Важный момент: подачу высокочастотного тока на индукционный котел нужно делать только после того, когда включен циркуляционный насос, и агрегат полностью заполнился теплоносителем!

Достоинства

Подключение индукционного котла в отопительную систему. (Для увеличения нажмите)

Собранный своими руками котлоагрегат, будет обладать целым рядом достоинств, среди которых можно выделить следующие важные моменты:

• быстрый нагрев теплоносителя в котле за 3–5 минут;
• минимальная температура нагрева теплоносителя составляет 35 0С;
• магнитное поле, помимо создания тепловой энергии образует вибрации, которые отлично препятствуют появлению накипи;
• коэффициент полезного действия приближается к 100%, иначе говоря, вся электроэнергия перерабатывается в тепло практически без потерь;
• при функционировании агрегата не выделяются продукты сгорания, вследствие чего, нет необходимости возведения дымохода, а также частого технического обслуживания;
• срок бесперебойного функционирования индукционного котла может достигать до 30 лет благодаря тому, что в конструкции агрегата не предусмотрено механическое движение деталей, и как следствие, отсутствует износ и повреждение комплектующих элементов.

Таким образом, мы раскрыли все характеристики индукционного котлоагрегата, а также указали на все нюансы изготовления котла своими руками. Мы искренне надеемся, что все наши советы и рекомендации, изложенные в этой статье, станут для вас настольным руководством при сборке индукционного агрегата своими руками.

Смотрите видео, в котором опытный пользователь демонстрирует устройство и работу индукционного котла отопления, сделанного своими руками:

Индукционный котел отопления своими руками: 2 варианта конструкций

Планируя систему отопления на даче, владельцы рассматривают множество технических решений, среди которых – вариант с индукционным котлом. Его установка позволяет экономить электрическую энергию, он не выделяет опасные для жизни вещества, а значит, экологически чист. Есть возможность создать индукционный котел отопления своими руками и убедиться в его преимуществах, например, перед агрегатами, работающими на газе или твердом топливе.

Внутреннее устройство и принцип работы котла

Главное назначение оборудования – создание тепловой энергии из электрической при помощи специального агрегата. В отличие от ТЭНов, индукционные аппараты быстрее увеличивают температуру теплоносителя благодаря абсолютно другой конструкции.

Индукционные котлы эффективно используют в отопительных системах не только частных домов

Теплоносителем традиционно являются вода или антифриз, но иногда применяют и другие жидкости, обладающие необходимым свойством – проводимостью тока

В основе устройства – индуктор (трансформатор), имеющий два вида обмотки. Внутри возникают токи вихревого характера, следующие на виток (короткозамкнутый), который одновременно является корпусом. В результате вторичная обмотка восполняется запасом энергии, которую незамедлительно преобразует в тепло, отдающееся теплоносителю.

Устройство необходимо оснастить двумя патрубками: по одному из них будет подаваться охлажденный теплоноситель, по второму – выходить уже горячий.

Перегрева системы не происходит в связи с тем, что горячая вода постоянно отводится, а вместо нее поступает холодная

Схема котла заводского исполнения аналогична схеме самодельного оборудования

Если разбить принцип работы котла на этапы, получится следующая картина:

• Вода (или другой теплоноситель) поступает в котел.
• На внутреннюю обмотку подается электроэнергия.
• Под напряжением нагревается сердечник, а затем – поверхность.
• Теплоноситель нагревается.

Самостоятельно изготовленный индукционный котел, как правило, имеет простую конструкцию, поэтому он редко выходит из строя. Благодаря вибрации, которая сопровождает работу агрегата, исключено появление накипи, также являющейся частой причиной поломок. По такому же принципу работает заводское устройство:

Примеры конструкций самодельных вариантов

Вариант #1 — Пластиковые трубы+сварочный инвертор

Имея некоторые знания в области физики и владея кусачками, можно собрать элементарную индукционную модель самостоятельно.

Для этого необходимо приобрести уже готовый сварочный инвертор, высокочастотный, с плавной регулировкой тока и мощностью 15 ампер, хотя для обогрева лучше выбрать более мощный аппарат. Катанка из нержавеющей стали или просто отрезки стальной проволоки подойдут в качестве нагреваемого элемента. Длина отрезков – около 50 мм, при диаметре 7 мм.

Медную проволоку можно приобрести в магазине. Обмотку со старых катушек лучше не использовать

Корпус (основа индукционной катушки) будет одновременно частью трубопровода, поэтому для его изготовления подойдет пластиковая труба, обязательно с толстыми стенками, внутренний диаметр которой немного менее 50 мм. К корпусу крепят два патрубка для поступления холодного и отдачи нагретого теплоносителя.

Внутреннее пространство полностью заполняют отрезками проволоки, с обоих концов закрыв металлической сеткой, чтобы они не рассыпались. Индукционная катушка изготавливается следующим способом: вокруг уже готовой пластиковой трубы аккуратно наматывают эмалированный медный провод – примерно 90 витков.

Самодельное устройство необходимо подключить к сети. Из установленного трубопровода вырезают участок трубы, а вместо него ставят самодельный индукционный котел. Его соединяют с инвертором и запускают воду.

Индукционный отопительный котел располагается вместе с остальным оборудованием — в бойлерной

Важно заметить, что индукционные котлы отопления работают только при наличии в системе теплоносителя, без него пластиковый корпус расплавится.

Вариант #2 — конструкция с трансформатором

Для изготовления данного агрегата потребуется аппарат для сварки, а также трансформатор (трехфазный) с возможностью фиксации.

Необходимо сварить две трубы так, чтобы они в разрезе были похожи на бублик

Данная конструкция выполняет и проводниковую, и нагревательную функции. Затем наматывают обмотку, прямо на корпус котла, чтобы он работал более эффективно, несмотря на малый вес и размеры. Схема нагрева теплоносителя стандартна: он получает тепловую энергию при контакте с обмоткой.

Как и более простой вариант, сложная модель оборудуется двумя патрубками – для входа холодного теплоносителя и выхода нагретого

Наличие защитного кожуха поможет исключить потери тепловой энергии. Кожух также можно сделать самостоятельно.

Особенности установки и эксплуатации

Для монтажа индукционной установки подходит отопительная система закрытого типа, в состав которой входит насос, создающий принудительную циркуляцию воды в трубах. Распространенные пластиковые трубопроводы также подходят для установки самостоятельно изготовленного котла.

При монтаже следует соблюдать безопасные расстояния до ближайших предметов: до других приборов и стены – 300 мм и более, до пола и потолка – 800 мм и более. Около выводного патрубка разумно разместить группу безопасности (манометр, клапан сброса воздуха).

Заземление – еще одно обязательное условие установки индукционного котла.

Смастерив индукционный котел своими руками, в скором времени можно увидеть результаты своих трудов: он будет исправно работать длительное время, не уступая заводскому исполнению. Сложный в изготовлении, но экономичный в использовании, он не требует дополнительного обслуживания, главное – соблюдать условия эксплуатации.

Индукционный котел отопления своими руками – сборка, установка + Видео

Сегодня уже с трудом верится, что отопление может быть экономным. Мы либо платим за электричество и газ, либо сжигаем огромное количество природного сырья. Но есть конструкция, способная спасти наш кошелек – индукционный котел отопления, своими руками который сделать тоже окажется дешевле.

Сложно ли понять схему его работы?

Для работы такого котла электроэнергия все-таки понадобится, но счет уже не будет столь пугающим. Главное достоинство таких обогревателей в их устройстве. Они очень выгодно преобразуют электричество в тепло (рабочая среда забирает почти 97%). Это дает быстрый нагрев при минимальных затратах. Рабочей средой или теплоносителем для индукционного котла чаще всего выступает неочищенная вода, которая нагревается и разносится по системе отопления дома. Но для этой цели вполне подойдет масло или антифриз.

Работа индукционного котла отопления

Система преобразования электроэнергии состоит из двух обмоток. Первая принимает ток из сети, создает вихревые потоки, которые становятся причиной электромагнитного поля. Оно направляется на внешнюю обмотку, которая по совместительству еще и корпус котла. Именно здесь и происходит нагревание теплоносителя, который идет по трубам.

Индукционный агрегат должен иметь патрубок для входа холодной воды и выхода горячей. Обычно снизу корпуса приваривается ввод, а сверху вывод. Носитель подается внутрь, обтекает корпус, нагревается за счет хорошей теплопроводности и уходит через верхнее отверстие в отопительную систему. Основная трудность при создании собственного котла – это правильно расположить внешнюю обмотку и сердечник, чтобы вихревые потоки и создаваемое поле эффективно разогревали котел. Для этого важно разобрать приведенную схему, доступную для понимания человека со средними знаниями физики.

Индукционный агрегат отопления

Кроме выгодного преобразования электроэнергии такие котлы еще и реже ломаются, потому что нет индивидуального статичного нагревательного элемента. Не оседает и накипь на корпусе, потому что система обмоток постоянно находится в состоянии легкой вибрации. Работает индукционный котел негромко и вредных выбросов не производит. Также протечки такой системы маловероятны, потому что сварных швов минимальное количество, а то и вовсе нет. Главным минусом индукционного нагревателя будет его цена, поэтому появляется все больше самодельных схем, одну из них мы и рассмотрим. Также его нельзя располагать вблизи постоянного пребывания людей, потому что это источник ЭМИ, значит, потребуется отдельная комната в дальнем углу дома.

Собираем простейший индукционный котел

Самый незамысловатый нагреватель просто заменит часть трубы в системе отопления. Насколько реально собрать такой индукционный котел своими руками, оцените по этой инструкции.

Как собрать индукционный котел своими руками — пошаговая схема

Шаг 1: Выбираем преобразователь энергии

На входе электроэнергию будет встречать сварочный инвертор. Изготавливать его самостоятельно могут только очень продвинутые пользователи, так как мы назвали эту схему простейшей, предполагаем, что вы его просто приобретете в соответствующем магазине. Какой из предложенных там взять? Это зависит от мощности, которую вы ожидаете получить от будущего индукционного нагревателя. В среднем для небольшого дома подойдет высокочастотный сварочный инвертор на 15 А. Желательно наличие функции плавного изменения тока.

Шаг 2: Тело нагревателя

Сложного внутри нашего котла мастерить не будем, пустим воду через нагретую стальную проволоку. Для этого берем прокат с диаметром не менее 7 мм. Нарезаем кусочки по 5 см длиной. Количество определяется размером корпуса, куда мы их будем засыпать. Его мы сделаем из пластиковой трубы с толстыми стенками, на нее в дальнейшем будем наматывать индукционную катушку. Естественно, пластик должен быть термоустойчивым. Нежелательно, чтобы диаметр трубы превышал 50 мм. Длину ее мы узнаем после того, как намотаем катушку, поэтому возьмите с запасом.

Индукционная катушка для самодельного котла отопления

Шаг 3: Индукционная катушка и подключение

Для создания катушки нужен медный провод, им равномерно обматывается наша пластиковая труба. Достаточно сделать 90–100 витков. Важно выдерживать между ними одинаковые отступы. Когда вы получили желаемый результат, отступите от крайних витков по 10 см и обрежьте трубу.

Шаг 4: Переходники

Теперь организуем подвод и выход теплоносителя. Для этого нужно прикрепить соответствующие переходники. С двух сторон трубы располагаем металлическую сетку, она предотвратит высыпание кусочков проволоки. Снизу крепим вводной переходник, через который вода будет поступать. Затем плотно и полностью засыпаем корпус проволокой и закрываем сверху выводным переходником. Вход и выход желательно снабдить шаровым вентилем на случай, если вы решите демонтировать котел, тогда воду из трубопровода сливать будет не нужно.

Шаровой вентиль для самодельного индукционного котла

Шаг 5: Подключение

Концы катушки выводятся на инвертор, но пока подключать еще рано. Сначала полученный агрегат нужно врезать в систему отопления. Для этого отпиливаем в подходящем месте часть трубопровода такого размера, чтобы расположенный вместо него самодельный котел стал без зазоров. Через переходники фиксируем входное и выходное отверстие. Теперь-то можно катушку присоединить к инвертору переменного тока. Остается пустить воду в систему и включить в сеть наш котел.

Какие условия обязательны для безопасной работы котла?

Собрать индукционный котел самостоятельно оказалось не так сложно, но есть несколько обстоятельств, без которых корректной его работы мы не добьемся. Такой нагревательный агрегат не будет функционировать, если в вашей отопительной системе нет принудительной циркуляции теплоносителя. То есть, это должна быть закрытая сеть с насосом, который и будет гонять воду по контуру. Также у вас должна быть возможность заземлить инвертор, иначе пожарная безопасность окажется под вопросом. В сеть этот агрегат нужно включать через устройство защитного отключения (УЗО).

Инвертор индукционного котла отопления

Крайне важно, чтобы в системе была вода. Без нее включать котел категорически запрещено. Ведь катушка намотана на пластиковую трубу, которая неспособна выдержать температуру раскаленной металлической проволоки. Поэтому корпус попросту расплавится, а дальнейшие последствия непредсказуемы.

К материалу самого домашнего трубопровода, куда врезается котел, особых требований нет. Это может быть и пластик, и металл. Главное, чтобы это была жесткая конструкция, а не болтающиеся шланги. Расположение катушки из соображений пожарной безопасности должно находиться в 30 см от стен и 80 см от пола и потолка. Если поблизости должны быть еще какие-то приборы или мебель, то расстояние до них тоже желательно выдержать около 30 см.

Подключение индукционного котла к жесткой конструкции трубопровода

Также не помешает на выходе из котла установить автоматический клапан с манометром, чтобы при необходимости он стравливал нарастающее давление, от которого может треснуть наш корпус. Это понадобится, если устройство принудительной циркуляции нужно будет отключить или насос просто внезапно сломается. Если эта идея вам нравится, тогда переходник на выходе из котла должен быть тройным (два входа для возможности отвода воды в разных направлениях, третий – для клапана). Корпус индукционного нагревателя можно обтянуть изолирующим материалом. Это снизит потери тепла и исключит возможность касания катушки по неосторожности, которая ударит током. Эту рекомендацию мы бы перевели в статус обязательного условия.

Индукционный котел отопления своими руками: описание и видео

С темой об эффективности и экономичности индукционных котлов, чем дальше, тем все непонятнее. Обсуждение идет активно, и на многих форумах в том числе. Но вот открытыми и доступными остаются только те, в которых доказывается что экономия эта — выдумки нечистоплотных продавцов. Другие же становятся недоступными.

Основной довод противников использования индукционных котлов — закон сохранения энергии. Причем трактуется он так: на какой бы нагреватель не подали 1 кВт электроэнергии, выработать он может только чуть меньше 1 кВт тепловой энергии. Чуть меньше — за счет потерь и не стопроцентного КПД. Потому что ТЭН, что индукционный нагреватель потратит на выработку одного количества тепла одинаковое (или почти) количество электроэнергии. А так как индукционные котлы намного дороже, то и покупать их — тратить впустую деньги.

Нашлись и оппоненты. Их мало, но они есть. Теория эта не относится к разряду простых, и нужны глубокие знания. Но суть возражения такова:  нагреватель при потреблении 1 кВт электроэнергии производит 1 кВт энергии, но не вся эта энергия тепловая. А по производству именно тепловой энергии индукционные нагреватели оказываются намного более продуктивными, чем традиционные ТЭНы. И прямое тому подтверждение  — бытовые индукционные плитки. В них на нагрев того же количества воды требуется меньше электроэнергии. Это легко проверяется: берете две плитки одинаковой мощности — индукционную и со спиралью. Потом ставите две одинаковые кастрюли с водой, включаете и засекаете, сколько времени при одинаковой мощности уходит у каждого из агрегатов. Чем меньше время до закипания — тем меньше потрачено электроэнергии.

Подробнее о принципе работы индукционного котла читайте тут.

Как самому сделать индукционный котел

Теперь о том, как сделать индукционный котел своими руками. Если все делать самостоятельно, нужны немалые познания. Например, два электронщика возились больше полугода, перевели множество запчастей, истратили на них кучу денег. Рабочую установку, в конце концов, собрали, результатом очень довольны, но выложили только фото.

На сайтах производителей имеется только общая информация с демонстрацией принципов работы и никаких схем. Оно, в общем-то, и понятно.

Те модели, которые предлагают сделать: пластиковую трубу заполнить отрезками проволоки и сверху намотать проволоку, может, и работают, но явно недоделаны. Необходима серьезная защита: витки катушки оказываются сверху, а по ним бежит ток. Причем из сети 220 В. К тому же нет никакого контроля температуры, что чревато: пластик ведь плавится. Требуется также  расчет скорости движения теплоносителя и еще много чего. В общем, небезопасно это.

Ниже расположено видео, в котором представлен один из вариантов такого самодельного индукционного котла отопления. В исполнении он несложен:

По словам самого автора этого котла, вода греется слабо. Требуется большая мощность (у него порядка 1,8 кВт а нужно 3 кВт).

Котел отопления из индукционной плитки или панели

Но тем, кто хочет сделать индукционный котел, совсем необязательно собирать нагреватель самостоятельно. Все что нужно — купить индукционную бытовую плитку. Стоит она от 50$ и выше. Дальше идут варианты:

• Если есть металлический или чугунный радиатор (алюминиевые не подходят) можно просто прислонить плитку к радиатору и включить ее. Радиатор начинает греться, распространяя тепло по помещению. В комнате 20 м² работала плитка, выставленная на 0,8 кВт. При -20^оС в комнате было +25^оС. Это не самый эффективный способ, но довольно неплохой. И проверить его работу проще простого. Особенной тем, у кого плитка есть.

  Нельзя сказать, что это котел, но отапливает комнату хорошо, а электричества «тянет» мало

• Второй простой вариант — сварить «котел» из металла. Подавать с одной стороны холодную воду, с другой забирать нагретую, поставить циркуляционный насос. В видео ниже представлен пример с использованием индукционной варочной панели и двух металлических емкостей из металла толщиной 5 мм.

Такой вариант котла из индукционной плиты может сделать действительно любой. Только еще раз обращаем внимание — чтобы  жидкость или поверхность нагревалась, металл должен магнититься. Хорошая нержавейка (немагнитная) или алюминий не подходят: в них токи Фуко не распространяются. Кроме того, что и делать ничего почти не нужно, такой вариант хорош тем, что на плитке есть система контроля и безопасности, которая в случае перегрева отключит устройство.

Прочитайте об индукционных котлах «Галан» и отзывы о них.

Итоги

Из представленных трех вариантов самодельных индукционных котлов отопления два — это не совсем котлы (или совсем не котлы — как посмотреть). Но при этом отапливать с их помощью помещения можно. Способы с индукционной плиткой проверяется элементарно, особенно это просто для тех, у кого такая плитка имеется. Для повышения теплоотдачи в варианте плитка + радиатор можно устроить обдув вентилятором (если нужно). Но насколько это работает нужно проверять на собственном опыте.

Индукционный котел своими руками чертежи

Индукционный котел отопления своими руками – предусмотрим все

Система преобразования электроэнергии состоит из двух обмоток. Первая принимает ток из сети, создает вихревые потоки, которые становятся причиной электромагнитного поля. Оно направляется на внешнюю обмотку, которая по совместительству еще и корпус котла. Именно здесь и происходит нагревание теплоносителя, который идет по трубам.

Индукционный агрегат должен иметь патрубок для входа холодной воды и выхода горячей. Обычно снизу корпуса приваривается ввод, а сверху вывод. Носитель подается внутрь, обтекает корпус, нагревается за счет хорошей теплопроводности и уходит через верхнее отверстие в отопительную систему. Основная трудность при создании собственного котла – это правильно расположить внешнюю обмотку и сердечник, чтобы вихревые потоки и создаваемое поле эффективно разогревали котел. Для этого важно разобрать приведенную схему, доступную для понимания человека со средними знаниями физики.

Индукционный агрегат отопления

Кроме выгодного преобразования электроэнергии такие котлы еще и реже ломаются, потому что нет индивидуального статичного нагревательного элемента. Не оседает и накипь на корпусе, потому что система обмоток постоянно находится в состоянии легкой вибрации. Работает индукционный котел негромко и вредных выбросов не производит. Также протечки такой системы маловероятны, потому что сварных швов минимальное количество, а то и вовсе нет. Главным минусом индукционного нагревателя будет его цена, поэтому появляется все больше самодельных схем, одну из них мы и рассмотрим. Также его нельзя располагать вблизи постоянного пребывания людей, потому что это источник ЭМИ, значит, потребуется отдельная комната в дальнем углу дома.

2 Собираем простейший индукционный котел

Самый незамысловатый нагреватель просто заменит часть трубы в системе отопления. Насколько реально собрать такой индукционный котел своими руками, оцените по этой инструкции.

Как собрать индукционный котел своими руками — пошаговая схема

Шаг 1: Выбираем преобразователь энергии

На входе электроэнергию будет встречать сварочный инвертор. Изготавливать его самостоятельно могут только очень продвинутые пользователи, так как мы назвали эту схему простейшей, предполагаем, что вы его просто приобретете в соответствующем магазине. Какой из предложенных там взять? Это зависит от мощности, которую вы ожидаете получить от будущего индукционного нагревателя. В среднем для небольшого дома подойдет высокочастотный сварочный инвертор на 15 А. Желательно наличие функции плавного изменения тока.

Шаг 2: Тело нагревателя

Сложного внутри нашего котла мастерить не будем, пустим воду через нагретую стальную проволоку. Для этого берем прокат с диаметром не менее 7 мм. Нарезаем кусочки по 5 см длиной. Количество определяется размером корпуса, куда мы их будем засыпать. Его мы сделаем из пластиковой трубы с толстыми стенками, на нее в дальнейшем будем наматывать индукционную катушку. Естественно, пластик должен быть термоустойчивым. Нежелательно, чтобы диаметр трубы превышал 50 мм. Длину ее мы узнаем после того, как намотаем катушку, поэтому возьмите с запасом.

Индукционная катушка для самодельного котла отопления

3 Какие условия обязательны для безопасной работы котла?

Собрать индукционный котел самостоятельно оказалось не так сложно, но есть несколько обстоятельств, без которых корректной его работы мы не добьемся. Такой нагревательный агрегат не будет функционировать, если в вашей отопительной системе нет принудительной циркуляции теплоносителя. То есть, это должна быть закрытая сеть с насосом, который и будет гонять воду по контуру. Также у вас должна быть возможность заземлить инвертор, иначе пожарная безопасность окажется под вопросом. В сеть этот агрегат нужно включать через устройство защитного отключения (УЗО).

Инвертор индукционного котла отопления

Крайне важно, чтобы в системе была вода. Без нее включать котел категорически запрещено. Ведь катушка намотана на пластиковую трубу, которая неспособна выдержать температуру раскаленной металлической проволоки. Поэтому корпус попросту расплавится, а дальнейшие последствия непредсказуемы.

К материалу самого домашнего трубопровода. куда врезается котел, особых требований нет. Это может быть и пластик, и металл. Главное, чтобы это была жесткая конструкция, а не болтающиеся шланги. Расположение катушки из соображений пожарной безопасности должно находиться в 30 см от стен и 80 см от пола и потолка. Если поблизости должны быть еще какие-то приборы или мебель, то расстояние до них тоже желательно выдержать около 30 см.

Подключение индукционного котла к жесткой конструкции трубопровода

Также не помешает на выходе из котла установить автоматический клапан с манометром, чтобы при необходимости он стравливал нарастающее давление, от которого может треснуть наш корпус. Это понадобится, если устройство принудительной циркуляции нужно будет отключить или насос просто внезапно сломается. Если эта идея вам нравится, тогда переходник на выходе из котла должен быть тройным (два входа для возможности отвода воды в разных направлениях, третий – для клапана). Корпус индукционного нагревателя можно обтянуть изолирующим материалом. Это снизит потери тепла и исключит возможность касания катушки по неосторожности, которая ударит током. Эту рекомендацию мы бы перевели в статус обязательного условия.

Самодельный индукционный котел отопления

На фоне всеобщего подорожания, в том числе и энергоносителей, постоянно появляются новые, более эффективные способы использования традиционных источников энергии. Стремление максимально увеличить КПД не обошло стороной и разработчиков электронагревательных приборов. Одним из таких новаторских продуктов конструкторской мысли являются совсем недавно появившиеся на рынке вихревые индукционные котлы, которые, если верить производителям и разработчикам, на 30 % эффективнее используют электроэнергию, чем обычные водонагреватели со встроенным ТЕНом.

Всем хороши такие нагреватели теплоносителя, они экономны, компактны, бесшумны и безопасны. Однако цена заводского образца такова, что далеко не каждый себе может позволить его приобретение. Вот поэтому некоторые домашние умельцы стремятся изготовить из доступных материалов индукционный котел отопления своими руками. Тем более, что принцип работы, равно как и конструкция такого водонагревателя как бы не очень и сложна.

Как работает индукционный котел

Как было отмечено выше, конструкция индукционного котла достаточно проста.

Имеется спиралевидный контур, выполненный обычно из медной трубки, к которому подключен источник высокочастотного переменного тока. Внутри обмотки расположена металлическая труба, которая с помощью переходных соединений включена в систему отопления. Металлический сердечник, коим, по сути, является в данном случае упомянутая труба, надежно отделена от обмотки слоем тепло- и электроизолирующего материала. Все это устройство включено в металлический корпус цилиндрической формы, который тоже отделен от медного контура слоем изолятора.

Теперь о принципе работы. В медной обмотке, при подключении к источнику тока с определенными характеристиками, возникают электромагнитные вихревые потоки, векторы которых направлены внутрь контура. Если в зону воздействия помещен какой-либо электропроводный материал (металл, например), магнитный вихрь заставляет его нагреваться, влияя на молекулярную структуру.

В нашем же случае, металлическая трубка, помещенная внутри медной обмотки, одновременно является теплообменником, отдавая энергию протекающему сквозь нее теплоносителю, который принудительно циркулирует благодаря насосу.

Ввиду использования электроэнергии таким способом, происходит значительная ее экономия, при этом срок службы такого теплообменника намного больше, чем у традиционного ТЕНа.

Как изготовить самодельный индукционный котел

Сделать в домашних условиях водонагреватель, работающий благодаря электромагнитной индукции, конечно же, можно. Однако стоит учесть, что прежде, чем приступить к его изготовлению, нужно произвести массу расчетов, которые под силу лишь тому, кто не понаслышке знает о том, что такое электротехника. Поэтому нужно трезво оценить свои познания в этой отрасли науки, так как электричество может не простить неудачные с ним эксперименты.

Для того, чтобы сделать простейший индукционный котел понадобятся такие материалы:

• отрезок толстостенной (3-5 мм) полиуретановой трубы 50 мм в диаметре;
• медная проволока 2 мм толщиной;
• нержавеющий пруток около 5 мм в сечении;
• металлическая нержавеющая сетка;
• сгоны и переходники для вышеупомянутого отрезка полимерной трубы.

В качестве источника высокочастотной электрической энергии здесь можно использовать сварочный аппарат с регулировкой характеристик исходящего тока.

Теперь схема сборки.

1. Имеющуюся медную проволоку намотать на пластиковую трубу в виде спирали. Количество и шаг витков зависит от длины трубы и желаемой мощности водонагревателя. Чем плотнее получится спиралевидный контур (соседние витки не должны касаться), тем большей мощности будет электромагнитный вихрь.
2. Концы обмотки надежно соединить с клеммами источника тока.
3. Нарезать нержавеющий прут фрагментами длиной около 5 см, и заложить внутрь полиуретановой трубы.
4. Саму трубу, прежде чем присоединять посредством переходников к системе отопления, необходимо с двух сторон отгородить нержавеющей сеткой.

Таким образом, имеем медный контур, изолятор в виде пластиковой трубы, и сердечник, в роли которого отрезки нержавеющего прутка. Теперь нужно обеспечить подачу воды с помощью насоса и включить источник переменного тока. Понятно, что при первом включении электроток должен быть небольшой силы, которую нужно добавлять по мере необходимости.

Естественно, что рассмотренная модель далека от совершенства и требований безопасности, поэтому применять ее для непосредственной эксплуатации вряд ли было бы разумно. Однако, сделав такой индукционный котел своими руками и затратив на это не так много времени и материалов, можно убедиться в том, что все это работает. А затем, при желании, можно придумать и воплотить какую-нибудь другую конструкцию вихревого водонагревателя, более совершенную и надежную.

На фоне всеобщего подорожания, в том числе и энергоносителей, постоянно появляются новые, более эффективные способы использования традиционных источников энергии. Стремление максимально увеличить КПД не обошло стороной и разработчиков электронагревательных приборов.…

• Как выбрать электрические котлы отопления
• Схема подключения электрокотла
• Отопление частного дома электрическим котлом
• Индукционный котел отопления своими руками

Индукционный котел своими руками

Хотите обустроить свой дом эффективным и одновременно с этим экономически выгодным обогревом? Тогда обязательно обратите свое внимание на современные индукционные котлы. Подобные агрегаты характеризуются высокой производительнос тью и имеют при этом предельно простую конструкцию, поэтому со сборкой индукционного отопительного котла можно с легкостью справиться своими руками. Работа рассматриваемого оборудования основывается на использовании индукционной электрической энергии.

Такие котлы абсолютно безопасные и экологически чистые. Во время их эксплуатации не выделяется никаких побочных продуктов, способных навредить человеку и состоянию окружающей среды.

Содержание пошаговой инструкции:

Механизм действия индукционного котла

По конструкционному исполнению такие котлы представляют собой своего рода электрические индукторы, в состав которых входит две короткозамкнутые обмотки.

Так, внутренняя обмотка отвечает за преобразование поступающей электрической энергии в специальные вихревые токи. В агрегате образуется электрическое поле, которое в дальнейшем поступает на вторичный виток. Последний одновременно выполняет функции нагревательного элемента отопительного агрегата и корпуса котла.

Схема индукционного вихревого агрегата для отопительной сети

Вторичная же обмотка отвечает за передачу образующейся энергии непосредственно на теплоноситель системы отопления. В качестве теплоносителя в подобных установках используются специальные масла, незамерзающие жидкости или чистая вода.

Внутренняя обмотка нагревателя подвергается воздействию электроэнергии. В результате появляется некоторое напряжение и образуются вихревые токи. Созданная энергия отдается вторичной обмотке, после чего начинается нагрев сердечника. По достижению нагрева всей поверхности, теплоноситель начнет давать тепло радиаторам, а они — обогреваемым помещениям.

Рационально ли собирать котел самостоятельно?

Схема работы индукционного котла

Индукционные котлы отопления имеют простейшую конструкцию, никаких сложностей с их сборкой не возникает. Однако вам однозначно придется как минимум внимательно изучить предложенные инструкции и приложить усилия для правильной сборки качественного агрегата.

Наградой за ваши старания станет эффективное и выгодное в финансовом плане отопительное оборудование. Для сборки котла не нужно покупать какие-либо дорогостоящие комплектующие – все необходимые элементы продаются в обычных строительных, хозяйственных и прочих специализированн ых магазинах.

При условии правильной сборки и подобающего обращения с готовым агрегатом он спокойно прослужит 20 лет и даже более. Главное – выполнять все в строгом соответствии инструкции.

Сверхсложных задач перед вами не ставится, и допустить какие-либо критические ошибки при сборке индукционного котла по инструкции практически невозможно.

Сборка простого индукционного котла

Для сборки индукционного котла не нужно использовать никаких сложных в обращении инструментов и дорогостоящих материалов. Все, что вам надо – иметь хотя бы базовые представления о работе сварочного аппарата инверторного типа.

Как сделать индукционный котел своими руками

Первый шаг. Нарежьте проволоку из нержавейки либо катанку на куски длиной порядка 5 см. Необходимый диаметр используемой проволоки – 7-8 мм.

Второй шаг. Подготовьте пластиковую трубу для сборки корпуса устройства. Будет достаточно изделия диаметром порядка 50 мм.

Третий шаг. Закройте дно основной трубы мелкоячеистой металлической сеточкой. Подбирайте сетку с такими ячейками, чтобы через них не могли пройти куски загруженной нержавейки либо катанки.

Четвертый шаг. Полностью заполните корпус проволокой либо катанкой, а затем закройте свободное отверстие трубки второй металлической сеточкой.

Пятый шаг. Аккуратно и как можно более плотно намотайте на среднюю часть корпуса порядка 90 витков провода из меди.

Шестой шаг. Подключите к корпусу нагревателя специальные переходники для врезки в отопительную или водопроводную систему. Схема предельно простая: вода заходит в нагреватель через один переходник – практически мгновенно нагревается – выходит в отопительную систему через второй переходник – батареи и трубы отдают тепло обслуживаемому помещению.

Закрытая система отопления

В результате таких нехитрых манипуляций вы получите недорогое и предельно простое в сборке устройство для эффективного обогрева. Преимуществом использования самодельного индукционного котла является отсутствие необходимости выделения под его установку отдельного котельного помещения. Вы попросту вырезаете часть трубы недалеко от входа в радиатор и закрепляете вместо нее свой самодельный нагреватель.

Далее останется лишь подключить к готовой катушке инвертор на 18-25А и можно заполнять отопительную систему теплоносителем.

Важно: не включайте нагреватель при отсутствии теплоносителя в отопительной системе. В такой ситуации пластиковый корпус нагревателя попросту расплавиться и вся ваша работа пойдет насмарку.

Не забудьте выполнить надежное заземление самодельного нагревательного приспособления.

Устройство вихревого индукционного отопительного агрегата

Сборка такого агрегата потребует от вас наличия определенных навыков обращения со сварочным аппаратом, а также трехфазным трансформатором. Преимуществом вихревого нагревателя является отсутствие в его составе элементов, не способных в течение длительного времени переносить интенсивные нагрузки. То есть риск скорого выхода котла из строя на порядок снижается.

Также к числу преимуществ рассматриваемого агрегата нужно отнести отсутствие разъемных соединений. Это позволяет полностью забыть о риске появления протечек.

Самодельный вихревой индукционный котел работает практически в бесшумном режиме. Это позволяет монтировать его в любом желаемом месте. Вредные выхлопы тоже отсутствуют, поэтому вы можете не беспокоиться по поводу необходимости обустройства надежного котельного помещения и установки дымохода.

Первый шаг. Сварите друг с другом пару металлических труб диаметром порядка 2,5 см так, чтобы в результате получилось изделие круглой формы. Полученная заготовка одновременно является нагревательным элементом котла и его сердечником.

Второй шаг. Установите полученный круг в пластиковую трубу подходящего размера.

Третий шаг. Выполните обмотку на пластиковом корпусе из уже знакомых вам материалов. Благодаря подобной обмотке эффективность и производительнос ть агрегата будут заметно увеличены.

Четвертый шаг. Поместите пластиковый корпус в качественный изоляционный чехол. Он будет предотвращать возможные утечки электрического тока и поспособствует существенному уменьшению потерь тепла.

Нагрев будет осуществляться за счет контакта теплоносителя с все той же обмоткой. Обмотка и все дальнейшие действия выполняются по той же схеме, что и в случае с обыкновенной индукционной установкой, рассмотренной в предыдущей инструкции.

Важные замечания по монтажу и использованию котла

Самодельные индукционные котлы предельно просты в сборке, установке и эксплуатации. Однако прежде чем начинать пользоваться подобного рода нагревателем вам нужно знать несколько важных правил, а именно:

• самодельная индукционная нагревательная установка предназначена для использования только в системах обогрева закрытого типа, циркуляция воздуха в которых обеспечивается при помощи насоса;

Закрытая система отопления

Патрубок котла настоятельно рекомендуется оснастить подрывным клапаном. Через это простое приспособление вы сможете при необходимости избавлять систему от лишнего воздуха, нормализуя давление и обеспечивая оптимальные условия эксплуатации.

Клапан обратный подрывной

Таким образом, из недорогих материалов при помощи простейших инструментов вы можете собрать полноценную установку для эффективного обогрева помещений и нагрева воды. Следуйте инструкции, помните об особых рекомендациях и уже очень скоро вы сможете наслаждаться теплом в собственном доме.

Видео – Индукционный котел своими руками

Источники: http://remoskop.ru/indukcionnyj-kotel-otoplenija-svoimi-rukami.html, http://mynovostroika.ru/indukcionnyj_kotel_otoplenija_svoimi_rukami, http://svoimi-rykami.ru/stroitelstvo-doma/otoplenie/indukcionnyj-kotel-svoimi-rukami.html

Схема простого индукционного нагревателя своими руками

Этот замечательный небольшой проект демонстрирует принципы высокочастотной магнитной индукции и способы изготовления индукционного нагревателя. Схема очень проста в сборке и использует только несколько общих компонентов. С показанной здесь индукционной катушкой схема потребляет около 5 А от источника питания 15 В, когда наконечник отвертки нагревается. Кончик отвертки нагревается докрасна примерно за 30 секунд!

Схема управления использует метод, известный как ZVS (переключение при нулевом напряжении), для активации транзисторов, что позволяет эффективно передавать мощность.В схеме, которую вы видите здесь, транзисторы почти не нагреваются из-за метода ZVS. Еще одна замечательная особенность этого устройства заключается в том, что это саморезонансная система, которая автоматически работает на резонансной частоте подключенной катушки и конденсатора. Если вы хотите сэкономить время, в нашем магазине есть индукционный нагреватель. Возможно, вы все равно захотите прочитать эту статью, чтобы получить несколько полезных советов по правильной работе вашей системы.

Как работает индукционный нагрев?

Когда магнитное поле изменяется около металла или другого проводящего объекта, в материале индуцируется ток (известный как вихревой ток), который генерирует тепло.Вырабатываемое тепло пропорционально квадрату тока, умноженному на сопротивление материала. Эффекты индукции используются в трансформаторах для преобразования напряжений во всех видах приборов. Большинство трансформаторов имеют металлический сердечник, поэтому при использовании в них наведены вихревые токи. Разработчики трансформаторов используют разные методы, чтобы предотвратить это, поскольку нагрев — это пустая трата энергии. В этом проекте мы будем напрямую использовать этот нагревательный эффект и постараемся максимизировать нагревательный эффект, создаваемый вихревыми токами.

Если мы приложим непрерывно изменяющийся ток к катушке с проволокой, у нас будет постоянно изменяющееся магнитное поле внутри нее. На более высоких частотах индукционный эффект довольно силен и имеет тенденцию концентрироваться на поверхности нагреваемого материала из-за скин-эффекта. Типичные индукционные нагреватели используют частоты от 10 кГц до 1 МГц.

ОПАСНО: Данное устройство может создавать очень высокие температуры!

Схема

Используемая схема представляет собой тип коллекторного резонансного генератора Ройера, который имеет преимущества простоты и саморезонансной работы.Очень похожая схема используется в обычных схемах инвертора, используемых для питания люминесцентного освещения, такого как подсветка ЖК-дисплея. Они приводят в действие трансформатор с центральным ответвлением, который повышает напряжение примерно до 800 В для питания фонарей. В этой схеме самодельного индукционного нагревателя трансформатор состоит из рабочей катушки и нагреваемого объекта.

Основным недостатком этой схемы является то, что требуется катушка с отводом по центру, которую может быть немного сложнее намотать, чем обычный соленоид. Катушка с отводом по центру необходима, чтобы мы могли создать поле переменного тока из одного источника постоянного тока и всего двух транзисторов N-типа.Центр катушки подключается к положительному источнику питания, а затем каждый конец катушки попеременно подключается к земле транзисторами, так что ток будет течь вперед и назад в обоих направлениях.

Сила тока, потребляемого от источника питания, зависит от температуры и размера нагреваемого объекта.

Из этой схемы индукционного нагревателя видно, насколько он прост на самом деле. Всего несколько основных компонентов — это все, что нужно для создания рабочего индукционного нагревателя.

R1 и R2 — стандартные резисторы 240 Ом, 0,6 Вт. Значение этих резисторов будет определять, насколько быстро МОП-транзисторы могут включиться, и должно быть достаточно низким. Однако они не должны быть слишком маленькими, так как резистор будет заземлен через диод при включении противоположного транзистора.

Диоды D1 и D2 используются для разряда затворов MOSFET. Это должны быть диоды с низким прямым падением напряжения, чтобы затвор был хорошо разряжен, а полевой МОП-транзистор полностью выключился, когда другой включен.Рекомендуются диоды Шоттки, такие как 1N5819, поскольку они имеют низкое падение напряжения и высокую скорость. Номинальное напряжение диодов должно быть достаточным, чтобы выдерживать повышение напряжения в резонансном контуре. В этом проекте напряжение выросло до 70 В.

Транзисторы T1 и T2 представляют собой полевые МОП-транзисторы на 100 В, 35 А (STP30NF10). Для этого проекта они были установлены на радиаторах, но при работе с указанными здесь уровнями мощности они почти не нагревались. Эти полевые МОП-транзисторы были выбраны из-за их низкого сопротивления сток-исток и малого времени отклика.

Катушка индуктивности L2 используется в качестве дросселя для предотвращения попадания высокочастотных колебаний в источник питания и ограничения тока до приемлемого уровня. Значение индуктивности должно быть довольно большим (у нас было около 2 мГн), но оно также должно быть выполнено из достаточно толстого провода, чтобы пропускать весь ток питания. Если дроссель не используется или у него слишком малая индуктивность, цепь может перестать колебаться. Необходимое точное значение индуктивности будет зависеть от используемого блока питания и настройки катушки. Возможно, вам придется поэкспериментировать, прежде чем вы получите хороший результат.Показанный здесь был сделан путем намотки около 8 витков магнитной проволоки толщиной 2 мм на тороидальный ферритовый сердечник. В качестве альтернативы вы можете просто намотать провод на большой болт, но вам понадобится гораздо больше витков провода, чтобы получить такую ​​же индуктивность, как у тороидального ферритового сердечника. Вы можете увидеть пример этого на фото слева. В нижнем левом углу вы можете увидеть болт, намотанный на множество витков провода оборудования. Эта установка на макетной плате использовалась при малой мощности для тестирования. Для большей мощности пришлось использовать более толстую проводку и все спаять вместе.

Поскольку компонентов было так мало, мы спаяли все соединения напрямую и не использовали печатную плату. Это также было полезно для выполнения соединений для сильноточных частей, поскольку толстый провод можно было напрямую припаять к клеммам транзистора. Оглядываясь назад, возможно, было бы лучше подключить индукционную катушку, прикрутив ее непосредственно к радиаторам на полевых МОП-транзисторах. Это связано с тем, что металлический корпус транзисторов также является выводом коллектора, а радиаторы могут помочь охладить катушку.

Конденсатор C1 и индуктор L1 образуют резонансный контур резервуара индукционного нагревателя. Они должны выдерживать большие токи и температуры. Мы использовали полипропиленовые конденсаторы емкостью 330 нФ. Более подробная информация об этих компонентах представлена ​​ниже.

Индукционная катушка и конденсатор

Катушка должна быть сделана из толстой проволоки или трубы, так как в ней будут протекать большие токи. Медная труба работает хорошо, так как токи высокой частоты в любом случае будут течь в основном по внешним частям.Вы также можете прокачать по трубе холодную воду, чтобы она оставалась прохладной.

Конденсатор должен быть подключен параллельно рабочей катушке, чтобы создать резонансный контур резервуара. Комбинация индуктивности и емкости будет иметь определенную резонансную частоту, на которой цепь управления будет работать автоматически. Используемая здесь комбинация катушка-конденсатор резонирует на частоте около 200 кГц.

Важно использовать конденсаторы хорошего качества, которые могут выдерживать большие токи и тепло, рассеиваемое в них, иначе они скоро выйдут из строя и разрушат вашу схему привода.Они также должны быть размещены достаточно близко к рабочей катушке и с использованием толстой проволоки или трубы. Большая часть тока будет протекать между катушкой и конденсатором, поэтому этот провод должен быть самым толстым. При желании провода, соединяющие цепь и источник питания, можно сделать немного тоньше.

Этот змеевик здесь был сделан из латунной трубы диаметром 2 мм. Его было просто наматывать и легко паять, но вскоре он начал деформироваться из-за чрезмерного нагрева. Затем повороты касаются друг друга, замыкаясь и делая его менее эффективным.Поскольку во время использования контур управления оставался относительно холодным, казалось, что его можно заставить работать на более высоких уровнях мощности, но необходимо будет использовать более толстую трубу или охлаждать ее водой. Затем установка была улучшена, чтобы выдерживать более высокий уровень мощности…

Продвигая дальше

Основным ограничением описанной выше схемы было то, что рабочая катушка через короткое время сильно нагрелась из-за больших токов. Для того, чтобы в течение длительного времени иметь большие токи, мы сделали еще одну катушку, используя более толстую латунную трубку, чтобы вода могла прокачиваться через нее во время работы.Более толстую трубу было труднее согнуть, особенно в центральной точке отвода. Перед сгибанием трубы необходимо было засыпать ее мелким песком, так как это предохраняет ее от защемления на крутых изгибах. Затем он был очищен сжатым воздухом.

Индукционная катушка была сделана из двух половин, как показано здесь. Затем они были спаяны вместе, и небольшой кусок трубы из ПВХ использовался для соединения центральных труб, чтобы вода могла течь через всю катушку.

В этой катушке было использовано меньше витков, чтобы она имела более низкий импеданс и, следовательно, выдерживала более высокие токи.Емкость также была увеличена, чтобы резонансная частота была ниже. Всего было использовано шесть конденсаторов по 330 нФ, что дало общую емкость 1,98 мкФ.

Кабели, соединяющиеся с катушкой, были просто припаяны к трубе возле концов, оставляя место для установки трубы из ПВХ.

Этот змеевик можно охладить, просто пропустив воду прямо из крана, но для отвода тепла лучше использовать насос и радиатор. Для этого старый насос для аквариума был помещен в ящик с водой, и к выпускному патрубку прилегала труба.Эта труба поступала на модифицированный кулер компьютерного процессора, в котором для отвода тепла использовались три тепловые трубы.

Кулер был преобразован в радиатор путем отрезания концов тепловых трубок, а затем их соединения с трубами PCV, чтобы вода протекала через все 3 тепловые трубки, прежде чем выйти и вернуться к насосу.

Если вы сами разрезаете тепловые трубки, делайте это в хорошо вентилируемом помещении, а не в помещении, поскольку они содержат летучие растворители, которые могут быть токсичными для дыхания. Вы также должны носить защитные перчатки, чтобы предотвратить контакт с кожей.

Этот модифицированный кулер для процессора был очень эффективным в качестве радиатора и позволял воде оставаться довольно прохладной.

Другие необходимые модификации заключались в замене диодов D1 и D2 на диоды, рассчитанные на более высокое напряжение. Мы использовали обычные диоды 1N4007. Это было связано с тем, что с увеличением тока в резонансном контуре наблюдалось большее повышение напряжения. Вы можете видеть на изображении здесь, что пиковое напряжение составляло 90 В (желтый график осциллографа), что также очень близко к номинальному значению транзисторов 100 В.

Используемый блок питания был настроен на 30 В, поэтому также необходимо было подавать напряжение на затворы транзистора через стабилизатор напряжения 12 В. Когда внутри рабочей катушки не было металла, она потребляла около 7 А. Когда был добавлен болт на фотографии, он поднялся до 10 А, а затем постепенно снова упал, когда он нагрелся до температуры выше Кюри. Для более крупных объектов он, безусловно, превышает 10А, но используемый блок питания имеет ограничение в 10А. Вы можете найти подходящий блок питания на 24 В, 15 А в нашем интернет-магазине.

Болт, который вы видите на фотографии раскаленным докрасна, разогрелся примерно за 30 секунд.Отвертка на первом изображении теперь может нагреться докрасна примерно за 5 секунд.

Чтобы перейти на более высокую мощность, чем эта, необходимо использовать другие конденсаторы или их массив большего размера, чтобы ток распределялся между ними в большей степени. Это связано с тем, что протекающие большие токи и используемые высокие частоты могут значительно нагревать конденсаторы. Примерно через 5 минут использования на этом уровне мощности индукционный нагреватель DIY необходимо выключить, чтобы они могли остыть.Также необходимо использовать другую пару транзисторов, чтобы они могли выдерживать большие скачки напряжения.

Во всем этот проект оказался вполне удовлетворительным, так как дал хороший результат от простой и недорогой схемы. Как бы то ни было, он может быть полезен для закалки стали или для пайки мелких деталей. Если вы решили создать собственный проект индукционного нагревателя, разместите свои фотографии ниже. Пожалуйста, ознакомьтесь с другими комментариями, прежде чем делать свои собственные, поскольку это может сэкономить ваше время в дальнейшем.

Если вы хотите смоделировать этот проект для тестирования различных значений индуктивности или выбора транзисторов, загрузите LTSpice и запустите это моделирование самодельного индукционного нагревателя (щелкните правой кнопкой мыши, Сохранить как)

Насколько будет жарко?

Трудно сказать, насколько горячо вы сможете что-то получить, так как есть много параметров, которые необходимо учитывать. Различные материалы будут по-разному реагировать на индукционный нагрев, а их форма и размер будут влиять на то, как нагревание или отвод тепла в атмосферу.

Вы можете получить приблизительное представление, используя некоторые базовые вычисления по приведенной ниже формуле, или, если хотите, мы сделали удобный калькулятор мощности нагревателя, который может рассчитать это за вас. Эта форма включает в себя материалы (например, воду), которые нельзя нагревать напрямую с помощью индукционных нагревателей, но она по-прежнему полезна, если вы пытаетесь определить, например, мощность, необходимую для нагрева поддона с водой с помощью индукционного нагревателя.

ПРИМЕР: Насколько сильно нагреются 20 г стали за 30 секунд при нагревании с помощью нагревателя мощностью 300 Вт? (при условии, что 100 Вт потеряно для окружающей среды)

Формулы:
Q = m x Cp x ΔT
ΔT = Q ÷ m ÷ Cp

Рабочий:
(300Вт — 100Вт) x 30с = 6000Дж
6000Дж ÷ 20г ÷ 0.466Дж / г ° C = 643,78 ° C

Результат:
20 г стали нагреваются до температуры на 643,78 ° C при нагревании нагревателем мощностью 300 Вт в течение 30 секунд.

Поиск и устранение неисправностей

Если у вас возникли проблемы с тем, чтобы это работало, вот несколько советов, которые помогут устранить неполадки в вашем домашнем проекте индукционного нагревателя….

PSU (источник питания)
Если ваш PSU не может обеспечить большой скачок тока при включении индукционного нагревателя, он не будет колебаться. В этот момент напряжение источника питания упадет (хотя блок питания может этого не отображать), и это помешает правильному переключению транзисторов.Чтобы решить эту проблему, вы можете разместить несколько больших электролитических конденсаторов параллельно источнику питания. Когда они заряжены, они могут подавать в вашу цепь большой импульсный ток. Хорошим мощным источником питания будет наш БП на 24 В 15 А постоянного тока.

Дроссель (индуктор L2)
Ограничивает мощность индукционного нагревателя. Если ваш не колеблется, вам может потребоваться дополнительная индуктивность, чтобы предотвратить падение напряжения в вашем блоке питания. Вам нужно будет поэкспериментировать с необходимой вам индуктивностью. Лучше иметь слишком много, чем слишком мало, так как это только ограничит мощность нагревателя.Слишком мало может означать, что это вообще не сработает. Если у вас слишком маленький сердечник индуктора, сильный ток приведет к его насыщению и вызовет слишком большой ток, что может привести к повреждению вашей цепи.

Электропроводка
Соединительные провода должны быть короткими, чтобы уменьшить паразитную индуктивность и помехи. Длинные провода добавляют в цепь нежелательное сопротивление и индуктивность, что может привести к нежелательным колебаниям или снижению производительности. Наш кабель питания на 30 А подходит для этого.

Компоненты
Выбранные транзисторы должны иметь низкое падение напряжения / сопротивление в открытом состоянии, в противном случае они перегреются или даже не позволят системе колебаться.Вероятно, IGBT не будут работать, но большинство полевых МОП-транзисторов с аналогичными характеристиками должны работать нормально. Конденсаторы должны иметь низкое ESR (сопротивление) и ESL (индуктивность), чтобы они могли выдерживать высокие токи и температуры. Диоды также должны иметь низкое прямое падение напряжения, чтобы транзисторы правильно отключались. Они также должны быть достаточно быстрыми, чтобы работать на резонансной частоте вашего индукционного нагревателя.

Включение питания
При включении не допускайте попадания металла в нагревательную спираль.Это может привести к более сильным скачкам тока, что может помешать возникновению колебаний, как упомянуто выше. Также не пытайтесь нагревать большое количество металла. Этот проект подходит только для небольших индукционных нагревателей. Если вы хотите контролировать или постепенно увеличивать мощность, вы можете использовать одну из наших схем импульсного модулятора мощности. Подробности смотрите в публикации 5108 ниже.

Мозг
Для безопасного выполнения этого проекта вам понадобится разумно работающий мозг. Создание индукционного нагревателя может быть очень опасным, поэтому, если вы новичок в электронике, вам следует попросить кого-нибудь помочь вам сделать это.Подходите к делу логически; Если он не работает, проверьте, что используемые компоненты не неисправны, проверьте правильность соединений, прочтите всю эту статью и все комментарии, выполните поиск в Google, если вы не понимаете какие-либо термины, или прочитайте наш раздел «Обучение электронике». Помните: горячее обожжет вас и может поджечь; Электричество может убить вас электрическим током, а также вызвать пожар. Безопасность превыше всего.

Как спроектировать схему индукционного нагревателя

В статье объясняется пошаговое руководство по проектированию собственной самодельной базовой схемы индукционного нагревателя, которую также можно использовать в качестве индукционной варочной панели.

Базовая концепция индукционного нагревателя

Вы, возможно, встречали в Интернете множество схем индукционного нагревателя, изготовленных своими руками, но, похоже, никто не раскрыл решающий секрет, лежащий в основе реализации идеальной и успешной конструкции индукционного нагревателя. Прежде чем узнать этот секрет, важно знать основную концепцию работы индукционного нагревателя.

Индукционный нагреватель на самом деле является крайне «неэффективной» формой электрического трансформатора, и эта неэффективность становится его основным преимуществом.

Мы знаем, что в электрическом трансформаторе сердечник должен быть совместим с наведенной частотой, и когда существует несовместимость между частотой и материалом сердечника в трансформаторе, это приводит к выделению тепла.

По сути, трансформатор с железным сердечником потребует более низкого диапазона частот от 50 до 100 Гц, и по мере увеличения этой частоты сердечник может проявлять тенденцию к пропорциональному нагреванию. Это означает, что если частота будет увеличена до гораздо более высокого уровня, она может превысить 100 кГц, что приведет к сильному нагреву внутри ядра.

Да, это именно то, что происходит с системой индукционного нагрева, где варочная панель действует как сердечник и, следовательно, сделана из железа. А индукционная катушка подвергается воздействию высокой частоты, что в совокупности приводит к выработке пропорционально интенсивного количества тепла на сосуде. Поскольку частота оптимизирована на очень высоком уровне, обеспечивается максимально возможный нагрев металла.

Теперь давайте продолжим и изучим важные аспекты, которые могут потребоваться для проектирования успешной и технически правильной схемы индукционного нагревателя.Следующие детали объяснят это:

Что вам понадобится

Две основные вещи, необходимые для создания любой индукционной посуды:

1) Бифилярная катушка.

2) Схема генератора регулируемой частоты

Я уже обсуждал несколько схем индукционного нагревателя на этом веб-сайте, вы можете прочитать их ниже:

Схема солнечного индукционного нагревателя

Схема индукционного нагревателя с использованием IGBT

Простая схема индукционного нагревателя — Схема нагревательной плиты

Схема малого индукционного нагревателя для школьного проекта

Все вышеперечисленные звенья имеют две вышеупомянутые общие черты, то есть у них есть рабочая катушка и каскад задающего генератора.

Проектирование рабочей катушки

Для разработки индукционной посуды рабочая катушка должна быть плоской по своей природе, поэтому она должна быть бифилярного типа с ее конфигурацией, как показано ниже:

Бифилярная конструкция катушки, показанная выше, может быть эффективно применяется для изготовления домашней индукционной посуды.

Для оптимального отклика и низкого тепловыделения внутри катушки убедитесь, что провод бифилярной катушки сделан из множества тонких медных жил вместо одной сплошной проволоки.

Таким образом, это становится рабочей катушкой посуды, теперь концы этой катушки просто нужно объединить с согласующим конденсатором и совместимой сетью частотного драйвера, как показано на следующем рисунке:

Проектирование серии H-Bridge Схема резонансного драйвера

До сих пор информация должна была просветить вас относительно того, как сконфигурировать простую индукционную посуду или конструкцию индукционной варочной панели, однако наиболее важной частью конструкции является то, как резонировать конденсаторную сеть катушки (контур резервуара) в наиболее оптимальный диапазон, чтобы схема работала на наиболее эффективном уровне.

Для того чтобы цепь катушки / емкости конденсатора (LC-цепь) работала на своем уровне резонанса, необходимо, чтобы индуктивность катушки и емкость конденсатора были идеально согласованы.

Это может произойти только тогда, когда реактивное сопротивление обоих аналогов одинаково, то есть реактивное сопротивление катушки (индуктора) и конденсатора примерно одинаковы.

Как только это будет исправлено, можно ожидать, что контур резервуара будет работать на своей собственной частоте, а цепь LC достигнет точки резонанса.Это называется идеально настроенной LC-схемой.

На этом завершаются основные процедуры проектирования контура индукционного нагревателя.

Вы можете спросить, что такое резонанс контура LC. ?? И как это можно быстро рассчитать для выполнения конкретной конструкции индукционного нагревателя? Мы подробно обсудим это в следующих разделах.

Вышеупомянутые параграфы объяснили фундаментальные секреты разработки недорогой, но эффективной индукционной варочной панели в домашних условиях, в следующих описаниях мы увидим, как это можно реализовать, специально рассчитав ее ключевые параметры, такие как резонанс настроенного контура LC и правильный размер провода катушки для обеспечения оптимальной пропускной способности по току.

Что такое резонанс в LC-цепи индукционного нагревателя

Когда конденсатор в настроенной LC-цепи на мгновение заряжается, конденсатор пытается разрядить и сбросить накопленный заряд по катушке, катушка принимает заряд и сохраняет заряд в форме магнитного поля. Но как только конденсатор разряжен в процессе, катушка вырабатывает почти эквивалентное количество заряда в виде магнитного поля, и теперь она пытается заставить его вернуться внутрь конденсатора, хотя и с противоположной полярностью.

Изображение предоставлено:

Википедия

Конденсатор снова вынужден заряжаться, но на этот раз в противоположном направлении, и как только он полностью заряжен, он снова пытается опустошить катушку, что приводит к обмен заряда в виде колебательного тока через LC-сеть.

Частота этого колебательного тока становится резонансной частотой настроенного LC-контура.

Однако из-за собственных потерь вышеуказанные колебания со временем затухают, а частота и заряд через какое-то время заканчиваются.

Но если разрешено поддерживать частоту через внешний частотный вход, настроенный на тот же уровень резонанса, то это может гарантировать постоянный эффект резонанса, индуцируемый через LC-контур.

На резонансной частоте можно ожидать, что амплитуда напряжения, колеблющегося в LC-цепи, будет на максимальном уровне, что приведет к наиболее эффективной индукции.

Следовательно, мы можем подразумевать, что для реализации идеального резонанса в сети LC для конструкции индукционного нагревателя нам необходимо обеспечить следующие важные параметры:

1) Настроенная цепь LC

2) И частота согласования для поддержания резонанс LC-контура.

Это можно рассчитать по следующей простой формуле:

F = 1 ÷ 2π x √LC

где L — в Генри, а C — в фарадах

Если вы не хотите идти Из-за хлопот расчета резонанса резервуара LC катушки по формуле гораздо более простым вариантом могло бы быть использование следующего программного обеспечения:

Калькулятор резонансной частоты LC

Или вы также можете построить этот измеритель угла наклона сетки для определения и установки резонанса частота.

Как только резонансная частота определена, пора настроить полную мостовую ИС на эту резонансную частоту, соответствующим образом выбрав компоненты синхронизации Rt и Ct. Это может быть сделано методом проб и ошибок посредством практических измерений или с помощью следующей формулы:

Для расчета значений Rt / Ct можно использовать следующую формулу:

f = 1 / 1,453 x Rt x Ct, где Rt — в Омах и Ct в Фарадах.

Использование последовательного резонанса

В концепции индукционного нагревателя, обсуждаемой в этом посте, используется последовательный резонансный контур.

Когда используется последовательный резонансный LC-контур, у нас есть индуктор (L) и конденсатор (C), соединенные последовательно, как показано на следующей схеме.

Общее напряжение В , приложенное к последовательному LC, будет суммой напряжения на катушке индуктивности L и напряжения на конденсаторе C. Ток, протекающий через систему, будет равен току, протекающему через L и компоненты C.

V = VL + VC

I = IL = IC

Частота приложенного напряжения влияет на реактивные сопротивления катушки индуктивности и конденсатора.Когда частота увеличивается от минимального значения до более высокого значения, индуктивное реактивное сопротивление XL катушки индуктивности будет пропорционально увеличиваться, но XC, то есть емкостное реактивное сопротивление, будет уменьшаться.

Однако, когда частота увеличивается, будет конкретный случай или порог, когда величины индуктивного реактивного сопротивления и емкостного реактивного сопротивления будут просто равны. Этот экземпляр будет резонансной точкой серии LC, и частота может быть установлена ​​как резонансная частота.

Следовательно, в последовательном резонансном контуре резонанс будет возникать, когда

XL = XC

или, ωL = 1 / ωC

, где ω = угловая частота.

Оценка значения ω дает:

ω = ωo = 1 / √ LC, которая определяется как резонансная угловая частота.

Подставляя это в предыдущее уравнение, а также конвертируя угловую частоту (в радианах в секунду) в частоту (Гц), мы, наконец, получаем:

fo = ωo / 2π = 1 / 2π√ LC

fo = 1 / 2π√ LC

Расчет сечения провода для рабочей катушки индукционного нагревателя

После того, как вы рассчитали оптимизированные значения L и C для цепи резервуара индукционного нагревателя и оценили точную совместимую частоту для схемы драйвера, пришло время вычислить и зафиксировать текущую пропускную способность рабочей катушки и конденсатора.

Так как ток, задействованный в конструкции индукционного нагревателя, может быть существенно большим, этот параметр нельзя игнорировать, и его необходимо правильно назначить цепи LC.

Использование формул для расчета размеров проводов для индукционных проводов может быть немного сложным, особенно для новичков, и именно поэтому на этом сайте было включено специальное программное обеспечение для того же самого, которое любой заинтересованный любитель может использовать для измерения провод правильного размера для вашей индукционной варочной панели.

Самодельный индукционный нагреватель Схема DIY

Как работают эти индукционные нагреватели? Мы рассмотрим схему и шаг за шагом объясним, как создается колебательный сигнал, как индуцируется ток и как нагревается металл. Наконец, мы используем эту схему и устанавливаем самодельную версию и смотрим, работает ли она на нагрев некоторых металлов. Так что посмотрим …

ЧАСТЬ 1 — Коммерческий модуль

Во-первых, чтобы узнать и сопоставить сигналы, я купил один из этих коммерческих модулей индукционного нагревателя.Он рекламируется как 1000 Вт mdoule. Мы видим огромные конденсаторы, несколько катушек и еще несколько компонентов, а на выходе — огромную катушку из толстой медной проволоки. Эта выходная катушка создаст мощное колеблющееся магнитное поле, которое будет нагревать металлы, и мы увидим, как это сделать. Я делаю еще одну катушку из медного провода и помещаю ее рядом с катушкой индукционного нагревателя, и, как вы можете видеть на осциллографе, у нас есть колебательный сигнал около 100 МГц.

Чтобы понять, как этот модуль нагревает металлы, нам нужно понять 3 вещи.Во-первых, как магнитные поля могут индуцировать токи внутри металлов и обратный процесс, как токопроводящие провода будут создавать магнитные поля. Затем нам нужно увидеть, как резонанс этих катушек и конденсаторов будет создавать высокочастотные сигналы и, наконец, как ток будет нагревать металлы. Как вы можете видеть ниже, после включения модуля эти высокочастотные и мощные колебания нагревают металл до ярко-красного цвета всего за несколько секунд.

ЧАСТЬ 2 — Закон Фарадея

Закон индукции Фарадея — это основной закон электромагнетизма, предсказывающий, как магнитное поле будет взаимодействовать с электрической цепью, создавая явление электродвижущей силы, называемое электромагнитной индукцией.Это основной принцип работы трансформаторов, индукторов и многих типов электродвигателей, генераторов и соленоидов. Таким образом, движущийся магнит будет создавать изменения магнитного потока внутри катушки, и тем самым мы можем индуцировать ток внутри катушки. Но что еще могло создать магнитное поле?

Что ж, еще один компонент, помимо amgnet, который также создает магнитные поля, — это катушка. Да, катушка может производить обратный процесс индукции тока. Если мы подаем ток через катушку, будет создано магнитное поле, поэтому нам не нужны магниты.Катушка могла создавать магнитное поле и наводить ток во второй катушке, как трансформаторы. Итак, теперь мы знаем, как индуцировать ток, и этот ток будет нагревать наш металл. Ниже вы можете увидеть, как я передаю сигнал от одной катушки к другой.

ЧАСТЬ 3 — Частота резонанса

В этом примере мы будем использовать параллельно катушку и конденсатор. Это называется резервуаром LC, и если мы ударим по нему электроникой, он будет резонировать на своей резонансной частоте.Итак, если я приложу небольшой импульс напряжения, и они отключат соединение, это создаст быстро колеблющийся сигнал. Я подключаю конденсатор и катушку параллельно и очень быстро прикасаюсь к одному кабелю с напряжением 12 В к этому резервуару LC. Посмотрите ниже, что происходит. После прикосновения к резервуару LC я получаю на осциллографе первый осциллирующий сигнал, который медленно затухает. Итак, теперь мы получаем наши высокочастотные и мощные колебания, которые позже индуцируют ток внутри металла. Но наша схема работает немного иначе.Для этого давайте взглянем на схему базового и простого модуля индукционного нагревателя.

ЧАСТЬ 4 — Схема

В этом примере мы будем использовать параллельно катушку и конденсатор. Это называется резервуаром LC, и если мы ударим по нему электроникой, он будет резонировать на своей резонансной частоте. Итак, если я приложу небольшой импульс напряжения, и они отключат соединение, это создаст быстро колеблющийся сигнал. Я подключаю конденсатор и катушку параллельно и очень быстро прикасаюсь к одному кабелю с напряжением 12 В к этому резервуару LC.Посмотрите ниже, что происходит. После прикосновения к резервуару LC я получаю на осциллографе первый осциллирующий сигнал, который медленно затухает. Итак, теперь мы получаем наши высокочастотные и мощные колебания, которые позже индуцируют ток внутри металла. Но наша схема работает немного иначе. Для этого давайте взглянем на схему базового и простого модуля индукционного нагревателя.

Итак, как вы можете видеть на схеме выше, у нас на выходе 3 катушки. Пока не обращайте внимания на катушку L3, потому что это будет выходная катушка, которая будет создавать магнитное поле.У нас есть 2 катушки, L1 и L2, и один конденсатор, C1. У нас будет резонанс, как и раньше, но на этот раз он будет другим и никогда не прекратится. Как вы можете видеть, у нас также есть два диода, D1 и D2, которые подключены к затвору двух транзисторов, T1 и T2. Когда сигнал сначала колеблется на C1, на одной стороне C1 будет положительное напряжение, а на другой стороне C1 — отрицательное напряжение. Таким образом, один диод будет пропускать ток, а другой — нет. Таким образом, один транзистор будет включен, а другой выключен.Но буквально через мгновение из-за этого процесса полярность на C1 изменится, и это активирует второй транзистор и выключит другой. И этот процесс будет повторяться снова и снова, и это изменит поток тока внутри катушки L3, потому что, как вы можете видеть, один enf этой катушки подключен к 15 В, а другой конец будет подключен к отрицательному или положительному, и тем самым будет создаваться колебательный ток. Это создаст колеблющееся магнитное поле.

Змеевики индукционного нагрева — компоненты индукционного нагрева

Элементы индукционного нагрева

Типичная система индукционного нагревателя включает источник питания, цепь согласования импеданса, цепь резервуара и аппликатор.Аппликатор, представляющий собой индукционную катушку, может быть частью цепи резервуара. Цепь резервуара обычно представляет собой параллельный набор конденсаторов и катушек индуктивности. Конденсатор и индуктор в цепи резервуара являются резервуарами электростатической энергии и электромагнитной энергии соответственно. На резонансной частоте конденсатор и катушка индуктивности начинают передавать накопленную энергию друг другу. В параллельной конфигурации это преобразование энергии происходит при большом токе. Большой ток через катушку способствует хорошей передаче энергии от индукционной катушки к заготовке.

Щелкните здесь, чтобы узнать о , что такое индукционные катушки и как они работают, а также о различных типах катушек .

а) Источник питания

Источники питания — одна из важнейших частей системы индукционного нагревателя. Обычно они оцениваются по диапазону рабочих частот и мощности. Существуют различные типы индукционных источников питания, которые включают источники сетевой частоты, умножители частоты, двигатели-генераторы, преобразователи искрового разрядника и твердотельные инверторы.Твердотельные инверторы имеют наибольший КПД среди источников питания.

Типичный твердотельный инверторный источник питания состоит из двух основных частей; Выпрямитель и инвертор. Линейные переменные токи преобразуются в постоянный в выпрямительной части с помощью диодов или тиристоров. Постоянный ток поступает в инвертор, где твердотельные переключатели, такие как IGBT или MOSFET, преобразуют его в ток, на этот раз с высокой частотой (обычно в диапазоне от 10 до 600 кГц). Согласно диаграмме ниже, IGBT могут работать на более высоком уровне мощности и более низкой частоте по сравнению с MOSFET, работающими на более низком уровне мощности и более высоких частотах.

b) Согласование импеданса

Источники питания для индукционного нагрева, как и любое другое электронное устройство, имеют максимальные значения напряжения и тока, которые нельзя превышать. Чтобы передать максимальную мощность от источника питания к нагрузке (заготовке), полное сопротивление источника питания и нагрузки должно быть как можно ближе. Таким образом, значения мощности, напряжения и тока могут одновременно достигать своих максимально допустимых пределов. Для этого в индукционных нагревателях используются схемы согласования импеданса.В зависимости от применения могут использоваться различные комбинации электрических элементов (например, трансформаторы, регулируемые катушки индуктивности, конденсаторы и т. Д.).

c) Резонансный резервуар

Резонансный бак в системе индукционного нагрева обычно представляет собой параллельный набор конденсатора и индуктора, который резонирует на определенной частоте. Частота получается по следующей формуле:

где L — индуктивность индукционной катушки, а C — емкость.Согласно анимации ниже, явление резонанса очень похоже на то, что происходит в качающемся маятнике. В маятнике кинетическая и потенциальная энергии преобразуются друг в друга, пока он колеблется от одного конца к другому. Движение затухает из-за трения и других механических потерь. В резонансном резервуаре энергия, обеспечиваемая источником питания, колеблется между индуктором (в форме электромагнитной энергии) и конденсатором (в форме электростатической энергии). Энергия затухает из-за потерь в конденсаторе, катушке индуктивности и заготовке.Потери в заготовке в виде тепла желательны и предназначены для индукционного нагрева.

Сам резонансный бак состоит из конденсатора и индуктора. Блок конденсаторов используется для обеспечения необходимой емкости для достижения резонансной частоты, близкой к мощности источника питания. На низких частотах (ниже 10 кГц) используются масляные конденсаторы, а на более высоких частотах (более 10 кГц) используются керамические или твердые диэлектрические конденсаторы.

г) Индукторы индукционного нагревателя

Катушка индукционного нагрева представляет собой медную трубку особой формы или другой проводящий материал, через который пропускается переменный электрический ток, создавая переменное магнитное поле.Металлические части или другие проводящие материалы помещаются внутри, через катушку индукционного нагрева или рядом с ней, не касаясь катушки, и создаваемое переменное магнитное поле вызывает трение внутри металла, вызывая его нагрев.

При проектировании катушки необходимо учитывать некоторые условия:

1. Для увеличения эффективности индукционных нагревателей расстояние между катушкой и заготовкой должно быть минимизировано.Эффективность связи между катушкой и заготовкой обратно пропорциональна квадратному корню из расстояния между ними.

2. Если деталь расположена в центре спиральной катушки, она будет лучше всего связана с магнитным полем. Если он смещен по центру, область заготовки, расположенная ближе к виткам, будет получать больше тепла. Этот эффект показан на рисунке ниже.

3. Кроме того, позиция рядом с соединением выводов и катушки имеет более слабую плотность магнитного потока, поэтому даже центр внутреннего диаметра спиральной катушки не является центром индукционного нагрева.

4. Следует избегать эффекта отмены (рисунок слева). Это происходит, когда раскрытие катушки очень мало. Добавление петли в катушку поможет обеспечить необходимую индуктивность (рисунок справа). Индуктивность индуктора определяет способность этого индуктора накапливать магнитную энергию. Индуктивность можно рассчитать по следующей формуле:

где ε — электродвижущая сила, а dI / dt — скорость изменения тока в катушке. Сам по себе ε равен скорости изменения магнитного потока в катушке (- dφ / dt), где магнитный поток φ может быть рассчитан из NBA, где N — количество витков, B — магнитное поле и A — площадь индуктор.Следовательно, индуктивность будет равна:

Очевидно, что величина индуктивности линейно пропорциональна площади индуктора. Следовательно, необходимо учитывать минимальное значение для контура индуктора, чтобы он мог накапливать магнитную энергию и передавать ее индукционной заготовке.

Эффективность катушки

КПД змеевика определяется следующим образом:

В таблице ниже показаны типичные значения КПД различных катушек:

Модификация катушки по заявке

В некоторых случаях нагревательный объект не имеет однородного профиля, но требует равномерного нагрева.В этих случаях необходимо изменить поле магнитного потока. Для этого есть два типичных метода. Один из способов — разделить витки там, где деталь имеет большее поперечное сечение (при использовании спиральной катушки). Более распространенный метод — увеличить расстояние между обмотками в тех областях, где поперечное сечение детали больше. Оба метода показаны на рисунке ниже.

Такая же ситуация бывает при нагреве плоских поверхностей большими змеевиками. Центральная зона получит излишнее тепло.Чтобы избежать этого, зазор между поверхностью катушки и плоским предметом будет увеличен путем придания катушке блина конической формы.

Змеевик с футеровкой используется в приложениях, где требуется широкая и однородная зона нагрева, но мы не хотим использовать большие медные трубки. Лайнер представляет собой широкий лист, который прихваткой припаян к гибкой трубе как минимум в двух точках. Остальная часть стыка будет припаяна только для обеспечения максимальной теплопередачи. Также синусоидальный профиль поможет увеличить охлаждающую способность змеевика.Такая катушка изображена на рисунке ниже.

По мере увеличения длины нагрева необходимо увеличивать количество витков, чтобы сохранить равномерность нагрева.

Схема нагрева меняется в зависимости от изменения формы заготовки. Магнитный поток имеет тенденцию накапливаться на краях, порезах или вмятинах на нагреваемом объекте, вызывая тем самым более высокую скорость нагрева в этих областях. На рисунке ниже показан «краевой эффект», когда змеевик находится выше края нагревательного элемента, и в этой области происходит чрезмерный нагрев.Чтобы этого не произошло, катушку можно опустить ниже, ровно или немного ниже края.

Индукционный нагрев дисков также может вызвать чрезмерный нагрев кромок, как показано на рисунке ниже. Края нагреваются сильнее. Высота катушки может быть уменьшена, или концы катушки могут быть сделаны с большим радиусом для отделения от края заготовки.

Острые углы прямоугольных катушек могут вызвать более глубокий нагрев детали.Разделение углов катушки, с одной стороны, снизит скорость нагрева угла, но, с другой стороны, снизит общую эффективность индукционного процесса.

Одним из важных моментов, которые необходимо учитывать при проектировании многопозиционных катушек, является влияние соседних катушек друг на друга. Чтобы сохранить максимальную мощность нагрева каждой катушки, расстояние между центрами соседних катушек должно быть как минимум в 1,5 раза больше диаметра катушки.

Разделенные индукторы используются в приложениях, где требуется тесная связь, а также невозможно извлечь деталь из катушки после процесса нагрева.Важным моментом здесь является обеспечение очень хорошего электрического контакта в месте соединения шарнирных поверхностей. Обычно для обеспечения наилучшего электрического контакта с поверхностью используется тонкий слой серебра. Разделенные части змеевиков будут охлаждаться с помощью гибкого водяного шланга. Автоматическое пневматическое сжатие часто используется для закрытия / открытия змеевика, а также для обеспечения необходимого давления в шарнирной области.

Типы нагревательных змеевиков

В таких применениях, как нагрев наконечника валов, достижение однородности температуры может быть затруднено из-за эффекта компенсации в центре поверхности наконечника.Двойной деформированный змеевик для блинов с обработанными сторонами, подобный приведенной ниже схеме, можно использовать для достижения равномерного профиля нагрева. Следует обратить внимание на направление двух блинов, в которых центральные обмотки намотаны в одном направлении и имеют дополнительный магнитный эффект.

В таких применениях, как сварка узкой ленты на одной стороне длинного цилиндра, где относительно большая длина должна нагреваться значительно выше, чем другие области объекта, обратный путь тока будет иметь значение.При использовании катушки типа Split-Return большой ток, индуцируемый на пути сварки, будет разделен на две части, которые будут еще шире. Таким образом, скорость нагрева на сварочном пути как минимум в четыре раза выше, чем у остальных частей объекта.

канального типа используются, если время нагрева не очень короткое, а также требуются довольно низкие удельные мощности. Несколько нагревательных частей проходят через змеевик с постоянной скоростью и достигают максимальной температуры при выходе из машины.Концы катушки обычно согнуты, чтобы обеспечить путь для входа и выхода деталей из катушки. Там, где требуется обогрев профиля, можно использовать пластинчатые концентраторы с многооборотными канальными змеевиками.

имеет два основных преимущества по сравнению с круглой трубкой: а) поскольку она имеет более плоскую поверхность, «смотрящую» на заготовку, она обеспечивает лучшую электромагнитную связь с нагревательной нагрузкой и б) конструктивно легче выполнять повороты. с квадратными трубками, а не с круглыми.

Конструкция выводов индукционных катушек

Конструкция выводов: выводы являются частью индукционной катушки, и хотя они очень короткие, они имеют конечную индуктивность. В общем, на приведенной ниже схеме показана принципиальная электрическая схема тепловой станции системы индукционных агрегатов. C — резонансный конденсатор, установленный в тепловой станции, L_lead — это общая индуктивность выводов катушки, а L_coil — индуктивность индукционной катушки, связанной с нагревательной нагрузкой. V_total — это напряжение, подаваемое от индукционного источника питания на тепловую станцию, V_lead — это падение напряжения на индуктивности вывода, а V_coil — это напряжение, которое будет приложено к индукционной катушке.Общее напряжение складывается из напряжения на выводах и индукционной катушке:

V_lead представляет собой величину общего напряжения, занятого выводами, и не оказывает никакого полезного индукционного воздействия. Задача дизайнера — минимизировать это значение. V_lead можно рассчитать как:

Из приведенных выше формул очевидно, что для минимизации значения V_lead индуктивность выводов должна быть в несколько раз меньше индуктивности индукционной катушки (L_lead≪L_coil).

Уменьшение индуктивности свинца: На низких частотах, обычно из-за использования катушек с высокой индуктивностью (многооборотные и / или с большим внутренним диаметром), L_lead намного меньше, чем L_coil. Однако, поскольку количество витков и общий размер катушки уменьшается для высокочастотных индукторов, становится важным применять специальные методы для минимизации индуктивности выводов. Ниже приведены два примера для этого.

Концентраторы потока: Когда магнитный материал помещается в окружающую среду, включая магнитные поля, из-за низкого магнитного сопротивления (магнитного сопротивления) они имеют тенденцию поглощать линии магнитного потока.Способность поглощать магнитное поле количественно оценивается относительной магнитной проницаемостью. Это значение для воздуха, меди и нержавеющей стали равно единице, но для мягкой стали может доходить до 400, а для железа — до 2000. Магнитные материалы могут сохранять свою магнитную способность до температуры Кюри, после чего их магнитная проницаемость падает до единицы и они больше не будут магнитными.

Концентратор потока — это материал с высокой проницаемостью и низкой электропроводностью, который предназначен для использования в конструкции катушек индукционного нагревателя для увеличения магнитного поля, приложенного к нагревающей нагрузке.На рисунке ниже показано, как размещение концентратора потока в центре блинной катушки будет концентрировать силовые линии магнитного поля на поверхности катушки. Таким образом, материалы, помещенные поверх змеевика для блинов, лучше соединятся и получат максимальный нагрев.

Влияние концентратора потока на плотность тока в индукционной катушке показано на рисунке ниже. Большая часть тока будет сосредоточена на поверхности, не покрытой концентратором флюса.Следовательно, змеевик может быть сконструирован таким образом, что только сторона змеевика, обращенная к нагревательной нагрузке, останется без материалов концентратора. В электромагнетизме это называется щелевым эффектом. Щелевой эффект значительно увеличит эффективность змеевика, и для нагрева потребуется более низкий уровень мощности.

Артикул:

• С. Зинн и С. Л. Семятин, «Элементы индукционного нагрева, проектирования, управления и приложений», A S. M International, ISBN-13: 9780871703088, 1988

Принципиальная схема, работа и применение

Принцип индукционного нагрева используется в производственных процессах с 1920-х годов.Как уже было сказано, необходимость — мать изобретений, во время Второй мировой войны потребность в быстром процессе упрочнения деталей металлического двигателя привела к быстрому развитию технологии индукционного нагрева. Сегодня мы видим применение этой технологии в наших повседневных потребностях. В последнее время потребность в улучшенном контроле качества и безопасных производственных технологиях снова привлекла внимание к этой технологии. С помощью современных передовых технологий внедряются новые и надежные методы реализации индукционного нагрева.

Что такое индукционный нагрев?

Принцип работы процесса индукционного нагрева представляет собой комбинированный рецепт электромагнитной индукции и джоулева нагрева. Процесс индукционного нагрева — это бесконтактный процесс нагрева электропроводящего металла путем создания в нем вихревых токов с использованием принципа электромагнитной индукции. Поскольку генерируемый вихревой ток течет против удельного сопротивления металла, по принципу джоулева нагрева в металле генерируется тепло.

Как работает индукционный нагрев?

Знание закона Фарадея очень полезно для понимания работы индукционного нагрева. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, изменение электрического поля в проводнике приводит к возникновению переменного магнитного поля вокруг него, сила которого зависит от величины приложенного электрического поля. Этот принцип работает и наоборот, когда в проводнике изменяется магнитное поле.

Итак, вышеуказанный принцип используется в процессе индукционного нагрева.Здесь твердотельный источник питания с высокочастотной частотой подается на катушку индуктивности, а нагреваемый материал помещается внутри катушки. Когда через катушку пропускают переменный ток, вокруг нее создается переменное магнитное поле в соответствии с законом Фарадея. Когда материал, помещенный внутри индуктора, попадает в диапазон этого переменного магнитного поля, в материале генерируется вихревой ток.

Теперь соблюдается принцип джоулева нагрева. В соответствии с этим при прохождении тока через материал в нем выделяется тепло.Таким образом, когда в материале генерируется ток из-за индуцированного магнитного поля, протекающий ток выделяет тепло изнутри материала. Этим объясняется процесс бесконтактного индукционного нагрева.

Схема цепи индукционного нагрева

Установка, используемая для процесса индукционного нагрева, состоит из высокочастотного источника питания для подачи переменного тока в цепь. Медная катушка используется в качестве индуктора, и к ней подается ток. Нагреваемый материал помещается внутрь медного змеевика.

Изменяя силу подаваемого тока, мы можем контролировать температуру нагрева. Поскольку вихревой ток, возникающий внутри материала, течет противоположно удельному электрическому сопротивлению материала, в этом процессе наблюдается точный и локальный нагрев.

Помимо вихревых токов, в магнитных частях также выделяется тепло из-за гистерезиса. Электрическое сопротивление, создаваемое магнитным материалом по отношению к изменяющемуся магнитному полю внутри индуктора, вызывает внутреннее трение.Это внутреннее трение создает тепло.

Поскольку процесс индукционного нагрева является процессом бесконтактного нагрева, нагреваемый материал может находиться вдали от источника питания или погружен в жидкость, или в любую газообразную среду, или в вакуум. Для этого типа нагрева не требуются дымовые газы.

Факторы, которые необходимо учитывать при проектировании системы индукционного нагрева

Есть несколько факторов, которые следует учитывать при проектировании системы индукционного нагрева для любого типа применения.

• Обычно индукционный нагрев используется для металлов и токопроводящих материалов. Непроводящий материал можно нагревать напрямую.
• При нанесении на магнитные материалы тепло генерируется как вихревыми токами, так и эффектом гистерезиса магнитных материалов.
• Маленькие и тонкие материалы нагреваются быстрее по сравнению с большими и толстыми материалами.
• Чем выше частота переменного тока, тем меньше глубина проплавления.
• Материалы с более высоким удельным сопротивлением быстро нагреваются.
• Индуктор, в который помещается нагревательный материал, должен позволять легко вставлять и удалять материал.
• При расчете мощности источника питания необходимо учитывать удельную теплоемкость нагреваемого материала, массу материала и требуемое повышение температуры.
• Потери тепла из-за теплопроводности, конвекции и излучения также следует принимать во внимание при выборе мощности источника питания.

Формула для индукционного нагрева

Глубина, на которую вихревой ток проникает в материал, определяется частотой индуктивного тока.Для токоведущих слоев эффективная глубина может быть рассчитана как

D = 5000 √ρ / µf

Здесь d означает глубину (см), относительная магнитная проницаемость материала обозначена как µ, ρ — удельное сопротивление. материала в Ом-см, f указывает частоту переменного тока в Гц.

Катушка, используемая в качестве индуктора, к которому подается питание, бывает различных форм.Индуцированный ток в материале пропорционален количеству витков в катушке. Таким образом, для эффективности и действенности индукционного нагрева важна конструкция катушки.

Обычно индукционные катушки представляют собой медные проводники с водяным охлаждением. В зависимости от наших приложений используются катушки различной формы. Чаще всего используется многооборотная спиральная катушка. Для этой катушки ширина диаграммы нагрева определяется количеством витков в катушке. Однооборотные катушки полезны в тех случаях, когда требуется нагрев узкой полосы заготовки или кончика материала.

Многопозиционный спиральный змеевик используется для нагрева нескольких деталей. Блинный змеевик используется, когда требуется нагреть только одну сторону материала. Внутренний змеевик используется для нагрева внутренних отверстий.

Области применения индукционного нагрева

• Целенаправленный нагрев для поверхностного нагрева, плавления и пайки возможен с помощью процесса индукционного нагрева.
• Кроме металлов, нагрев жидких проводников и газопроводов возможен с помощью индукционного нагрева.
• Для нагрева кремния в полупроводниковой промышленности используется принцип индукционного нагрева.
• Этот процесс используется в индукционных печах для нагрева металла до температуры плавления.
• Поскольку это бесконтактный процесс нагрева, вакуумные печи используют этот процесс для производства специальной стали и сплавов, которые могут окисляться при нагревании в присутствии кислорода.
• Процесс индукционного нагрева используется для сварки металлов, а иногда и пластмасс, когда они легированы ферромагнитной керамикой.
• Индукционные плиты, используемые на кухне, работают по принципу индукционного нагрева.
• Для пайки твердого сплава на валу используется процесс индукционного нагрева.
• Для герметизации крышек бутылок и фармацевтических препаратов с защитой от несанкционированного доступа используется процесс индукционного нагрева.
• Машина для моделирования впрыска пластмасс использует индукционный нагрев для повышения энергоэффективности впрыска.

Для обрабатывающей промышленности индукционный нагрев обеспечивает мощный пакет стабильности, скорости и контроля.Это аккуратный, быстрый и экологически чистый процесс нагрева. Потери тепла, наблюдаемые при индукционном нагреве, могут быть решены с помощью закона Ленца. Этот закон показал способ продуктивного использования тепловых потерь, возникающих в процессе индукционного нагрева. Какое из применений индукционного нагрева вас поразило?

Схема простого индукционного нагревателя

Идея предлагаемой схемы простого индукционного нагревателя проста. Катушка генерирует высокочастотный магнитный поток, а затем металлические предметы в катушке создают вихревые токи, которые могут нагревать ее.

Просадки гистерезиса дополнительно способствуют нагреву. Возможно, даже для такой катушки меньшего размера, как эта, обычно используется ток около 100 А, следовательно, в случае с катушкой вы обнаружите резонансную емкость, которая составляет их индуктивный характер.

Цепь катушка-конденсатор должна получать питание на их резонансной частоте. Ток мотивации значительно меньше, чем ток по всей катушке. Источником питания является простой полумост MOSFET, регулируемый схемой IR2153.МОП-транзисторы имеют компактный радиатор.

Управляющая частота настраивается на резонанс с помощью потенциометра. Резонанс определяется неоновой лампочкой. Частоту можно было регулировать в диапазоне примерно от 20 до 200 кГц.

Для цепи управления требуется вспомогательное напряжение 12-15 В постоянного тока. Я буду использовать малоразмерный источник питания для настенной розетки, но просто потому, что можно использовать всего несколько мА, не стесняйтесь использовать осаждающий резистор или конденсатор.

В основном из-за того, что выходной драйвер не может быть напрямую связан, вы можете последовательно найти дополнительный дроссель.Он включает около двадцати витков диаметром 1,5 мм на ферритовом сердечнике 8×10 мм, а также прочность может быть определена путем изменения воздушного зазора.

Индукционный нагрев работает напрямую от электросети. Он будет использовать двухполупериодное выпрямленное напряжение без фильтрующего электролитического конденсатора. Лампочка подключается последовательно, чтобы уменьшить ток и помочь сохранить схему в случае ошибки, перегрузки или нежелательной работы.
Рабочая катушка индукционного нагрева должна быть из прочной медной проволоки или, что более желательно, из медной трубки и иметь примерно 12–30 витков на диаметре 3–10 см.

Резонансный конденсатор — результат большой силы тока, создаваемой многочисленными (как минимум 6) конденсаторами. В моем примере катушка имеет 26 витков, а конденсаторы — 6 x 330n 250V ~.

Вместе очень сильно нагреваются после длительной работы. Резонансная частота составляет примерно 29 кГц. Моя резонансная схема строится быстро, с добавлением проб и ошибок можно достичь значительно лучших конечных результатов.

Это действительно мой первый опыт работы с простой схемой индукционного нагревателя

(PDF) КОНСТРУКЦИЯ РЕЗОНАНСНОГО ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВАТЕЛЯ 500 Вт

Конструкция резонансного индукционного нагревателя мощностью 500 Вт, B.S. Sazak

Mühendislik Bilimleri Dergisi 1999 5 (1) 871-878 872 Journal of Engineering Sciences 1999 5 (1) 871-878

расходные материалы с использованием твердотельных устройств в индукционной

Отрасль нагрева значительно выросла за прошлое время

лет и хорошо изучен (Okeke, 1978;

Bonert and Lavers, 1994).

Для эффективной работы системы индукционного нагрева

во время операций нагрева или плавления конструкция системы

должна удовлетворять некоторым из следующих требований

:

• Система должна быть способна работать при любой нагрузке

состояние.Пустой, полный, холодный, полный горячий или любая промежуточная ситуация

.

• Гармонические токи, потребляемые от сети

, должны быть низкими.

• Система должна иметь достаточный допуск к

, чтобы выдерживать помехи или колебания входного источника питания

.

• Очень частые запуск и остановка

должны быть возможны без какого-либо вредного воздействия на систему

.

• Прекращение сигналов запуска должно привести к мгновенному отключению системы

.

• Внезапные изменения импеданса нагруженной катушки

значений должны допускаться, например, удаление или вставка нагрузки

или изменение ее формы и размера

.

В литературе имеется ряд переключающих элементов

, примененных к среднечастотной индукционной системе нагрева

, которая способна удовлетворить большинство

этих требований. Использование тиристоров Gate Turn Off

(GTO) или биполярных транзисторов

(IGBT) с изолированным затвором в качестве переключающего элемента дает

более высокую рабочую частоту и хорошую эффективность, но

ограничивает выходную мощность (Malesani and Tenti, 1987;

) Ин и Хойман, 1994).Хотя стоимость на

ампер выше, чем стоимость на 1 ампер высокочастотного тиристора

, также можно спроектировать

в диапазоне частот от 10 кГц до 25 кГц, используя высокочастотные модули транзисторов Дарлингтона

в качестве коммутирующих модулей

. устройства (Mauch, 1986; Деде, 1991).

Тем не менее, за последние 20 лет тиристорный инвертор

стал основным источником энергии средней частоты

для приложений индукционного нагрева,

заменил комплект двигатель-генератор.

широко применяется в диапазонах частот от

1 кГц до 10 кГц (Чудновский и др., 1996),

из-за его способности выдерживать большие токи.

Преимущество предложенной топологии резонансного инвертора с одним переключателем

состоит в том, что выключение тиристора

происходит при нулевом токе и, следовательно,

снижает коммутационные потери в силовых устройствах.

Дополнительным преимуществом предложенной топологии инвертора

является то, что он требует небольшого количества компонентов

и имеет более низкую стоимость по сравнению с

другими альтернативными топологиями.

2. ПРИНЦИП РАБОТЫ

Принципиальная схема предлагаемого резонансного инвертора с одним переключателем

, который обеспечивает переменный ток

через катушку индукционного нагревателя, приведена на рисунке

1.