Головна
Системи
Індукційний бойлер власноруч. Як виготовити індукційний нагрівач своїми руками

Індукційний бойлер власноруч. Як виготовити індукційний нагрівач своїми руками

Індукційні нагрівачі працюють за принципом "отримання струму з магнетизму". У спеціальній котушці генерується змінне магнітне поле високої потужності, яке породжує вихрові електричні струми у замкнутому провіднику.

Замкнутим провідником в індукційних плитах є металевий посуд, яка розігрівається вихровими електричними струмами Загалом, принцип роботи таких приладів не складний, і за наявності невеликих знань у фізиці та електриці, зібрати індукційний нагрівач своїми руками не складе великих зусиль.

Самостійно можуть бути виготовлені такі прилади:

  1. Приладидля нагрівання в опалювальному котлі.
  2. Міні-печідля плавки металів.
  3. Плитидля приготування їжі.

Індукційна плита своїми руками має бути виготовлена ​​з дотриманням усіх норм і правил для експлуатації даних приладів. Якщо за межі корпусу в бокових напрямках виділятиметься небезпечне для людини електромагнітне випромінювання, то використовувати такий прилад категорично забороняється.

Крім цього, велика складність при конструюванні плити полягає в підборі матеріалу для основи варильної поверхні, яке повинно задовольняти наступним вимогам:

  1. Ідеально проводити електромагнітне випромінювання.
  2. Не бути струмопровідним матеріалом.
  3. Витримувати високе температурне навантаження.

У побутових варильних індукційних поверхняхвикористовується дорога кераміка, при виготовленні в домашніх умовах індукційної плити, Знайти гідну альтернативу такому матеріалу - досить складно. Тому для початку слід сконструювати щось простіше, наприклад, індукційну піч для гарту металів.

Інструкція з виготовлення

Креслення


Малюнок 1. Електрична схема індукційного нагрівутеля
Малюнок 2. Пристрій. Рисунок 3. Схема простого індукційного нагрівача

Для виготовлення печі знадобляться наступні матеріалита інструменти:

  • припій;
  • Текстолітова плата.
  • міні дриль.
  • радіоелементи.
  • термопасти.
  • хімічні реагенти травлення плати.

Додаткові матеріали та їх особливості:

  1. Для виготовлення котушки, яка випромінюватиме необхідне для нагрівання змінне магнітне поле, необхідно приготувати відрізок мідної трубки діаметром 8 мм, і довжиною 800 мм.
  2. Потужні силові транзисториє найдорожчою частиною саморобної індукційної установки. Для монтажу схеми частотного генератора необхідно приготувати 2 таких елементи. Для цього підійдуть транзистори марок: IRFP-150; IRFP-260; IRFP-460. При виготовленні схеми використовуються 2 однакові з перерахованих польових транзисторів.
  3. Для виготовлення коливального контурузнадобляться керамічні конденсатори ємністю 0,1 mF і робочою напругою 1600 В. Для того, щоб у котушці утворився змінний струм високої потужності, знадобиться 7 таких конденсаторів.
  4. При роботі такого індукційного приладу, польові транзистори будуть сильно розігріватися і якщо до них не будуть приєднані радіатори алюмінієвого сплаву, то вже через кілька секунд роботи на максимальній потужності, ці елементи вийдуть з ладу. Ставити транзистори на тепловідведення слід через тонкий шар термопасти, інакше ефективність такого охолодження буде мінімальною.
  5. Діоди, які використовуються в індукційному нагрівачі, обов'язково мають бути ультрашвидкої дії. Найбільш підходящими для даної схеми діоди: MUR-460; UF-4007; HER - 307.
  6. Резистори, які використовуються у схемі 3: 10 ком потужністю 0,25 Вт - 2 шт. та 440 Ом потужністю – 2 Вт. Стабілітрони: 2 шт. з робочою напругою 15 В. Потужність стабілітронів повинна становити не менше ніж 2 Вт. Дросель для приєднання до силових висновків котушки використовується з індукцією.
  7. Для живлення всього пристрою знадобиться блок живлення потужністю до 500 Вт. та напругою 12 – 40 В.Запитати пристрій можна від автомобільного акумулятора, але отримати найвищі показники потужності при такій напрузі не вийде.


Сам процес виготовлення електронного генератора та котушки займає небагато часу і здійснюється в такій послідовності:

  1. З мідної труби робиться спіраль діаметром 4 см. Для виготовлення спіралі слід мідну трубкунакрутити на стрижень з рівною поверхнею діаметром 4 см. Спіраль повинна мати 7 витків, які не повинні стикатися. На 2 кінці трубки припаюються кільця кріплення для підключення до радіаторів транзистора.
  2. Друкована плата виготовляється за схемою.Якщо є можливість поставити поліпропіленові конденсатори, то завдяки тому, що такі елементи мають мінімальні втрати і стійку роботу при великих амплітудах коливання напруг, пристрій буде працювати набагато стабільніше. Конденсатори у схемі встановлюються паралельно утворюючи з мідною котушкою коливальний контур.
  3. Нагрівання металувідбувається всередині котушки, після того, як схема буде підключена до блока живлення або акумулятора. При нагріванні металу необхідно стежити, щоб не було короткого замикання обмоток пружини. Якщо торкнутися металом, що нагрівається 2 витка котушки одночасно, то транзистори виходять з ладу моментально.

Нюанси


  1. При проведенні дослідів з нагрівання та загартування металів, Всередині індукційної спіралі температура може бути значною і становить 100 градусів Цельсія. Цей теплонагрівальний ефект можна використовувати для нагрівання води для побутових потреб або опалення будинку.
  2. Схема нагрівача розглянутого вище (рисунок 3), При максимальному навантаженні здатна забезпечити випромінювання магнітної енергії всередині котушки рівне 500 Вт. Такої потужності недостатньо для нагрівання великого об'єму води, а спорудження індукційної котушки високої потужності вимагатиме виготовлення схеми, в якій необхідно використовувати дуже дорогі радіоелементи.
  3. Бюджетним рішенням організації індукційного нагрівання рідини, є використання декількох пристроїв, описаних вище, розташованих послідовно. При цьому спіралі повинні знаходитися на одній лінії і не мати спільного металевого провідника.
  4. В якостівикористовується труба з нержавіючої сталідіаметром 20 мм.На трубу «нанизуються» кілька індукційних спіралей, таким чином, щоб теплообмінник опинився в середині спіралі і не торкався її витків. При одночасному включенні 4 таких пристроїв, потужність нагріву складатиме близько 2 КВт, що вже достатньо для проточного нагрівання рідини при невеликій циркуляції води, до значень, що дозволяють використовувати дану конструкціюу постачанні теплою водоюневеликий будинок.
  5. Якщо з'єднати такий нагрівальний елементз добре ізольованим баком, який буде розташований вище нагрівача, то в результаті вийде бойлерна система, в якій нагрівання рідини буде здійснюватися всередині нержавіючої труби, нагріта вода підніматиметься вгору, а її місце займатиме холодніша рідина.
  6. Якщо площа будинку значнакількість індукційних спіралей може бути збільшена до 10 штук.
  7. Потужність такого котла можна легко регулюватишляхом відключення чи включення спіралей. Чим більше одночасно включених секцій, тим більше буде потужність опалювального пристрою, що працює таким чином.
  8. Для живлення такого модуля знадобиться потужний блок живлення.Якщо є в наявності інверторний зварювальний апарат постійного струму, то з нього можна виготовити перетворювач напруги необхідної потужності.
  9. Завдяки тому, що система працює на постійному електричному струмі , Який не перевищує 40 В, експлуатація такого пристрою відносно безпечна, головне забезпечити в схемі живлення генератора блок запобіжників, які у разі короткого замикання знеструмлять систему, виключивши там можливість виникнення пожежі.
  10. Можна таким чином організувати "безкоштовне" опалення будинку, за умови встановлення для живлення індукційних пристроїв акумуляторних батарей, зарядка яких здійснюватиметься за рахунок енергії сонця та вітру.
  11. Акумулятори слід об'єднати у секції по 2 шт., підключені послідовно.В результаті напруга живлення при такому підключенні буде не менше 24 В, що забезпечить роботу котла на високій потужності. Крім цього, послідовне підключеннядозволить знизити силу струму в ланцюзі та збільшити термін експлуатації акумуляторів.


  1. Експлуатація саморобних пристроївіндукційного нагріву, не завжди дозволяє виключити поширення шкідливого для людини електромагнітного випромінювання, тому індукційний котел слід встановлювати в нежитлове приміщеннята екранувати оцинкованою сталлю.
  2. Обов'язково під час роботи з електрикою слід дотримуватися правил техніки безпекиі, особливо це стосується мереж змінного струмунапругою 220 Ст.
  3. Як експеримент можна виготовити варильну поверхнюдля приготування їжіза схемою вказаною у статті, але експлуатувати цей прилад постійно не рекомендується через недосконалість самостійного виготовленняекранування даного пристрою, через це можлива дія на організм людини шкідливого електромагнітного випромінювання, здатного негативно позначитися на здоров'ї.

Нещодавно виникла потреба створити невеликий індукційний нагрівач своїми руками. Блукаючи просторами інтернету, знайшов кілька схем індукційних нагрівачів. Багато схем не влаштовували через досить складну обв'язку, деякі не працювали, але траплялися й робочі варіанти.

Декілька днів тому дійшов висновку, що індукційний нагрівач можна зробити з електронного трансформатора з мінімальними витратами.

Принцип індукційного нагріву полягає у впливі на метал струмами Фуко.Такий нагрівач активно застосовується в самих різних сферахнауки та техніки. По ідеї струмів Фуко байдужі види та властивості металів, тому індуктор може підігріти або розплавити будь-який метал.

Електронний трансформатор – імпульсний блок живлення, на базі якого побудований наш нагрівач. Це простий напівмостовий інвертор, побудований на двох потужних біполярних транзисторах серії MJE13007, які моторошно перегріваються в ході роботи, тому їм потрібне дуже хороше тепловідведення.

Спочатку з електронного трансформатора потрібно випаяти основний трансформатор. Свого роду індуктор ми виготовимо на основі феритової чашки. Для цього беремо чашку 2000НМ (розмір чашки особливо не важливий, але бажано більше). На каркасі мотаємо 100 витків дротом 0,5 мм, з кінчиків дротів знімаємо лакове покриття і залужуємо. Потім кінці проводів запаюємо на місце штатного імпульсного трансформатора – все готово!

Вийшов досить потужний саморобний індукційний нагрівач (ККД не більше 65%), на основі якого можна зібрати навіть невелику індукційну пічку. Якщо взяти шматок металу і наблизити цей метал до центру котушки, через кілька секунд метал нагріється. Таким нагрівачем можна плавити дроти з діаметром 1,5 мм – мені це вдалося лише за 20 секунд, але при цьому високовольтні транзистори ЕТ так нагрілися, що на них можна було яєчню смажити!

У ході роботи, можливо, буде потреба додаткового охолодження для тепловідведення, оскільки досвід показав, що тепловідведення просто не встигає відводити тепло з транзисторів.

Основа роботи такого інвертора досить проста. Сама схема індукційного нагрівача зручна тим, що не вимагає ніякого налаштування(У складніших схемах часто виникає необхідність припасування схеми в частоту резонансу, точний розрахунок кількості витків і діаметра дроту контуру, а також підрахунок контурного конденсатора, а тут всього цього немає і схема працює відразу).

Напруга мережі (220 Вольт) спочатку випрямляється діодним випрямлячем, потім надходить на схему. Частоту задає диністор (діак) марки DB3. Сама схема не має жодних захистів, що тільки обмежує резистор на вході живлення, який нібито повинен працювати як мережевий запобіжник, але при найменшій проблемі в першу чергу вилітають транзистори. Надійність схеми індукційного нагрівача можна підняти, замінивши діоди у випрямлячі потужнішими, додавши мережевий фільтр на вхід схеми і замінивши силові транзистори більш потужні, скажімо на MJE13009.

Взагалі не раджу включати такий нагрівач на довгий час, якщо немає активного охолодження, інакше кожні 5 хвилин будете змушені міняти транзистори.

Метою є практична реалізаціїобігріву будинку з використанням техніки індукційної плавки металів Ідея не має новизни і полягає в тому, щоб індуктор розмістити навколо труби опалення. Нагріваючи трубу, тим самим ми нагріваємо воду, яка циркулює в системі опалення. Базовою передумовою, яка може значно знизити витрати на електроенергію, є коливальний контур (індуктор->конденсатори) який працює в резонансі. Виникає підвищення напруги приблизно в десятки разів, яким здійснюється нагрівання металу.

Класичні індукційні схемиЯк показала практика заміни транзисторів, що виходять з ладу, вимагає дорогої елементної бази. За основу було взято схему індукційного нагріву використовує ZVS (zero voltage switching) метод перемикання транзисторів. Схема взята із сайту http://www.rmcybernetics.com/projects/DIY_Devices/diy-induction-heater.htm.

У зібраної схеми, були використані транзистори STP40N10, діоди шоттки 50SQ100 5A,100В; резистори 240 ОМ, вимірювана ємність батареї конденсаторів CBB81/224/2000V – 2,3 мкф. Магнітна проникність феритового кільця - L2, за заявою продавця 10000, але схема запускається з феритовим кільцем. Джерела живлення - два акумулятори замінені на трансформатор ОСМ1-1.6 c змінною напругою 24 вольта і постійним на конденсаторі порядку 27 Вольт. Схема запрацювала відразу, яких налаштувань не потрібно. Більш менш цікавий результат при даному розмірі індуктора починається від 20 вольт.

Напруга на кожному з транзисторів щодо корпусу по 800 Вольт, не важливо де міряти. Частота роботи схеми без металевої трубив індукторі, 321 кгц, струм споживання 1,7 ампера. При додаванні металевої труби частота знижується до 138 кгц, струм споживання зростає до 5А. Труба 0,5 дюйма, індуктор з внутрішнім діаметром 85 мм нагрівається в районі середньої точки до вишневого кольору.

Найкраще в таких схемах використовувати плівкові конденсатори фірм Evox Rifa, Faratronic, Pilcor. ККД підніметься, та й кількість кондерів буде потрібно в рази менше.

Струм споживання визначається заповненням індуктора металом. Варто використовувати під безшовну трубуіз максимальною товщиною стінок. При струмі споживання більше 12 ампер транзистори STP40N10 довго не живуть. Рекомендоване на сайті водяне охолодження не використовується. Гріються радіатор та індуктор, конденсатори холодні. Для охолодження транзисторних радіаторів використовував вентилятор від комп'ютера. При необхідності відведення тепла можна організувати на той же опалювальний стояк.

Трансформатор струму.

Другим, не менше, якщо не більше цікавим способомнагрівання теплоносія є трансформатор струму. Трансформатор струму являє собою феритове кільце, встановлене на дроті, що йде від блоку конденсаторів до індуктора. Підійдуть феритові кільця, будь-якої магнітопроникності. У тому числі кільце з трансформаторного заліза. Чим нижче магнітна проникність магнітопровід, тим менший радіус кільця допустимо, тим нижче частота струму на виході, тим сильніше гріється магнітопровід. У разі використання трансформаторного заліза ефективність нагрівання максималену. Феритові кільця з внутрішнім діаметром менше 60мм для тривалої роботисхеми не використовувати. При малому, внутрішньому, діаметрі феритового кільця, менше 50мм, різко розтане струм споживання, необхідний підтримки резонансу, транзистори виходять з ладу. У разі використання сердечника від ТВС необхідний проміжок, це не по феншу. У разі зустрічного намотування обмоток, як показано на фотографії, ЕДС відсутній.

Нижче наведена схема підключення навантаження. Лампу 220В 95W включати без діодного моста можна, але при цьому слід зменшити кількість витків трансформатора струму приблизно до п'яти, інакше лампа ефектно згорить. На здвоєну пару витків, які використовуються в намотуванні звертати увагу не варто. Також слід вчинити з парою проводів чорний і червоний, на транзисторних радіаторах до них підключалися. високовольтні конденсаторивід НВЧ печей. Конденсатори сильно грілися, довелося їх замінити, дроти нехай поки що будуть.

Феритові кільця розміщені в індукторі збільшують частоту до 400 кГц, струмовий трансформатор її знижує до 100 кГц. Яскравість світіння лампи регулюється частотою з допомогою збільшення чи зменшення сердечника з феритовых кілець в індукторі.

На тестері видно, що при підключенні навантаження струм виріс на два ампери. (У першому випадку струм необхідно помножити на 100) Це приблизно дорівнює потужності лампи, що використовується. Безоплатного знімання енергії з струмового трансформатора немає. Підключення активного навантаження збільшує струм, що споживається пристроєм. А ось використовувати феритові кільця для нагрівання теплоносія на додачу до індуктора – дуже цікавий варіант.

Дуговий розряд.

На кожні три-чотири витки струмового трансформатора припадає 1000 вольт. Спроба виміру напруги на більшій кількостівитків закінчилася невдачею внаслідок виходу з ладу тестера. Можна припустити, що напруга на струмовому рансформатор близько п'яти-шести тисяч вольт, тому третім джерелом тепла, в запропонованій схемі є дуговий розряд. Як його використовувати для нагрівання теплоносія, я поки що не вирішив. Плавиться все, з чим дуговий розряд знаходиться в тісному контакті.

Проміжний підсумок.

1. Здійснювати нагрів труби опалення струмами фуко.
2. Додаткова теплова потужність за рахунок охолодження радіаторів, на яких встановлені транзистори.
3. Охолодження фериту струмового трансформатора теплоносієм (водою).
4. Використання дугового розряду – проблематично. Дуже висока температура. Але дуже перспективно. Наявність дуги не збільшує споживання струму пристроєм.

Приклад сторінок керівництва:


Завантажити керівництво повністю:

Простий індукційний нагрівач складається потужного генераторависокої частоти та низькоомної котушки-контуру, яка є навантаженням генератора.

Генератор із самозбудженням генерує імпульси на підставі резонансної частоти контуру. В результаті в котушці виникає потужне змінне електромагнітне поле частотою 35 кГц.
Якщо центр цієї котушки помістити сердечник з струмопровідного матеріалу, то всередині нього виникне електромагнітна індукція. В результаті частої зміни ця індукція викличе в осерді вихрові струми, які в свою чергу спричинять виділення тепла. Це класичний принцип перетворення електромагнітної енергії на теплову.
Індукційні нагрівачі дуже давно використовуються в багатьох сферах виробництва. З їх допомогою можна робити загартування, безконтактне зварювання, і найголовніше - точковий прогрів, а також плавлення матеріалів.
Я покажу вам схему простого низьковольтного індукційного нагрівача, яка вже стала класичною.


Ми її ще більше спростимо цю схему і стабілітрони «D1, D2» не будемо встановлювати.
Елементи, які знадобляться:
1. Резистори на 10 ком - 2 шт.
2. Резистори на 470 Ом – 2 шт.
3. Діоди Шоттки на 1 А – 2 шт. (Можна інші, головне на струм від 1 А та швидкодіючі)
4. Польові транзистори IRF3205 - 2 шт. (можна взяти будь-які інші потужні)
5. Індуктор "5+5" - 10 витком з відведенням від середини. Чим товщі провід, тим краще. Мотав на дерев'яній круглій палиці, сантиметра 3-4 у діаметрі.
6. Дросель – 25 витків на кільці із блоку старого комп'ютера.
7. Конденсатор 0,47 мкф. Краще набирати ємність кількома конденсаторами та на напругу не нижче 600 Вольт. Я спочатку взяв на 400, в результаті чого він почав грітися, далі замінив його на складову з двох послідовно, але так не роблять, просто під рукою більше не було.

Виготовлення простий індукційний нагрівач 12 В




Зібрав усю схему навісним монтажем, відокремивши індуктор колодкою від всієї схеми. Конденсатор бажано розташовувати в безпосередній близькості від котушки. Не як у мене в цьому прикладі загалом. Транзистори встановив на радіатори. Запитав всю установку від акумулятора 12 Вольт.



Працює відмінно. Лезо канцелярського ножа нагріває до почервоніння дуже швидко. Рекомендую всім до повторення.
Після заміни конденсатора вони не грілися. Транзистори і індуктор гріються, якщо працює постійно. На невеликий час – не критично майже.

Індукційний нагрівач- пристрій для нагрівання металів шляхом впливу струмами Фуко. Сам принцип такого нагрівача відомий з давніх-давен, а зараз індукційні нагрівачі активно застосовуються в багатьох галузях промисловості. Наш саморобний індуктор простий у використанні, має відносно просту конструкціюі не вимагає жодного налаштування. При цьому нагрівач досить потужний.

Працює схема індуктора за принципом послідовного резонансу. Підвищити потужність пристрою можна декількома способами - підбором потужніших польових ключів, використанням конденсатора більшої ємності в контурі, підвищенням напруги живлення.

Збирав я такий індуктор своїми руками, тільки з цікавості, щоб перевірити працездатність схеми.

Дросель – взяв готовий від комп'ютерного блоку живлення. Намотаний на кільці від порошкового заліза і містить 10-25 витків дроту 1,5мм.

Польові транзистори - тут вибір великий, у моєму випадку були використані N-канальні високовольтні польові транзистори серії IRF740, але бажано використовувати польові транзистори орієнтуючись мінімальний опір відкритого переходу, а також максимально допустимого струму. У стандартному варіантірекомендується використовувати силові ключі серії IRFP250.

Параметри цього транзистора:

  • Структура N-канал
  • Максимальна напруга сток-витік Uсі: 200 В
  • Максимальний струм сток-витік при 25 ºС Iси макс.: 30 А
  • Максимальна напруга затвор-витік Uзі макс.: ±20 В
  • Опір каналу у відкритому стані Rси вкл.: 85 мОм
  • Максимальна розсіювана потужність Pсі макс.: 190 Вт
  • Крутизна характеристики S: 12000 мА/В
  • Корпус: TO247AC
  • Порогова напруга на затворі: 4 В

Дуже потужний і дорогий транзистор, але з ним можна отримати високу потужність, при цьому споживання може бути в районі 20-40 Ампер!!!

Контур було намотано на оправі з діаметром 4,5 см і складається з 2х3 витків. Раджу мотати відразу 6 витків, потім з 3 витка зняти лак на невеликій ділянціі там же запаяти провід, який буде відведенням, на нього подається силовий плюс. У моєму випадку для намотування контуру був використаний провід 1.5мм, але в ідеалі потрібен провід 3-5мм, мотається за тим же принципом.

Стабілітрони 12-15 Вольт, бажано з потужністю 1-2 ват, всі використані резистори 0,5 ват.

Діоди - обов'язково потрібні швидкі зі зворотною напругою не менше 400 Вольт, можна ставити дешеві ультрафасти UF4007, у моєму випадку були використані діоди серії HER305 - зі зворотною напругою 400 Вольт, при допустимому струмі 3 Ампер.

Збільшити потужність схеми означає збільшення струму в контурі. Чим більше ємністьконденсатора С1, тим більше струм. У моєму випадку були використані плівки на 250 Вольт 6 шт 0,33 мкФ, але кількість конденсаторів у стандартному варіанті радиться 15-20 штук з тією ж ємністю, напруга конденсаторів 250-400 Вольт.

Основний недолік схеми- немислима кількість тепловиділення на транзисторах, з моїми, досить хорошими ключами довелося охолоджувати схему двома кулерами, але навіть вони не встигали належним чином відводити тепло, тому думатиму про водяне охолодження.

Саморобний індуктор досить швидко здатний розігріти болти стандарту М6 до жовтого відтінку.

Розділи