Импровизиран индукционен нагревател с вихрови токове от заваръчен инвертор

Купете части от Aliexpress

Уредите, които се отопляват с електричество, а не с газ, са безопасни и удобни. Тези нагреватели не отделят сажди и миризми, но консумират много електроенергия. Добра идея е да си направите собствен индукционен нагревател. Това спестява пари и допринася за семейния бюджет. Съществуват много прости схеми, които могат да се използват за самостоятелно сглобяване на индуктор.

За да се улесни разбирането на схемите и правилното сглобяване на конструкцията, си струва да се разгледа историята на електричеството. Методите за нагряване на метални конструкции с намотки с електромагнитен ток се използват широко в промишлено производство на домакински уреди - бойлери, нагреватели и готварски печки. Оказва се, че можете да направите работещ и издръжлив индукционен нагревател със собствените си ръце.

Как работят устройствата

Как работят устройствата

Известният британски учен от XIX в. Фарадей прекарва 9 години в изследвания за преобразуване на магнитни вълни в електричество. През 1931 г. най-накрая е направено откритие, наречено електромагнитна индукция. Навиването на проводник в намотка със сърцевина от магнитен метал в центъра създава магнитно поле при променлив ток. Ядрото се нагрява от вихровите токове.

Откритието на Фарадей е приложено както в промишлеността, така и при конструирането на самоделни двигатели и електрически нагреватели. Първата топилна пещ, базирана на индуктор за вихрови токове, е открита в Шефилд през 1928 г. По-късно същият принцип се използва за отопление на фабрики, а за нагряване на вода и метални повърхности ценителите сглобяват индуктори със собствените си ръце.

Схемата на устройството от онова време е валидна и днес. Класическият пример е индукционен бойлер, който включва:

• метална сърцевина;
• жилища;
• топлоизолация.

Характеристиките на схемата за ускоряване на честотата на тока са следните:

• промишлена честота от 50 Hz не е подходяща за домашно приготвени устройства;
• директното свързване на индуктора към електрическата мрежа ще доведе до бучене и слабо нагряване;
• Ефективно нагряване се постига при честота от 10 kHz.

Сглобяване на схеми

Да сглоби индуктивен нагревател със собствените си ръце може всеки човек, запознат със законите на физиката. Сложността на устройството варира в зависимост от степента на обучение и опита на занаятчията.

Съществуват много видео уроци, по които е възможно да се създаде ефективно устройство. Почти винаги е необходимо да се използват следните основни компоненти:

• Стоманена тел с диаметър 6-7 mm;
• Меден проводник за индуктивна бобина;
• Метална мрежа (за задържане на телта в корпуса);
• адаптери;
• корпусни тръби (пластмасови или стоманени);
• високочестотен инвертор.

Това ще бъде достатъчно, за да сглобите собственоръчно индукционната бобина, която е в основата на проточния нагревател. След като необходимите елементи са подготвени Можете да преминете директно към процеса на изработване на устройството:

• нарежете тел на 6-7 см;
• Покрийте вътрешността на тръбата с метална мрежа и напълнете телта до върха;
• покрийте отвора на тръбата от външната страна по същия начин;
• навийте поне 90 пъти медния проводник върху пластмасовия корпус на намотката;
• вкарайте конструкцията в отоплителната система;
• използвайте инвертор за свързване на бобината към електричество.

Индукционен котел може лесно да се сглоби по подобен алгоритъм, който изисква

• изрежете заготовки от стоманена тръба с размери 25 на 45 mm и дебелина на стената не по-голяма от 2 mm;
• заварете ги заедно с по-малките диаметри;
• заварете железни капаци към краищата и пробийте отвори за гнезда с резба;
• направете скоба за индукционния плот, като заварите два ъгъла от едната страна;
• поставете плота в ъгловата скоба и го свържете към захранването;
• добавете течност за пренос на топлина в системата и включете отоплението.

Много индуктори работят с мощност не повече от 2 - 2,5 kW. Тези отоплителни уреди са предназначени за пространство от 20-25 m².

Ако генераторът се използва в автосервиз, той може да бъде свързан към заваръчен апарат, но е важно да се вземат предвид някои нюанси:

• Необходим е променлив ток, а не постоянен, както при инвертора. Заваръчният апарат трябва да бъде проверен за места, където напрежението не е директно.
• Броят на навивките на по-големия проводник се определя чрез математическо изчисление.
• Необходимо е охлаждане на работните елементи.

За принципа на индуктивното нагряване

Нека първо да обясним как работят електрическите индукционни нагреватели. Променливият ток, протичащ през намотките, формира електромагнитно поле около намотката. Ако в намотката се постави метална магнитна сърцевина, тя ще се нагрее от вихровите токове, генерирани от полето. Това е принципът.

Самият нагревателен елемент се нарича индуктор и е основната част на инсталацията. При отоплителните котли това е стоманена тръба с течаща вътре охлаждаща течност, докато при готварските печки това е плоска серпентина, разположена възможно най-близо до котлона, както е показано на снимката по-долу.

Втората част на на индукционния нагревател е веригаВтората част на индукционния нагревател е верига, която повишава честотата на тока. Това е така, защото напрежението е на при търговска честота 50 Hz не е подходящ за работа с такива устройства. Ако индукторът е свързан директно към електрическата мрежа, той ще бръмчи силно и ще нагрява слабо сърцевината, както и намотките. За да се преобразува ефективно електричеството в топлина и да се предаде изцяло на метала, честотата трябва да се повиши до поне 10 kHz, което се прави с електрическата верига.

Какви са реалните предимства на индукционните котли пред котлите с TEN и електроди:

1. Частта, която загрява водата, е обикновена тръба, която не участва в електрохимични процеси (както при електродните генератори на топлина). Поради това експлоатационният срок на индуктора е ограничен само от характеристиките на намотката и може да достигне 10-20 години.
2. По същата причина елементът е еднакво добър "приятел" с всички видове топлопреносни течности - вода, антифриз и дори машинно масло, без разлика.
3. Вътрешните части на индуктора не се мащабират по време на работа.

Плюсове и минуси на индукционните нагреватели за вода

Устройството има сравнително проста конструкция и не изисква специални документи за одобрение на употребата и монтажа. Индукционният нагревател за вода се отличава с висока степен на ефективност и оптимална надеждност за потребителя. Когато го използвате като бойлер за отопление, дори не е необходимо да инсталирате помпа, тъй като водата преминава през тръбите благодарение на конвекцията (течността практически се превръща в пара при нагряване).

Устройството има и редица предимства, които го отличават от другите видове бойлери. И така, индукционният нагревател:

При индукционните нагреватели водата се нагрява от тръбата, през която преминава, докато тя се нагрява от индукционния ток, създаден от намотката.

• Много по-евтино от своите аналози, такова устройство може лесно да се сглоби от самите вас;
• Напълно безшумен (въпреки че бобината вибрира по време на работа, тази вибрация не се усеща от хората);
• По време на работа той вибрира, така че мръсотията и котленият камък не полепват по стените му и следователно не е необходимо да се почистват;
• има генератор на топлина, който може лесно да бъде запечатан благодарение на принципа си на работа: топлоносителят е вътре в нагревателния елемент и енергията се предава на нагревателя чрез електромагнитно поле; не са необходими контакти; следователно не са необходими уплътнения, уплътнители или други елементи, които могат бързо да се разрушат или да протекат;
• В генератора на топлина няма нищо, което да се счупи, тъй като водата се загрява от обикновена тръба, която не може да се повреди или изгори, за разлика от нагревателния елемент;

Не бива да се забравя също така, че поддръжката на индукционен нагревател ще бъде много по-евтина от тази на бойлер или газов котел. Устройството се състои от минимален брой части, които почти никога не се повреждат.

Въпреки многото си предимства, индукционният нагревател има и редица недостатъци:

• Първата и най-болезнена за собствениците е сметката за електроенергия; устройството не може да се нарече икономично, така че ще трябва да платите прилична сума, щом го използвате;
• Второ, устройството става много горещо и загрява не само себе си, но и околното пространство, така че е по-добре да не докосвате тялото на топлинния генератор, когато той работи;
• Трето - устройството има изключително висока ефективност и разсейване на топлината, така че когато го използвате, не забравяйте да инсталирате температурен сензор, в противен случай системата може да експлодира.

Предимства на индукционните агрегати

Безспорните предимства на този тип устройства за отопление на дома включват следните характеристики:

• рентабилност - преобразуването на електрическата енергия в топлинна става почти изцяло без значителни загуби;
• Лесна употреба - не се изисква постоянна поддръжка на устройствата от този тип;
• компактен размер - индукционните бойлери са малки и могат да се монтират в отоплителна система в почти всяко помещение;
• Тиха работа - това оборудване е тихо и не предизвиква шум по време на работа;
• Дълъг живот - индукционните агрегати са издръжливи и могат да работят 30 и повече години;
• Високи нива на екологичност - няма вредни емисии по време на работа на устройството, не се изисква комин на устройството и организиране на вентилационна система.

Мнозина смятат, че индукционните котли са много по-изгодни от другите варианти за отопление на дома. А в сравнение с оборудването, оборудвано с нагревателни елементи, времето за нагряване на тези устройства е почти два пъти по-бързо. Благодарение на постоянната циркулация и вибрации на течността в тръбите и вътрешността на уреда не се образува котлен камък, което значително улеснява поддръжката и грижата за отоплителната система.

Външен вид на индукционните котли

Но този тип устройства имат и някои недостатъци. И основният недостатък може да се нарече фактът, че индукционното оборудване е доста скъпо от гледна точка на разходите. Но можете да се опитате сами да си направите такъв нагревател за домашно отопление.

Съвет. С определени умения и технически познания е възможно да сглобите индукционен нагревател за къщата със собствените си ръце. Но преди да пристъпите към процеса на сглобяване на устройството, първо трябва да прецените възможностите си и опита си в създаването на такива устройства, тъй като не е толкова лесно да ги направите.

Опции за домашно приготвени устройства

В интернет има достатъчен брой различни дизайни, създадени за различни цели. Вземете индукционен нагревател с малки размери, направен от 250-500W компютърно захранване. Моделът, показан на снимката, е подходящ за гараж или автосервиз за топене на алуминиеви, медни и месингови пръти.

Но той не е подходящ за отопление на помещения поради ниската си мощност. В интернет има два реални варианта, чиито тестове и експлоатация са заснети на видео:

• Нагревател за вода от полипропиленови тръби, захранван от заваръчен инвертор или индукционна печка;
• стоманен бойлер с отопление от същия готварски плот.

Сега нека разгледаме по-отблизо как се правят индукционните нагреватели със собствените ни ръце и най-важното - как функционират след това.

Изработване на нагревателен елемент от тръба

Ако сте търсили информация по темата, вероятно сте се сблъскали с този дизайн, тъй като майсторът е публикувал сглобяването му в популярния видеоресурс YouTube. След това много сайтове публикуваха текстови версии на конструкцията на този индуктор под формата на инструкции стъпка по стъпка. Накратко, нагревателят е направен по следния начин:

1. Вкарайте метални четки за миене на съдове (могат да бъдат от нарязана тел - пръчка) в полипропиленовата тръба с диаметър 40 mm и дължина 50 cm. Те трябва да се привличат с магнит.
2. Кранчетата с резба за свързване към отоплителната мрежа се запояват към тръбата.
3. От външната страна по протежение на корпуса се залепват 4-5 пръчки от текстолит. Около тях се увива изолиран със стъкло проводник със сечение 1,7-2 mm², използван при заваряване на трансформатори.
4. Готварската плоча се разглобява и се отстранява "родният" плосък индуктор. На негово място се свързва самоделен тръбен нагревател.

Както лесно може да се предположи, ролята на нагревателен елемент тук се изпълнява от метални четки, които се намират в променливото магнитно поле на намотката. Ако пуснете котлона на максимална мощност, като едновременно с това прекарвате течаща вода през импровизирания бойлер, той ще успее да я затопли с 15-20°C, което показаха и тестовете на устройството.

Тъй като повечето индукционни котлони са с мощност 2-2,5 kW, един генератор на топлина може да отоплява помещение с обща площ не повече от 25 m². Съществува начин за увеличаване на топлината чрез свързване на индуктора към заваръчен апарат, но това има своите трудности:

1. Индукторът доставя постоянен ток, а вие се нуждаете от променлив ток. За да се свърже индукционният нагревател, машината трябва да се разглоби и да се посочат точките на схемата, където напрежението все още не е изравнено.
2. Трябва да се използва по-голямо сечение на проводника и да се изчисли броят на навивките. Алтернативно, меден проводник Ø1,5 mm с емайлирана изолация.
3. Необходимо е да се осигури охлаждане на елемента.

Авторът демонстрира функционалността на индукционния бойлер във видеоклипа по-долу. Тестовете показаха, че устройството се нуждае от модификация, но за съжаление крайният резултат не е известен. Изглежда, че майсторът е оставил проекта недовършен.

От заваръчен инвертор

Най-простият бюджетен вариант е да се направи индукционен нагревател с помощта на заваръчен инвертор:

1. За тази цел вземете полимерна тръба, чиито стени трябва да са дебели. Монтирайте 2 клапана в краищата и свържете разпределението.
2. Запълваме парчета (с диаметър 5 мм) метална тел в тръбата и монтираме горния клапан.
3. След това направете 90 оборота около тръбата с медна тел и ще получите индуктора. Нагревателният елемент е тръбата, а генераторът използваме заваръчен апарат.
4. Устройството трябва да работи в режим на променлив ток с висока честота.
5. Свържете медния проводник към полюсите на заваръчния апарат и проверете работата му.

Работата на индуктора ще излъчи магнитно поле и вихровите токове ще нажежат нарязания проводник, което ще накара водата в полимерната тръба да заври.

Инструкции за приготвяне

Чертежи

Фигура 1. схема на индукционния нагревател

Фигура 2. устройство.

Фигура 3. Схема на прост индукционен нагревател

За изработката на нагревателя са необходими следните материали и инструменти:

• поялник;
• спойка;
• дъска, изработена от текстолит.
• мини бормашина.
• радиоелементи.
• термопаста.
• химически реактиви за ецване на дъската.

Допълнително материали и техните характеристики:

1. За да се направи намотката, която ще излъчва променливото магнитно поле, необходимо за нагряването, е необходимо да се подготви парче медна тръба с диаметър 8 mm и дължина 800 mm.
2. Силовите транзистори са най-скъпата част от домашния индукционен блок. За да се сглоби веригата на честотния генератор, трябва да се подготвят 2 от тези елементи. Подходящите транзистори за тази цел са IRFP-150; IRFP-260; IRFP-460. При изработването на схемата са използвани 2 идентични от изброените полеви транзистори.
3. За създаването на осцилиращата верига ще са необходими керамични кондензатори с капацитет 0,1 mF и работно напрежение 1600 V. За да може бобината да произвежда променлив ток с висока мощност, са необходими 7 такива кондензатора.
4. При работа с това индукционно устройство полевите транзистори се нагряват силно и ако не са монтирани радиатори от алуминиева сплав, те ще излязат от строя само след няколко секунди работа при максимална мощност. Трябва да използвате тънък слой термопаста, за да монтирате транзисторите върху радиаторите, в противен случай ефективността на охлаждането ще бъде незначителна.
5. Диодите, използвани в индукционния нагревател, трябва винаги да са свръхбързи. Най-подходящите диоди за тази схема са MUR-460; UF-4007; HER - 307.
6. Резистори, които се използват във верига 3: 10 kOhm с мощност 0,25 W - 2 бр. и 440 Ohm с мощност 2 W. Стабилизатори: 2 броя с работно напрежение 15 V. Мощността на стабилитроните трябва да бъде най-малко 2 W. За свързване към захранващите проводници на бобината се използва индуктивен дросел.
7. За захранване на цялото устройство е необходимо захранващо устройство с капацитет до 500. W и напрежение от 12 до 40 V. Устройството може да се захранва от автомобилен акумулатор, но при това напрежение не е възможно да се получат най-високите стойности на мощността.

Самият процес на изработване на електронен генератор и бобина отнема малко време и се извършва в следната последователност:

1. От медна тръба е направена намотка с диаметър 4 cm. За да направите намотката, трябва да усучете медната тръба върху пръчка с плоска повърхност и диаметър 4 cm. Намотката трябва да има 7 навивки, които не трябва да се допират една до друга. Двата края на тръбата са запоени с фиксиращи пръстени, за да се свържат с радиаторите на транзистора.
2. Печатната платка е изработена в съответствие с електрическата схема. Ако са налични полипропиленови кондензатори, устройството ще бъде много по-стабилно, тъй като те имат минимални загуби и работят стабилно при по-високи амплитуди на напрежението. Кондензаторите във веригата са монтирани паралелно, за да образуват трептяща верига с медната намотка.
3. Металът се нагрява в намотката, след като веригата се свърже към захранването или батерията. При нагряването на метала трябва да се внимава да не се получи късо съединение на пружинните намотки. Ако нагретият метал докосне едновременно 2 намотки на бобината, транзисторите ще излязат от строя незабавно.

Специални функции

Самото сглобяване на отоплителния уред е само половината от задачата.

Не по-малко важно е правилното функциониране на получената конструкция. Първоначално всеки подобен уред крие известен риск, тъй като не е в състояние сам да контролира нивото на нагряване на средата. Поради това всеки нагревател изисква известна модификация, т.е. инсталиране и свързване на допълнителни устройства за управление и автоматика.

Поради това всеки отоплителен уред трябва да се преработи, т.е. да се монтират и свържат допълнителни устройства за управление и автоматика.

На първо място, изходът на тръбата е оборудван със стандартизиран набор от предпазни устройства, като предпазен клапан, манометър и вентилационно устройство. Не трябва да се забравя, че индукционните нагреватели за вода работят правилно само при принудителна циркулация на водата. Гравитационната верига много бързо ще доведе до прегряване на елемента и ще разруши пластмасовата тръба.

За да се избегнат такива ситуации, в нагревателя се монтира термостат, свързан с устройство за аварийно изключване. Опитните електротехници използват термостати с температурни сензори и релета, които изключват веригата, когато водата достигне зададената температура.

Самоделните конструкции са доста неефективни, тъй като вместо свободно преминаване, водата се възпрепятства от телени частици. Те почти напълно блокират тръбата, което води до повишено хидравлично съпротивление. При необичайни ситуации пластмасата може да се повреди или разкъса и горещата вода със сигурност ще предизвика късо съединение. Тези отоплителни уреди обикновено се използват в малки помещения като допълнителна система за отопление през студения сезон.

Използването на индукционни намотки вместо традиционните нагревателни елементи в отоплителното оборудване е позволило значително да се повиши ефективността на устройствата, като същевременно се консумира по-малко електроенергия. Индукционните нагреватели са на пазара от сравнително кратко време и на сравнително висока цена. Ето защо майсторите не са оставили тази тема без внимание и са измислили начини да направят индукционен нагревател от заваръчен инвертор.