Сейчас мы узнаем как сделать своими руками индукционный нагреватель, который можно использовать для разных проектов или просто для удовольствия. Вы сможете мгновенно плавить сталь, алюминий или медь. Вы можете использовать её для пайки, плавления и ковки металлов. Вы можете использовать самодельный индуктивный нагреватель и для литья.
Мое учебное пособие охватывает теорию, компоненты и сборку некоторых из важнейших компонентов.
Инструкция большая, в ней мы рассмотрим основные шаги, дающие вам представление о том, что входит в такой проект, и о том, как его спроектировать, чтобы ничего не взорвалось.
Для печи я собрал очень точный недорогой криогенный цифровой термометр. Кстати, в тестах с жидким азотом он неплохо себя показал против брендовых термометров.
Прецизионный термостат: NOBO Viking C4F10
Тепло для суровых норвежских зим
Норвежский производитель обогревателей Nobo поставляет свою продукцию в Россию еще с начала нулевых, так что многие пользуются этой техникой уже по 15-18 лет. В стране фьордов и холодных зим хорошо знают, как согреться: модель Nobo Viking СF410 нагревает воздух с мощностью 1 кВт и не тратит ни ватта зря — эффективность по электроэнергии у нее стопроцентная. Кроме того, по европейским экостандартам она снабжена высокоточным термостатом, который не позволяет обогревателю после нагрева воздуха до указанной вами температуры брать из розетки больше 0,5 кВт. Термостат заменяемый — если встроенный кажется вам неэффективным, можно подключить другой.
Из чего сделать накопительный бак
Перед тем, как сделать водонагреватель, необходимо определиться с конструктивными особенностями будущего бойлера. Чаще всего, это накопительная емкость с установленным внутри ее ТЭН, который отвечает за нагрев воды.
Для накопительного бака лучше выбирать емкости из стойкого к коррозии металла. Наиболее походящие варианты: нержавеющая или эмалированная сталь, качественный пластик, алюминий. Можно использовать и железные баки, только их придется предварительно обрабатывать специальным защитным составом, который минимизирует образование ржавчины. В противном случае вода, проходящая через такое нагревающее устройство, может быть не пригодна для бытовых нужд.
Для самодельных накопительных водонагревателей используют самые различные емкости, в качестве примера можно отметить газовый баллон. Это довольно удобный по размерам, форме и прочности резервуар.
Калорифер своими руками
Иногда для обогрева не подходит индукционный водонагреватель, в таком случае можно использовать другие способы обогрева. Популярный быстрый способ обогрева помещения – калорифер или канальный нагреватель.
Для изготовления калорифера понадобятся:
- Несколько листов нержавеющего металла для корпуса устройства.
- Медная труба (ее диаметр должен составлять примерно полдюйма), используемая в теплообменнике.
- Канальный вентилятор, питаемый от бытовой сети.
- Два концевых крана с муфтами или с фланцевыми соединениями, чтобы интегрировать теплообменник к системе отопления помещения.
- Несколько пружин (обычно хватает четырех) для закрепления вентилятора. Крепить рекомендуется пружинами, а не магнитами, например, т.к. пружины обеспечат тихую работу.
Процесс создания калорифера разбивается на части. Первая часть – разметка. На приготовленном листе металла нужно отметить габариты корпуса (получится отмеченная полоса) и линии сгибов полосы. Вторая часть – изготовление корпуса. Отмеченная полоса вырезается из листа, сгибается и закрепляется на противоположных концах. Лицевая сторона устройства делается из оцинкованного листа, на лицевой стороне просверливаются отверстия для циркуляции воздуха.
Третья часть – создание теплообменника. Медная труба с одной стороны закрывается заглушкой, потом в трубу засыпается песок и трубу гнут. После гибки можно избавиться от песка. Четвертая часть – присоединение теплообменника. На боку теплообменника проделываются два отверстия для медной трубы, на концах трубы делается резьба для муфт, а в верхнюю точку элемента нагревания впаивается кран Маевского. Затем теплообменник вставляется в корпус и прикручивается гайками. Пятая часть – установка вентилятора. Просверливаются отверстия в углах корпуса, в них закрепляются пружины, вентилятор помещается в корпус так, что пружины расставлены в стороны на равное расстояние. Шестая часть – установка прибора. Калорифер подключается с помощью муфт и кранов к системе отопления. Размещается калорифер на стене, с зазором между стеной и прибором в 10 см. Сделать водяной нагревательный элемент с электричеством можно самому.
Канальное плавильное устройство
Канальный тип индукционной сталеплавильной печи имеет в конструкции электромагнитный сердечник. Принцип действия прибора заключается в движении переменного магнитного потока через магнитопровод. В кольце с жидким металлом происходит возбуждение электрического тока, разогревает шихту до заданной температуры. Технология применяется в литейном производстве, миксерах, пищевых раздаточных столах. Для увеличения магнитного потока используется магнитный проводник замкнутого вида из трансформаторной стали.
Свое название канальные печи получили за наличие в пространстве агрегата двух отверстий с каналом, образующим замкнутый контур. По конструкционным особенностям прибор не может работать без контура, благодаря которому жидкий алюминий находится в непрерывном движении. При несоблюдении рекомендаций завода изготовителя оборудование самопроизвольно отключается, прерывая процесс плавки.
Жидкая бронза заливается через сифон, расположенный на торцевой стенке, присадки и шлаки загружаются и удаляются через специальные отверстия. Выдача готовой продукции осуществляется через V -образный сливной канал, сделанный в футеровке по шаблону, который расплавляется в рабочем процессе. Охлаждение обмотки и сердечника осуществляется воздушной массой, температура корпуса регулируется при помощи воды.
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:
Пошаговое руководство по изготовлению нагревателя
Вся работа по изготовлению индукционного нагревателя подразделяется на несколько этапов, на протяжении каждого из которых выполняется обработка одной из основных деталей.
Далее мы подробно расскажем о том, как собрать индукционный нагреватель для автосервиса своими руками, используя все вышеприведенные наборы.
Варианты глубины залегания
Есть 2 определения уровня – низкий и высокий. В первом случае верхний слой воды располагается на уровне 2 метров и ниже от поверхности. При таком уровне проблем со строительством и ведением земляных работ нет – впитывающая способность почвы высокая.
Если обнаружены высокие грунтовые воды, то тут любые работы в почве усложняются. Основные проблемы – это невозможность вырыть «сухой» котлован, проблемы с заливанием бетона, кладкой кирпича, закреплением установок для очистки стоков.
Если УГВ высокий
В случае высокого залегания почвенных вод, могут возникать следующие проблемы:
- Сложности с организацией канализационной системы.
- Невозможность создания подвальных помещений.
- Проблемы с выбором и монтажом фундамента.
- Плесень в доме.
- Сложности с прокладкой любых подземных коммуникаций.
- Пучинистость почвы.
Несколько слов о безопасности
Самодельные индукционные котлы обычно не снабжены системами контроля и защиты, что делает их небезопасными. Поэтому перед включением агрегата необходимо убедиться, что полость корпуса заполнена жидким теплоносителем.
Если полимерный корпус нагревателя будет подвергаться постоянному нагреву без омывания теплоносителем, он просто расплавится, иногда это приводит не только к деформации нагревателя, но и к его полному повреждению.
Агрегаты этого типа часто используют для раскаливания и плавки металлов. Высокие температуры, получаемые от индукционного нагревателя, требуют внимательного отношения к вопросам безопасности
Опасным может быть и выпадение раскаленного металлического наполнителя из расплавившегося корпуса. В этом случае придется почти полностью демонтировать устройство и сделать для него новый нагревательный элемент.
Подключение к электропитанию следует выполнять по отдельному кабелю, проведенному от щитка. Разумеется, необходимо тщательно закрыть изоляцией все контакты. Инвертор сварочного аппарата также необходимо заземлить, это важный момент для обеспечения безопасности.
При этом понадобится кабель сечением не менее четырех миллиметров. Некоторые специалисты рекомендуют отдать предпочтение шестимиллиметровому кабелю. Чтобы предотвратить перегрев самодельного индукционного нагревателя из-за отсутствия в системе воды, рекомендуется установить на входе в нагреватель клапан избыточного давления.
Индукционный нагревательный прибор занимает относительно немного места, но его нужно разместить на определенном расстоянии от потолка, стен, мебели и т.п.
Самодельное устройство этого типа, не снабженное специальными средствами защиты, это потенциально опасный объект, который требует постоянного контроля. Поэтому стоит потратить немного больше денег, но приобрести необходимые устройства.
При этом не помешает оценить затраты, возможно, покупка готового индукционного котла обойдется не намного дороже. Промышленные устройства обычно снабжены всей необходимой защитой.
Особенности и пошаговая технология изготовления еще одного варианта самодельного индукционного котла для системы отопления приведены здесь.
Изготовление катушки
Как уже говорилось ранее, катушка изготавливается из заранее заготовленной трубы с определенной длиной и диметром. Для создания катушки нужно навертеть трубку на какой-либо круглый предмет с пятисантиметровым диаметром.
Обратите внимание на то, что катушка имеет ровно семь кругов. С верхней и нижней части проволоки с помощью паяльной станции устанавливаются монтажные кольца, предназначенные для радиаторов. Такая катушка поможет собрать индуктивный нагреватель своими руками.
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.
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.
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.
В конструкции как заводских, так и самодельных индукционных нагревателей практически нет изнашивающихся компонентов. Они долго служат и безупречно работают
Описание
В состав типового нагревательного элемента входят следующие узлы:
- Нагревательный элемент в виде прутка или металлической трубки.
- Индуктор – это медная проволока, обрамляющая витками катушку. В процессе работы он исполняет роль генератора.
- 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.
Принципы работы
Для сборки индукционного котла своими руками необходимо изучить, из чего он состоит и понять принципы его работы.
Устройство нагревается за счет энергии электромагнитного поля. Теплоноситель ее забирает на себя и преобразует в тепло.
Магнитное поле создается в индукторе (это цилиндрическая катушка с большим количеством витков). Проходя через нее, электричество создает вокруг себя напряжение. Магнитный поток движется по замкнутому кругу перпендикулярно электрическому полю. Переменный ток создает вихревые потоки и генерирует энергию в тепло. Передача электроэнергии нагревателю происходит без прямого контакта.
Индукционное тепло расходуется эффективно и экономно, поэтому вода при таком способе нагревания за короткий промежуток времени достигает высоких температур. Теплоноситель получает около 97% энергии.
Компоненты индукционного водонагревателя
Организация системы отопления в собственном доме с помощью индукционного котла не потребует ее серьезной перепланировки. В основе используется трансформатор, состоящий из первичной и вторичной обмоток.
Вихревые потоки образуются в первичной обмотке из электрической энергии и создают электромагнитное поле. Оно попадает на вторичную, которая несет функцию нагревателя.
Этот компонент вырабатывает тепло и передает ее воде в отопительной системе дома.
Вторичная обмотка представляет собой корпус котла. В него входят такие элементы, как:
- внешняя обмотка;
- сердечник;
- электроизоляция;
- тепловая изоляция.
Для подвода холодной воды в устройство и отвода теплой в систему отопления к водонагревателю устанавливают два патрубка. Нижний монтируют на вводный участок, а верхний на отводящую горячую воду часть.
Тепло, которое создается котлом, отдается теплоносителю. Чаще всего в его качестве выступает вода, так как она способна быстро забрать тепло. За счет встроенного насоса горячая вода через патрубок поступает в отопительную систему. Жидкость постоянно циркулирует, поэтому перегрев оборудования не возможен. Подается остывшая вода, а отводится горячая.
При циркуляции отопительная жидкость вибрирует, что не дает откладываться накипи внутри труб. Устанавливать индукционный водонагреватель можно в любом помещении, так как в процессе эксплуатации не создается шум.
