Простой, но мощный индукционный нагреватель

Электромеханические нагреватели собственными руками: подробная инструкция

Многих влечет электроотопление тем, что оно не прекращает работу независимо и не нужно за ним регулярно присматривать. Отрицательной стороной подобных котлов отопления считается стоимость и требования в техническом плане.

В определенных местах их просто нельзя применить. Но многих хозяев это не пугает, и они считают, что именно легкость эксплуатации закрывает все минусы.

Тем более тогда, когда на рынках сбыта возникли новые типы электробойлеров, имеющих индуктивные катушки, а не Нагревательные элементы. Они с мгновенной скоростью подогревают тепловой носитель и практично обогревают здание, по мнению хозяев агрегатов. Новый вид котлов называют индукционным.

Новый вид нагревателей удобный в работе. Считаются не опасными, по сравнению с нагревателями газового типа, нет сажи и копоти, что не скажешь о приборах с твёрдым топливом. И основное преимущество – нет необходимости заготовлять твёрдое горючее (уголь, дрова, прессованные топливные гранулы).

И как только возникли электромеханические нагреватели, сразу нашлись умельцы, которые для экономии, пытаются создать подобную установку собственными руками.

В данной заметке мы поможем вам соорудить прибор для нагрева своими силами.

Устройство, где происходит нагревание металла и продуктов ему аналогичных без контакта, называют индукционным нагревателем. Работой управляет переменое индукционное поле, воздействующее на металл, и токи в середине образовывают тепло.

Токи высокой частоты влияют на изделие кроме изоляции, благодаря чему конструкция считается особенной перед остальными видами нагрева.

В сегодняшних индукционных нагревателях присутствуют полупроводниковые редукторы частоты. Подобный тип нагревания повсеместно применяется в термообработке поверхности из стали и самых разных соединений, сплавов.

Компактность оборудования применяются в новаторских технологиях, при этом, есть очень большой финансовый эффект. Разные модели помогают внедряться гибким и автоматическим комбинированиям, включающие в себя транзисторные редукторы частот всестороннего типа и соединительные блоки, когда предпочитается индукционная система.

В состав стандартного ТЕНА входят следующие узлы:

  1. ТЕН в виде прутка или железной трубки.
  2. Индуктор – это проволока из меди, обрамляющая виточками катушку. Во время работы он выполняет роль генератора.
  3. Генератор электрического тока. Отдельная конструкция, где происходит переустройство типового тока в величину с большой частотой.

В практических условиях, электромеханические установки применяются не так давно. Теоретические изучения гораздо превосходят. Такое вполне объясним одной преградой – получение высокой частоты магнитных полей. А дело все в том, что применить установки с невысокой частотой считается малоэффективным. Как только возникли резервные электростанции токов с большой частотой, проблема разрешилась.

Резервные электростанции ТВЧ прошли собственный эволюционный период; от ламповых, до самых новых моделей, выполняющихся на базе IGBT. Сейчас они намного лучше, имеют небольшой вес и размеры. Частотное ограничение их 100 кГц за счёт динамических потерь транзисторов.

Принцип работы и область применения

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

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

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

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

В высокочастотных кузницах устанавливаются приборы с высокой мощностью.

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

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

https://youtube.com/watch?v=PetFNjKUxjs

Преимущества и недостатки прибора

“Плюсов” у вихревого индукционного нагревателя великое множество. Это простая для самостоятельного изготовления схема, повышенная надежность, высокий КПД, относительно низкие затраты на электроэнергию, длительный срок эксплуатации, малая вероятность возникновения поломок и т.п.

Производительность прибора может быть значительной, агрегаты этого типа успешно используются в металлургической промышленности. По скорости нагрева теплоносителя устройства этого типа уверенно соперничают с традиционными электрическими котлами, температура воды в системе быстро достигает необходимого уровня.

Во время функционирования индукционного котла нагреватель слегка вибрирует. Эта вибрация стряхивает со стенок металлической трубы известковый осадок и другие возможные загрязнения, поэтому в очистке такой прибор нуждается крайне редко. Конечно, отопительную систему следует защитить от этих загрязнений с помощью механического фильтра.

Индукционная катушка нагревает металл (трубу или куски проволоки), помещенные внутри нее, с помощью высокочастотных вихревых токов, контакт не обязателен

Постоянный контакт с водой сводит к минимуму и вероятность перегорания нагревателя, что является довольно частой проблемой для традиционных котлов с ТЭНами. Несмотря на вибрацию, котел работает исключительно тихо, дополнительная шумоизоляция в месте установки прибора не понадобится.

Еще индукционные котлы хороши тем, что они практически никогда не протекают, если только монтаж системы выполнен правильно. Это очень ценное качество для электрического отопления, так как исключает или значительно сокращает вероятность возникновения опасных ситуаций.

Отсутствие протечек обусловлено бесконтактным способом передачи тепловой энергии нагревателю. Теплоноситель с помощью описанной выше технологии можно разогреть чуть ли не до парообразного состояния.

Это обеспечивает достаточную тепловую конвекцию, чтобы стимулировать эффективное перемещение теплоносителя по трубам. В большинстве случаев отопительную систему не придется оборудовать циркуляционным насосом, хотя все зависит от особенностей и схемы конкретной системы отопления.

Иногда циркуляционный насос необходим. Установить прибор относительно несложно. Хотя для этого понадобятся некоторые навыки монтажа электроприборов и отопительных труб. Но есть у этого удобного и надежного прибора ряд недостатков, с которыми также следует считаться.

Например, котел греет не только теплоноситель, но и все окружающее его рабочее пространство. Нужно выделить для такого агрегата отдельное помещение и удалить из него все посторонние предметы. Для человека длительное пребывание в непосредственной близости от работающего котла также может быть небезопасным.

Для работы индукционным нагревателям необходим электроток. Как самоделки, так и оборудование заводского изготовления подключают к бытовой сети переменного тока

Для работы прибора необходима электроэнергия. В местностях, где свободный доступ к этому благу цивилизации отсутствует, индукционный котел будет бесполезен. Да и там, где наблюдаются частые перебои с электричеством, он продемонстрирует невысокую эффективность

При неосторожном обращении с прибором может произойти взрыв

Если перегреть теплоноситель, он превратится в пар. В результате давление в системе резко возрастет, чего трубы просто не выдержат, их разорвет. Поэтому для нормальной работы системы прибор следует снабдить как минимум манометром, а еще лучше – устройством аварийного отключения, терморегулятором и т.п.

Все это может заметно повысить стоимость самодельного индукционного котла. Хотя прибор и считается практически бесшумным, это не всегда так. Некоторые модели в силу разных причин могут все же издавать некоторые шумы. Для устройства, выполненного самостоятельно, вероятность такого исхода возрастает.

В конструкции как заводских, так и самодельных индукционных нагревателей практически нет изнашивающихся компонентов. Они долго служат и безупречно работают

Преимущества и недостатки прибора

“Плюсов” у вихревого индукционного нагревателя великое множество. Это простая для самостоятельного изготовления схема, повышенная надежность, высокий КПД, относительно низкие затраты на электроэнергию, длительный срок эксплуатации, малая вероятность возникновения поломок и т.п.

Производительность прибора может быть значительной, агрегаты этого типа успешно используются в металлургической промышленности. По скорости нагрева теплоносителя устройства этого типа уверенно соперничают с традиционными электрическими котлами, температура воды в системе быстро достигает необходимого уровня.

Во время функционирования индукционного котла нагреватель слегка вибрирует. Эта вибрация стряхивает со стенок металлической трубы известковый осадок и другие возможные загрязнения, поэтому в очистке такой прибор нуждается крайне редко. Конечно, отопительную систему следует защитить от этих загрязнений с помощью механического фильтра.


Индукционная катушка нагревает металл (трубу или куски проволоки), помещенные внутри нее, с помощью высокочастотных вихревых токов, контакт не обязателен

Постоянный контакт с водой сводит к минимуму и вероятность перегорания нагревателя, что является довольно частой проблемой для традиционных котлов с ТЭНами. Несмотря на вибрацию, котел работает исключительно тихо, дополнительная шумоизоляция в месте установки прибора не понадобится.

Еще индукционные котлы хороши тем, что они практически никогда не протекают, если только монтаж системы выполнен правильно. Это очень ценное качество для электрического отопления, так как исключает или значительно сокращает вероятность возникновения опасных ситуаций.

Отсутствие протечек обусловлено бесконтактным способом передачи тепловой энергии нагревателю. Теплоноситель с помощью описанной выше технологии можно разогреть чуть ли не до парообразного состояния.

Это обеспечивает достаточную тепловую конвекцию, чтобы стимулировать эффективное перемещение теплоносителя по трубам. В большинстве случаев отопительную систему не придется оборудовать циркуляционным насосом, хотя все зависит от особенностей и схемы конкретной системы отопления.

Иногда циркуляционный насос необходим. Установить прибор относительно несложно. Хотя для этого понадобятся некоторые навыки монтажа электроприборов и отопительных труб. Но есть у этого удобного и надежного прибора ряд недостатков, с которыми также следует считаться.

Например, котел греет не только теплоноситель, но и все окружающее его рабочее пространство. Нужно выделить для такого агрегата отдельное помещение и удалить из него все посторонние предметы. Для человека длительное пребывание в непосредственной близости от работающего котла также может быть небезопасным.


Для работы индукционным нагревателям необходим электроток. Как самоделки, так и оборудование заводского изготовления подключают к бытовой сети переменного тока

Для работы прибора необходима электроэнергия. В местностях, где свободный доступ к этому благу цивилизации отсутствует, индукционный котел будет бесполезен. Да и там, где наблюдаются частые перебои с электричеством, он продемонстрирует невысокую эффективность

При неосторожном обращении с прибором может произойти взрыв

Если перегреть теплоноситель, он превратится в пар. В результате давление в системе резко возрастет, чего трубы просто не выдержат, их разорвет. Поэтому для нормальной работы системы прибор следует снабдить как минимум манометром, а еще лучше – устройством аварийного отключения, терморегулятором и т.п.

Все это может заметно повысить стоимость самодельного индукционного котла. Хотя прибор и считается практически бесшумным, это не всегда так. Некоторые модели в силу разных причин могут все же издавать некоторые шумы. Для устройства, выполненного самостоятельно, вероятность такого исхода возрастает.


В конструкции как заводских, так и самодельных индукционных нагревателей практически нет изнашивающихся компонентов. Они долго служат и безупречно работают

Инструкция по изготовлению

Чертежи

Рисунок 1. Электрическая схема индукционного нагревателя

Рисунок 2. Устройство.

Рисунок 3. Схема простого индукционного нагревателя

Для изготовления печи понадобятся следующие материалы и инструменты:

  • паяльник;
  • припой;
  • текстолитовая плата.
  • мини-дрель.
  • радиоэлементы.
  • термопаста.
  • химические реагенты для травления платы.

Дополнительные материалы и их особенности:

  1. Для изготовления катушки, которая будет излучать необходимое для нагрева переменное магнитное поле, необходимо приготовить отрезок медной трубки диаметром 8 мм, и длиной 800 мм.
  2. Мощные силовые транзисторы являются самой дорогой частью самодельной индукционной установки. Для монтажа схемы частотного генератора необходимо приготовить 2 таких элемента. Для этих целей подойдут транзисторы марок: IRFP-150; IRFP-260; IRFP-460. При изготовлении схемы используются 2 одинаковых из перечисленных полевых транзисторов.
  3. Для изготовления колебательно контура понадобятся керамические конденсаторы ёмкостью 0,1 mF и рабочим напряжением 1600 В. Для того, чтобы в катушке образовался переменный ток высокой мощности, потребуется 7 таких конденсаторов.
  4. При работе такого индукционного прибора, полевые транзисторы будут сильно разогреваться и если к ним не будут присоединены радиаторы из алюминиевого сплава, то уже через несколько секунд работы на максимальной мощности, данные элементы выйдут из строя. Ставить транзисторы на теплоотводы следует через тонкий слой термопасты, иначе эффективность такого охлаждения будет минимальна.
  5. Диоды, которые используются в индукционном нагревателе, обязательно должны быть ультрабыстрого действия. Наиболее подходящими для данной схемы, диоды: MUR-460; UF-4007; HER – 307.
  6. Резисторы, которые используются в схеме 3: 10 кОм мощностью 0,25 Вт – 2 шт. и 440 Ом мощностью – 2 Вт. Стабилитроны: 2 шт. с рабочим напряжением 15 В. Мощность стабилитронов должна составлять не менее 2 Вт. Дроссель для подсоединения к силовым выводам катушки используется с индукцией.
  7. Для питания всего устройства понадобится блок питания мощностью до 500. Вт. и напряжением 12 – 40 В. Запитать данное устройство можно от автомобильного аккумулятора, но получить наивысшие показания мощности при таком напряжении не получится.

Сам процесс изготовления электронного генератора и катушки занимает немного времени и осуществляется в такой последовательности:

  1. Из медной трубы делается спираль диаметром 4 см. Для изготовления спирали следует медную трубку накрутить на стержень с ровной поверхностью диаметром 4 см. Спираль должна иметь 7 витков, которые не должны соприкасаться. На 2 конца трубки припаиваются крепёжные кольца для подключения к радиаторам транзистора.
  2. Печатная плата изготавливается по схеме. Если есть возможность поставить полипропиленовые конденсаторы, то благодаря тому, что такие элементы обладают минимальными потерями и устойчивой работой при больших амплитудах колебания напряжений, устройство будет работать намного стабильнее. Конденсаторы в схеме устанавливаются параллельно образуя с медной катушкой колебательный контур.
  3. Нагрев металла происходит внутри катушки, после того как схема будет подключена к блоку питания или аккумулятору. При нагреве металла необходимо следить за тем, чтобы не было короткого замыкания обмоток пружины. Если коснуться нагреваемым металлом 2 витка катушки одновременно, то транзисторы выходят из строя моментально.

https://youtube.com/watch?v=Bl6uNFvubgk

Несколько слов о безопасности

Самодельные индукционные котлы обычно не снабжены системами контроля и защиты, что делает их небезопасными. Поэтому перед включением агрегата необходимо убедиться, что полость корпуса заполнена жидким теплоносителем.

Если полимерный корпус нагревателя будет подвергаться постоянному нагреву без омывания теплоносителем, он просто расплавится, иногда это приводит не только к деформации нагревателя, но и к его полному повреждению.

Агрегаты этого типа часто используют для раскаливания и плавки металлов. Высокие температуры, получаемые от индукционного нагревателя, требуют внимательного отношения к вопросам безопасности

Опасным может быть и выпадение раскаленного металлического наполнителя из расплавившегося корпуса. В этом случае придется почти полностью демонтировать устройство и сделать для него новый нагревательный элемент.

Подключение к электропитанию следует выполнять по отдельному кабелю, проведенному от щитка. Разумеется, необходимо тщательно закрыть изоляцией все контакты. Инвертор сварочного аппарата также необходимо заземлить, это важный момент для обеспечения безопасности.

При этом понадобится кабель сечением не менее четырех миллиметров. Некоторые специалисты рекомендуют отдать предпочтение шестимиллиметровому кабелю. Чтобы предотвратить перегрев самодельного индукционного нагревателя из-за отсутствия в системе воды, рекомендуется установить на входе в нагреватель клапан избыточного давления.

Индукционный нагревательный прибор занимает относительно немного места, но его нужно разместить на определенном расстоянии от потолка, стен, мебели и т.п.

Самодельное устройство этого типа, не снабженное специальными средствами защиты, это потенциально опасный объект, который требует постоянного контроля. Поэтому стоит потратить немного больше денег, но приобрести необходимые устройства.

При этом не помешает оценить затраты, возможно, покупка готового индукционного котла обойдется не намного дороже. Промышленные устройства обычно снабжены всей необходимой защитой.

Особенности и пошаговая технология изготовления еще одного варианта самодельного индукционного котла для системы отопления приведены здесь.

Реализация в бытовых условиях

Индукционное отопление ещё не завоевало в достаточной степени рынок из-за высокой стоимости самой системы обогрева. Так, например, для промышленных предприятий подобная система обойдётся в 100 000 рублей, для бытового использования – от 25 000 руб. и выше. Поэтому вполне понятен интерес к схемам, которые позволяют создать самодельный индукционный нагреватель своими руками

Индукционный котел отопления

На базе трансформатора

Основным элементом системы индукционного отопления с трансформатором станет само устройство, у которого есть первичная и вторичная обмотки. Вихревые потоки будут формироваться в первичной обмотке и создадут электромагнитное индукционное поле. Это поле будет воздействовать на вторичную, которая и есть, по сути, индукционный нагреватель, реализованный физически в виде корпуса котла отопления. Именно вторичная короткозамкнутая обмотка передает энергию теплоносителю.

Вторичная короткозамкнутая обмотка трансформатора

Главными элементами установки индукционного нагрева являются:

  • сердечник;
  • обмотка;
  • два вида изоляции – тепло- и электроизоляция.

Сердечник – это две ферримагнитные трубки разного диаметра с толщиной стенок не менее 10 мм, вваренные друг в друга. Тороидальная обмотка из медного провода производится по внешней трубке. Необходимо наложить от 85 до 100 витков с равным расстоянием между витками. Переменный ток, изменяясь во времени, создаёт вихревые потоки в замкнутом контуре, которые и нагревают сердечник, следовательно, и теплоноситель, осуществляя индукционный нагрев.

С использованием высокочастотного сварочного инвертора

Индукционный нагреватель может быть создан с использованием сварочного инвертора, где главными компонентами схемы служат генератор переменного тока, индуктор и нагревательный элемент.

Генератор используется для преобразования стандартной частоты в сети электропитания 50 Гц в в ток с более высокой частотой. Этот модулированный ток подаётся на цилиндрическую катушку-индуктор, где в качестве обмотки используется медная проволока.

Медная проволока для обмотки

Катушка создаёт переменное магнитное поле, вектор которого меняется с заданной генератором частотой. Созданные вихревые токи, индуцированные магнитным полем, производят нагрев металлического элемента, который передаёт энергию теплоносителю. Таким образом реализуется ещё одна схема индукционного отопления, выполненная своими руками.

Нагревательный элемент тоже может быть создан своими руками из нарезанной металлической проволоки длиной около 5 мм и отрезка полимерной трубы, в которую помещается металл. При установке вентилей сверху и снизу трубы следует проверить плотность наполнения – не должно оставаться свободного пространства. Согласно схеме поверх трубы накладывается около 100 витков медной проводки, которая и является индуктором, подключаемым к клеммам генератора. Индукционный нагрев медной проволоки происходит за счёт вихревых токов, формируемых переменным магнитным полем.

Примечание: Индукционные нагреватели своими руками могут выполнены по любой схеме, главное помнить о том, что важно осуществить надёжную теплоизоляцию, в противном случае КПД системы отопления значительно упадёт

1 Применение ТВЧ в промышленности

Токи высокой частоты – это токи, в которых число колебаний за одну секунду достигает одного миллиона. Напряжение в станках ТВЧ может быть от одной тысячи до нескольких сотен тысяч вольт.

Устройства ТВЧ широко используют в промышленности.

  • с помощью ТВЧ в индукционных печах происходит плавление любого металла. Удобство данного метода состоит в том, что применяться он может в условиях полного вакуума. Это позволяет избежать окисления и загрязнения металлов;
  • с помощью высокочастотных токов производят закалку металла. Особенность такой закалки состоит в том, что закаляется лишь оболочка изделия, внутренняя часть остается пластичной. Это защищает металл от хрупкости;
  • с помощью устройств ТВЧ сваривают некоторые детали в автопромышленности.;
  • в медицине высокочастотные токи применяются для лечения кожных заболеваний, методом улучшения кровообращения в капиллярах, суставов, позвоночника, прогревания внутренних органов;

Последним изобретением на основе высокочастотных токов стал станок по сварке натяжных потолков из ПВХ. Это устройство мы рассмотрим подробнее.

1.1 Устройства ТВЧ для устройства натяжных потолков ПВХ

Натяжные потолки сегодня по праву занимают одно из первых мест во внутренней отделке дома. Они обладают высокими эстетическими качествами, довольно быстро монтируются, позволяют скрыть потолочные коммуникации. К тому же на натяжных полотнах могут быть нанесены узоры, рисунки и, даже, собственные фотографии.

Станок ТВЧ отличается высокой скоростью выполнения сварки натяжных потолков

С помощью расцветки и формирования полотен дизайнеры решают вопросы визуального увеличения пространства, искусственного точечного освещения помещений и многое другое.

Шов на натяжных потолках из ткани или ПВХ должен быть:

  • прочным. Полотно на потолке имеет достаточно высокий коэффициент натяжения. Поэтому шов на ткани или ПВХ должен быть настолько прочным, чтобы не разорвался и не потянулся ни при монтаже, ни со временем;
  • незаметным. Прелесть натяжных потолков заключается именно в том, что они выглядят как единое полотно из красивой ткани. Любые загибы или сварочные швы значительно снизят эстетичность интерьера.

Шов, выполненный на стенке ТВЧ является прочным и имеет эстетичный вид

Именно эти две задачи можно безупречно решить с помощью аппарата ТВЧ для натяжных потолков.

1.2 Устройство

Станки ТВЧ состоят из следующих механизмов:

  1. Механизм подавления электродуги. В случае появления искр или, как следствие, электрической дуги, свариваемое полотно может прогореть. К тому же есть вероятность выхода из строя самого сварного электрода. Поэтому станок оснащен автоматическим регулятором, который снижает мощность генератора, в случае опасности возникновения искр.
  2. Механизм для подавления помех. Поскольку высокочастотные токи создают собственное высокое магнитное поле, но при этом чувствительны к другим магнитным полям, станок оснащен экраном, создающим, своего рода, защитный купол над отдельно взятым ТВЧ устройством.
  3. Предохранительное устройство защищает станок от перепадов напряжения в электросети.
  4. Сварное устройство. Данный механизм соединяет ПВХ полотна посредством диэлектрического нагревания.
  5. Механизм привода. Большинство станков оснащены приводами двух типов: ножным и пневматическим. Пневматический привод является более точным и более безопасным, поскольку позволяет уберечь станок и полотно от пережима и прочих ошибок обслуживающего персонала.
  6. Кроме этого каждый станок предусматривает наличие инвертора, который, собственно, и генерирует высокочастотные токи.

Все эти механизмы устанавливаются на станину, представляющую собой стол. Такая станина позволяет удобно уложить полотно для сварки и избежать изгибов или искривлений.

1.3 Принцип работы

Принцип работы ТВЧ станков для натяжных потолков основывается на диэлектрическом нагреве двух полотен, контактирующих между собой. В процессе сварки в отдельных случаях могут использоваться присадочные материалы.

Такие устройства позволяют производить спайку:

  • быстро;
  • равномерно;
  • надежно;
  • прогревая лишь конкретные точки.

Станок ТВЧ JL-5000FA для натяжных потолков

Процесс спайки производится посредством двух электродов, через которые и проходит диэлектрический ток.

Спайка может производиться тремя способами:

  • встык;
  • внахлест;
  • Т-образным швом.

ТВЧ станки производства Китай для ПВХ в промышленности применяют не только для пайки натяжных потолков. С их помощью изготавливают:

  • подушки безопасности для автомобилей;
  • детские надувные мячи и круги;
  • пляжные горки и аттракционы, типа «банана»;
  • пляжные сумки и матрацы, и прочие изделия из ПВХ.

Похожие записи:

Плиты перекрытия (жби, жб, железобетонные): размеры, монтаж, технические характеристики, серия Устройство отмостки и дренажа фундамента Изготовление ферм из профильной трубы своими руками Диапазон размеров ламинатной доски Проекты гаражей с хозблоком: варианты и способы их реализации + фото Плесень в бане: как избавиться