Простой, но мощный индукционный нагреватель

Основные технологические этапы работ

Обустраивая систему индукционного водонагрева необходимо знать и придерживаться основных правил:

1. Сварочный ток высокочастотного инвертора для обогревателя должен соответствовать его мощности. Оптимальная величина его варьируется от 15 ампер или выше, если это необходимо.
2. Для нагревательных материалов в высокочастотном поле нужно использовать пятисантиметровые отрезки стальной катанной или нержавеющей проволоки. Для этого подготовленную проволоку необходимо порезать кусачками, придерживаясь этих размеров.
3. Корпус индукционного нагревателя должен быть сделан из толстостенной пластиковой трубы, внутренний диаметр которой должен быть не менее 5 сантиметров аналогично длине порезанной проволоки.
4. К одной стороне этой пластиковой трубы крепится переходник, который должен соединить данную конструкцию с системой отопления.
5. На дно пластиковой трубы своими руками укладывается металлическая сетка, которая предотвращает проваливание катанки.
6. Внутрь трубы из пластика плотно засыпаются нарезанные куски металлической проволоки так, чтобы там отсутствовало свободное пространство.
7. Второй конец трубы оснащается еще одним переходным элементом.
8. Для изготовления индукционной катушки эту пластиковую трубу обматывают заготовленным медным эмалированным проводом. Количество витков в обмотке должно быть минимальным 80, а максимальным 90.
9. Затем аппарат подсоединяется к индивидуальной отопительной системе, заливается вода, к изготовленной обмотке подключается инвертор.
10. Для принудительной циркуляции теплоносителя в отопительную систему встраивается насос.
11. Чтобы обеспечить регулирование температуры воды в автоматическом режиме, в разрыве основной линии питания индукционного инвертора подключается терморегулятор.

https://youtube.com/watch?v=khpDLWb0Cyw

Водяной котел с трансформатором

Для начала достаньте или купите недорогой сварочный инвертор (трансформатор) с регулировкой тока на 18-25 ампер. В качестве элементов для нагрева воды в водонагревателе применяют небольшие обрезки катанки или нержавеющей стали. Проволоку нарезают кусками длиной от 3,8 до 5,5 см (если используется катанка диаметром 6-8 мм). Затем из толстостенной пластиковой трубы диаметром 45-50 мм делают корпус нагревателя. Один конец этого отрезка трубы закрывают мелкой, ячеистой сеткой и засыпают со свободного открытого конца корпуса нарезанную проволоку.

схема устройства индукционного нагревателя.

Заполнив трубу обрезками доверху, приступают к изготовлению катушки индуктора. Берут эмалированный медный провод не менее 1,5-2 мм и наматывают вокруг сделанного корпуса. Количество витков колеблется (в зависимости от ампеража сварочного индуктора) и составляет 85-95. Катушку располагают по центру корпуса (трубы с обрезками). К системе водоснабжения или сети отопления нагреватель подсоединяют с помощью переходников.

Чтобы сделать на основе полученного нагревателя вихревой индукционный котел-водонагреватель, надо сварить из двух труб напоминающую бублик конструкцию. Это нагревательный элемент для воды. Берут любой подходящий по диаметру бак и вставляют в него входной (в верхней части бака) и выходной патрубки для воды. В этот корпус вставляют сделанную ранее индукционную катушку. Затем присоединяют нагреватель (бублик) к патрубкам так, чтобы он проходил внутри индуктора строго по центру. Изолируют выходные концы катушки и подсоединяют к трансформатору. Чтобы тепло не покидало водонагреватель, его покрывают теплоизоляционным экраном.

Вода, проходя внутри катушки по трубам, нагревается и из выходного патрубка выходит в горячем виде.

Надо помнить, что такой котел можно применять в закрытых системах отопления, с циркуляцией воды с помощью насоса.

Такой индукционный котел-водонагреватель можно подсоединять и к системе, выполненной из пластиковых труб. С целью обеспечения безопасности котел устанавливают на расстоянии 80-90 см от пола и потолка и на 30-40 см от стены. Данный водонагреватель надо оснастить установленным на патрубке клапаном для сброса воздуха из системы. Подобный котел можно применить и как обогреватель небольшого помещения, добавив радиатор отопления.

Производители

• Популярны котлы «Галан». Оборудование российского производства. Применяются комплектующие, которые поставляются из-за рубежа. Приборы обладают автоматическим управлением, доступные.
• «Невский». Применяют в закрытых отопительных системах. Автоматикой задаются необходимые температурные параметры, устройство обеспечивает комфортные условия. Когда установленная температура будет достигнута, прибор отключается до небольшого остывания. Котел от компании «Невский» имеет надежную сборку, комплектующие.
• Импортный производитель Dakon (Чехия). Агрегатов с нагревателями от компании Dakon, насчитывается около 30 моделей. Возможны модели с дополнительным оборудованием – циркуляционный насос, расширительный бачок.
• Котел Kospel (Польша). Применяется в одноконтурных системах отопления.

Преимущества индукционных паяльников

Инфракрасная паяльная станция

Основными преимуществами подобного паяльного оборудования перед аналогами с керамическими нагревательными элементами являются:

Высокая скорость нагрева – жало прибора разогревается до рабочей температуры менее, чем за 30 секунд;
Надежность и долговечность – паяльное оборудование данного вида обладает высокой надежностью, при грамотном использовании имеет срок службы более 10 лет;
Тонкость регулировки нагрева жала – наличие большого количества регулировок позволяет настраивать температуру нагрева жала с максимальной точностью, что особо важно при работе с дорогостоящими и чувствительными к воздействию высоких температур smd радиодеталями;
Безопасность – в отличие от аналогов, такие устройства менее подвержены поломкам и пробоям питающего кабеля на корпус устройства;
Удобство – паяльники таких приборов имеют удобную форму и небольшие размеры, благодаря чему хорошо подходят для пайки мелких деталей в труднодоступных местах.

Также такие устройства для пайки имеют очень высокий КПД, так как в качестве нагревательного элемента выступает ферромагнитный слой жала, паяльник практически не теряет тепла и полностью использует его для различных паечных работ.

Индукционные паяльники роскошь или виток эволюции

Прогресс не стоит на месте и каждый день на рынке появляются все новые и новые гаджеты, которые казалось бы должны разорвать привычность и заставить жить по новому. Наверно такая же мысль была у тех кто придумал замечательные индукционные паяльники, но их цена способна удивить даже самого продвинутого электронщика. И так обо всем по порядку

Принцип действия

Индукционный паяльник

– это нагревательный инструмент для поверхностного монтажа радиокомпонентов на печатных платах, как бытовых приборов так и промышленных установках. Отличие от традиционных паяльников заключается в принципе нагрева. В обычном паяльнике есть тугоплавкий металл с высоком сопротивлением, это самое высокое сопротивление препятствует прохождению электрического тока через этот проводник, в следствие чего происходит нагрев проводника и передача тепла на жало паяльника.

Индукционный принцип заключается в нагреве за счет переменного магнитного поля вызванного токами высокой частоты, магнитное поле проходит через индукционную катушку и вызывают нагрев наконечника.

Сменные картриджи

Быстросъемность наконечника просто поражает воображение, не сложнее чем заменить лампочку или включить телевизор в розетку. Одним из неоспоримых плюсов данных паяльных систем является отсутствие датчиков температуры. Вместо этого выступает сам наконечник, который выполнен из специального сплава и при нагреве он теряет свою магнитную проницаемость(не магнитит) и нагрев прекращается, как только происходит отклонение от данной температуры, происходит восстановление магнитных свойств и возобновляется нагрев. Таким образом нагрев происходит без перегрева, а тепла выделяется ровно столько, сколько нужно контакты, что убивают проблему перегретых контактов и потресканой SMD керамики.

Ручка паяльника очень легкая и сбалансированная, что превращает пайку в удовольствие, а знаменитое жало “Волна”, творит чудеса при пайке микросхем

Цены

Теперь самое интересное по этому инструменту – Цена. Может быть я скупой скряга, но отдавать 60 т.р. за паяльник, который не перегревает контакты и лежит в руке удобно, это очень очень дорого, я даже бы сказал ох…ть как дорого. Когда на международной выставке я услышал эту цену, мне хотелось плюнуть в лицо человеку, который мне 15 минут показывал и рассказывал о данном инструменте. Наверно мастера по ремонту стиральных машин еще не доросли до подобного инструмента и тратить 1000 долларов на паяльник это скоро станет обыденность, но я уж лучше закажу себе китайца за добрую 1000 рублей и буду радоваться и грешить на припой и флюс.

Принцип работы индукционного нагревателя

Основной элемент индукционного нагревателя — спиральная деталь

Когда переменный электрический ток протекает по спирали дросселя, вокруг него формируется электромагнитное поле. При помещении в середину катушки сердечника из металла, обладающего магнитными свойствами, его температура повышается. Это индукционный нагрев – явление, возникающее под действием вихревых токов. Наблюдается оно только при питании дросселя переменным электротоком, обладающим достаточной частотой изменений знака и направления. Когда на индуктивную деталь поступает постоянный ток, изменения температуры сердечника не происходит.

На этом принципе основано функционирование индуктора для нагрева заготовок. Основным компонентом агрегата в большинстве случаев является спиральная конфигурация из металла. В плитах для приготовления пищи в этой роли задействован уплощенный элемент, находящийся на малом расстоянии от варочной панели. В отопительном котле роль индуктора выполняет трубка из стали, наполненная теплоносителем (его функцию выполняет жидкость).

Важными составляющими рассматриваемого агрегата являются генератор переменного тока и нагревательный элемент. Первый применяют для получения питания достаточно высокой частоты из типовой квартирной электросети в 50 Гц. Второй представляет собой конструкцию из металла, способную к поглощению теплоты при нахождении в полевом пространстве. Генератор направляет на индуктор (спиральный элемент) электроток, приведенный к нужным параметрам. При этом через катушку идет поток заряженных частиц, создающий поле. Металл, помещенный в зону его действия, разогревается под действием токов Фуке без прямого соприкосновения с индуктором. Для подогрева воды в таком агрегате необходимо наличие ее контакта с нагревательным элементом. Самым простым примером такой конструкции будет труба из металла, по которой проходит водный поток. В процессе жидкость охлаждает стенки, что продлевает срок службы конструкции.

Сверхвысокочастотные индукционные нагреватели

Индукционные нагреватели сверхвысокочастотного типа работают на сверх частоте (100-1,5 МГц), и проникают на глубину прогрева (до 1 мм). Сверхвысокочастотный тип незаменим для обработки тонких, мелких, с малым диаметром деталей. Использование таких нагревателей позволяет избежать сопутствующих нагреву нежелательных деформаций.

Сверхвысокочастотные индукционные нагреватели на JGBT-модулях и MOSFET-транзисторах имеют пределы мощности — 3,5-500 кВт. Применяются в электронике, в производстве высокоточных инструментов, часов, ювелирных изделий, для производства проволоки и для других целей, предусматривающих особую точность и филигранность.

Применение:

• электронная промышленность
• производство проволокию
• отжиг проволочного сырьяю
• пайка твердосплавных зубьевю
• сварка оправ для стеклянных очков сварка ювелирных изделий и часов электронная промышленностью
• нагрев очень тонких проводов
• нагрев мелкого электронного оборудования
• инструментальное производство закалка
• отпуск тонких металлических деталей.

подробнее

Шаг 3: Драйвер

Эта схема действительно большая. Вообще, вы можете прочитать про простой маломощный инвертор. Если вам нужна большая мощность, вам нужен соответствующий драйвер. Этот драйвер будет останавливаться на резонансной частоте самостоятельно. После того, как ваш металл расплавится, он останется заблокированным на правильной частоте без необходимости какой-либо регулировки.

Если вы когда-либо строили простой индукционный нагреватель с чипом PLL, вы, вероятно, помните процесс настройки частоты, чтобы металл нагревался. Вы наблюдали за движением волны на осциллографе и корректировали частоту синхронизации, чтобы поддерживать эту идеальную точку. Больше не придется этого делать.

В этой схеме используется микропроцессор Arduino для отслеживания разности фаз между напряжением инвертора и емкостью конденсатора. Используя эту фазу, он вычисляет правильную частоту с использованием алгоритма «C».

Я проведу вас по цепи:

Сигнал емкости конденсатора находится слева от LM6172. Это высокоскоростной инвертор, который преобразует сигнал в красивую, чистую квадратную волну. Затем этот сигнал изолируется с помощью оптического изолятора FOD3180. Эти изоляторы являются ключевыми!

Далее сигнал поступает в PLL через вход PCAin. Он сравнивается с сигналом на PCBin, который управляет инвертором через VCOout. Ардуино тщательно контролирует тактовую частоту PLL, используя 1024-битный импульсно-модулированный сигнал. Двухступенчатый RC-фильтр преобразует сигнал PWM в простое аналоговое напряжение, которое входит в VCOin.

Как Ардуино знает, что делать? Магия? Догадки? Нет. Он получает информацию о разности фаз PCA и PCB от PC1out. R10 и R11 ограничивают напряжение в пределах 5 напряжений для Ардуино, а двухступенчатый RC-фильтр очищает сигнал от любого шума. Нам нужны сильные и чистые сигналы, потому что мы не хотим платить больше денег за дорогие мосфеты после того, как они взорвутся от шумных входов.

Устройство и принцип работы

Термовоздушная паяльная станция

Индукционная паяльная станция состоит из следующих элементов:

• Электронный блок с понижающим трансформатором и генератором;
• Паяльник с нагревателем-индуктором, соединенный с блоком при помощи длинного гибкого кабеля и специального разъема.

Рабочим органом такого оборудования является паяльник с установленным внутри него индуктором – катушкой из медной проволоки, намотанной вокруг гнезда, в которое вставляется хвостовик сменной насадки с ферромагнитным напылением.

Устройство нагревательного элемента индукционной станции для пайки

Процесс нагрева жала индуктором происходит следующим образом:

1. Генератор подает по питающему кабелю на катушку индуктора высокочастотный ток с напряжением 36 Вольт;
2. Ток, проходящий через витки индуктора, порождает переменное магнитное поле, силовые линии которого пересекают находящийся внутри индуктора хвостовик жала с ферромагнитным напылением на поверхности;
3. Магнитное поле при взаимодействии с ферромагнитным напылением на хвостовике жала приводит к его перемагничиванию и образованию вихревых токов. Данный процесс сопровождается выделением большого количества тепла и очень быстрым нагревом хвостовика, следом и всего жала до высокой температуры.

Регулировка тока (его частоты, следовательно, и температуры жала) производится при помощи регулировочных энкодеров на электронном блоке.

Безопасность устройства

Для повышения безопасности самодельного нагревателя необходимо выполнить такие требования:

1. Организовать качественную изоляцию. Все проводники и соединения нужно тщательно заизолировать, чтобы исключить риск получения удара током.
2. Правильно выбрать отопительную систему. Индукционные системы не подходят для совместного использования с оборудованием, которое применяет принцип естественной циркуляции воды. Для этих систем нужен водяной насос.
3. Выбрать подходящее размещение устройства. Прибор должен находиться на расстоянии от 40 см от стен и предметов интерьера, и на расстоянии от 80 см от потолка или напольного покрытия.
4. Установить регулировочные клапаны и манометры. Такие средства безопасности защитят оборудование от скачков давления. Кроме того, нужно предусмотреть систему стравливания воздуха.

Сила индукции

Для того чтобы было легче разобраться в схемах и правильно собрать конструкцию, нелишним будет заглянуть в историю электричества. Способы нагрева металлических конструкций электромагнитным током катушки широко используются в промышленном изготовлении бытовых приборов — котлов, нагревателей и плит. Оказывается, можно сделать рабочий и долговечный индукционный нагреватель своими руками.

Принцип работы устройств

Принцип работы устройств

Знаменитый британский ученый XIX века Фарадей в течение 9 лет проводил исследования, чтобы преобразовать магнитные волны в электричество. В 1931 году наконец было совершено открытие, получившее название электромагнитная индукция. Проволочная обмотка катушки, в центре которой находится сердечник из магнитящегося металла, создает магнитное поле под силой переменного тока. Под действием вихревых потоков сердечник нагревается.

Открытие Фарадея стали применять как в промышленности, так и при изготовлении самодельных моторов и электронагревателей. Первую плавильню на основе вихревого индуктора открыли в 1928 году в Шеффилде. Позже по тому же принципу обогревали цеха заводов, а для нагрева воды, металлических поверхностей знатоки собирали индуктор своими руками.

Схема устройства того времени действительна и сегодня. Классический пример — индукционный котел, в составе которого имеются:

• металлический сердечник;
• корпус;
• тепловая изоляция.

Особенности схемы для ускорения частоты тока следующие:

• промышленная частота в 50 Гц не подходит для самодельных приборов;
• прямое подключение индуктора к сети приведет к гулу и слабому нагреву;
• эффективное нагревание осуществляется при частоте 10 кГц.

Сборка по схемам

Собрать индуктивный нагреватель своими руками может любой человек, знакомый с законами физики. Сложность устройства будет варьироваться от степени подготовленности и опытности мастера.

Существует множество видеоуроков, следуя которым можно создать эффективное устройство. Практически всегда необходимо использовать такие основные составляющие:

• стальная проволока диаметром 6−7 мм;
• медная проволока для катушки индуктивности;
• сетка из металла (для удержания проволоки внутри корпуса);
• переходники;
• трубы для корпуса (из пластика или стали);
• высокочастотный инвертор.

Этого будет достаточно для сборки индукционной катушки своими руками, а ведь именно она находится в основе проточного водонагревателя. После подготовки необходимых элементов можно подходить непосредственно к процессу изготовления аппарата:

• нарезать проволоку на отрезки в 6−7 см;
• металлической сеткой покрыть внутреннюю часть трубы и засыпать проволоку доверху;
• аналогично закрыть отверстие трубы снаружи;
• намотать на пластиковый корпус медную проволоку не менее 90 раз для катушки;
• вставить конструкцию в систему отопления;
• с помощью инвертора подключить катушку к электричеству.

По похожему алгоритму можно легко собрать индукционный котел, для чего следует:

• нарезать заготовки из стальной трубы 25 на 45 мм со стенкой не толще 2 мм;
• сварить их друг с другом, соединяя меньшими диаметрами между собой;
• приварить железные крышки к торцам и просверлить отверстия для патрубков с резьбой;
• сделать крепление для индукционной печки, приварив с одной стороны два уголка;
• вставить варочную панель в крепление из уголков и подключить к электросети;
• внести в систему теплоноситель и включить нагрев.

• нарезать заготовки из стальной трубы 25 на 45 мм со стенкой не толще 2 мм;
• сварить их друг с другом, соединяя меньшими диаметрами между собой;
• приварить железные крышки к торцам и просверлить отверстия для патрубков с резьбой;
• сделать крепление для индукционной печки, приварив с одной стороны два уголка;
• вставить варочную панель в крепление из уголков и подключить к электросети;
• внести в систему теплоноситель и включить нагрев.

Многие индукторы работают на мощности не выше 2 — 2,5 кВт. Такие обогреватели рассчитаны на помещение 20 — 25 м²

Если генератор используют в автосервисе, можно подключить его к сварочному аппарату, но важно учитывать определенные нюансы:

• Необходим переменный ток, а не постоянный как у инвертора. Сварочный аппарат придется исследовать на наличие точек, где напряжение не имеет прямой направленности.
• Количество витков к проводу большего сечения подбирается математическим вычислением.
• Потребуется охлаждение работающих элементов.

Принцип действия оборудования

Технология индукционного нагрева отличается эффективностью и простотой схемы своего исполнения. На сегодняшний день распространение получили два типа индукции:

• Вихревые нагреватели.
• Аппараты с электронным управлением и токами в катушке.

При изготовлении самодельных обогревателей используются вихревые разновидности индукции, что объясняется простотой их реализации и великолепной эффективностью. Принцип работы такого оборудования основывается на передаче энергии теплоносителю от магнитного поля. Мощное излучение формируется в металлическом токопроводящем индукторе. Когда электроток проходит через металлическую катушку, он создает мощные вихревые потоки, с их последующим трансформацией в тепловую энергию.

Теплообменник такого котла может выполняться в виде обычной колонны, в которую снизу под давлением поступает вода, а по всей высоте осуществляется ее индукционный нагрев. Нагретый теплоноситель выходит из котла через верхний патрубок и направляется в замкнутый контур системы отопления. Постоянная циркуляция воды в котле предупреждает перегрев элементов, что обеспечивает максимально возможную безопасность использования такого оборудования.

Образование накипи предупреждается за счёт легкой вибрации теплоносителя при его прохождении через теплообменник, что исключает появление кальциевых отложений, а домовладельца избавляет от необходимости какой-либо очистки и другого сервиса индукционного оборудования.

Изготовление индукционных нагревателей

Индукционное отопление еще не столь популярно, как газовые и твердотопливные котлы. Подобное можно объяснить высокой стоимостью таких систем обогрева частных домов. Для бытового использования котёл, построенный на технологии индукции, обойдется в 30 000 рублей и выше. Поэтому неудивительно, что многие домовладельцы отказываются от покупки заводской техники и изготавливают ее самостоятельно. При наличии соответствующей схемы, недорогих комплектующих и умения читать техническую документацию можно буквально за несколько часов выполнить эффективный и полностью безопасный нагреватель на индукции для отопительного котла.

На основе трансформатора

Выполнить качественные нагревательные индукционные элементы можно на базе трансформатора с первичной и вторичной обмоткой. Необходимые для работы такого оборудования вихревые токи формируются в первичной обмотке и создают индукционное поле. Мощное электромагнитное поле воздействует на вторичную обмотку, которая является, по сути, индукционным нагревателем и испускает большое количество тепла, используемого для обогрева теплоносителя.

Конструкция самодельного индукционного нагревателя на базе трансформатора будет включать следующие элементы:

1. Сердечник трансформатора.
2. Обмотка.
3. Тепло и электроизоляция.

Сердечник выполняется в виде двух ферромагнитных трубок с различным диаметром. Они ввариваются друг в друга, после чего выполняется тороидальная обмотка из прочного медного провода. Делается не менее 85 витков с обязательным выдерживаем равного расстояния между ними. При пропускании электричества через сердечник и обмотку в замкнутом контуре создаются вихревые потоки, которые нагревают сердечник и вторичную обмотку. В последующем полученное тепло используется для нагрева теплоносителя.

Из высокочастотного сварочного аппарата

В схеме индуктора своими руками с использованием высокочастотного инвертора основными элементами является генератор переменного тока, нагревательные элементы и индукторы. Генератор будет необходим для преобразования стандартного напряжения с частотой в 50 Герц в высокочастотный электроток. После модулирования ток подается в катушку индуктора, имеющую цилиндрическую форму. Обмотка катушки выполняется из медной проволоки, что позволяет генерировать магнитное переменное поле, создающее нужные вихревые токи, за счёт появления которых происходит нагрев металлического корпуса водяной рубахи. Полученное тепло передаётся теплоносителю.

Выполнить качественный нагреватель на базе высокочастотного сварочного инвертора не составит труда. Необходимо лишь позаботиться о качественной и надежной теплоизоляции, что позволит обеспечить максимально высокие показатели КПД. В противном случае при отсутствии надежной теплоизоляции эффективность системы отопления существенно снижается, что приводит к значительному расходу электроэнергии на работу оборудования.

Есть как минимум 3 основных элемента, которые должны быть в рабочем состоянии в нагревателе

Выводы и рекомендации

Браться за самостоятельное изготовление устройства есть резон, если в хозяйстве уже имеется индукционная панель. Затраты на ее приобретение достаточно высоки и сопоставимы с ценой электродного нагревателя. Мощность некоторых таких моделей достигает 10 кВт, в то время как смастерить в домашних условиях установку с показателем выше 2,5 кВт под силу только мастеру с должным уровнем компетентности (как минимум, нужно уметь собирать схему частотного преобразователя). Также перед монтажом необходимо удостовериться в отсутствии щелей и прорех, через которые жидкость из теплогенератора может просочиться наружу: такой инцидент способен вызвать пожар.

Индукционный нагреватель простой конструкции, рассчитанный на обслуживание небольшой площади помещения, несложно смастерить без специальной подготовки. Более мощные и эффективные варианты, например, со сварочным аппаратом или двумя платами, требуют от сборщика компетенций в области радиоэлектроники. Особенности строения этих установок обусловливают необходимость приобретения дополнительных средств контроля для обеспечения безопасности.

Индукционный нагреватель можно устанавливать в квартире, для этого не нужно никаких согласований и связанных с ними расходов и хлопот. Достаточно желания хозяина. Проект подключения требуется только теоретически. Это и стало одной из причин популярности индукционных нагревателей, даже несмотря на приличную стоимость электроэнергии.