Индукционный нагреватель металла: простая схема для изготовления своими руками

Индукционный нагреватель металла: простая схема для изготовления своими руками

Главная страница » Индукционный нагреватель металла: простая схема для изготовления своими руками

Технология индукционного нагрева быстро наращивает популярность, благодаря многим преимуществам практического использования. Причём этот метод работы с металлами привлекает не столько промышленную индустрию, сколько частный бытовой сектор. Однако условия создания аппаратных установок в обоих случаях существенно отличаются. В отличие от промышленного сектора, частникам, работающим в быту, требуется аппаратура относительно небольшой мощности, простая по исполнению, доступная по цене. Здесь описывается схема на индукционный нагреватель мощностью 1600 Вт, которая вполне реализуется в домашних условиях. Это своего рода пример, демонстрирующий, как создать аппарат под индукционный нагрев для применения в быту.

О принципе индуктивного нагрева

Для начала разъясним, как функционируют электрические индукционные нагреватели. Переменный ток, проходя по виткам катушки, образует вокруг нее электромагнитное поле. Если поместить внутрь обмотки сердечник из магнитящегося металла, то он станет нагреваться вихревыми токами, возникающими под воздействием поля. Вот и весь принцип.

Важное условие. Чтобы металлический сердечник нагревался, катушка должна питаться переменным током, меняющим знак и вектор поля с высокой частотой. При подаче на обмотку постоянного тока вы получите обыкновенный электромагнит.

Сам нагревательный элемент носит название индуктора и является главной частью установки. В отопительных котлах он представляет собой стальную трубу с протекающим внутри теплоносителем, а в кухонных плитах – плоскую катушку, максимально приближенную к варочной панели, как изображено далее на фото.

Катушка-индуктор нагревает железную трубу, которая передает тепло протекающей воде

Вторая часть индукционного нагревателя — схема, повышающая частоту тока. Дело в том, что напряжение с промышленной частотой 50 Гц малопригодно для работы подобных устройств. Если присоединить индуктор к сети напрямую, то он начнет сильно гудеть и слабо прогревать сердечник, причем вместе с обмотками. Чтобы эффективно преобразовывать электричество в теплоту и полностью передавать ее металлу, частоту нужно повысить минимум до 10 кГц, чем и занимается электросхема.

В чем заключаются реальные преимущества индукционных котлов перед ТЭНовыми и электродными:

  1. Деталь, нагревающая воду, — это простой кусок трубы, не участвующий в электрохимических процессах (как в электродных теплогенераторах). Поэтому срок службы индуктора ограничивается только работоспособностью катушки и может достигать 10—20 лет.
  2. По той же причине элемент одинаково хорошо «дружит» со всеми видами теплоносителей – водой, антифризом и даже машинным маслом, разницы нет.
  3. Внутренности индуктора не покрываются накипью в процессе эксплуатации.

Здесь сердечником служит посуда из магнитного металла

Примечание. С индукционными котлами связано множество мифов. Например, продавцы утверждают, что они экономичнее других электрических обогревателей на 10—20%, хотя в действительности КПД всех электрокотлов равен 98%. Список преимуществ ограничивается тремя вышеперечисленными пунктами, остальное – реклама.

Сила индукции своими руками

Нагревательные приборы, которые в качестве энергии используют электричество, максимально удобны и комфортны в использовании. Они намного безопаснее, чем оборудование, работающее на газу. К тому же в этом случае нет ни копоти, ни сажи.

Один из недостатков такого нагревателя — высокий расход электричества. Чтобы как-то экономить, народные умельцы научились собирать индукционные нагреватели своими руками. В итоге получается отличный аппарат, которому для работы нужно гораздо меньше электрической энергии.

Блиц-советы

  1. Эксплуатация самодельных устройств индукционного нагрева, не всегда позволяет исключить распространение вредного для человека электромагнитного излучения, поэтому индукционный котёл следует устанавливать в нежилом помещении и экранировать оцинкованной сталью.
  2. Обязательно при работе с электричествомследует соблюдать правила техники безопасности, особенно это касается сетей переменного тока напряжением 220 В.
  3. В качестве экспериментаможно изготовить варочную поверхность для приготовления пищи по схеме указанной в статье, но эксплуатировать данный прибор постоянно не рекомендуется по причине несовершенства самостоятельного изготовления экранирования данного устройства, из-за этого возможно воздействие на организм человека вредного электромагнитного излучения, способного негативно сказаться на здоровье.

Применение силы индукции для обогрева

Нагревательные приборы, использующие в основе своего функционирования электроэнергию, определенно являются наиболее удобными и максимально комфортными при эксплуатации. Их безопасность гораздо выше, нежели у оборудования, которое работает от газа. Кроме того, данные устройства не оставляют как остаточные продукты своего функционирования сажи и копоти.

Главным недостатком таких приборов, пожалуй, можно назвать, высокий расход электроэнергии. Для большей экономии народные мастера придумали, как самостоятельно изготавливать индукционные нагреватели. Как результат, получается агрегат, для функционирования которого требуется в разы меньше электричества.

Простой индукционный нагреватель 12 В

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

Генератор с самовозбуждением генерирует импульсы на основании резонансной частоты контура. В результате в катушке возникает мощное переменное электромагнитное поле частотой порядка 35 кГц.

Если в центр этой катушки поместить сердечник из токопроводящего материала, то внутри него возникнет электромагнитная индукция. В результате частой смены эта индукция вызовет в сердечнике вихревые токи, которые в свою очередь повлекут за собой выделение тепла. Это классический принцип преобразования электромагнитной энергии в тепловую.

Индукционные нагреватели очень давно используются во многих областях производства. С их помощью можно делать закалку, бесконтактную сварку, и самое главное — точечный прогрев, а также плавление материалов.

Ресурс «Сантехник Портал» продемонстрирует вам схему простого низковольтного индукционного нагревателя, которая уже стала классической.

Еще больше упростим эту схему и стабилитроны «D1, D2» не будем устанавливать.

Элементы, которые понадобятся:

  1. Резисторы на 10 кОм – 2 шт.
  2. Резисторы на 470 Ом – 2 шт.
  3. Диоды Шоттки на 1 А – 2 шт.
  4. Полевые транзисторы IRF3205 – 2 шт.
  5. Индуктор «5+5» — 10 витком с отводом от середины. Чем толще провод, тем лучше.
  6. Дроссель – 25 витков на кольце из блока старого компьютера.
  7. Конденсатор 0,47 мкФ. Лучше набирать емкость несколькими конденсаторами и на напряжение не ниже 600 Вольт.

Изготовление простого индукционного нагревателя 12 В:

  1. Намотать индуктор.
  2. Собрать схему навесным монтажом, отделив колодкой индуктор от всей схемы.
  3. Конденсатор желательно располагать в непосредственной близости от выводов катушки.
  4. Транзисторы установить на радиаторы.
  5. Запитать всю установку от аккумулятора 12 Вольт.

Работает отлично. Лезвие канцелярского ножа нагревает до красноты очень быстро.

Транзисторы и сам индуктор греются, если работает постоянно. На небольшое время – не критично почти.

Схема и описание индукционного нагревателя на 500 Ватт

Схема индукционного нагревателя мощностью 500 Ватт, который можно собрать самостоятельно! В сети можно найти огромное множество данных схем, но они сразу же становятся неинтересны, так как в своем большинстве они либо абсолютно нерабочие, либо функционируют не так как ожидалось. Но приведенная схема индукционного нагревателя проверена и абсолютно рабочая, но ее главным плюсом является ее простота, которую по достоинству оценит каждый.

Компоненты и катушка:

В рабочей катушке самодельного индукционного нагревателя 5 витков, для намотки применяется медная трубка около 1 см диаметром, но можно использовать и трубку меньшего диаметра. Данный диаметр выбран не просто так, так как через трубку проходит вода для охлаждения транзисторов и катушки.

Читайте также  Промышленный газовый котел

Можно использовать транзисторы IRFP150, если нет возможности найти IRFP250. Конденсаторы можно использовать пленочные емкостью 0,27 мкФ 160 Вольт, но если таких нет, подойдут и с емкостью 0,33 мкФ и выше. Стоит помнить, что схема запитывается напряжением до 60 Вольт, но в данном случае необходимо установить конденсаторы с напряжением 250 Вольт. В случае если схема подключается к питанию до 30 Вольт, то на 150 более чем достаточно.

Стабилитроны используются любые на 13-15 Вольт от 1 Ватта, к примеру, можно применять 1N5349 и похожие. Диоды можно применять типа UF4007 и им подобные. Резисторы на 470 Ом от 2-х Ватт.

В качестве радиаторов, можно применять медные пластины, припаиваемые напрямую к трубке, в виду того что в данной конструкции применяется водяное охлаждение. С профессиональной точки зрения, данный вид охлаждения является наиболее эффективным, в виду сильного нагревания транзисторов ни один вентилятор и никакие радиаторы не способны спасти их от перегревания.

Расположение охлаждающих пластин проходит таким образом, чтобы трубка катушка проходила через них. Пластины и трубка спаиваются друг с другом при помощи газовой горелки и большого паяльника для пайки автомобильных радиаторов.

Конденсаторы располагаются на двухстороннем текстолите, для более качественного охлаждения плату припаивают таким же образом напрямую к трубке катушки.

Дроссели наматываются на ферритовые кольца, как правило такие можно найти в компьютерном блоке питания, провод необходимо использовать медный изолированный.

Индукционный нагреватель в результате получится достаточно мощный, с легкость плавить алюминий и латунь, с железными деталями тоже справиться, но гораздо медленнее. Если были использованы транзисторы IRFP150, то по характеристикам схема может быть запитана напряжением до 30 Вольт, из-за этого мощность ограничена только данным фактором. Так что специалисты рекомендуют использовать транзистор IRFP250.

Советы

  1. Открытые участки конструкции, в целях безопасности, следует изолировать.
  2. Применение индукционного нагревателя рекомендовано только в закрытых системах отопления, где обустроен насос для циркуляции теплоносителя.
  3. Конструкцию с индукционным нагревателем размещают на 800 мм от потолка, 300 – от мебели и стен.
  4. Установка манометра обезопасит вашу конструкцию.
  5. Нагревательное устройство желательно оснастить автоматической системой управления.
  6. Нагревательный прибор к электросети следует подсоединять специальными переходниками.

Немного фотографий:

За место радиаторов, были использованы медные пластины, которые припаиваются прямо к трубке, так как в данной конструкции используется водное охлаждение. На мой взгляд это самое эффективное охлаждение, потому что транзисторы греются хорошо и ни какие вентиляторы и супер радиаторы не спасут их от перегрева!

Охлаждающие пластины на плате расположены таким образом, что бы трубка катушки проходила через них. Пластины и трубку нужно припаять между собой, для этого я использовал газовую горелку и большой паяльник для пайки автомобильных радиаторов.

Конденсаторы расположены на двух стороннем текстолите, плата припаивается так же к трубке катушки на прямую, для лучшего охлаждения.

Дроссели намотаны на ферритовых кольцах, лично я достал их из компьютерного блока питания, провод использовался медных в изоляции.

Индукционный нагреватель получился достаточно мощным, латунь и алюминий плавит очень легко, железные детали тоже плавит, но немного медленнее. Так как я использовал транзисторы IRFP150 то по параметрам, схему можно питать напряжением до 30 вольт, поэтому мощность ограничивается только этим фактором. Так что всё таки советую использовать IRFP250.

На этом всё! Ниже оставлю видео работы индукционного нагревателя и список деталей, которые можно купить на AliExpress по очень низкой цене!

Схема индукционного нагревателя

Благодаря открытию М. Фарадеем в 1831 году явления электромагнитной индукции в нашей современной жизни появилось множество устройств, нагревающих воду и другие среды. Мы каждый день пользуемся электрочайником с дисковым нагревателем, мультиваркой, индукционной варочной панелью, поскольку реализовать это открытие для быта удалось только в наше время. Ранее оно использовалось в металлургической и других отраслях металлообрабатывающей промышленности.

Заводской индукционный котел использует в своей работе принцип воздействия вихревых токов на металлический сердечник, помещенный внутрь катушки. Вихревые токи Фуко имеют поверхностную природу, поэтому есть смысл задействовать в качестве сердечника полую металлическую трубу, сквозь которую протекает нагреваемый теплоноситель.

Принцип действия индукционного нагревателя

Возникновение токов обусловлено подачей на обмотку переменного электрического напряжения, вызывающего появление переменного электромагнитного поля, меняющего потенциалы 50 раз в секунду при обычной промышленной частоте 50 Гц. При этом индукционная катушка выполнена таким образом, чтобы ее можно было подключить к сети переменного тока напрямую. В промышленности для такого нагрева используют токи высокой частоты – до 1 МГц, поэтому добиться работы устройства при частоте 50 Гц достаточно непросто.

Толщина медной проволоки и количество витков обмотки, которую используют индукционные нагреватели воды, рассчитано отдельно для каждого агрегата по специальной методике под требуемую тепловую мощность. Изделие должно работать эффективно, быстро нагревать протекающую по трубе воду и при этом не перегреваться. Предприятия вкладывают немалые средства в разработку и внедрение подобных продуктов, поэтому все задачи решены успешно, а показатель КПД нагревателя составляет 98%.

Помимо высокой эффективности особо привлекает скорость, с которой происходит нагрев протекающей через сердечник среды. На рисунке представлена схема работы индукционного нагревателя, сделанного в заводских условиях. Такая схема применена в агрегатах известной торговой марки «ВИН», выпускаемых Ижевским заводом.

Схема работы нагревателя

Долговечность работы теплогенератора зависит только от герметичности корпуса и целостности изоляции витков провода, а это получается достаточно большой период, производители декларируют – до 30 лет. За все эти достоинства, которыми в действительности обладают данные аппараты, надо выложить немалые деньги, индукционный нагреватель воды – самый дорогой из всех видов отопительных электроустановок. По этой причине некоторые умельцы взялись за изготовление самодельного прибора с целью задействовать его в отоплении дома.

Заключение

Индукционный водонагреватель имеет высокий КПД, может выступать в роли котла для системы отопления, также допускается самостоятельная сборка и установка, а его использование никак не регламентируется законом РФ. Но все же прежде чем его использовать, стоит взвесить все за и против. Несмотря на высокую эффективность, прибор потребляет большое количество энергии, считается небезопасным (особенно самодельный) и плохо воздействует на здоровье человека. Поэтому рекомендуем монтировать индуктор в частном доме или на даче.