитного излучения, поэтому индукционный котёл следует устанавливать в нежилом помещении и экранировать оцинкованной сталью.
  2. Обязательно при работе с электричествомследует соблюдать правила техники безопасности, особенно это касается сетей переменного тока напряжением 220 В.
  3. В качестве экспериментаможно изготовить варочную поверхность для приготовления пищи по схеме указанной в статье, но эксплуатировать данный прибор постоянно не рекомендуется по причине несовершенства самостоятельного изготовления экранирования данного устройства, из-за этого возможно воздействие на организм человека вредного электромагнитного излучения, способного негативно сказаться на здоровье.

Индукционный нагреватель своими руками — схема конструкции

Простота конструкции – одно из достоинств индукционного нагревателя. Внутри круглого экранированного корпуса расположена катушка, на языке физиков именуема индуктором. Она подключается к источнику переменного тока. Внутри катушки расположен отрезок стальной трубы, заканчивающийся двумя патрубками. Последние позволяют присоединить нагреватель к системе отопления.

Таким образом, после подсоединения через трубу будет следовать теплоноситель, при этом она будет нагреваться под воздействием генерируемого катушкой переменного поля. От контакта с трубой, соответственно, будет греться и теплоноситель.

Индуктивный нагреватель своими руками

Схема индукционного нагревателя

В некоторых моделях индукционных нагревателей катушка подсоединяется непосредственно к электросети, вследствие чего создаваемое ею магнитное поле меняет полярность с частотой 50 Гц. Но существует и более производительная схема подключения. Она отличается от только что описанной наличием преобразователя, увеличивающего частоту колебания подаваемого на катушку тока с 50 Гц до нескольких десятков килогерц. Такой преобразователь называют инвертором. Он состоит из трех модулей:

  1. Выпрямитель, представляющий собой обычный диодный мост.
  2. Собственно, инвертор. Главные герои – пара т.н. ключевых транзисторов, которые могут очень быстро переключаться.
  3. Схема управления, которая «дирижирует» ключевыми транзисторами.

Несложно заметить, что происходящие внутри нагревателя процессы весьма сходны с работой понижающего трансформатора, только в данном случае вторичная обмотка является короткозамкнутой и располагается внутри первичной.

Другое отличие состоит в том, что в случае с трансформатором нагрев является побочным эффектом, который стараются предотвратить (например, набирают магнитопровод из отдельных изолированных пластин).

Схема индукционного простого нагревателя мощностью 1600 Вт

Представленную схему следует рассматривать, скорее, как экспериментальный вариант. Тем не менее, этот вариант является вполне работоспособным. Главные преимущества схемы:

  • относительная простота,
  • доступность деталей,
  • лёгкость сборки.

Схема индукционного нагревателя (картинка ниже) работает по принципу «двойного полумоста», дополненного четырьмя силовыми транзисторами с изолированным затвором из серии IGBT (STGW30NC60W). Транзисторы управляются посредством микросхемы IR2153 (самостоятельно тактируемый полумостовой драйвер).

Схематически представленный упрощённый индукционный нагреватель малой мощности, конструкция которого допускает применение в условиях частных хозяйств

Двойной полумост способен обеспечить ту же мощность, что и полный мост, но тактируемый полумостовой драйвер затвора проще в исполнении и, соответственно, в применении. Мощный двойной диод типа STTH200L06TV1 (2x 120A) работает как схема антипараллельных диодов.

Гораздо меньших по мощности диодов (30А) будет вполне достаточно. Если предполагается использовать транзисторы серии IGBT со встроенными диодами (например, STGW30NC60WD), от этого варианта вполне можно отказаться.

Рабочая частота резонанса настраивается с помощью потенциометра. Наличие резонанса определяется по наиболее высокой яркости светодиодов.

Электронные компоненты простого индукционного нагревателя, создаваемого своими руками: 1 — Мощный двойной диод типа STTH200L06TV1; 2 – транзистор со встроенными диодами тип STGW30NC60WD

Конечно, всегда остаётся возможность построения более сложного драйвера. Вообще, оптимальным видится решение использовать автоматическую настройку.

Таковая, как правило, используется в схемах профессиональных индукционных нагревателей, но текущая схема, в случае такой модернизации, явно утрачивает фактор простоты.

Регулировка частоты, катушка индуктивности, мощность

Схемой индукционного нагревателя предусматривается регулировка частоты в диапазоне, примерно, 110 — 210 кГц. Однако схема управления требует вспомогательного напряжения 14-15В, получаемого от небольшого адаптера (коммутатор допускает коммутируемое исполнение или обычное).

Выход схемы индукционного нагревателя подключается к рабочей цепи катушки через согласующий дроссель L1 и трансформатор изолирующего действия. Дроссель имеет 4 витка провода на сердечнике диаметром 23 см, изолирующий трансформатор состоит из 12 витков двухжильного кабеля, намотанного на сердечнике диаметром 14 см.

Выходная мощность индукционного нагревателя  с указанными параметрами составляет около 1600 Вт. Между тем не исключаются возможности наращивания мощности до более высоких значений.

Экспериментальная конструкция индукционного нагревателя, изготовленная своими руками в домашних условиях. Эффективность устройства достаточно высокая, несмотря на малую мощность

Рабочая катушка индукционного нагревателя изготовлена из проволоки диаметром 3,3 мм. Лучшим материалом исполнения катушки видится медная труба, для которой допускается применить простую систему водяного охлаждения. Катушка индуктивности имеет:

  • 6 витков намотки,
  • диаметр 24 мм,
  • высоту 23 мм.

Для этого элемента схемы характерным явлением видится существенный нагрев по мере работы установки в активном режиме. Этот момент следует учитывать, выбирая материал для изготовления.

Модуль резонансного конденсатора

Резонансный конденсатор сделан в виде батареи небольших конденсаторов (модуль собран из 23 малых конденсаторов). Общая ёмкость батареи равна 2,3 мкФ. В конструкции допускается использование конденсаторов ёмкостью 100 нФ (~ 275В, полипропилен МКП, класс X2).

Этот тип конденсаторов не предназначен для таких целей, как применение в схеме индукционного нагревателя. Однако, как показала практика, отмеченный тип элементов ёмкости вполне удовлетворяет работой на резонансной частоте 160 кГц. Рекомендуется использовать ЭМИ фильтр.

Фильтр электромагнитного излучения. Примерно такой рекомендуется использовать в конструкции индукционного нагревателя с целью минимизации помех

Регулируемый трансформатор допускается заменить схемой «мягкого» старта. Например, можно рекомендовать прибегнуть к использованию схемы простого ограничителя тока:

  • нагреватели,
  • галогенные лампы,
  • другие приборы,

мощностью около 1 кВт, подключаемые последовательно с индукционным нагревателем при первом включении.

Предупреждение о мерах безопасности

Изготавливая индукционный нагреватель по представленной схеме, следует помнить: контур схемы индукционного нагрева подключается к электрической сети и находится под высоким напряжением. Настоятельно рекомендуется использовать в конструкции потенциометр с изолированным стержнем.

Высокочастотное электромагнитное поле несёт вредный потенциал, способный повредить электронные устройства и носители информации. Представленная схема, учитывая простоту реализации, несёт значительные электромагнитные помехи. Этот фактор может привести к различным аварийным последствиям:

  • поражению электрическим током,
  • ожогам,
  • возгораниям.

Поэтому, прежде чем принять решение по созданию и проведению экспериментов с индукционным нагревателем, следует обеспечить полную безопасность для конечного пользователя и окружающих.

Видео: индукционный нагреватель сварочным инвертором


Представленный выше видеоролик – демонстрация работоспособности устройства по нагреву металла. Это устройство изготовлено посредством переделки сварочного инвертора, и как отмечает автор, действует вполне эффективно:

Заключительный штрих

Таким образом, сооружение индукционного нагревателя своими руками для расплавления металла в домашних условиях – это не фантастическая идея, но вполне реализуемое дело. При желании, наличии соответствующей информации, комплектующих деталей, собрать работоспособный нагреватель вполне допустимо.

Схема ZVC драйвера

Стандартный вариант генератора

Усиленный вариант схемы

Но видно мне войти в их число не судьба…

Были куплены все необходимые детали — новые полевые транзисторы, новые фаст диоды и стабилитроны. Всё перед пайкой было испытано на транзистор-тестере, в том числе для определения правильной цоколёвки.

Была собрана шикарная катушка из чистой меди диаметром 5 мм. Но работать сей девайс упорно отказывался.

Подозрение пало на дросселя, которые большинство радиолюбителей рекомендует мотать на желтых порошковых кольцах от БП АТХ.

Добыча искомых и установка также оказалась безрезультативной — индукционный нагреватель металлов как не работал раньше, так и не собирался работать дальше. Подключение различных вариантов катушек совместно с конденсаторами разной емкости картину не изменили — «открывает рыба рот, но не слышно что поёт», то есть транзисторы открываются, ток тянут, а генерации не происходит…

В конце концов всё это изрядно надоело, многодневные танцы с бубном закончились, и пришлось с поклоном идти к китайцам на ихний Алиэкспресс, заказывать за 7 долларов готовый модуль генератора.

Спустя 2 недели эта штука была доставлена курьером прямо на дом и после подключения к компьютерному блоку питания на 12 В успешно заработала.

Причём она работала и от 5-ти вольт, и с маленькой штатной катушкой, и с большой самодельной, в общем генерировала мощное электромагнитное поле во всех позах (с теми же деталями и схемой). Раскаляет 3 мм штырь до красна за 20 секунд. С железкой 6 мм возится несколько минут, при этом жутко греется само (в основном транзисторы и катушка).

На что тут грешить — даже не знаю. Может конденсаторы не те, может транзисторы… В любом случае факт остается фактом: промышленная плата заработала, а самодельная нет. Так что кто хочет — может смело кинуть в меня куском канифоли, другие — посочувствовать, третьи сами попробовать собрать этот индукционник и написать в комментариях о результатах…

Описание

Устройство нагревателя

В состав типового нагревательного элемента входят следующие узлы:

  1. Нагревательный элемент в виде прутка или металлической трубки.
  2. Индуктор – это медная проволока, обрамляющая витками катушку. В процессе работы он исполняет роль генератора.
  3. Генератор переменного тока. Отдельная конструкция, где происходит преобразование стандартного тока в величину с высокой частотой.

На практике, индукционные установки используются недавно. Теоретические изучения намного опережают. Такое можно объяснить одной преградой – получение высокой частоты магнитных полей. Дело в том, что использовать установки с низкой частотой считается неэффективным. Как только появились генераторы токов с высокой частотой, проблема разрешилась.

Генераторы ТВЧ прошли свой эволюционный период; от ламповых, до современных моделей, выполняющихся на базе IGBT. Теперь они более эффективные, имеют малый вес и размеры. Частотное ограничение их 100 кГц за счёт динамических потерь транзисторов.

Источники

  • https://sovet-ingenera.com/otoplenie/vodonagrevatel/indukcionnyj-nagrevatel-svoimi-rukami.html
  • https://vse-otoplenie.ru/vihrevoj-indukcionnyj-nagrevatel-vin-princip-raboty
  • https://texnotoys.ru/elektronika/indukcionnyj-nagrevatel-svoimi-rukami.html
  • http://sarstroyka.ru/remont/otoplenie/kak-sdelat-indukcionnyj-nagrevatel-svoimi-rukami-po-sxeme.htm
  • https://applesakhalin.ru/teploizolyatsiya/induktsionnyj-nagrevatel-svoimi-rukami-shema.html
  • http://teplosten24.ru/induktivnyj-nagrevatel-svoimi-rukami.html
  • https://zetsila.ru/%D0%B8%D0%BD%D0%B4%D1%83%D0%BA%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9-%D0%BD%D0%B0%D0%B3%D1%80%D0%B5%D0%B2%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C-%D1%81%D1%85%D0%B5%D0%BC%D0%B0/
  • https://teplogrup.ru/otoplenie/samodel-nyy-indukcionnyy-nagrevatel-po-rabochey-sheme.html
  • https://oboiman.ru/teplo/indukcionnyj-nagrevatel-svoimi-rukami-shema-princip-dejstvia.html

[свернуть]
Adblock
detector