2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как сделать индукционный нагреватель своими руками для нагрева воды

Как сделать индукционный нагреватель воды своими руками

Здесь вы узнаете:

Современным и наиболее экономичным прибором для нагрева воды является индукционный водонагреватель. В отличие от аналогов он полностью экологичен, не сушит и не выжигает воздух, отвечает современным требованиям безопасности. Может применяться как в качестве проточного водонагревателя, так и исполнять роль котла для отопления помещения. Устройство обычно покупают в магазине, предлагаем альтернативу – самостоятельное изготовление. В последнем случае прибор, может, и не будет иметь такого привлекательного внешнего вида, но обойдется намного дешевле.

Плюсы и минусы индукционных устройств для нагрева воды

Прибор имеет довольно простую конструкцию и не требует специальных документов, разрешающих использование и установку. Индукционный нагреватель воды имеет высокую степень эффективности и оптимальную для пользователя надежность. При использовании его в качестве котла для отопления можно даже не устанавливать насос, так как вода течет по трубам благодаря конвекции (при нагреве жидкость практически превращается в пар).

Также устройство обладает рядом преимуществ, что выгодно отличает его среди других видов водонагревателей. Итак, индукционный нагреватель:

В индукционных нагревателях вода становится горячей за счет трубы по которой течет, а последняя нагревается за счет индукционного тока, создаваемого катушкой.

  • намного дешевле своих аналогов, такое устройство можно без проблем собрать самостоятельно;
  • полностью бесшумный (хотя катушка и вибрирует при работе, но эта вибрация не ощутима для человека);
  • во время работы вибрирует, благодаря чему грязь и накипь не прилипает к его стенкам, поэтому и в чистке не нуждается;
  • имеет теплогенератор, который можно легко сделать герметичным благодаря принципу работы: теплоноситель находится внутри нагревательного элемента и энергия передается нагревателю посредством электромагнитного поля, никаких контактов не нужно; поэтому не понадобятся уплотнительные резинки, сальники и прочие элементы, способные быстро испортиться или протекать;
  • ломаться в теплогенераторе просто нечему, так как воду нагревает обычная труба, которая неспособна испортиться или перегореть, в отличие от ТЭНа;

Несмотря на огромное количество достоинств, индукционный водонагреватель имеет и ряд недостатков:

  • первый и самый болезненный для владельцев – это счет за электричество; прибор нельзя назвать экономичным, поэтому придется выкладывать порядочную сумму раз за его использование;
  • второе – устройство сильно греется и нагревает не только себя, но и окружающее пространство, поэтому лучше не прикасаться к корпусу теплогенератора во время его работы;
  • третье – прибор имеет крайне высокую эффективность и теплоотдачу, поэтому при его использовании обязательно устанавливайте датчик температуры, иначе может взорваться система.

Индукционный водонагреватель своими руками: схема

Прибор представляет собой трансформатор, имеющий две обмотки: первичную и вторичную. Первый контур преобразует электрическую энергию в вихревые токи, тем самым создает индукционное поле направленного действия, что и обеспечивает индукционный нагрев. На вторичном контуре преобразованная энергия передается теплоносителю (в нашем случае – это вода).

Кроме трансформатора в устройстве присутствует генератор и насос (необязательно).

Схема простого индукционного водонагревателя. Как видно, прибор имеет довольно простую конструкцию и малое количество элементов.

Узлы и детали теплогенератора

Устройство включает в себя:

  • генератор переменного тока, который увеличивает частоту тока;
  • индуктор, трансформирующий электроэнергию в магнитную энергию, представляет собой катушку из медной проволоки;
  • нагревательный элемент, чаще всего его роль играет металлическая труба.

Принцип работы

Индукционный водонагреватель состоит из генератора, катушки и сердечника, последний нагревается за счет электромагнитной энергии

Прибор преобразует электрическую энергию в электромагнитную. Последняя, в свою очередь, воздействует на сердечник (трубу), который нагревается и передает воде тепловую энергию. Преобразовывает все эти энергии индуктор, состоящий из катушки и сердечника. Генератор используется для повышения частоты тока, так как со стандартной частотой в 50 Гц сложно добиться высокого нагрева.

Проточный индукционный водонагреватель своими руками

Прежде чем приступать к монтажу, вам необходимо запастись необходимыми деталями. Так, лучшим вариантом будет сварочный высокочастотный инвертор, плавно изменяющийся диапазон силы тока. Такое устройство обойдется дешевле всего. Более дорогим вариантом станет трехфазный трансформатор, являющийся источником питания переменного тока для индуктора водонагревателя. В таком случае стоит использовать катушку на 50-90 витков, а в качестве материала взять медную проволоку с диаметром 3 или более миллиметров.

В качестве сердечника можно использовать как металлическую, так и полимерную трубу вместе с проволокой (используется как нагревательный элемент). В последнем случае толщина стен не должна быть менее 3 мм, чтобы спокойно выдерживать высокие температуры.

Для сборки водонагревателя вам понадобятся: кусачки, отвертки, паяльник и сварочный аппарат, если используется металлическая труба.

Монтаж индукционного нагревателя воды

Обмотайте трубу медной проволокой, сделав около 90 витков.

Вариантов сборки устройства существует множество. Предлагаем попробовать собрать прибор по следующей схеме:

  1. Подготовьте рабочее место, материалы и инструменты.
  2. Зафиксируйте небольшой отрезок полимерной трубы (не забывайте, что минимальная толщина стенки должна составлять 3 мм).
  3. Обрежьте торцы сердечника, чтобы осталось 10 см в запасе провода для отводов.
  4. На нижнем отводе смонтируйте уголок. В дальнейшем сюда следует подключить обратку от отопления (если нагреватель используется в качестве котла).
  5. Плотно уложите рубленый провод вокруг трубы. Необходимо сделать не менее 90 витков.
  6. Установите на верхнем патрубке тройник, через который будет выходить горячая вода.
  7. Смонтируйте защитный контур устройства. Его можно изготовить как из полимера, так и из металла.
  8. Подключите к клеммам водонагревателя медную проволоку, затем заполните сердечник водой.
  9. Проверьте работоспособность индуктора.

Индукционные нагреватели воды для отопления

Схема отопления, где в роли нагревателя теплоносителя служит индукционный котел.

Подобное устройство хорошо зарекомендовало себя не только в качестве проточного водонагревателя, но и котла для отопления. Правда, в таком случае сварочный аппарат в роли генератора уже не подойдет, придется использовать трансформатор, имеющий две обмотки. Последний трансформирует вихревые токи, возникающие на первичной обмотке в электромагнитное поле, которое создается на вторичном контуре.

Котел из индукционного водонагревателя нужно оснастить двумя патрубками для горячей и холодной воды. С нижнего будет поступать холодная вода, его нужно монтировать на вводном участке линии, а сверху необходимо расположить патрубок, который будет подавать горячую воду в систему отопления. В итоге циркуляция воды осуществляется естественным путем под действием конвекции без насоса.

Что нужно знать о безопасности

Не забывайте, что мы имеем дело с источником повышенной опасности – электрическим нагревательным прибором, поэтому при его сборке и использовании необходимо соблюдать некоторые правила:

Обязательно используйте отдельную электрическую линию для подключения индукционного котла, а также оснастите его группой безопасности.

  1. Если в котле циркуляция воды осуществляется естественным путем, то обязательно оснащайте его датчиком температуры, чтобы при перегреве устройство отключалось автоматически.
  2. Не подключайте самодельный водонагреватель в розетку, лучше проведите для этого отдельную линию с увеличенным сечением кабеля.
  3. Все открытые участки проводов нужно заизолировать, чтобы обезопасить людей от удара током или ожога.
  4. Ни в коем случае не включайте индуктор, если труба не заполнена водой. В противном случае труба расплавится, а прибор замкнет или он может и вовсе загореться.
  5. Устройство нужно монтировать на высоте 80 см от пола, но так, чтобы до потолка оставалось около 30 см. Также не стоит его устанавливать в жилой зоне, так как электромагнитное поле плохо сказывается на здоровье людей.
  6. Не забудьте сделать заземления индуктора.
  7. Обязательно подключайте прибор через автомат, чтобы в случае аварии последний отключил питание от водонагревателя.
  8. В систему трубопровода нужно вмонтировать предохранительный клапан, который будет снижать давление в системе автоматически.

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.

Индукционный нагреватель своими руками

Индукционный нагреватель незаменимая вещь для кузнецов, токарей, слесарей и домашних мастеров. С его помощью всегда легко и быстро можно нагреть и даже расплавить металл, вам не нужны дорогие теплоносители, такие, как уголь и газ, достаточно подключить к прибору электричество. Происходит бесконтактный нагрев металла токами высокой частоты, по научному волнами радиочастотного диапазона. Прибор широко применяют для термообработки, закалки и гибки деталей, бесконтактной плавки, пайки и сварки, металлов. В ювелирном деле для термической обработки мелких деталей. В медицине для дезинфекции медицинского инструмента. В автосервисе слесаря нагревают заржавевшие гайки. Так же индуктор устанавливают в индукционных котлах, применяемых для отапливания жилых помещений.

На этом рисунке изображена рабочая схема индукционного нагревателя, который вы легко можете сделать своими руками.

Схема индукционного нагревателя

Устройство состоит из задающего генератора высокой частоты собранного на двух мощных полевых транзисторах. Рабочее напряжение генератора зависит от мощности установленных полевых транзисторов. С транзисторами IRFP250 устройство можно питать напряжением от 12 до 30 вольт. А если установить транзисторы IRFP260, тогда напряжение питания можно поднять от 12 до 60 вольт.

Мощность индуктора заметно возрастет, температура нагрева металла поднимется более 1000 градусов, что позволит плавить металлы. В процессе работы транзисторы будут очень сильно нагреваться, поэтому их надо установить на большие радиаторы и поставить мощный вентилятор. На холостом ходу индуктор потребляет не менее 10А, а в рабочем состоянии не менее 15А, соответственно требуется очень мощный блок питания минимум на 20А.

На этом рисунке изображена печатная плата индукционного нагревателя.

Так же вам понадобятся резисторы R1, R2 на 10К мощностью 0.25 Ватт. Резисторы R3, R4 с сопротивлением 470 Ом не менее 2 Ватт. Диоды D1, D2 ультрабыстрые UF4007 или другие аналогичные на максимальный ток до 1А. Стабилитроны VD1, VD2 мощностью не менее 5 Ватт с напряжением стабилизации 12В например 1N5349 и другие. Дроссели L1, L2 размером 27х14х11 мм желтого цвета с белой полосой я вытащил из компьютерных блоков питания. На каждый дроссель надо намотать 25 витков медного провода диаметром 1 мм желательно в лаковой изоляции, если не найдете, подойдет одножильный провод в полихлорвиниловой изоляции на скорость сильно не влияет.

Конденсаторы С1-С16 металлоплёночные 0.33 мкФ 630В, соединяются параллельно рядами 4х4, в блоке всего шестнадцать штук. С меньшим рабочим напряжением лучше не ставить, будут сильно греться. Между конденсаторами оставляйте небольшое расстояние для хорошего охлаждения потоком воздуха.

Дроссели решил приклеить силиконовым герметиком, чтобы не болтались.

Важную деталь нагревателя, индуктор я сделал из медной трубки диаметром 6 мм длинною 1 метр. Купить такую можно в любом автомагазине типа «Газовщик» и там где торгуют газо-балонным оборудованием для автомобилей. Медную трубку наматываем на кусок полипропиленовой трубы внешним диаметром 40 мм, такая труба используется в пластиковом отоплении. Делаем пять витков, расстояние между верхним краем первого витка и нижним краем пятого витка должно быть 40 мм. Концы трубы изгибаем, как на рисунке и прикрепляем к радиаторам с помощью двух клемных колодок для провода сечением 16 мм².

В процессе работы индуктор будет сильно нагреваться от раскаленной детали, что может привести к повреждению медной трубки, поэтому надо сделать охлаждение. На концы медной трубки я одел силиконовые трубки и подключил насос омывателя лобового стекла автомобиля. Насос от ВАЗ 2114 и силиконовые трубки купил в автомагазине. Получилась нормальная водяная система охлаждения.

Чтобы охлаждать радиаторы и блок конденсаторов поставил мощный вентилятор от процессора. Для питания от 12 вольт такого охлаждения вполне достаточно. Если захотите поднять напряжение от 12 до 60 вольт, чтобы получить максимальную мощность от индукционного нагревателя, поставьте более мощные радиаторы и более производительный вентилятор, например от отопителя салона ВАЗ 2107. Желательно сделать металлическую шторку оберегающую нагреваемую деталь и медный индуктор от потока нагнетаемого вентилятором холодного воздуха.

Поскольку индукционный нагреватель потребляет большой ток около 20А, все дорожки на печатной плате следует усилить медной проволокой, напаянной сверху.

А теперь самое интересное… Испытания индукционного нагревателя я проводил от двенадцати вольтового автомобильного аккумулятора. Другого источника питания способного выдавать большие токи у меня просто нет. Лезвие от канцелярского ножа нагрелось до красна за 10 секунд. А это хороший результат, если учесть, что индуктор запитан всего от двенадцати вольт!

Друзья! Если хотите собрать индукционный нагреватель своими руками. Мой вам совет… Сразу ставьте полевые транзисторы IRFP260, большие радиаторы и мощный вентилятор от отопителя салона ВАЗ 2107, для питания индуктора обязательно используйте мощный источник питания лучше всего начиная от 24В до 60В с силой тока минимум на 20А.

Радиодетали для сборки индукционного нагревателя

  • Транзисторы Т1, Т2 IRFP250 лучше IRFP260 2 шт.
  • Резисторы R1, R2 10K 0.25W 2 шт. R3, R4 470R 2W 2 шт.
  • Диоды D1, D2 ультрабыстрые UF4007 2 шт. или аналогичные
  • Стабилитроны VD1, VD2 на 12V 1W 1N5349 или аналогичные 2 шт.
  • Конденсаторы C1-C16 0.33mf 630V 16 шт.
  • Дроссели от компьютерного БП желтые с белой полосой, размер 27х14х11 мм 2 шт.
  • Колодка клемная для провода сечением 16 мм² 2 шт.
  • Провод медный в лаковой изоляции d=1 мм длина 2 метра
  • Трубка медная d=6 мм, длина 1 метр
  • Радиатор чем больше, тем лучше 2 шт.
  • Насос омывателя лобового стекла от ВАЗ 2114 1 шт.
  • Трубка силиконовая 2 метра
  • Вентилятор чем мощнее, тем лучше. Рекомендую от отопителя салона ВАЗ 2107 1 шт.

Друзья, желаю вам удачи и хорошего настроения! До встречи в новых статьях!

Рекомендую посмотреть видеоролик о том, как сделать индукционный нагреватель своими руками

Как сделать простой индукционный нагреватель для отопления

Идея нагревать металл вихревыми токами Фуко, возбуждаемыми электромагнитным полем катушки, отнюдь не нова. Она давно и успешно эксплуатируется в промышленных плавильных печах, кузнечных мастерских, бытовых нагревательных приборах – плитах и электрокотлах. Последние довольно дороги, так что домашние умельцы не оставляют попыток сделать индукционный нагреватель воды своими руками. Наша задача – рассмотреть работоспособные варианты самодельных устройств и разобраться, можно ли применять их для отопления дома.

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.

Варианты самодельных устройств

На просторах интернета размещено достаточное количество разнообразных конструкций, создаваемых для различных целей. Взять индукционный малогабаритный нагреватель, сделанный из компьютерного блока питания 250—500 Вт. Модель, показанная на фото, пригодится мастеру в гараже или автосервисе для плавки стержней из алюминия, меди и латуни.

Но для отопления помещений конструкция не подойдет по причине малой мощности. В интернете есть два реальных варианта, чьи испытания и работа засняты на видео:

  • водонагреватель из полипропиленовой трубы с питанием от сварочного инвертора либо индукционной кухонной панели;
  • стальной котел с нагревом от той же варочной панели.

Справка. Существуют и другие, полностью самодельные конструкции, где преобразователи частоты умельцы собирают с нуля. Но для этого нужны знания и навыки в области радиотехники, поэтому рассматривать их мы не будем, а просто приведем пример такой схемы.

Теперь давайте подробнее разберем, как делаются индукционные нагреватели своими руками, а главное, — как они потом функционируют.

Изготавливаем нагревательный элемент из трубы

Если вы плотно занимались поиском информации по данной теме, то наверняка столкнулись с этой конструкцией, поскольку мастер выложил ее сборку на популярном видеоресурсе YouTube. После чего многие сайты разместили текстовые версии изготовления этого индуктора в виде пошаговых инструкций. Вкратце нагреватель делается так:

  1. Внутрь трубы из полипропилена диаметром 40 мм и длиной 50 см наталкиваются металлические ершики для мытья посуды (можно рубленую проволоку — катанку). Они должны притягиваться магнитом.
  2. К трубе припаиваются отводы с резьбами для подключения к отопительной сети.
  3. Снаружи вдоль корпуса приклеиваются 4—5 стержней из текстолита. На них наматывается провод сечением 1.7—2 мм² со стеклоизоляцией, применяющийся в сварочных трансформаторах.
  4. Варочная панель разбирается и «родной» индуктор плоской формы демонтируется. Вместо него подключается самодельный нагреватель из трубы.

Важный нюанс. Длину и сечение провода для намотки катушки следует определять по штатному индуктору печки, чтобы она соответствовала мощности полевых транзисторов в электросхеме. Если взять больше провода, то упадет мощность нагрева, меньше – перегреются и выйдут из строя транзисторы. Как это выглядит визуально, смотрите на видео:

Как нетрудно догадаться, роль нагревательного элемента здесь играют металлические ершики, находящиеся в переменном магнитном поле катушки. Если запустить варочную панель на максимум, одновременно пропуская через импровизированный котел проточную воду, то ее удастся нагреть на 15—20 °С, что и показали испытания агрегата.

Поскольку мощность большинства индукционных плит лежит в пределах 2—2.5 кВт, то с помощью теплогенератора можно обогреть помещения общей площадью не более 25 м². Есть способ увеличить нагрев, подключив индуктор к сварочному аппарату, но здесь есть свои сложности:

  1. Инвертор выдает постоянный ток, а нужен переменный. Для подсоединения индукционного нагревателя аппарат придется разобрать и найти на схеме точки, где напряжение еще не выпрямлено.
  2. Нужно взять провод большего сечения и подобрать число витков путем расчета. Как вариант, медную проволоку Ø1.5 мм в эмалевой изоляции.
  3. Понадобится организовать охлаждение элемента.

Проверку работоспособности индуктивного водонагревателя автор демонстрирует в своем видео, представленном ниже. Испытания показали, что агрегат требует доработки, но конечный результат, к сожалению, неизвестен. Похоже, что умелец оставил проект незавершенным.

Как собрать индукционный котел

В этом случае дешевую китайскую плиту разбирать не нужно. Суть в том, чтобы сварить по ее размерам котловой бак, руководствуясь пошаговой инструкцией:

  1. Возьмите стальную профильную трубу 20 х 40 мм с толщиной стенки 2 мм и нарежьте из нее заготовок по ширине панели.
  2. Сварите трубки между собой по длине, стыкуя меньшими сторонами.
  3. Сверху и снизу к торцам герметично приварите железные крышки. Сделайте в них отверстия и поставьте патрубки с резьбами.
  4. К одной из сторон прикрепите сваркой 2 уголка, чтобы они образовали полку для индукционной печки.
  5. Покрасьте агрегат термостойкой эмалью из баллончика. Подробнее процесс сборки показан в видеоролике.

Окончательная сборка и запуск заключается в монтаже котла на стену и его врезке в систему отопления. Варочная панель вставляется в гнездо из уголков на задней стенке бака и подключается к электросети. Остается заполнить систему теплоносителем, стравить воздух и включить нагрев индуктора.

Здесь вас подстерегает та же проблема, что встречалась с предыдущей моделью. Несомненно, индукционный нагрев будет работать, но его мощности 2.5 кВт хватит для обогрева парочки небольших комнат при морозе на улице. Осенью и весной, когда температура не опустилась ниже нуля, самодельный котел сможет отопить площадь 35—40 м². Как его правильно подключить к системе, смотрите в очередном видеосюжете:

Выводы и рекомендации

Мы намеренно представили варианты индукционных водонагревателей несложной конструкции, чтобы каждый желающий мог сделать подобный агрегат своими силами. Но остался вопрос, нужно ли заниматься этим делом и тратить собственное время. На этот счет есть ряд объективных соображений:

  1. Пользователи, не разбирающиеся в электрике и радиотехнике, вряд ли смогут добиться увеличения мощности нагрева свыше 2.5 кВт. Для этого придется собрать схему преобразователя частоты.
  2. КПД индуктора ничуть не выше, чем у других электрических котлов. Но собрать нагреватель с ТЭНами гораздо проще.
  3. Если у вас не завалялась дома индукционная панель, то потребуется ее купить примерно за 80 у. е. Столько стоят дешевые китайские изделия в интернет-магазинах. За те же деньги продаются готовые электродные котлы мощностью до 10 кВт.
  4. Электроплиты оснащаются автоматикой безопасности, отключающих бытовой прибор спустя 1 или 2 часа работы. Это доставляет неудобство при эксплуатации.
  5. Если в силу разных причин теплоноситель вытечет из самодельного теплогенератора, то нагрев не прекратится. Это чревато пожаром.

Конечно, вы можете обойтись без дорогих покупок, досконально разобраться в конструкции и смастерить индукционный нагреватель с нуля. Но выполнить все бесплатно не получится, ведь потребуется приобрести комплектующие для схемы. Заметьте, что бонусы от подобного отопительного агрегата невелики, так что всерьез браться за его изготовление с целью обогрева частного дома нецелесообразно.

Фанат науки

По медной петле — индуктору — пропускается электрический ток большой силы (сотни ампер) и большой частоты (десятки — сотни кГц). В результате в металлической заготовке, стоящей внутри индуктора или рядом с ним, наводятся токи Фуко, тоже большой силы и частоты. Высокочастотный ток в заготовке под действием скин-эффекта вытесняется в тонкие поверхностные слои, в результате чего его плотность резко возрастает. Слой заготовки, по которому протекают большие токи, начинает быстро разогреваться. Температура может достичь нескольких тысяч градусов, что позволяет плавить металл в домашних условиях, придумывать и создавать свои собственные необычные сплавы; сваривать и паять металлические детали; закаливать отвёртки, свёрла, ножи и так далее, применять установку в кузнечных и ремонтных мастерских.

Индукционный нагрев позволяет разогревать электропроводящие материалы (любой металл, графит, электропроводную керамику) бесконтактно. Прямо через воздух, через слой воды, через стеклянную, деревянную или пластиковую стенку, в вакуумной камере или в камере с защитным газом. При этом заготовка остаётся идеально чистой, так как не окисляется в газовой струе, не касается грязной поверхности печки и т п.

За основу был взят инвертор Сергея Владимировича Кухтецкого, разработанны й в Институте химии. Схема инвертора, её подробное описание и рекомендации по сборке опубликованы по адресу: www.icct.ru В схеме применены современные электронные компоненты, что позволяет собрать мощный и надёжный инвертор в домашних условиях за небольшую цену порядка нескольких тысяч рублей (цены на промышленные аналоги достигают десятков и сотен тысяч руб).

На форуме induction.listbb.ru совместными усилиями с форумчанами Derba, Феникс, Jab, Фулюган, Ostap, -CE- проведена до работка схемы, установлена дополнительная плата фазовой автоподстройки частоты ФАПЧ для автоматического удержания резонанса, установлена скоростная защита от превышения тока (как при превышении питания, так и в результате пробоя силовых мосфетов из-за их перегрева или сбоя модуля управления). Добавлены некоторые детали, уменьшающие вероятность перегрева мосфетов и сбоя модуля управления (приводящие к появлению сквозных токов в силовом мосте).

• Потребляемая мощность инвертора в зависимости от применяемых индукторов: 1. 4 кВт.
• Частота тока в индукторе: 300 кГц.
• Сила тока в индукторе:

400А.
• Максимальный потребляемый от сети ток при двухвитковом индукторе — 20А, потребляемое напряжение — 220V.

Индукционной нагреватель снабжён защитой, отключающей схему при превышении напряжения питания, при коротком замыкании индуктора, при заливании индуктора водой.

Схемы и обсуждение доработок смотрите на форуме: induction.listbb.ru здесь и здесь

Видео — плавление низкоуглеродистой стали (гайки) на воздухе:

Видео — плавление высокоуглеродистой стали (шарик от подшипника из стали ШХ-15):


Видео — плавление низкоуглеродистой стали в защитном газе (аргоне):


Видео — нагрев стального шарика через слой воды. Возможность нагрева железяк через слой воды интересна, вода электромагнитному полю не помеха

Мощное высокочастотное электромагнитное поле выталкивает железные заготовки из индуктора. С одной стороны это создаёт проблемы — сложно греть мелкие заготовки, их выносит из индуктора прочь и приходится их как-то закреплять (так называемый эффект электромагнитного дутья).
С другой стороны, можно плавить металл в подвешенном состоянии — (левитационная плавка, плавка в электромагнитном тигле):

Доработка инвертора для индукционного нагрева.

Метод бесконтактного нагрева жидкометаллических образцов токами высокой частоты в вакууме или защитном газе является оптимальным для экспериментов с мелкими образцами электропроводящих материалов.

Промышленные инверторы высокой частоты не обладают нужными для проведения эксперимента характеристиками (высокой мощностью при высокой частоте, необходимой для нагрева мелких образцов), в связи с чем был изготовлен самодельный инвертор. За основу был принят инвертор, разработанный Сергеем Кухтецким в Институте химии и химической технологии РАН, работающий следующим образом.
Индуктор для нагрева образцов, представляющий собой катушку колебательного контура совместно с компенсирующий батареей конденсаторов, накачивается от независимо работающего генератора высокой частоты.

Генератор выполнен по схеме полный мост, его частота автоматически подстраивается под собственную частоту колебательного контура вручную и не может изменяться во время работы. Предлагаемый инвертор не имеет схемы защиты силовых транзисторов от сквозных токов и схемы управления мощностью нагрева (Рис.1).

Рис.1. Блок-схема простого инвертора для индукционного нагрева.

Эксплуатация данного простого инвертора выявило следующие проблемы. В результате нагрева образца, а также в результате движения образца в индукторе происходит изменение индуктивности, входящей в состав колебательного контура, и изменению его собственной частоты. Поскольку частота работы инвертора задается генератором с неизменяемой во время работы частотой, рассогласование частот колебательного контура и генератора приводит к резкому падению мощности нагрева, вибрациям заготовки в индукторе, а также выходу силовых транзисторов на неоптимальный режим работы в емкостном режиме, что приводит к выходу их из строя.

Для решения указанных проблем инвертор был дооборудован схемой фазовой автоподстройки частоты ФАПЧ, схемой скоростной защиты силовых транзисторов от превышения тока и импульсным регулятором мощности с управлением от ПК. Схемы защиты и регулирования мощности выполнены в виде отдельных модулей и могут применяться для иных задач.

Схема ФАПЧ состоит из генератора с изменяемой частотой, датчика тока, датчика напряжения, регулируемой линии задержки, формирователя управляющих импульсов для силового моста. Датчики тока и напряжения измеряют соответствующие величины на колебательном контуре, после чего производится сравнение их фаз. Нулевой сдвиг фаз означает синхронную работу колебательного контура на собственной частоте и задающего генератора. В случае сдвига фаз задающий генератор автоматически корректирует частоту, подстраивая ее под собственную частоту колебательного контура (Рис.2). Электрическая схема доработанного инвертора приведена на Рис.5.

Настройка диапазона слежения ФАПЧ, порядок действий:

Необходимо определить собственную частоту колебательного контура, например, следующим образом.

1) Снять с шин колебательного контура согласующий трансформатор.

2) Подсоединить к шинам, соединяющим индуктор с батареей конденсаторов, осциллограф.

3) Настроить осциллограф в режим ожидания (в режим одиночного измерения Trigger).

4) Кратковременно коснуться шин колебательного контура батарейкой (чем большего напряжения, тем лучше, например «Крона»). На экране появится «дребезг» – собственные колебания контура (аналог — звенящий на собственных частотах стакан, по которому ударили ложкой). При необходимости провести данную процедуру несколько раз о получения устойчивой картины на экране осциллографа.

Период собственных колебаний измеряется по сетке осциллографа, далее по формуле f = 1 / период, вычисляется собственная частота колебательного контура.

Настройка диапазона работы ФАПЧ проводится следующим образом.

1) К выходу микросхемы фапч-генератора CD4046 подсоединяется осциллограф (4 нога).

2) Задать минимальную частоту работы генератора CD4046. Для этого плюс источника питания напряжением 1 вольт (например подсевшая батарейка) подсоединить к ноге 9 микросхемы CD4046, минус источника питания подсоединить к общей шине.

3) Выставить минимальную частоту вращением потенциометра на ноге 12 микросхемы CD4046 на 30-50 кГц ниже собственной частоты колебательного контура (диапазон подбирается опытным путём для надёжного подхватывания ФАПЧ).

4) Задать максимальную частоту работы генератора CD4046. Для этого плюс источника питания напряжением 4.5 вольта (например три батарейки) подсоединить к ноге 9 микросхемы CD4046, минус источника питания подсоединить к общей шине.

5) Вращением потенциометра на ноге 11 микросхемы CD4046 задать частоту на 30-50 кГц выше собственной.

В результате проделанных операций инвертор автоматически стартует с подхватыванием резонанса и удерживает его в процессе работы.

Подбор витков согласующего трансформатора.

1) Наматываем согласующий трансформатор на глазок (например 20 витков).

2) Поключаем инвертор к ЛАТРу. Постепенно повышаем напряжение. Измеряем напряжение на ЛАТРе и потребляемый инвертором ток амперметром.

3) Необходимо добиться максимальной мощности инвертора — при напряжении на ЛАТРе 220 вольт ток должен быть максимальным для транзисторов данного типа.

4) Если потребляемый ток велик, а напряжение на ЛАТРе всё еще маленькое — доматываем несколько витков.

5) Если потребляемый ток мал, а напряжение на ЛАТРе уже велико — сматываем несколько витков.

Рис.2. Блок-схема инвертора для индукционного нагрева с ФАПЧ.

Модуль защиты состоит из выполненного на шунте датчика тока, схемы фиксации превышения тока с настройкой порога срабатывания и схемы отключения питания. Питание подводится к инвертору через шунт. В момент превышения тока на шунте фиксируется превышение падения напряжения, что приводит к перебрасыванию триггера и подаче сигнала запирания на силовой транзистор (Рис.3). Электрическая схема модуля защиты приведена на Рис.6.

Настройка модуля защиты.

Настройка порога срабатывания модуля защиты производится следующим образом. К выходным клеммам подсоединяется спираль из толстой нихромовой проволоки (имитатор нагрузки). Последовательно со спиралью подключаем амперметр. Поворачивая потенциометр настройки порога срабатывания, засекаем на корпусе потенциометра риски, соответствующие току в спирали.

Рис.3. Блок-схема модуля скоростной защиты.

Видео — срабатывание модуля скоростной защиты:

Импульсный регулятор мощности выполнен по схеме понижающего ШИМ-преобразователя типа step-down. Регулирование мощности осуществляется посредством изменения скважности управляющего ШИМ-сигнала. Управляющий сигнал генерируется микроконтроллером STM32F767 (готовая отладочная плата со встроенным USB-программатором). Параметры регулирования мощности задаются с компьютера через интерфейс USB, входящий в состав любого ПК, данное решение позволяет синхронизировать сбор данных и управление экспериментальной установкой (блок-схема изображена на Рис.4).

Рис.4. Блок-схема импульсного регулятора мощности.

Программа микроконтроллера предусматривает как ручное (педаль, ручка энкодера), так и дистанционное управление регулятором мощности (с помощью ПК), осуществление плавного старта и стопа, стабилизации выходной мощности по току или по напряжению, индикации работы прибора. Электрическая схема импульсного регулятора мощности приведена на Рис.7.

Рис.5. Схема инвертора для индукционного нагрева образцов с фазовой автоподстройкой частоты.

Рис.6. Электрическая схема универсального скоростного прерывателя тока для защиты установки индукционного нагрева.

Рис.7. Электрическая схема универсального импульсного регулятора мощности.

0 0 vote
Article Rating
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
×
×
Adblock
detector