Как сделать индукционный нагреватель воды своими руками

Каждый владелец загородного дома или коттеджа, в первую очередь, заботится о том, чтобы в его жилище всегда было тепло и уютно.

Достичь такого комфорта помогает правильно подобранное отопительное оборудование, которое бы эффективно обогревало дом и, в тоже время, затраты на него были минимальными. На сегодняшний день наиболее эффективными отопительными системами считают те, в которых для обогрева используют электрическое оборудование. Мы предлагаем рассмотреть альтернативный вариант электрического отопления.

Современный полет технической мысли позволил создать новый вид электрического оборудования для отопления, который называется вихревой индукционный нагреватель воды. В этой статье мы попытаемся подробно рассказать о том, что собой представляет этот агрегат и какими преимуществами он обладает, а также опишем технологию его изготовления своими руками. (Об особенностях индукционного отопления Вы можете почитать эту статью).

Из чего состоит и как работает

Любой индукционный нагреватель состоит из основных трех компонентов:

• инвертор, который преобразует бытовую электроэнергию в высокочастотный ток;
• индуктор, который создает электромагнитное поле;
• нагревательный элемент, с помощью которого непосредственно нагревается вода.

Принцип же действия нагревателя этого вида заключается в последовательном взаимодействии всех его основных компонентов. Иначе говоря:

• инвертор вырабатывает высокочастотный ток и подает его непосредственно на индуктор;
• катушка из определенного количества витков медной проволоки, которая и является индуктором, создает магнитное поле, считающееся причиной появления вихревых потоков;
• нагревательный элемент, который находится внутри индуктора, под воздействием вихревых токов хорошо разогревается;
• и как следствие, теплоноситель, который находится внутри теплообменника, одновременно с ним также разогревается, и в горячем виде непосредственно передается в отопительную систему.

Как видим, принцип работы агрегата этого вида достаточно простой, поэтому, можно смело допустить предположение, что индукционный нагреватель воды обладает целым рядом достоинств.

Преимущества

К числу позитивных характеристик индукционного агрегата можно отнести следующие важные моменты:

1. Долговечность использования. Благодаря не слишком замысловатой конструкции, индукционный нагреватель можно бесперебойно использовать в течение более 30 лет
2. Экономичность. Коэффициент полезного действия агрегата этого вида приближается к 100%. Иначе говоря, все электричество полностью перерабатывается в тепловую энергию, практически без потерь.
3. Удобство. Обслуживание индукционного нагревателя не требует постоянного технического обслуживания. Достигается это благодаря тому, что электромагнитное поле, помимо создания нагрева, образует вибрации, которые не дают возможности появлению накипи на внутренних стенках теплообменника.
4. Компактность. Нагреватели этого вида имеют небольшие габаритные размеры, что способствует их установке в помещениях любого типа.
5. Бесшумность. Индукционные агрегаты, благодаря своей конструкции, функционируют достаточно тихо.
6. Экологичность. Котел этого вида не производит выброс вредных продуктов сгорания, поэтому не требуется оборудования дымохода и системы вентиляции.

По анализу отзывов, основным недостатком такого агрегата является его высокая стоимость. Но существует оптимальный выход – сконструировать индукционный нагреватель воды своими руками.

Необходимые инструменты и материалы

Надумав сделать индукционный агрегат своими руками, прежде всего, нужно приготовить все необходимые материалы и инструменты.

Их перечень выглядит следующим образом:

• кусачки;
• плоскогубцы;
• циркуляционный насос;
• нержавеющая проволока;
• медная проволока;
• отрезок трубы из пластика;
• шаровые краны и переходники;
• тиристоры.

Схема и порядок сборки

Электрическая схема индукционного нагревателя воды. (Для увеличения нажмите)Конструирование индукционного нагревателя своими руками должно происходить согласно следующим последовательным этапам:

1. Нагревательный элемент. Один из торцов пластиковой трубы фиксируется металлической сеткой. Затем нержавеющая проволока нарезается кусачками на небольшие отрезки, которые плотно помещаются внутри трубы. При этом очень важно не допускать пустот. Второй торец трубы также фиксируется металлической сеткой.
2. Индуктор. Поверх пластиковой трубы наматывается медная проволока, которая будет создавать вихревые потоки. При этом очень важно знать, что количество витков должно быть не менее 90.
3. Инвертор. Этот прибор конструируется на тиристорах, которые позволяют эффективно преобразовывать обычную электроэнергию в высокочастотный ток. Тиристорный инвертор является самым важным компонентом индукционного нагревателя. Стоит также отметить, что у тиристорного преобразователя электронное управление, которое позволяет плавно регулировать подачу тока, а также надежно защищает от аварийных ситуаций.
4. Подключение. Когда индукционный нагреватель воды полностью смонтирован, то с помощью шаровых кранов и переходников он непосредственно подключается к отопительной системе.

Придерживаясь всех указанных рекомендаций, вы без особых усилий сконструируете индукционный нагреватель своими руками.

Смотрите видео, в котором специалист подробно показывает процесс сборки индукционного нагревателя воды своими руками:

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Простой, но мощный индукционный нагреватель

Привет, в данной самоделке я покажу процесс создания мощного, но простого индукционного нагревателя. Этот «индукционник» способен за считанные секунды разогревать стальное лезвие «до красна». С помощью него, можно «калить» предметы (инструменты, гвозди, саморезы), а так же расплавлять различные материалы (олово, алюминий и тд).

Вот схема которую нужно собрать

Перед началом чтения статья, я рекомендую посмотреть процесс сборки и испытаний:

[media=https://www.youtube.com/watch?v=cEaiQcxifcM]

Нам потребуется:
— 2 транзистора марки IRF3205
— 2 стабилитрон 1.5ке12
— 2 диода HER208

— 2 резистора на 10кОм и на 220Ом
— Пленочный конденсатор на 400В 1мкФ
— 2 ферритовых кольца (можно достать из старого блока питания компа)
— 2 изоляционные шайбы
— Радиатор (для охлаждения транзисторов)
— Пара винтиков (для закрепления транзисторов в радиаторе)
— Термопаста
— 2 кусочка слюды (для изоляции транзисторов от радиатора)
— Медный залакированный провод сечением 1.4мм² длинной 1 метр
— Медный залакированный провод сечением 1.2мм² 2 куска по 1.5 метр
— Форма на намотки катушки (я буду использовать аккумулятор формата 18650)
— Аккумулятор для питания схемы (8-20В)
— 2 небольших кусочка провода

А так же:
— Бокорезы, ножик, отвертка, паяльник.

Подробное описание изготовления:

Шаг 1: Намотка катушки. Первым делом намотаем провод 1.4мм² на «форму» (еще раз напомню что в качестве «формы» я буду использовать аккумулятор формата 18650) что-бы получить катушку.

Должно получится что-то наподобие этого

Далее ножиком снимаем изоляцию с катушки

И залуживаем провода

Должно получится примерно так

Шаг 2: Намотка катушки на ферритовые кольца. На этом этапе необходимо намотать провод 1.2мм ² на ферритовые кольца.

Для этого возьмем кольцо и проденем в него провод.

И начинаем намотку

Обратите внимание, что витки должны быть плотно натянуты. В итоге получаем это.

Шаг 3: Закрепление и подготовка транзисторов. Первым делом подготовим термопасту. Я буду использовать весьма распространенную КПТ-8.

Необходимо нанести тонким слоем термопасту по всей площади на 2 кусочка слюды.

Что бы получилось так.

Затем «приклеиваем» слюду на радиатор

То же самое делаем и с самим транзистором.

Аккуратно прислоняем транзистор (между слюдой) к радиатору.

И прикручиваем его с помощью нескольких винтиков.

Так же проделываем и со вторым транзистором. Таким образом на данном этапе уже имеется 2 транзистора прикрученных к радиатору и готовых к дальнейшей пайки.

Шаг 4: Пайка компонентов по схеме.
На этом этапе начинается самая «интересная» часть. После ее завершения уже получится полностью готовое устройство.
Подготовим 2 резистора на 220 Ом.

Их необходимо припаять к левым ногам транзисторов.

И затем оставшиеся концы соединить между собой и залудить.


Затем необходимо подготовить стабилитроны.

Их необходимо припаять между левой и правой «ножкой» транзистора. Все это делается с 2 транзисторами.


Что бы получилось так.

Теперь необходимо соединить «правые» ножки транзисторов (истоки) перемычкой. В ее роли послужит остаток залакированного медного провода.


Подготовим 2 резистора на 10 кОм

Затем соединяем левую ногу транзистора (затвора) с правой ногой (истоком) резистором на 10 кОм


Так же делаем и со вторым транзистором. Получаем подобие этого.

Теперь настала очередь диодов.

Необходимо припаять анод диода (значок треугольничка) к левой ноге транзистора.

А второй конец диода к центральной ноге к другому транзистору.

После сделать то же самое, но с другим транзистором.

Далее нужна катушка, которую сделали еще на первом этапе

Её концы необходимо припаять к стокам транзисторов (центральные ноги транзисторов).

Следом нужно припаять конденсатор между катушкой как на фото.


Один из последних этапов и присоединение дросселей. Но сначала его необходимо подготовить, для этого снимаете изоляцию и залуживаете концы.

Вслед за этим с каждой стороны транзистора его нужно припаять к общей точке соединения резистором на 220 Ом и место куда паяли конденсатор.



Теперь можно подготовить 2 небольших кусочка провода(желательного разного цвета) для питания всей схемы.Один из провода (в моём случаи желтый) припаиваем к месту соединения резисторов на 220 Ом, сюда будет подключаться плюс

а черный провод (минус) идет на правую ногу (истоку) одного из транзисторов.

Вот финальное фото уже полностью рабочей и собранной схемы.

Шаг 5: Подключение и проверка.
Для питания схемы я буду использовать Li Po аккумулятор для квадрокоптеров.

Но можно использовать любой другой (или даже несколько) напряжением от 8 В до 20 В.

Плюс с аккумулятора припаиваем к проводу, который присоединен с резисторам на 220 Ом, в моем случаи это желтый. Но я подключаю через амперметр, что бы еще и показать ток потребляемый схемой. Вы конечно можете этого не делать. Минус же идет на другой провод (черный), я рекомендую его припаять через кнопку, но для демонстрации я просто буду их соединять когда нужно что бы схема заработала.

У меня ток достигал 15А. Эти значения могут колебаться в зависимости от разных условий, просто учитывайте это.

Спасибо за внимание. Всем удачи в начинаниях!

Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Простой индукционный нагреватель 12 В

Простой индукционный нагреватель состоит мощного генератора высокой частоты и низкоомной катушки-контура, которая является нагрузкой генератора.

Генератор с самовозбуждением генерирует импульсы на основании резонансной частоты контура. В результате в катушке возникает мощное переменное электромагнитное поле частотой порядка 35 кГц.
Если в центр этой катушки поместить сердечник из токопроводящего материала, то внутри него возникнет электромагнитная индукция. В результате частой смены эта индукция вызовет в сердечнике вихревые токи, которые в свою очередь повлекут за собой выделение тепла. Это классический принцип преобразования электромагнитной энергии в тепловую.
Индукционные нагреватели очень давно используются во многих областях производства. С их помощью можно делать закалку, бесконтактную сварку, и самое главное — точечный прогрев, а также плавление материалов.
Я покажу вам схему простого низковольтного индукционного нагревателя, которая уже стала классической.

Мы её ещё больше упростим эту схему и стабилитроны «D1, D2» не будем устанавливать.
Элементы, которые понадобятся:
1. Резисторы на 10 кОм – 2 шт.
2. Резисторы на 470 Ом – 2 шт.
3. Диоды Шоттки на 1 А – 2 шт. (Можно другие, главное на ток от 1 А и быстродейственные)
4. Полевые транзисторы IRF3205 – 2 шт. (можно взять любые другие мощные)
5. Индуктор «5+5» — 10 витком с отводом от середины. Чем толще провод, тем лучше. Мотал на деревянной круглой палке, сантиметра 3-4 в диаметре.
6. Дроссель – 25 витков на кольце из блока старого компьютера.
7. Конденсатор 0,47 мкФ. Лучше набирать емкость несколькими конденсаторами и на напряжение не ниже 600 Вольт. Я по началу взял на 400, в результате чего он начал греться, далее заменил его на составной из двух последовательно, но так не делают, просто под рукой больше не было.

Изготовление простой индукционный нагреватель 12 В

Наматываем индуктор.


Собрал всю схему навесным монтажом, отделив колодкой индуктор от всей схемы. Конденсатор желательно располагать в непосредственной близости от выводов катушки. Не как у меня в этом примере в общем. Транзисторы установил на радиаторы. Запитал всю установку от аккумулятора 12 Вольт.


Работает отлично. Лезвие канцелярского ножа нагревает до красноты очень быстро. Рекомендую всем к повторению.
После замены конденсатора они больше не грелись. Транзисторы и сам индуктор греются, если работает постоянно. На небольшое время – не критично почти.

Смотрите видео сборки и испытаний:

Также рекомендую к просмотру:

Установка индукционного нагрева своими руками для нагрева воды, схема

На данный момент индукционное отопление составляет существенную конкуренцию нагревателям, которые работают на газе и электричестве. На рынке отопительной техники такие обогреватели являются одним из наиболее экономичных решений. Чтобы знать, как установить индукционный нагреватель, требуется ознакомиться с рекомендациями.

Читайте в статье

Что это такое

Такое устройство подойдет для обогрева фактически любых помещений. Основной целью в функционировании прибора станет формирование вихревого тока. Он будет создан от электромагнитного поля, которое обогревает пространство внутри. Для создания подобного поля, требуется индуктор для нагрева.

Он является катушкой, которая обмотана большим количеством витков, создающих электромагнитное поле. Оно в свою очередь будет создавать вихревые токи, образующие тепло.

Описание устройства и принцип действия

Чтобы сделать индукционное отопление собственноручно, требуется детально исследовать особенности его функционирования. Основой его работы станет принцип магнитного индуктора для индукционного нагрева. Его устройство включает в себя 2 обмотки, выполняющих конкретную функцию:

• Первичная. Необходимо, чтобы преобразовывать подаваемое электричество в вихревой ток. Является одним из этапов для образования индукционного явления.
• Вторичная. В результате действия магнитного поля начнется нагрев, таким образом передавая полученную теплоэнергию на носитель.

Важно! Индукционные отопительные системы не укомплектованы циркуляционными насосами, расширительным бачком и защитной системой. Данные элементы требуется покупать самостоятельно.

Все индукционные котлы включают в себя такие конструктивные составляющие:

• Индуктор. Главный элемент прибора. Является трансформатором с 2 обмотками. Первичную наматывают на сердечник, в процессе прохождения тока тут возникнет электромагнитное поле, которое образует вихревый ток. Корпус устройства будет выступать в роли качестве вторичной обмотки. Она примет вихревые токи, разогреется и передаст теплоэнергию на носитель.
• Нагревательный элемент. Является сердечником катушки. Для приспособления изготавливается в форме трубы довольно больших размеров либо в качестве нескольких объединенных труб с меньшим сечением.
• Патрубки. Предназначаются в целях врезки прибора в теплосеть. По одному в устройство будет поступать носитель, по другому жидкость выходит и направляется в контур отопления.
• Инвертор. Является прибором, преобразующим постоянный электроток в высокочастотный, который затем будет подаваться на индуктивный нагреватель.

До того, как начать самостоятельную сборку, требуется как следует продумать, какой материал и способ изготовления использовать. Часть из материалов понадобится сделать самостоятельно, а другие доступны для приобретения.

Корпус устройства станет наиболее важной составляющей, по которой будут различаться самодельные и промышленные индукционные обогреватели. Последние обладают цилиндрической обмоткой, а самодельные — тороидальной. Ее делают из проволоки из меди, окружен корпус из ферромагнитной стали, стенки в толщину 10 мм. Подобное устройство даст возможность существенно снизить массу конструкции и ее линейные размеры, но в то же время повысить КПД.

Преимущества и недостатки использования

Перед тем, как сделать индукционный отопительный обогреватель самостоятельно, выбирать для него комплектующие, рекомендовано тщательно изучить преимущества и недостатки такого вида теплоснабжения. Плюсы:

• Быстрое увеличение температурных показателей носителя тепла до необходимого уровня. В отличие от функционирования нагревательных элементов индукционный нагрев воды не нуждается в изоляционных допматериалах. Теплоэнергия от стержня будет передаваться на носитель тепла.
• Длительные сроки эксплуатации. Подобное обусловливается отсутствием движущихся элементов и повышенной прочностью материалов.
• Незначительные габариты конструкции.
• Не образуется накипь на стенках внутри. Подобное сопряжено с незначительной вибрацией стержня при функционировании.

Однако, помимо этого, следует учесть и негативные моменты применения индукционных котлов отопления:

• Завышенная цена заводских изделий. Качественные индукционные отопительные электрокотлы делают с использованием новейших материалов, цена которых и будет обусловливать высокую стоимость. Потому самодельные устройства существенно уступят в качестве и техпараметрам заводским.
• Чтобы установить котлы производительностью больше 7 кВт, понадобится обустроить электрическую сеть 380 В. Иначе нагрузки не дадут возможность работать технике в надлежащем режиме.
• При отсутствии воды в процессе функционирования индукционного отопительного котла происходит чрезмерный нагрев и поломка устройства. Потому в котел входят индикаторы давления, соединяемые с автовыключателем. При снижении давления произойдет автоотключение прибора.

Приняв решение о самостоятельном монтаже индукционного отопления, выбирается оптимальная схема обогревателя и рассчитываются параметры.

Важно! Индукционный отопительная система многие годы используют в сталелитейной промышленности в целях нагревания металла. Непосредственно из данной сферы пришли котлы отопления индукционного типа.

Индукционный обогреватель воды для системы отопления помещения

Такое устройство обладает достаточно неприхотливой конструкцией. Оно отличается высокой эффективностью и надежностью. Применяя его в процессе изготовления обогревателя в отопительной системе, возможно не устанавливать насос, так как вода течет по трубопроводу благодаря конвекции.

Подобный прибор снабжается патрубками: для холодного и горячего водоснабжения. Поверху патрубка горячая вода подается в отопительную систему. В нижнюю часть через него будет пребывать холодная вода.

Индукционное отопление своими руками

Ввиду завышенной цены на устройство большинство принимает решение изготавливать такой нагреватель самостоятельно. В сети возможно найти большое количество схем, где описано, как сделать индукционный нагреватель без помощи своими руками. Наиболее популярен принцип создания простого вида прибора, справиться с которым сможет каждый домовладелец. До того, как начать работы, подготавливается следующий инструментарий: кусачки, паяльник (когда планируется создание сердечника из трубы из металла), отвертки. Алгоритм действий:

1. Нарезается проволока из нержавейки в диаметре 0,7 см на фрагменты примерно в 0,5 см.
2. Подготавливается труба из пластмассы либо металла (сердечник), стенки которого имеют толщину не меньше 0,3-0,5 см, чтобы элемент смог выдержать высокие температурные показатели.
3. Заполняется труба проволочными фрагментами.
4. Окончания трубы закрываются с помощью сетки, чтобы был исключен риск выпадения обрезков при функционировании приспособления.
5. Затем по длине трубопровода спиралью наматывается проволока из меди, делая приблизительно 90 оборотов.
6. Изготавливается нагреватель, прорезав прямоугольный фрагмент трубопровода.
7. В отверстие прибора вставляется сделанное устройство.
8. Окончания проволоки из меди подключаются к инвертору с высокочастотным действием. Приобрести его возможно фактически в любом магазине, который имеет стройнаправление.

Важно! Чтобы была грамотно сделана установка индукционного нагрева, понадобится до сборки оборудования оценить собственные силы и возможности. Не стоит браться за создание нагревательного котла, когда отсутствуют элементарные навыки в электричестве.

Правила эксплуатации

Различные требования к использованию индукционных обогревателей и обыкновенных отопительных устройств обусловливаются их различиями:

• Котел требуется подсоединить через выделенный провод, который соединен с электрическим щитком. Клинии не подключаются прочие устройства.
• Во время монтажа электрического индукционного котла требуется обезопасить электрические сети в жилище и предотвратить вероятность возгорания проводов. В этих целях параметры провода должны быть больше суммарной мощности каждого электрического прибора в жилище на 20%.
• Индукционные нагреватели возможно устанавливать лишь в системы теплоснабжения с замкнутым контуром. Для улучшения циркуляции воды устанавливается допнасос.
• Когда носитель тепла перегревается, внутри системы возникает чрезмерное давление. Чтобы его компенсировать устанавливается расширительный бачок. Температурные показатели внутри индукционного котла могут дойти до 110 градусов.

• В целях безопасного применения электрического индукционного котла требуется монтировать на него индикаторы давления и температурных показателей. Когда возникает риск перегрева носителя тепла и дальнейшего нарушения герметичности контура отопительной системы, блок управления отключает устройство.
• Чтобы при применении отопительные трубы не провисали и не деформировались, температурные показатели носителя тепла выставляются не более допустимых показателей, которые заранее рассчитываются до установки системы.
• Для отопительной системы в жилище потребуется резервное питание. В этих целях устанавливается аварийный генератор.

Отзывы

Отзывы носят преимущественно положительный характер.

Иван, 48 лет: «В целях отопления дачного дома установил новый обогреватель индукционного типа. Как заверял разработчик установка пройдет в кратчайшее время. Но по факту для выхода в надлежащий режим функционирования потребовалось примерно 15 дней. За этот период понадобилось по гарантийному талону менять блок управления».

Сергей, 34 года: «Дом отапливается благодаря твердотопливному котлу. В зимний период крайне долго происходит нагрев жидкости в трубах. Потому принято решение монтировать вспомогательный индукционный, который работает от электрической сети. Затем изначально запускается он, а потом нужно ждать, пока основной нагреватель наберет требуемые температурные показатели».

Индукционный нагреватель обладает высоким КПД, выступает в качестве котла для отопительной системы. Допустимо самостоятельно собрать и установить такое устройство. Однако до применения, следует взвесить все плюсы и минусы. Невзирая на повышенную эффективность, устройство будет потреблять много энергии, небезопасно и плохо влияет на здоровье. В связи с этим рекомендовано установить прибор в собственном доме.

Простое индукционное отопление своими руками

Индукционный нагрев имеет существенное преимущество по сравнению с тэновым. Главным критерием тут является КПД преобразования электрической энергии в тепловую. В статье пойдет речь о том как сделать супер простой индукционный обогреватель из готовых устройств и деталей. На постройку у вас уйдет не более двух часов. Таким обогревателем, мощностью около 1 кВт, можно будет отопить помещение примерно 30 кв.м.

Что понадобиться для индукционного обогревателя?

• Индукционная бытовая плитка. Стоит она не так дорого и имеет потребляемую мощность около 1 кВт.
  
• Радиатор отопления. Я взял биметаллический. Количество секций зависит от площади, которую вам нужно обогреть.
  
• Металлический гофрированный шланг — можно купить в любом сантехническом магазине. Понадобится 1,5 метра с запасом.
  
• Фитинг и муфты для подключения трубы к радиатору.
  
• Кусок медной трубки для замыкания контура.
  

Радиатор и плитка:
Любая индукционная плитка имеет регулировку мощности, с помощью который можно регулировать температуру нагрева радиатора.

Гофрированная труба — подводка для воды:

Сгибаем трубку как улитку или спираль. Гнется она легко руками. Площадь круга улитки должна быть больше круговой нагревательной поверхности на плитке.

Главное, не забыть сделать замыкательную перемычку этого контура, иначе ничего работать не будет. Я сделал её из медной трубки, припаяв к началу и концу спирали. Теперь контур замкнут и вся мощность индукции будет устремлена в нагрев.

Индукционный котел готов. Фактически он состоит их покупной индукционной плитки и сделанной спирали, через которую будет пропускаться вода.

Прикручиваем к батарее контур.



Под завитушку ставим плитку.

Заливаем воду в радиатор. При нагреве она будет сама циркулировать в системе, дополнительного насоса в данном случае не требуется.
Включаем и проверяем. Устанавливаем для начала минимальную мощность на плите, а потом, если нужно, на максимальную.
На дорогих моделях уже сразу можно установить температуру нагрева и плитка сама будет ее поддерживать.


Посчитал примерный КПД индукционного обогревателя по сравнению с обогревателем на тэнах. И оказалось, что КПД индукционного обогревателя в 3,5 раза выше, чем тэнового обогревателя.

Смотрите видео

Более подробные эксперименты и модернизацию системы смотрите в видеороликах автора.

Сборка самого котла.

Выбор индукционной плитки. Доработка.

Подключение автоматики.

Тестирование в системе водяного отопления.

Индукционный нагреватель металла на 12 киловатт – схема инвертора и компоненты

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.

Шаг 1: Компоненты

Основные компоненты высокочастотного индукционного нагревателя для нагрева металла электричеством — инвертор, драйвер, соединительный трансформатор и колебательный контур RLC. Вы увидите схему чуть позже. Начнем с инвертора. Это — электрическое устройство, которое изменяет постоянный ток на переменный. Для мощного модуля он должен работать стабильно. Сверху находится защита, которая используется, чтобы защитить привод логического элемента МОП-транзистора от любого случайного перепада напряжения. Случайные перепады вызывают шум, который приводит к переключению на высокие частоты. Это приводит к перегреву и отказу МОП-транзистора.

Линии с большой силой тока находятся внизу печатной платы. Много слоев меди используются, чтобы позволить им пропускать более 50А тока. Нам не нужен перегрев. Также обратите внимание на большие алюминиевые радиаторы с водяным охлаждением с обеих сторон. Это необходимо, чтобы рассеивать тепло, вырабатываемое МОП-транзисторами.

Изначально я использовал вентиляторы, но чтобы справиться с этой мощностью, я установил небольшие водяные насосы, благодаря которым вода циркулирует через алюминиевые теплоотводы. Пока вода чистая, трубки не проводят ток. У меня также установлены тонкие слюдяные пластины под МОП-транзисторами, чтобы гарантировать отсутствие проводимости через стоки.

Шаг 2: Схема инвертора

Это схема для инвертора. Схема на самом деле не такая сложная. Инвертированный и неинвертированный драйвер повышает или понижает напряжение 15В, чтобы настроить переменный сигнал в трансформаторе (GDT). Этот трансформатор изолирует чипы от мосфетов. Диод на выходе мосфета действует для ограничения пиков, а резистор минимизирует колебания.

Конденсатор C1 поглощает любые проявления постоянного тока. В идеале, вам нужны самые быстрые перепады напряжения на цепи, так как они уменьшают нагрев. Резистор замедляет их, что кажется нелогичным. Однако если сигнал не угасает, вы получаете перегрузки и колебания, которые разрушают мосфеты. Больше информации можно получить из схемы демпфера.

Диоды D3 и D4 помогают защитить МОП-транзисторы от обратных токов. C1 и C2 обеспечивают незамкнутые линии для проходящего тока во время переключения. T2 — это трансформатор тока, благодаря которому драйвер, о котором мы поговорим далее, получает обратный сигнал от тока на выходе.

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.

Шаг 4: Передохнём

Это был большой массив информации. Вы можете спросить себя, нужна ли вам такая причудливая схема? Зависит от вас. Если вы хотите автонастройку, тогда ответ будет «да». Если вы хотите настраивать частоту вручную, тогда ответ будет отрицательным. Вы можете создать очень простой драйвер всего лишь с таймером NE555 и использовать осциллограф. Можно немного усовершенствовать его, добавив PLL (петля фаза-ноль)

Тем не менее, давайте продолжим.

Шаг 5: LC-контур

К этой части есть несколько подходов. Если вам нужен мощный нагреватель, вам понадобится конденсаторный массив для управления током и напряжением.

Во-первых, вам нужно определить, какую рабочую частоту вы будете использовать. Более высокие частоты имеют больший скин-эффект (меньшее проникновение) и хороши для небольших объектов. Более низкие частоты лучше для больших объектов и имеют большее проникновение. Более высокие частоты имеют большие потери при переключении, но через бак пройдет меньше тока. Я выбрал частоту около 70 кГц и дошел до 66 кГц.

Мой конденсаторный массив имеет ёмкость 4,4 мкФ и может выдерживать более 300А. Моя катушка около 1мкГн. Также я использую импульсные пленочные конденсаторы. Они представляют собой осевой провод из самовосстанавливающегося металлизированного полипропилена и имеют высокое напряжение, высокий ток и высокую частоту (0.22 мкФ, 3000В). Номер модели 224PPA302KS.

Я использовал две медные шины, в которых просверлил соответствующие отверстия с каждой стороны. Паяльником я припаял конденсаторы к этим отверстиям. Затем я прикрепил медные трубки с каждой стороны для водного охлаждения.

Не берите дешевые конденсаторы. Они будут ломаться, и вы заплатите больше денег, чем если бы вы сразу купили хорошие.

Шаг 6: Сборка трансформатора

Если вы внимательно читали статью, вы зададите вопрос: а как управлять LC-контуром? Я уже рассказывал об инверторе и контуре, не упоминая, как они связаны.

Соединение осуществляется через соединительный трансформатор. Мой от Magnetics, Inc. Номер детали — ZP48613TC. Adams Magnetics также является хорошим выбором при выборе ферритовых тороидов.

Тот, что слева, имеет провод 2мм. Это хорошо, если ваш входной ток ниже 20А. Провод перегреется и сгорит, если ток больше. Для высокой мощности вам нужно купить или сделать литцендрат. Я сделал сам, сплетя 64 нити из проволоки 0.5мм. Такой провод без проблем может выдержать ток 50А.

Инвертор, который я показал вам ранее, принимает высоковольтный постоянный ток и изменяет его на переменные высокие или низкие значения. Эта переменная квадратная волна проходит черезч соединительный трансформатор через переключатели мосфета и конденсаторы связи постоянного тока на инверторе.

Медная трубка из емкостного конденсатора проходит через нее, что делает ее одновитковой вторичной обмоткой трансформатора. Это, в свою очередь, позволяет сбрасываемому напряжению проходить через конденсатор емкости и рабочую катушку (контур LC).

Шаг 7: Делаем рабочую катушку

Один из вопросов, который мне часто задавали: «Как ты делаешь такую изогнутую катушку?» Ответ — песок. Песок будет препятствовать разрушению трубки во время процесса изгиба.

Возьмите медную трубку от холодильника 9мм и заполните ее чистым песком. Перед тем, как сделать это, закройте один конец какой-нибудь лентой, а также закройте другой после заполнения песком. Вкопайте трубу соответствующего диаметра в землю. Отмерьте длину трубки для вашей катушки и начните медленно наматывать её на трубу. Как только вы сделаете один виток, остальные будет сделать несложно. Продолжайте наматывать трубку, пока не получите количество желаемых витков (обычно 4-6). Второй конец нужно выровнять с первым. Это упростит подключение к конденсатору.

Теперь снимите колпачки и возьмите воздушный компрессор, чтобы выдуть песок. Желательно делать это на улице.

Обратите внимание, что медная трубка также служит для водного охлаждения. Эта вода циркулирует через емкостный конденсатор и через рабочую катушку. Рабочая катушка генерирует много тепла от тока. Даже если вы используете керамическую изоляцию внутри катушки (чтобы удерживать тепло), вы по-прежнему будете иметь чрезвычайно высокие температуры в рабочем пространстве, нагревающие катушку. Я начну работу с большим ведром ледяной воды и через некоторое время она станет горячей. Советую заготовить очень много льда.

Шаг 8: Обзор проекта

Выше представлен обзор проекта на 3 кВт. Он имеет простой PLL-драйвер, инвертор, соединительный трансформатор и бак.

Видео демонстрирует 12кВт индукционный горн в работе. Основное различие заключается в том, что он имеет управляемый микропроцессором драйвер, более крупные МОП-транзисторы и теплоотводы. Блок 3кВт работает от 120В переменного тока; блок 12 кВт использует 240В.

Схема самодельного индукционного нагревателя | 2 Схемы

Вот проект индукционного нагревателя металлов простейшей конструкции, он собран по схеме мультивибратора и часто выступает как первый нагреватель, который делают радиолюбители.

Принцип действия ТВЧ установки

Катушка создает высокочастотное магнитное поле, и в металлическом предмете в середине катушки возникают вихревые токи, которые будут его разогревать. Даже маленькие катушки раскачивают ток около 100 A, поэтому параллельно с катушкой, подключена резонансная емкость, которая компенсирует ее индукционный характер. Схема катушка-конденсатор должна работать на их резонансной частоте.

ТВЧ катушка самодельная

Схема принципиальная электрическая

Схема индукционного нагревателя от 12В

Вот оригинальная схема генератора индукционного нагревателя, а ниже неё чуть изменённый вариант, по которому и была собрана конструкция мини ТВЧ установки. Ничего дефицитного тут нет — купить придётся только полевые транзисторы, использовать можно BUZ11, IRFP240, IRFP250 или IRFP460. Конденсаторы специальные высоковольтные, а питание будет от автомобильного аккумулятора 70 А/ч — он будет очень хорошо держать ток.

Проект на удивление оказался успешным — всё заработало, хоть и собрано было «на коленке» за час. Особенно порадовало что не требует сеть 220 В — авто аккумуляторы позволяют питать её хоть в полевых условиях (кстати, может из неё походную микроволновку сделать?). Можно поэкспериментировать в направлении чтобы снизить напряжение питания до 4-8 В как от литиевых АКБ (для миниатюризации) с сохранением хорошей эффективности нагрева. Массивные металлические предметы конечно плавить не получится, но для мелких работ пойдёт.

Ток потребления от источника питания 11 А, но после прогрева падает до примерно 7 A, потому что сопротивление металла при нагреве заметно увеличивается. И не забудьте сюда использовать толстые провода, способные выдержать более 10 А тока, иначе провода при работе станут горячие.

Нагрев отвертки до синего цвета ТВЧНагрев ножа ТВЧ

Второй вариант схемы — с питанием от сети

Чтоб удобнее настраивать резонанс можно собрать более совершенную схему с драйвером IR2153. Рабочая частота настраивается регулятором 100к в резонанс. Частотами можно управлять в диапазоне примерно 20 — 200 кГц. Схема управления нуждается в вспомогательном напряжении 12-15 В от сетевого адаптера, а силовая часть через диодный мост может быть подключена напрямую к сети 220 В. Дроссель имеет около 20 витков 1,5 мм на ферритовом сердечнике 8×10 мм.

Схема индукционного нагревателя от сети 220В

Рабочая катушка ТВЧ должна быть из толстой проволоки или лучше медной трубки, и имеет около 10-30 витков на оправке 3-10 см. Конденсаторы 6 х 330n 250V. И то, и другое через некоторое время сильно нагревается. Резонансная частота около 30 кГц. Эта самодельная установка индукционного нагрева собрана в пластиковом корпусе и работает уже более года.