Ідея нагрівати метал вихровими струмами Фуко, що збуджуються електромагнітним полем котушки, аж ніяк не нова. Вона давно та успішно експлуатується в промислових плавильних печах, ковальських майстернях, побутових нагрівальних приладах – плитах та електрокотлах. Останні досить дорогі, тому домашні умільці не залишають спроб зробити індукційний нагрівач води своїми руками. Наше завдання – розглянути працездатні варіанти саморобних пристроїв та розібратися, чи можна використовувати їх для опалення будинку.
Про принцип індуктивного нагрівання
Для початку пояснимо, як функціонують електричні індукційні нагрівачі. Змінний струм, проходячи витками котушки, утворює навколо неї електромагнітне поле. Якщо помістити всередину обмотки сердечник з металу, що магнітиться, то він буде нагріватися вихровими струмами, що виникають під впливом поля. Ось і принцип.
Важлива умова. Щоб металевий сердечник нагрівався, котушка повинна живитись змінним струмом, що змінює знак і вектор поля з високою частотою. При подачі на обмотку постійного струму ви отримаєте звичайний електромагніт.
Сам нагрівальний елемент зветься індуктора і є головною частиною установки. У опалювальних котлах він являє собою сталеву трубу з теплоносієм, що протікає всередині, а в кухонних плитах - плоску котушку, максимально наближену до варильної панелі, як зображено далі на фото.
Котушка-індуктор нагріває залізну трубу, яка передає тепло воді, що протікає. Друга частина індукційного нагрівача – схема, що підвищує частоту струму. Справа в тому, що напруга з промисловою частотою 50 Гц є малопридатною для роботи подібних пристроїв. Якщо приєднати індуктор до мережі безпосередньо, він почне сильно гудіти і слабко прогрівати сердечник, причому разом із обмотками. Щоб ефективно перетворювати електрику на теплоту і повністю передавати її металу, частоту потрібно підвищити мінімум до 10 кГц, чим займається електросхема.
У чому полягають реальні переваги індукційних котлів перед ТЕНовими та електродними:
- Деталь, що нагріває воду, - це простий шмат труби, що не бере участі в електрохімічних процесах (як в електродних теплогенераторах). Тому термін служби індуктора обмежується лише працездатністю котушки та може досягати 10-20 років.
- З тієї ж причини елемент однаково добре «дружить» з усіма видами теплоносіїв – водою, антифризом і навіть олією, різниці немає.
- Нутрощі індуктора не покриваються накипом у процесі експлуатації.
Тут сердечником служить посуд із магнітного металу Варіанти саморобних пристроїв
На просторах інтернету розміщено достатню кількість різноманітних конструкцій, що створюються для різних цілей. Взяти індукційний компактний нагрівач, виготовлений з комп'ютерного блоку живлення 250-500 Вт. Модель, показана на фото, стане в нагоді майстру в гаражі або автосервісі для плавки стрижнів з алюмінію, міді та латуні.
Але для опалення приміщень конструкція не підійде через малу потужність. В інтернеті є два реальні варіанти, чиї випробування та робота знято на відео:
- водонагрівач із поліпропіленової труби з живленням від зварювального інвертора або індукційної кухонної панелі;
- сталевий котел із нагріванням від тієї ж варильної панелі.
Довідка. Існують і інші повністю саморобні конструкції, де перетворювачі частоти умільці збирають з нуля. Але для цього потрібні знання та навички в галузі радіотехніки, тому розглядати їх ми не будемо, а просто наведемо приклад такої схеми.
Тепер давайте докладніше розберемо, як робляться індукційні нагрівачі своїми руками, а головне, як вони потім функціонують.
Виготовляємо нагрівальний елемент із труби
Якщо ви щільно займалися пошуком інформації на цю тему, то, напевно, зіткнулися з цією конструкцією, оскільки майстер виклав її складання на популярному відеоресурсі YouTube. Після чого багато сайтів розмістили текстові версії виготовлення індуктора у вигляді покрокових інструкцій. Коротко нагрівач робиться так:
Важливий аспект. Довжину та переріз дроту для намотування котушки слід визначати за штатним індуктором пічки, щоб вона відповідала потужності польових транзисторів в електросхемі. Якщо взяти більше дроту, то впаде потужність нагріву, менше – перегріються та вийдуть з ладу транзистори. Як це виглядає візуально, дивіться на відео:
Як неважко здогадатися, роль нагрівального елемента тут відіграють металеві йоржики, що знаходяться в змінному магнітному полі котушки. Якщо запустити варильну панель на максимум, одночасно пропускаючи через імпровізований котел проточну воду, її вдасться нагріти на 15-20 °С, що й показали випробування агрегату.
Оскільки потужність більшості індукційних плит лежить у межах 2-2,5 кВт, то за допомогою теплогенератора можна обігріти приміщення загальною площею не більше 25 м2. Є спосіб збільшити нагрівання, підключивши індуктор до зварювального апарату, але є свої складнощі:
- Інвертор видає постійний струм, а потрібний змінний. Для приєднання індукційного нагрівача апарат доведеться розібрати та знайти на схемі точки, де напруга ще не випрямлена.
- Потрібно взяти провід більшого перерізу та підібрати кількість витків шляхом розрахунку. Як варіант, мідний дріт Ø1.5 мм у емалевій ізоляції.
- Потрібно організувати охолодження елемента.
Перевірку працездатності індуктивного водонагрівача автор демонструє у своєму відео, наведеному нижче. Випробування показали, що агрегат потребує доопрацювання, але кінцевий результат, на жаль, невідомий. Схоже, що майстер залишив проект незавершеним.
Як зібрати індукційний котел
І тут дешеву китайську плиту розбирати не потрібно. Суть у тому, щоб зварити за її розмірами котловий бак, керуючись покроковою інструкцією:
- Візьміть сталеву профільну трубу 20 х 40 мм із товщиною стінки 2 мм та наріжте з неї заготовок по ширині панелі.
- Зваріть трубки між собою по довжині, стикуючи меншими сторонами.
- Зверху та знизу до торців герметично приваріть залізні кришки. Зробіть отвори в них і поставте патрубки з різьбленнями.
- До однієї із сторін прикріпіть зварюванням 2 куточки, щоб вони утворили полицю для індукційної печі.
- Пофарбуйте агрегат термостійкою емаллю з балончика. Докладніше процес складання показаний у відеоролику.
Остаточне складання та запуск полягає в монтажі котла на стіну та його врізанні в систему опалення. Варильна панель вставляється в гніздо з куточків на задній стінці бака та підключається до електромережі. Залишається і увімкнути нагрівання індуктора.
Тут вас чатує та сама проблема, що зустрічалася з попередньою моделлю. Безперечно, індукційне нагрівання працюватиме, але його потужності 2.5 кВт вистачить для обігріву парочки невеликих кімнат при морозі на вулиці. Восени та навесні, коли температура не опустилася нижче за нуль, саморобний котел зможе опалити площу 35-40 м². Як його правильно підключити до системи, дивіться у черговому відеосюжеті:
Ми навмисне представили варіанти індукційних водонагрівачів нескладної конструкції, щоб кожен бажаючий міг зробити подібний агрегат самотужки. Але залишилося питання, чи потрібно займатися цією справою та витрачати свій час. Із цього приводу є низка об'єктивних міркувань:
- Користувачі, які не знаються на електриці та радіотехніці, навряд чи зможуть домогтися збільшення потужності нагріву понад 2.5 кВт. Для цього доведеться зібрати схему перетворювача частоти.
- ККД індуктора не вище, ніж в інших електричних котлів. Але зібрати нагрівач із ТЕНами набагато простіше.
- Якщо у вас не завалялася вдома індукційна панель, потрібно її купити приблизно за 80 у. е. Стільки коштують дешеві китайські вироби в інтернет-магазинах. За ті ж гроші продаються готові електродні казани потужністю до 10 кВт.
- Електроплити оснащуються автоматикою безпеки, що відключають побутовий прилад через 1 або 2 години роботи. Це завдає незручності при експлуатації.
- Якщо через різні причини теплоносій випливе з саморобного теплогенератора, то нагрівання не припиниться. Це загрожує пожежею.
Звичайно, ви можете обійтися без дорогих покупок, досконало розібратися в конструкції та зробити індукційний нагрівач з нуля. Але виконати все безкоштовно не вийде, адже потрібно придбати комплектуючі для схеми. Зауважте, що бонуси від подібного опалювального агрегату невеликі, тому серйозно братися за його виготовлення з метою обігріву приватного будинку недоцільно.
Простий індукційний нагрівач складається з потужного генератора високої частоти і низькоомної котушки-контуру, яка є навантаженням генератора.
Генератор із самозбудженням генерує імпульси на підставі резонансної частоти контуру. В результаті в котушці виникає потужне змінне електромагнітне поле частотою 35 кГц.
Якщо центр цієї котушки помістити сердечник з струмопровідного матеріалу, то всередині нього виникне електромагнітна індукція. В результаті частої зміни ця індукція викличе в осерді вихрові струми, які в свою чергу спричинять виділення тепла. Це класичний принцип перетворення електромагнітної енергії на теплову.
Індукційні нагрівачі дуже давно використовуються в багатьох сферах виробництва. З їх допомогою можна робити загартування, безконтактне зварювання, і найголовніше - точковий прогрів, а також плавлення матеріалів.
Я покажу вам схему простого низьковольтного індукційного нагрівача, яка вже стала класичною.
Ми її ще більше спростимо цю схему і стабілітрони «D1, D2» не будемо встановлювати.
Елементи, які знадобляться:
1. Резистори на 10 ком - 2 шт.
2. Резистори на 470 Ом – 2 шт.
3. Діоди Шоттки на 1 А – 2 шт. (Можна інші, головне на струм від 1 А та швидкодіючі)
4. Польові транзистори IRF3205 - 2 шт. (можна взяти будь-які інші потужні)
5. Індуктор "5+5" - 10 витком з відведенням від середини. Чим товщі провід, тим краще. Мотав на дерев'яній круглій палиці, сантиметра 3-4 у діаметрі.
6. Дросель – 25 витків на кільці із блоку старого комп'ютера.
7. Конденсатор 0,47 мкф. Краще набирати ємність кількома конденсаторами та на напругу не нижче 600 Вольт. Я спочатку взяв на 400, в результаті чого він почав грітися, далі замінив його на складову з двох послідовно, але так не роблять, просто під рукою більше не було.
Виготовлення простий індукційний нагрівач 12 В
Зібрав всю схему навісним монтажем, відокремивши індуктор колодкою від усієї схеми. Конденсатор бажано розташовувати в безпосередній близькості від котушки. Не як у мене в цьому прикладі загалом. Транзистори встановив на радіатори. Запитав всю установку від акумулятора 12 Вольт.
Працює відмінно. Лезо канцелярського ножа нагріває дуже швидко. Рекомендую всім до повторення.
Після заміни конденсатора вони не грілися. Транзистори і індуктор гріються, якщо працює постійно. На невеликий час – не критично майже.
Популярність використання в опаленні нагрівальних приладів, що працюють від електромережі, спричинена зручністю експлуатації. Електроприлади безпечніші за газові, екологічно чистіші за твердопаливні системи. Їх недолік полягає у дорожнечі споживаних ресурсів. Проблему вирішить встановлення вихрового індукційного нагрівача. Прилад відрізняється великою продуктивністю за мінімального споживання електроенергії.Зробити індукційний нагрівач може кожен, хто «дружить» із паяльником.
Вихровий індукційний нагрівач - це електромагнітний пристрій для нагрівання теплообмінного пристрою у вигляді трубиПринцип роботи обладнання ВІН 7, 10, 30, 40
Індуктор – це електромагнітний пристрій, який використовує для нагріву струмопровідних матеріалів вихрові струми, що збуджуються змінним магнітним полем. Виглядає прилад як обмотки з кількох витків мідної обмотки. Індукційне нагрівання відбувається за наступною схемою. Генератор наводить у пристрої струми різних частот, в результаті чого всередині утворюється магнітне поле, всередині якого розташовується об'єкт, що нагрівається. Магнітне поле наводить в тілі вихрові струми, що перетворюють електричну енергію на теплову. Внаслідок дії теплової енергії тіло розігрівається.
Індукційна піч – один із перших пристроїв, у якому описаний вид енергії знайшов застосування. Принцип роботи індукційної печі ідентичний індукційного нагрівання. Прилад застосовується для обробки металів (паяння, плавки, кування та ін.) Розплавити тверді матеріали здатна навіть саморобна індукційна піч. Останні кілька десятків років енергія електромагнітного поля використовується для обігріву приміщень (у системах повітряного та водяного опалення). Промислові теплогенератори вихрові здатні забезпечити тепло на об'єктах об'ємом до 10,000 куб.м.
Переваги та недоліки вихрових індукційних нагрівачів
- Швидкий розігрів провідних струмів матеріалів.
- Екологічна безпека. Пристрій використовується у замкнутих просторах, позбавлених вентиляційного обладнання.
- Розміри індуктора немає обов'язкових стандартів.
- Проста автоматизація, зручне керування циклами нагріву та охолодження.
Важливо! Індукційний нагрівач повинен бути виконаний у чіткому узгодженні з тілом, що нагрівається. А якщо ні, то знадобиться невиправдано велика потужність для розігріву.
Індукційний генератор у системі опалення
Для автономного опалення в приватному будинку буде потрібно трансформатор, який складається з двох короткозамкнених обмоток. Усередині пристрою виникають вихрові струми, і електромагнітне поле прямує на вторинну обмотку. Вторинний контур виконує роль основи та нагрівача циркуляційної речовини. Як обігріваюча рідина використовується струмопровідна речовина (масло, вода, антифриз).
Встановлюється вихровий у зручному місці. Аналогічно традиційним нагрівальним опаленням, до індукторного обігрівача підключається два патрубки. Один служить для подачі води в котел, інший забезпечує вихід теплоносія в трубопровід і подальший розподіл батарей. У магістраль речовина надходить природним шляхом. В результаті різної щільності холодної та гарячої вод утворюється гідростатичний напір, який провокує кругообіг.
Порада! Незважаючи на створення природної циркуляції у процесі індукційного нагріву, фахівці рекомендують обов'язкове встановлення циркуляційного насоса.
В опаленні як нагрівач повітря. Зробити вихровий теплогенератор своїми руками в домашніх умовах складніше, ніж електромагнітний казан. До того ж, інверторний обігрівач повітря виправдовує себе у разі потреби мобільного обігріву великих приміщень. П'ять переваг індукційної генерації тепла у приватному будинку:
- Економія енергоресурсів
- Безшумна робота
- Відсутність шкідливих речовин
- Робоча вібрація пристрою запобігає відкладенню опадів на стінах трубопроводу
- Тривалий термін експлуатації
Створити примітивний індуктор своїми руками у домашніх умовах не складно. Для цього не потрібний великий набір інструментів та обладнання. Схема індукційного нагрівача проста.
Як зробити індукційний нагрівач своїми руками за схемою: ціна матеріалів невелика
Для того, щоб виготовити індукційний обігрівач знадобиться трансформатор змінного струму (бажано з регулюванням напруги). Індукційний нагрівач із зварювального інвертора є чудовим вирішенням питання. Виготовлення пристрою вимагатиме використання підручних засобів, таких як:
- Відрізок товстостінної (45-50 мм) пластикової труби
- Дріт із сталі, діаметром 6-8 мм
- Металева сітка
- Мідний дріт (1,5 – 2 мм)
- З'єднувачі нагрівача з магістраллю
Один край пластикової заготовки щільно закупорюється металевою сіткою. Циліндр наповнюють частинками сталевого дроту, який нарізають заздалегідь відрізками завдовжки 4-5 см. Пластикова труба заповнюється дротом повністю, після чого верх закривається сіткою. Для заповнення циліндра підійде будь-який метал. Виготовлений елемент буде корпусом індуктора.
Виготовлений прилад за допомогою перехідників монтується в опалення таким чином, щоб теплоносій проходив усередині котушки. До індуктора підключається зварювальне обладнання. З метою економії коштів можна створити. Важливо забезпечити надійну герметизацію з'єднань з трубопроводом та ізоляцію клем приладу. Зовні індуктор покривається теплоізоляційним екраном. Опалення готове до експлуатації.
Увага! Використання пристрою допускається за наявності води в опаленні. В іншому випадку пластикова основа розплавиться.
Для того щоб створити теплогенератор своїми руками, крім трансформатора, знадобиться електродвигун.
ПОДИВИТИСЬ ВІДЕО
Заходи безпеки
- Відкриті ділянки провідників струму ізолюються обов'язково.
- Прилади індукційного нагріву розміщуються на відстані 80 см до стелі або підлоги, 30 см до стін та меблів.
- Безпечну роботу пристрою забезпечить встановлення манометра, панелі автоматичного керування та скидання повітря.
І головне! Будь то індукційна піч із зварювального інвертора або електромагнітний котел - відповідальність за можливі наслідки покладається на виробника саморобного пристрою.
Вихрові індукційні нагрівачі зможе зібрати кожен, якщо врахує усі нюанси!
Добридень. Та й годі про добро. Начитавшись і надивившись усім відомий індукційний генератор за схемою ZVC драйвера, вирішив зробити щось схоже для гартування невеликих металевих предметів, в гаражну автомайстерню і для плавки свинцю на грузила. Схема стандартна, звичайний високочастотний мультивібратор, який повторили сотні людей.
Схема драйвера ZVC
Стандартний варіант генератора
Посилений варіант схеми
Але видно мені увійти до їх числа не доля...
Були куплені всі необхідні деталі – нові польові транзистори, нові фаст діоди та стабілітрони. Все перед паянням було випробувано на транзистор-тестері, у тому числі для визначення правильної цоколівки.
Була зібрана шикарна котушка із чистої міді діаметром 5 мм. Але працювати цей аксесуар уперто відмовлявся.
Підозра впала на дроселя, які більшість радіоаматорів рекомендують мотати на жовтих порошкових кільцях від БП АТХ.
Видобуток шуканих та встановлення також виявився безрезультативним - індукційний нагрівач металів як не працював раніше, так і не збирався працювати далі. Підключення різних варіантів котушок спільно з конденсаторами різної ємності картину не змінили - "відкриває риба рот, але не чути, що співає", тобто транзистори відкриваються, струм тягнуть, а генерації не відбувається.
Зрештою все це неабияк набридло, багатоденні танці з бубном закінчилися, і довелося з поклоном йти до китайців на їхній Аліекспрес, замовляти за 7 доларів готовий модуль генератора.
Через 2 тижні ця штука була доставлена кур'єром прямо на будинок і після підключення до комп'ютерного блоку живлення на 12 В успішно запрацювала.
Причому вона працювала і від 5 вольт, і з маленькою штатною котушкою, і з великою саморобною, загалом генерувала потужне електромагнітне поле у всіх позах (з тими ж деталями та схемою). Розжарює 3 мм штир до червона за 20 секунд. Із залізницею 6 мм возиться кілька хвилин, при цьому моторошно гріється саме (в основному транзистори та котушка).
На що тут грішити? Може, конденсатори не ті, може транзистори... У будь-якому разі факт залишається фактом: промислова плата запрацювала, а саморобна ні. Так що хтось хоче - може сміливо кинути в мене шматком каніфолі, інші - поспівчувати, треті самі спробувати зібрати і написати в коментарях про результати...
Ось проект індукційного нагрівача металів найпростішої конструкції він зібраний за схемою мультивібратора і часто виступає як перший нагрівач, який роблять радіоаматори.
Принцип дії ТВЧ установки
Котушка створює високочастотне магнітне поле, і в металевому предметі в середині котушки виникають вихрові струми, які його розігріватимуть. Навіть маленькі котушки розгойдують струм близько 100 A, тому паралельно з котушкою підключено резонансну ємність, яка компенсує її індукційний характер. Схема котушка-конденсатор повинна працювати на їхній резонансній частоті.
ТВЧ котушка саморобна Схема принципова електрична
Схема індукційного нагрівача від 12В Ось оригінальна схема генератора індукційного нагрівача, а нижче за неї трохи змінений варіант, за яким і була зібрана конструкція міні ТВЧ установки. Нічого дефіцитного тут немає — купити доведеться тільки польові транзистори, можна використовувати BUZ11, IRFP240, IRFP250 або IRFP460. Конденсатори спеціальні високовольтні, а живлення буде від автомобільного акумулятора 70 А/год - він дуже добре триматиме струм.
Проект напрочуд виявився успішним — усе запрацювало, хоч і зібрано було «на коліні» за годину. Особливо порадувало що не вимагає мережа 220 В - авто акумулятори дозволяють живити її хоч у польових умовах (до речі, може з неї похідну мікрохвильову піч зробити?). Можна поекспериментувати в напрямку, щоб знизити напругу живлення до 4-8 В як від літієвих АКБ (для мініатюризації) зі збереженням хорошої ефективності нагрівання. Масивні металеві предмети, звичайно, плавити не вийде, але для дрібних робіт піде.
Струм споживання від джерела живлення 11 А, але після прогріву падає приблизно до 7 A, тому що опір металу при нагріванні помітно збільшується. І не забудьте сюди використовувати товсті дроти, здатні витримати більше 10 А струму, інакше дроти під час роботи стануть гарячі.
Нагрів викрутки до синього кольору ТВЧ 
Нагрівання ножа ТВЧ Другий варіант схеми - з живленням від мережі
Щоб зручніше налаштовувати резонанс, можна зібрати більш досконалу схему з драйвером IR2153. Робоча частота настроюється регулятором 100к в резонанс. Частотами можна керувати в діапазоні приблизно 20-200 кГц. Схема управління потребує допоміжної напрузі 12-15 від мережевого адаптера, а силова частина через діодний міст може бути підключена безпосередньо до мережі 220 В. Дросель має близько 20 витків 1,5 мм на феритовому сердечнику 8×10 мм.
Схема індукційного нагрівача від мережі 220В Робоча котушка ТВЧ повинна бути з товстого дроту або краще за мідну трубку, і має близько 10-30 витків на оправці 3-10 см. Конденсатори 6 х 330n 250V. І те, й інше через якийсь час сильно нагрівається. Резонансна частота близько 30 кГц. Ця саморобна установка індукційного нагріву зібрана у пластиковому корпусі та працює вже більше року.
