Индукционный нагреватель: схема и порядок действий при изготовлении своими руками

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.

Этапы сборки нагревателя

Изготовить простейший индукционный нагреватель металла своими руками не составит особого труда. Для такой работы потребуются следующие инструменты:

1. Радиоэлементы.
2. Мини-дрель.
3. Текстолитовые платы.
4. Паяльник и припой.
5. Химические реагенты для пайки.
6. Термопаста.

Из используемых компонентов самыми дорогими являются мощные силовые транзисторы, которых необходимо установить по меньшей мере два. Для такой работы подойдут IRFP 150, IRFP260 или IRFP460.

Изготовить колебательный контур водонагревателя можно при помощи керамических конденсаторов напряжением в 1600 Вольт и ёмкостью 0,1 mF. Для образования в катушке переменного тока с высокой мощностью потребуется использовать не менее 7 таких конденсаторов на 12 В.

В процессе работы полевые транзисторы могут сильно нагреваться. Без использования качественных алюминиевых радиаторов они расплавятся буквально через несколько секунд после подачи напряжения на трансформатор. Теплоотводы и радиаторы ставят на транзисторы через термопасту, в противном случае эффективность охлаждения будет не слишком высока.

Также потребуется приобрести два резистора емкостью 10 кОм и мощностью приблизительно 0,25 Вт, один резистор мощностью 2 Ватт ёмкостью 440 Ом. Понадобится использовать два стабилитрона с напряжением в 15 Вольт. Оптимальная их мощность — не меньше 2 Ватт. К силовым проводам, которые подводят напряжение к катушке, устанавливают стандартный дроссель.

https://youtube.com/watch?v=jKv1uLAqJKU

Электроснабжение нагревателя выполняется за счет блока питания с напряжением 12-40 Вольт и мощностью не более 500 Вт. Можно использовать автомобильные аккумуляторы или блок питания от старого компьютера.

Печатную плату изготавливают по схеме, которая позволяет реализовать преобразование стандартного тока в мощный и высокочастотный. При больших амплитудах напряжения изготовленный самостоятельно нагреватель будет стабильно работать, потребляя минимум электроэнергии и обеспечивая качественный нагрев. Конденсаторы устанавливаются на печатной плате параллельно, образуя с катушкой колебательный контур.

Выполняется пробный запуск, во время которого следят за отсутствием коротких замыканий у обмоток пружины. При наличии замыканий и соприкосновения витков катушки друг с другом транзисторы моментально выйдут из строя, а изготовленный своими руками индукторный нагреватель потребует дорогостоящего ремонта.

Внутри индукционной катушки можно установить через изоляцию корпус теплообменника, внутри которого будет циркулировать нагреваемая жидкость. Благодаря высокой эффективности технология индукционного нагрева даже при минимальном расходе электричества обеспечивает выделение большого количества тепловой энергии, что позволяет качественно обогревать помещение.

Теплообменник изготавливают из трубы с диаметром в 20 миллиметров, которая сделана из нержавеющей стали. На такую трубу нанизывают одну или несколько индукционных спиралей, при этом металлические элементы не должны соприкасаться с витками улитки, которая находится под напряжением. При показателях мощности в 2 кВт эффективности такого прибора будет достаточно для обеспечения проточного нагрева жидкости с ее последующим использованием в технических целях или для обогрева помещения.

Индукционные нагреватели — это перспективная технология, которая сегодня активно используется при изготовлении котлов автономного обогрева. Простота схемы реализации таких электроприборов позволяет выполнять их самостоятельно. Сделав такой индуктивный нагреватель своими руками, можно сэкономить на покупке дорогостоящей техники, при этом по своему функционалу самодельные приборы не будут уступать дорогостоящим заводским моделям отопителей.

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.

Преимущества и недостатки прибора

В качестве жидкости можно использовать машинное масло или антифриз

Индукционный нагрев может предоставить ряд выгод, которые не способно дать применение электродных приспособлений. Поскольку нагрев жидкости осуществляется металлическим элементом, не принимающим участия в электрохимических реакциях, долговечность устройства зависит только от катушки. Продолжительностью ее эксплуатации определяется продолжительность функционирования устройства. Некоторые индукторы сохраняют работоспособность более 10 лет. С этим же связана совместимость агрегата с разными типами жидкостей-теплоносителей. Помимо простой воды для этой роли пригодны машинные масла и незамерзающие составы.

Внутренние части агрегата в процессе использования не покрываются скоплениями накипи. Благодаря постоянному соприкосновению с жидкостью снижается вероятность перегрева деталей, что также способствует продлению срока эксплуатации. Конвекция в устройстве обычно достигает достаточного уровня, чтобы не потребовалось устанавливать циркуляционный насос. Нет необходимости и в шумоизоляционных мероприятиях – аппарат работает достаточно тихо.

Для аварийного отключения самодельного устройства необходим датчик температуры датчик

Однако индукционный нагреватель имеет и слабые стороны:

1. Для функционирования устройства требуется электрическая энергия. В помещении, где не проведено электричество или нет возможности обеспечить к нему доступ, котел работать не сможет. В местах с регулярными сетевыми перебоями он не будет работать эффективно.
2. При чрезмерном повышении температуры переносящая тепло жидкость переходит в газообразное состояние. Это провоцирует сильное повышение давления в конструкции, в результате чего может случиться разрыв труб. Чтобы это не произошло, потребуется оборудовать установку средствами контроля давления и температуры. Это могут быть манометр, термодатчик, приспособление для аварийного отключения при выходе параметров за рамки заданного диапазона.

Потребность в дополнительных оснастках может поспособствовать серьезному увеличению расходов на оборудование самодельного индукционного обогревателя.

Полезные советы по безопасности

Несколько рекомендаций помогут избежать аварийных ситуаций:

1. Индукционные нагреватели допускается применять только в системах с принудительной циркуляцией. Тепло вырабатывается довольно интенсивно, поэтому при естественной циркуляции, тем более с учетом значительного гидравлического сопротивления сердечника из рубленой проволоки, возможен перегрев теплоносителя.
2. Не следует пренебрегать предохранительным клапаном. Он должен быть смонтирован либо на нагревателе, как было рассказано выше, либо в другом месте системы. Очевидно, что при выходе циркуляционного насоса из строя перегрева теплоносителя избежать не удастся, а при отсутствии предохранительного клапана такое явление приведет к разрыву системы.
3. Подключать нагреватель следует через УЗО. Желательно, также, дооборудовать систему отопления термостатом.

Часто умельцы помещают самодельный индукционный нагреватель в утепленный металлический корпус. В таком случае он должен быть заземлен.

Из-за отсутствия у самодельного «индукционника» полноценного экранирования его следует размещать не ближе 80-ти см от потолка или пола. Расстояние между прибором и стеной должно составлять не менее 30 см.

Помните, что переменное электромагнитное поле существует не только внутри катушки, но и снаружи, поэтому оно может нагревать любые находящиеся рядом металлические предметы. Например, застежки или пуговицы на одежде пользователя.

Технология индукционного нагрева нашла широкое применение в промышленности и стала проникать в бытовую сферу. Индукционные котлы отопления привлекают своей экономичностью и простотой конструкции. Читайте об устройстве прибора и смотрите примеры самодельных конструкций.

О видах чугунных отопительных печей и вариантах их установки вы узнаете в этом материале.

Несколько полезных советов по безопасности

Чтобы повысить безопасность конструкции, советуется выполнить изоляцию открытых участков медной катушки.

Индукционный нагреватель рекомендован только для закрытых систем отопления, в которых осуществляется принудительная циркуляция теплоносителя с помощью насоса.

Следует размещать систему индукционного нагрева на расстоянии не менее 30 см от стен и мебели и не менее 80 см — от потолка или пола.

Чтобы сделать работу устройства более безопасной, рекомендуется оснастить его манометром, а также системой автоматического управления и приспособлениями для отвода попавшего в систему воздуха.

Какие индукционные плиты самые безопасные

Как следует из вышесказанного, лучшими будут плиты, которые помогут избежать вам ошибок в эксплуатации.

На это работают следующие технологии:

• защитное отключение – конфорки отключатся в автоматическом режиме, если плита не получит никаких команд;
• определение диаметра посуды – конфорка с несколькими зонами нагрева включит столько контуров, сколько занимает поставленная на нее посуда;
• автоматическое распознавание посуды. Если на конфорке нет кастрюли или она выполнена из неподходящего материала, панель не включится;
• большое количество зон нагрева. Так легче подобрать посуду подходящего диаметра под любой случай.

Принцип работы

Работа всех электронагревателей, как обычных, так и индукционных, основана на одном и том же принципе: при пропускании электрического тока через некий проводник последний начнет нагреваться.

Количество выделяемого за единицу времени тепла зависит от силы тока и величины сопротивления данного проводника – чем больше эти показатели, тем сильнее будет греться материал.

Весь вопрос в том, каким образом вызвать протекание электротока? Можно подсоединить проводник непосредственно к источнику электрической энергии, что мы и делаем, втыкая в розетку шнур от электрочайника, масляного обогревателя или, к примеру, бойлера. Но можно применить и другой способ: как оказалось, протекание электротока можно спровоцировать воздействием на проводник переменного (именно переменного!) магнитного поля. Это явление, открытое в 1831-м году М. Фарадеем, получило название электромагнитной индукции.

Тут есть одна хитрость: магнитное поле может быть и постоянным, но тогда положение находящегося в нем проводника нужно постоянно менять. При этом будет меняться количество проходящих через проводник силовых линий и их направление относительно него. Проще всего проводник в поле вращать, что и делается в современных электрогенераторах.

Принцип электромагнитной индукции

Но можно менять и параметры самого поля. С постоянным магнитом такой фокус, конечно, не пройдет, а вот с электромагнитом – вполне. Работа электромагнита, кто забыл, основана на обратном эффекте: протекающий через проводник переменный ток генерирует вокруг него магнитное поле, параметры которого (полярность и напряженность) зависят от направления тока и его величины. Для более ощутимого эффекта провод можно уложить в виде катушки.

Таким образом, меняя параметры электротока в электромагните, мы будем менять все параметры наводимого им магнитного поля, вплоть до изменения местоположения полюсов на противоположное.

И тогда это магнитное поле, действительно являющееся переменным, будет наводить электроток в любом токопроводящем материале, расположенном в его пределах. И материал при этом, понятно, будет нагреваться. На этом и основан принцип работы современных индукционных нагревателей.

Проточный индукционный водонагреватель своими руками

Прежде чем приступать к монтажу, вам необходимо запастись необходимыми деталями. Так, лучшим вариантом будет сварочный высокочастотный инвертор, плавно изменяющийся диапазон силы тока. Такое устройство обойдется дешевле всего. Более дорогим вариантом станет трехфазный трансформатор, являющийся источником питания переменного тока для индуктора водонагревателя. В таком случае стоит использовать катушку на 50-90 витков, а в качестве материала взять медную проволоку с диаметром 3 или более миллиметров.

В качестве сердечника можно использовать как металлическую, так и полимерную трубу вместе с проволокой (используется как нагревательный элемент). В последнем случае толщина стен не должна быть менее 3 мм, чтобы спокойно выдерживать высокие температуры.

Для сборки водонагревателя вам понадобятся: кусачки, отвертки, паяльник и сварочный аппарат, если используется металлическая труба.

Монтаж индукционного нагревателя воды

Обмотайте трубу медной проволокой, сделав около 90 витков.

Вариантов сборки устройства существует множество. Предлагаем попробовать собрать прибор по следующей схеме:

1. Подготовьте рабочее место, материалы и инструменты.
2. Зафиксируйте небольшой отрезок полимерной трубы (не забывайте, что минимальная толщина стенки должна составлять 3 мм).
3. Обрежьте торцы сердечника, чтобы осталось 10 см в запасе провода для отводов.
4. На нижнем отводе смонтируйте уголок. В дальнейшем сюда следует подключить обратку от отопления (если нагреватель используется в качестве котла).
5. Плотно уложите рубленый провод вокруг трубы. Необходимо сделать не менее 90 витков.
6. Установите на верхнем патрубке тройник, через который будет выходить горячая вода.
7. Смонтируйте защитный контур устройства. Его можно изготовить как из полимера, так и из металла.
8. Подключите к клеммам водонагревателя медную проволоку, затем заполните сердечник водой.
9. Проверьте работоспособность индуктора.

Рекомендации. На всех выводах лучше устанавливать шаровые краны для удобства и простоты демонтажа водонагревателя в случае поломки. А вот заполнять металлическими кусочками трубу необязательно, так как должного эффекта это не дает. Не забудьте оставить окошко в корпусе для доступа к панели управления сварочного аппарата.

Индукционный нагреватель своими руками

Индукционный нагреватель незаменимая вещь для кузнецов, токарей, слесарей и домашних мастеров. С его помощью всегда легко и быстро можно нагреть и даже расплавить металл, вам не нужны дорогие теплоносители, такие, как уголь и газ, достаточно подключить к прибору электричество. Происходит бесконтактный нагрев металла токами высокой частоты, по научному волнами радиочастотного диапазона. Прибор широко применяют для термообработки, закалки и гибки деталей, бесконтактной плавки, пайки и сварки, металлов. В ювелирном деле для термической обработки мелких деталей. В медицине для дезинфекции медицинского инструмента. В автосервисе слесаря нагревают заржавевшие гайки. Так же индуктор устанавливают в индукционных котлах, применяемых для отапливания жилых помещений. На этом рисунке изображена рабочая схема индукционного нагревателя, который вы легко можете сделать своими руками.

Схема индукционного нагревателя

Устройство состоит из задающего генератора высокой частоты собранного на двух мощных полевых транзисторах. Рабочее напряжение генератора зависит от мощности установленных полевых транзисторов. С транзисторами IRFP250 устройство можно питать напряжением от 12 до 30 вольт. А если установить транзисторы IRFP260, тогда напряжение питания можно поднять от 12 до 60 вольт.

Мощность индуктора заметно возрастет, температура нагрева металла поднимется более 1000 градусов, что позволит плавить металлы. В процессе работы транзисторы будут очень сильно нагреваться, поэтому их надо установить на большие радиаторы и поставить мощный вентилятор. На холостом ходу индуктор потребляет не менее 10А, а в рабочем состоянии не менее 15А, соответственно требуется очень мощный блок питания минимум на 20А.

На этом рисунке изображена печатная плата индукционного нагревателя.

Так же вам понадобятся резисторы R1, R2 на 10К мощностью 0.25 Ватт. Резисторы R3, R4 с сопротивлением 470 Ом не менее 2 Ватт. Диоды D1, D2 ультрабыстрые UF4007 или другие аналогичные на максимальный ток до 1А. Стабилитроны VD1, VD2 мощностью не менее 5 Ватт с напряжением стабилизации 12В например 1N5349 и другие. Дроссели L1, L2 размером 27х14х11 мм желтого цвета с белой полосой я вытащил из компьютерных блоков питания. На каждый дроссель надо намотать 25 витков медного провода диаметром 1 мм желательно в лаковой изоляции, если не найдете, подойдет одножильный провод в полихлорвиниловой изоляции на скорость сильно не влияет.

Конденсаторы С1-С16 металлоплёночные 0.33 мкФ 630В, соединяются параллельно рядами 4х4, в блоке всего шестнадцать штук. С меньшим рабочим напряжением лучше не ставить, будут сильно греться. Между конденсаторами оставляйте небольшое расстояние для хорошего охлаждения потоком воздуха.

Дроссели решил приклеить силиконовым герметиком, чтобы не болтались.

Важную деталь нагревателя, индуктор я сделал из медной трубки диаметром 6 мм длинною 1 метр. Купить такую можно в любом автомагазине типа «Газовщик» и там где торгуют газо-балонным оборудованием для автомобилей. Медную трубку наматываем на кусок полипропиленовой трубы внешним диаметром 40 мм, такая труба используется в пластиковом отоплении. Делаем пять витков, расстояние между верхним краем первого витка и нижним краем пятого витка должно быть 40 мм. Концы трубы изгибаем, как на рисунке и прикрепляем к радиаторам с помощью двух клемных колодок для провода сечением 16 мм².

В процессе работы индуктор будет сильно нагреваться от раскаленной детали, что может привести к повреждению медной трубки, поэтому надо сделать охлаждение. На концы медной трубки я одел силиконовые трубки и подключил насос омывателя лобового стекла автомобиля. Насос от ВАЗ 2114 и силиконовые трубки купил в автомагазине. Получилась нормальная водяная система охлаждения.

Чтобы охлаждать радиаторы и блок конденсаторов поставил мощный вентилятор от процессора. Для питания от 12 вольт такого охлаждения вполне достаточно. Если захотите поднять напряжение от 12 до 60 вольт, чтобы получить максимальную мощность от индукционного нагревателя, поставьте более мощные радиаторы и более производительный вентилятор, например от отопителя салона ВАЗ 2107. Желательно сделать металлическую шторку оберегающую нагреваемую деталь и медный индуктор от потока нагнетаемого вентилятором холодного воздуха.

Принцип работы индуктора

Основное назначение индуктора — выработка тепловой энергии за счет электрической без использования теплоэлектронагревателей принципиально другим способом.

Типовой индуктор состоит из следующих основных деталей и устройств:

• генератор переменного тока — устройство для изменения сетевой частоты в более высокую, которая транслируется на катушку;
• индуктор — катушка, в которой индуцируется переменное магнитное поле;
• нагревательный элемент — металлический предмет, в котором под воздействием электромагнитного поля возникают вихревые токи, которые и нагревают проводник.

Известные модели варочных панелей

Окончательно разобраться с плюсами и минусами устройства возможно только при детальном изучении характеристик приборов от известных производителей.

Таблица 2. Обзор известных моделей индукционных плит.

Модель, иллюстрация	Характеристика
Сквара Sif 4.8 (профессиональная плита)	Этот производитель выпускает устройства для опытных кулинаров и мастеров приготовления пищи. Преимущество оборудования – быстрый нагрев посуды при минимальном потреблении электроэнергии. На таких приборах удобно устанавливать режим температуры.
Электролюкс EKI 54550	Это отдельное устройство, которое предполагает наличие варочной панели (4 конфорки) и духового шкафа. Дополнительная функция – режим «Гриль».
Горение EI 637E21	Это тоже цельное устройство, которое имеет индукционную поверхность и духовку. Здесь располагается четыре конфорки.
Bosch PUE631	Это модель на четыре конфорки, которая еще имеет другие функции: 9 режимов приготовления пищи, детскую защиту. Тем не менее, модель не предполагает одновременное использование 3-4 конфорок. Иначе значительно снижается интенсивность нагрева.

Шаг 5: Конденсаторная батарея

Конденсаторы особенно сильно нагреваются из-за тока, регулярно проходящего через них. Нашему нагревателю необходима емкость конденсатора 0,47 мкФ. Благодаря этому нам необходимо соединить все конденсаторы в блок, аналогичным образом, мы получаем требуемую емкость, а площадь рассеивания тепла становится больше

Фактическое напряжение конденсаторов должно быть выше 400 В, чтобы взять во внимание пики индуктивного напряжения в резонансном контуре. Я сделал два кольца из проволоки из меди, к которым припаял 10 конденсаторов 0,047 мкФ параллельно один к одному

Аналогичным образом, я получил конденсаторную батарею совокупной емкостью 0,47 мкФ с прекрасным охлаждением воздуха. Я установлю ее параллельно рабочей спирали.