Схема самодельного индукционного нагревателя

Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов

Принцип работы

Индукционные нагреватели получили популярность на рынке, что объясняется их эффективностью и простотой конструкции. Состоят такие отопители из следующих основных элементов:

  • Генератора.
  • Индуктора.
  • Нагревателя.

Индуктор имеет вид металлической катушки, выполненной из медной проволоки. Основное его назначение — это создание вихревого магнитного поля. Генератор переменного тока необходим для получения из электроэнергии от бытовой сети высокочастотного потока. В качестве нагревательных элементов используется металлический наполнитель, который излучает тепло под воздействием магнитного поля.

Вся работа индукционного нагревателя может полностью контролироваться автоматикой, которая с помощью специальных датчиков анализирует показатели температуры теплоносителя, уменьшая или увеличивая интенсивность нагрева. Используемые блоки управления отвечают за безопасность котла, предупреждая его перегрев и выход из строя силовой части по причине перенапряжения.

Наибольшее распространение получили вихревые нагреватели индукционного типа, которые сочетают простоту конструкции, отличаются топливной экономичностью и универсальностью использования. Последнее позволяет использовать их не только для решения проблем горячего водоснабжения, но и для нагрева теплоносителя при отоплении частного дома.

Принцип работы и область применения

Генератором повышается частота тока и передаёт свою энергию катушке. Индуктором ведётся преобразование высокочастотного тока в переменное электромагнитное поле. С высокой частотой меняются электромагнитные волны.

Нагревание происходит за счёт разогрева вихревых токов, которые провоцируются переменными вихревыми векторами электромагнитного поля. Почти без потерь передаётся энергия с высоким КПД и энергии достаточно на разогрев теплоносителя и даже больше.

Аккумуляторная энергия передаётся на теплоноситель, который находится внутри трубы. Теплоноситель, в свою очередь, является охладителем нагревательного элемента. За счёт чего, увеличивается срок эксплуатации.

Промышленность является наиболее активным потребителем индукционных нагревателей, так как многие проектирования предусматривают вести с высокой термообработкой. С их использованием повышается прочность продукции.

В высокочастотных кузницах устанавливаются приборы с высокой мощностью.

Кузнечно-прессовые компании, используя такие агрегаты, повышают производительность труда и уменьшают износ штампов, сокращают расход металла. Установки со сквозным нагревом могут охватывать сразу некоторое количество заготовок.

При поверхностном упрочнении деталей, применение такого нагрева позволяет увеличить в несколько раз износостойкость и получить значительный экономический эффект.

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

Схема принципиальная электрическая

Видеообзор индукционный нагреватель

В качестве преобразователя был изготовлен инвертор, который работает на низковольтных полевых транзисторах от мощного источника постоянного тока 12 В. Во время работ по регулировке аппарата применялся кислотный аккумулятор от легкового автомобиля. Первые включения прибора производились от напряжения 6 В (использовались не все банки аккумулятора).

Задающий генератор на микросхеме TL494 был подключен к маломощному регулируемому источнику питания от 0 до 15 В. Затем для его питания использовали компьютерный блок питания. На первом этапе необходимо было обеспечить устойчивую генерацию выходного сигнала генератора. Вопрос о том, что при пониженном питании инвертора не обеспечивается оптимальное согласование выходного трансформатора и т.д., рассчитанного на питание от 12 В, не стоял!

О форме выходных импульсов во время предварительных испытаний инвертора мы просто не думали! Важно было получить одинаковую форму и амплитуду на выходах TL494 и транзисторах драйверов. Большого опыта работы с силовой электроникой ни у меня, ни у моих воспитанников не было, поэтому мы “осторожничали, чтобы не наделать проблем” с выходными транзисторами и трансформаторами.

Читайте также:  Мангал барбекю из кирпича своими руками. Фото инструкция

Схема индукционного нагревателя

За основу преобразователя была выбрана принципиальная схема инвертора см. рис. 1. В качестве транзисторов драйверов применялись отечественные кремниевые транзисторы КТ816 и другие, аналогичные по параметрам. Усиленные прямоугольные импульсы формы “меандр” через ограничивающие резисторы поступают на затворы мощных (MOSFET) полевых транзисторов IRF. Мощный двухтактный выходной каскад на полевых транзисторах усиливает прямоугольные импульсы до необходимого уровня.

Нагрузкой выходного каскада является импульсный выходной трансформатор на ферритовом сердечнике. В каждом плече выходного каскада в нашем случае использовалось не более двух транзисторов. Когда добавляли транзисторы, напряжение (входное) на затворах мосфетов уменьшалось, соответственно выходная мощность оставалась на уровне примерно 200…300 Вт. Возможностей подбирать идентичные пары транзисторов драйверов, как и выходных полевых транзисторов, в наших условиях (ввиду отсутствия финансовой поддержки и т.д.) не представляется возможным, поэтому мы остановились на “достигнутых результатах!”.

Выходной трансформатор был использован самодельный. Сердечники — от компьютерных блоков питания. Трансформаторы из БП предварительно были хорошо “прокипячены в воде” (чтобы аккуратно разобрать трансформаторы!). Каркасы использованы от тех же трансформаторов. Для экспериментов изготовили несколько трансформаторов с различным числом витков первичной и вторичной обмоток.

Первичная обмотка состояла из двух половинок по 5… 10 витков ленты, изготовленной из одножильного медного провода диаметром каждой жилы около 0,5 мм, а вторичная — “до полного заполнения” каркаса одножильным проводом. В результате получился трансформатор, на выходе которого присутствовало напряжение около 170…190 В! Под нагрузкой напряжение понижалось до 150…160 В.

Этого напряжения и мощности оказалось достаточно, чтобы вихревой индукционный нагреватель выполнял свою основную функцию — нагревал воду в трубе до 80…90 градусов. Ввиду небольшой протяженности нагревателя (системы труб), дополнительный насос для перемещения воды в трубе не понадобился. После изготовления и настройки инвертора был изготовлен мощный блок питания от сети переменного тока, представляющий обычный,

мостовой двухполупериодный выпрямитель с выходным напряжением около 12В постоянного тока. Определенной проблемой для нас было приобретение мощного, понижающего трансформатора. Ведутся работы по усовершенствованию инвертора. Рабочий образец инвертора вихревого индукционного нагревателя (см. рис. 2-3) экспонировался на региональной выставке “Дети. Техника. Творчество” в городе Белгород и занял второе место среди экспонатов в своем разделе.

Основные правила и рекомендации

Данными системами рекомендуется пользоваться в закрытых отопительных контурах с принудительной циркуляцией теплоносителя. Можно данные устройства использовать с пластиковыми трубопроводами.

Котел необходимо установить так, чтобы между ним, стенами и другими устройствами, работающими от электричества, было не менее 30 см. От пола и потолка также должна быть соблюдена дистанция в 80 см.

Кроме того, специалисты настоятельно рекомендуют установить систему безопасности на индуктивный прибор за выходным патрубком. Для этого потребуется манометр, устройство сброса воздуха и подрывной клапан.

Таким образом, теперь вы знаете, как сделать индукционный нагреватель своими руками без лишних капиталовложений и хлопот. Данный агрегат будет служить верой и правдой ни один год, обогревая жилище. Схема сборки достаточно простая и ее монтаж займет всего пару часов.

Особенности и предостережения

В первую очередь выход трубы оборудуется стандартным набором устройств, обеспечивающих безопасность – предохранительным клапаном, манометром и приспособлением для отвода воздуха. Следует помнить, что индукционные водонагреватели будут нормально работать лишь при наличии принудительной циркуляции воды. Самотечная схема очень быстро приведет к перегреву элемента и разрушению пластиковой трубы.

Во избежание подобных ситуаций, в нагревателе устанавливается термостат, подсоединенный к устройству аварийного отключения. Опытные электротехники используют для этих целей терморегуляторы с температурными датчиками и реле, отключающие цепь при достижении теплоносителем заданной температуры.

Самодельные конструкции отличаются довольно низкой эффективностью, поскольку вместо свободного прохода, на пути воды имеется препятствие в виде частиц проволоки. Они почти полностью перекрывают трубу, вызывая повышенное гидравлическое сопротивление. При нештатных ситуациях возможны повреждения и разрыв пластика, после чего горячая вода непременно приведет к короткому замыканию. Обычно такие нагреватели используются в небольших помещениях, в качестве дополнительной системы отопления в холодное время года.

Читайте также:  Электрокотел для отопления частного дома

Сборка индукционного нагревателя

Работы по изготовлению нагревателя производятся в несколько этапов:

  1. Порезать проволоку из нержавейки на части длиной примерно 5-7 мм. На дно трубы из пластика поместить металлическую сетку и наполнить все свободное пространство внутри нарезанными кусочками проволоки. Затем закрыть трубу с той и другой стороны.
  2. Далее нужно сделать индукционную катушку. Для этого подготовленную трубу аккуратно и с равными промежутками обмотать медной проволокой. Должно получиться не менее 90-100 витков проволоки.
  3. Подготовленное устройство можно встроить в любом месте системы отопления. Устройство подключается к инвертору внешней обмоткой из медной проволоки. Для прокачки воды встраивается циркулирующий насос. Обязательно нужно произвести работы по электроизоляции устройства. Не стоит забывать и о тепловой изоляции нагревателя специальным материалом. Без теплоизоляции КПД системы будет значительно ниже.

Себестоимость самодельного индукционного котла довольно небольшая. Но все же для его изготовления необходим опыт подобных работ, а также хотя бы небольшие технические знания в данной области. Если же все работы проводятся аккуратно и в соответствии с рекомендациями, такое устройство будет работать бесперебойно, с неплохой отдачей тепла. Возможно, что оно получится несколько неказистым на вид, но от этого нагреватель не станет функционировать хуже.

Индукционный нагреватель из сварочного инвертора своими руками — Жми!

Современный рынок отопительного оборудования весьма насыщен всевозможными видами котлоагрегатов. Многие эксперты сегодня советуют выполнять монтаж газового котла, так как он является эффективным способом обогрева жилища.

В таком утверждении, конечно, никто не сомневается, но что делать в том случае, когда строение расположено далеко от газовых магистралей? В таком случае, оптимальным выходом будет установка электрического оборудования для обогрева дома.

Чтобы опередить скептиков, которые читая эти строки, задумываются о постоянном подорожании электроэнергии, мы предлагаем рассмотреть такой вид электрического обогрева помещения, как индукционное отопление. Поэтому, в нашей статье мы подробно остановимся на описании вихревого индукционного нагревателя, который без особых усилий можно выполнить своими руками, применяя при этом сварочный инвертор.

Нагреватель этого вида состоит из следующих конструктивных узлов:

  • индуктор изготовлен из определенного количества витков медной проволоки, которые, по сути, и образуют электромагнитное поле;
  • нагревательный компонент представлен в виде металлической трубы, которая расположена внутри индукторного элемента;
  • генератор, который преобразует обычную бытовую энергию в высокочастотный ток.

Взаимодействие этих конструктивных элементов и представляет собой принцип действия индукционного нагревателя, который заключается в следующих важных моментах:

Такой принцип действия индукционного нагревателя, соответственно, несет в себе и преимущества использования агрегата этого вида.

Преимущества

К основным достоинствам нагревателя этого вида смело можно отнести следующие важные моменты:

  • высокий коэффициент полезного действия;
  • не требует частого технического ухода;
  • благодаря вибрациям электромагнитного поля, не образуется накипь;
  • бесшумность работы;
  • высокий уровень безопасности;
  • герметичность агрегата препятствует появлению протечек;
  • функционирование нагревателя полностью автоматизировано.
Индукционный нагреватель из сварочного инвертора своими руками — Жми!

Основным недостатком нагревателя этого вида по праву считают его высокую стоимость. Но этот недостаток вполне можно исправить, если его конструкцию выполнить самому.

Стоит также отметить, что сборка индукционного нагревателя своими руками осуществляется из весьма доступных деталей, при этом, их стоимость не слишком высокая.

Необходимые материалы и инструменты

  • инвертор от агрегата для сварки, который значительно облегчит монтаж нагревателя;
  • пластиковая труба с толстыми стенками, которая будет корпусом собираемого устройства;
  • нержавеющая проволока из металла, которая станет нагреваемым элементом в электромагнитном поле;
  • металлическая сетка, роль которой будет заключаться в удержании внутри прибора кусков нержавеющей проволоки;
  • медная проволока для создания индуктора;
  • циркуляционный насос для беспрерывной подачи воды;
  • терморегулятор;
  • переходники и шаровые краны для подсоединения нагревателя к отоплению;
  • кусачки для обработки проволоки.

При этом необходимо четко соблюдать всю последовательность работ, которая заключается в следующих этапах:

  1. В один из концов пластиковой трубы крепится металлическая сетка для предотвращения проваливания нагревательных кусочков проволоки.
  2. В этом же торце трубы крепится переходник для подсоединения к отопительной системе.
  3. Кусачками нарезается нержавеющая проволока длиной от 1 до 6 см.
  4. Нарезанные куски проволоки плотно укладываются в пластиковую трубу.
  5. Замечание специалиста: в трубе не должно быть свободного пространства.

  6. Второй торец трубы также фиксируется сеткой из металла, а также монтируется еще один переходник для отопления.
  7. Изготовление индуктора осуществляется методом наматывания медной проволоки на трубу.
  8. Совет специалистов: количество витков в обмотке должно находиться в пределах от 80 до 90.

  9. Согласно схеме, концы медной обмотки подключаются к полюсам инвертора сварочного аппарата.
  10. Все электрические соединения тщательно изолируются.
  11. Индукционный нагреватель подключается к отоплению.
  12. Монтируется в отопительную систему циркуляционный насос, если такового не было.
  13. К инвертору подключается терморегулятор, который обеспечит автоматизирование функционирование индукционного нагревателя.

После того, когда включен инвертор, индуктор начинает образовывать магнитное поле, которое провоцирует появление вихревых потоков. Эти токи хорошо разогревают нарезанные куски проволоки, которые, в свою очередь, нагревают теплоноситель.

Читайте также:  Геотермальное отопление загородного дома своими руками

Таким образом, мы подробно рассказали о том, как сделать индукционный нагреватель из сварочного инвертора своими руками. Надеемся, что наша информация окажется вам полезной при сборке нагревателя своими руками.

Смотрите видео, в котором специалист подробно объясняет, как сделать индукционный нагреватель на базе сварочного инвертора своими руками:

  • DmitriiG
  • Распечатать

Преимущества

К основным достоинствам нагревателя этого вида смело можно отнести следующие важные моменты:

  • высокий коэффициент полезного действия;
  • не требует частого технического ухода;
  • благодаря вибрациям электромагнитного поля, не образуется накипь;
  • бесшумность работы;
  • высокий уровень безопасности;
  • герметичность агрегата препятствует появлению протечек;
  • функционирование нагревателя полностью автоматизировано.
Преимущества

Основным недостатком нагревателя этого вида по праву считают его высокую стоимость. Но этот недостаток вполне можно исправить, если его конструкцию выполнить самому.

Стоит также отметить, что сборка индукционного нагревателя своими руками осуществляется из весьма доступных деталей, при этом, их стоимость не слишком высокая.

Сварка прямошовных труб малого и среднего диаметров

Высокочастотная сварка давлением с предварительным нагревом и местным расплавлением свариваемых поверхностей нашла наибольшее применение в производстве прямошовных труб малого и среднего диаметров. В 1975 г. методом высокочастотной сварки в СССР ежедневно изготовлялось более 3 млн. м сварных труб из углеродистых и нержавеющих сталей, сплавов алюминия, меди и титана диаметром от 10 до 530 мм с толщиной стенки от 5 до 10 мм.

Сварка прямошовных труб малого и среднего диаметров

Рисунок 1 — Схема агрегата для производства прямошовных труб

Изготовление труб на трубоэлектросварочном агрегате

Принципиальная схема агрегата для высокочастотной сварки прямошовных труб приведена на рис. 1. Лента в рулонах поворотным краном подается на конвейер 1 и разматыватель 2, затем правится в валково машине 3 и после обрезки концов с помощью ножниц 4 сваривается в непрерывную ленту на стыкосварочной машине 5

Оразовавшийся при сварке грат удаляется гратоснимателем Петлеобразователь 6 предназначен для создания запаса ленты перед формовочным станом и обеспечения непрерывного процесса производства труб во время обрезки и сварки концов ленты и снятия грата. Приводными тянущими роликами лента подается к формовочному стану 7. В некоторых случаях перед формовкой кромки ленты обрезаются на дисковых ножницах.

Формовочный стан состоит из горизонтальных и вертикальных клетей. Сформованная трубная заготовка поступает в сварочную машину 8, где производится нагрев кромок и формирование сварного соединения. Наружный грат снимается гратоснимателем резцового типа. Сваренные трубы охлаждаются до температуры 50—60° С в холодильнике 9 водовоздушной смесью, которая подается на поверхность труб через систему сопел. Окончательная калибровка трубы по диаметру осуществляется на стане 10, каждая клеть которого состоит из пары горизонтальных и пары вертикальных валков: горизонтальные — приводные, вертикальные — неприводные.

Продольная кривизна труб устраняется в правильной клети, имеющей две последовательно расположенные четырехвалковые обоймы. В дальнейшем труба поступает или в редукционный стан 12, пройдя нагрев в индукционной печи 11 и резку на летучей пиле 13, или на трубоотрезной станок, а затем на участок отделки 14, 15. При локальной нормализации шва индукционный нагреватель размещается непосредственно после гратоснимателя.

Подключение к индуктору

Вначале следует сказать о конструкции самого индуктора. Его рекомендуется сделать в виде цилиндрической катушки, намотанной в один ряд медным проводом. Витки должны быть изолированы друг от друга.

Рекомендуемое число витков – от 80 до 100. Сечение провода обычно составляет 2,5 – 4 мм2. В качестве сердечника можно использовать саму трубу отопления, но практические опыты показали, что вода при этом греется слабо. Поэтому была опробована другая конструкция сердечника.

Для более интенсивного нагрева теплоносителя в качестве сердечника предложено использовать отрезок пластиковой трубы, заполненный обрезками стальной проволоки, диаметром 5 – 6 мм.

При такой схеме происходит индукционный нагрев проволоки, обтекаемой теплоносителем. За счет увеличения площади теплообмена вода нагревается значительно интенсивней. Участок трубы с проволокой следует ограничить стальными сетками с обеих сторон, во избежание попадания обрезков в систему отопления.

Подключение к индуктору

Что касается собственно подключения сварочного инвертора, то рекомендации тех, кто сделал индукционный нагреватель своими руками, несколько неоднородны.

Так, часть советов сводится к изготовлению дополнительного промежуточного трансформатора, во вторичную обмотку которого включается индуктор с конденсатором.

Другая часть мастеров просто наматывают один виток медного провода на тороидальный высокочастотный трансформатор сварочного инвертора и напрямую к нему подключают индуктор.

В любом случае, не следует использовать выводы + и — сварочного инвертора, с которых осуществляется сварка. Напряжение на них выпрямленное, с наложенными высокочастотными пульсациями. Постоянная составляющая сварочного напряжения просто перегреет индуктор, не создавая рабочего поля.