Индукционный нагреватель своими руками из плитки

Обновлено: 02.05.2024

Индукционный нагрев превосходит по скорости любой горн. С его помощью можно за считанные секунды раскалить стальную деталь докрасна. Имея в наличии обычную индукционную плиту, можно собрать нагреватель, который позволит проводить разогрев металла для ковки, закалки или отпуска.

Основные материалы:

Процесс изготовления индукционного нагревателя

Для изготовления нагревателя необходимо выгнуть из медной трубы 3/8 дюйма спираль, равную по размеру катушки плиты. На ее концы устанавливаются фитинги с наружной резьбой. Затем спираль закрепляется над катушкой. Можно прикрутить на плиту оргстекло, затем фанерную проставку, и снова оргстекло, как на фото. Спираль в таком случае будет лежать между стеклами.

Затем из трубы 1/4 дюйма необходимо сделать 2 тройника. Для этого на небольшом отрезке делается развальцовка под установку гайки. Затем посредине заготовка просверливается.

На отверстие припаивается еще один короткий отрезок трубы.

Конец заготовки напротив гайки нужно сжать, чтобы загерметизировать. Затем на него надевается отрезок трубки 3/8 дюйма, и припаивается. Это будет гильза для обжима кабеля.

Далее берем 2 толстых медных кабеля, зачищаем их концы, и обжимаем жилы в гильзах тройников.

Тройники прикручиваются на фитинги спирали, и затягиваются. На боковой отвод натягиваются шланги, через которые потом будет циркулировать вода для охлаждения.

Теперь при включении плиты зажатые между концами проводов детали будут греться и свариваться между собой. К примеру, можно закрепить на наконечниках кабеля медные скобы, которыми зафиксировать губки плоскогубцев. Тогда зажимая одну деталь в одних, а вторую в других, получится их сварить.

Чтобы не перегреть медную спираль, к шлангам на тройниках подключается помпа, которая будет прокачивать воду.

Для использования устройства для нагрева стальных заготовок, на концы кабеля нужно установить рукоятку из пластика или дерева.

Из толстой медной проволоки или тонкой трубки сворачивается катушка нужного диаметра на 3-4 витка. На ее концах предусматриваются проушины или наконечники для подключения к кабелю на рукояти.

Теперь запускаем помпу для циркуляции воды в главной спирали, и включаем плиту на максимум. После этого помещаем стальную заготовку внутрь катушки на рукояти. За считанные секунды она разогреется докрасна.

Можно установить более толстую спираль для нагрева массивных заготовок.

Смотрите видео

Из статьи вы узнаете, как собрать индукционный котёл своими руками. Мы расскажем о принципе работы этого устройства и приведём возможные варианты экономии на отоплении. Также вы найдёте видеоролики с подробными инструкциями по созданию автономной системы отопления квартиры или дома.

О том, что такое вихревой индукционный водонагреватель, известно давно. Мы уже давали исчерпывающую информацию по индукционным котлам .

Заводские изделия всегда привлекают покупателя аккуратным внешним видом и удобством исполнения. Однако эти достоинства приходится щедро оплачивать из собственного кармана. Домашние мастера реагируют мгновенно, копируя магазинную продукцию в гаражах и на дому. В результате они достигают тех же показателей эффективности, но в несколько раз дешевле.

Вихревой индукционный нагреватель (ВИН) своими руками

Главная проблема любой системы с разностью температур — нагревательный элемент или реактор. Это место образования избытка энергии, которая передаётся напрямую (как в случае с электрическими тэнами) или преобразовывается (как в случае с ВИН).

Теоретически котёл можно собрать из большой герметичной кастрюли, к которой будут подключены две трубы (подача и обратка), насос и расширительный бак. Трубы мы мысленно соединяем с цепочкой радиаторов, а кастрюлю ставим на газовую плиту. Заполняем систему водой (или антифризом), включаем насос и поджигаем газ — котёл готов. Разумеется, КПД его будет относительно низок, поэтому стоит подумать над более дешёвым источником энергии, т. к. сама система вполне рабочая.

Для этой цели нам и пригодится микроволновый эффект, на котором основано действие индукционной плиты. Он хорош тем, что нагревает агент очень быстро, безвредно и безопасно. Теперь, если установить не гипотетическую, а реальную чугунную или стальную ёмкость на такую плиту, включить её в цепь отопления , можно греть трёхкомнатную квартиру, потребляя 1,8–2,5 кВт/час (мощность плитки). Для сравнения, начальная мощность электрокотла с тэнами — 6 кВт.

Совершенствуем теплообменник

Разумеется, теоретическая кастрюля — лишь промежуточный вариант теплообменника. На практике он должен быть надёжным, дешёвым и компактным, ведь речь идёт об отоплении квартиры (небольшой площади — до 50 кв. м). Количество агента не должно превышать 40 литров. Под все вышеперечисленные требования более всего подходит плоский металлический бак размерами примерно 500х600х50 мм. Такую ёмкость можно сварить из профильной трубы 50х50.

Нарезать трубу 50х50 по 600 мм — всего 9–10 шт.
Сварить отрезки между собой стенка к стенке, чтобы получился ряд трубок.
Отрезок длиной в поперечный размер прорезать вдоль, изъять одну стенку из трубы.
Установить и приварить поперечный отрезок на манер коллектора гребёнки.
Аналогичным образом установить противоположную стенку.
Вварить в противоположные по диагонали плоскости фитинги на 1–1,5 дюйма.
Тщательно обварить конструкцию — она должна быть герметичной и все камеры должны свободно сообщаться.

Теплообменник готов. Теперь осталось включить его в систему и «поставить на огонь». Подвести трубы в нужное место домашнему мастеру не составит труда, но где найти это место в квартире? На наш взгляд оптимальный вариант — вертикальная установка в санузле. При этом плитку достаточно просто установить между стеной и теплообменником. Кстати, сам теплообменник тоже будет немного нагреваться, и этого будет достаточно для обогрева ванной комнаты.

Экономия на потреблении электричества

Потребление 2,5 кВт вместо 4–5 — прекрасный результат. Но его оказалось недостаточно для амбициозных и бережливых домашних мастеров. Но где взять дешёвую электроэнергию для плиты? Оказывается, ответ известен давно. Этот прибор называется инвертор, и он преобразовывает постоянный ток в переменный. С его помощью можно свести потребление тока для отопления практически к нулю.

Для уменьшения расхода энергии нам понадобится следующее:

Два аккумулятора не менее 190 А·час (лучше 250 А·час).
Инвертор на 4 кВт.
Зарядное устройство для аккумуляторов (24 В).
Трубы магистрали должны быть выполнены из немагнитного материала (пластик, алюминий, медь).

Аккумуляторы подключаем параллельно и ставим на постоянную «зарядку». Процесс, который происходит в электроцепи:

В аккумуляторах образуется постоянный ток, который подаётся на инвертор.
Инвертор преобразует постоянный ток в переменный 220 В.
Ток с инвертора подаётся на индукционную печь, которая работает в обычном режиме (расход).
Зарядное устройство постоянно подзаряжает аккумуляторы.

Таким образом, отопление квартиры обходится в оплату потребления зарядного устройства на 24 вольт, не считая расходов на работу циркуляционного насоса , который будет задействован в любом варианте.

Техника безопасности при установке индукционного котла и энергосберегающей цепи

Безопасных реакторов, энергоносителей, генераторов энергии не существует. Газ взрывоопасен, электричество может поразить человека или стать причиной пожара (КЗ). Микроволны минимально сказываются на здоровье человека: они активируют молекулы жидких веществ, нарушая естественные процессы в организме. Несколько простых правил помогут вам избежать даже минимального дискомфорта при использовании самодельного индукционного котла:

Микроволновые импульсы могут быть вредны для человека, если он продолжительное время находится ближе 50 см от работающего прибора. Если теплообменник установлен в ванной, отключайте плиту на время водных процедур.
Изолировать до 70% микроволнового излучения поможет сетчатый (ячеистый) экран из магнитного материала.
Аккумуляторы не следует держать в жилых помещениях и вообще внутри квартиры. Оборудуйте для этой цели место на балконе.

Средняя стоимость деталей энергосберегающего блока

Носителю тепла (агенту) «всё равно», чем его нагреют, но для хозяина дома это имеет огромное значение, и выбор делается всегда в пользу экономии текущих расходов. В случае с индукционными приборами нагревание происходит при колебании магнитных волн. При этом тепло не передаётся от более нагретой поверхности к менее нагретой (как в тэнах), а образуется непосредственно в агенте — жидкости. Это и обеспечивает колоссальную экономию при отоплении.

Индукционный нагреватель представляет собой резонансный инвертор, работающий на частоте ниже резонанса. Он состоит из блока питания, платы драйверов, платы управления, согласующего трансформатора и остальных деталей которые расположены на шасси аппарата. Инвертор построен по топологии «резонанса в первичке», это уменьшает габариты, и более технологичен при изготовлении.

Основные узлы. Блок питания , который имеет четыре гальванически развязанных обмотки питания. Две- для питания драйверов, одну- для питания платы управления и силовую, для питания насоса охлаждающей жидкости, вентилятора и пускового реле. Первые три стабилизированы по 12 В, последняя не имеет стабилизации. Драйвера управляют IGBT транзисторами, включенными по два в параллель.

Согласующий трансформатор состоит из трех сложенных вместе Шобразных ферритовых сердечника Е80/38/20. На него намотана обмотка 10 витков многожильного провода 4мм2, и залита эпоксидным клеем.

Особенностью моего инвертора является то, что его рабочая частота ниже резонансной. При работе ниже резонанса, ключи открываются очень жестко, а выключаются в нуле тока. Жесткое включение обусловлено сквозными токами, избавится от которых, нет возможности, но можно значительно снизить. Для этого в цепь питания инвертора (в плюс или минус) включен гасящий дроссель Dr1, со снаббером. Он имеет очень малую индуктивность всего 0,5 мкГн, но этого хватает, чтобы в разы снизить импульсы сквозного тока. Дроссель намотан многожильным проводом, общим сечением не менее 3мм2 и имеет 6 витков намотанных на оправке 16 мм. Он залит эпоксидным клеем, так как многожильный провод не держит форму. Дроссель и его снабберная цепь, должны располагаться в зоне обдува вентилятора.

Блок управления, в основу которого, положен генератор управляемый напряжением - ГУН, входящий в состав микросхемы CD4046. А также драйвер IR2104, который преобразует однофазный сигнал CD4046 в два противофазных. Генератор управляется напряжением в ручную, и меняет частоту в диапазоне 25-50 кГц. С изменением частоты меняется мощность в индукторе. Для простоты работы с инвертором, в плату управления введена схема ограничения тока.

Вторичная обмотка согласующего трансформатора состоит из одного витка медной трубки D 6мм. Она совмещена с радиатором для ключей и имеет конструкцию единого блока, по которому прокачивается вода. Насос – автомобильный от омывателя стекол.

Узлы на фотографиях и видео могут немного не соответствовать, так как было три версии, которые не значительно отличаются схемными решениями, но в общем конструкция у всех похожа. Данная конструкция тщательно отработана, я ее считаю самой компактной и ремонто-способной.

В чем собственно преимущество, этой версии. Первая версия имела простой задающий генератор, с возможностью управления частотой. Недостаток его в том, что нужно очень точно ( с помощью осциллографа) подгонять индуктор к инвертору, или инвертор к индуктору. А если имеются сменные индукторы, то они должны иметь одинаковую индуктивность. В принципе не так уж это и сложно, при определенном опыте. Но если на индуктор воздействовать механически, случайно, сжать или растянуть витки, то такой индуктор уже не может дать той мощности, на которую был настроен изначально, а может вообще вывести инвертор из строя. Вторая версия с ФАПЧ , позволяла менять индукторы, особо не задумываясь о его индуктивности. Но есть один нюанс. Максимальную мощность такой аппарат потреблял с ненагруженным индуктором, а когда индуктор нагружаешь, мощность падает. В конце концов, конечный результат будет тот же, но для его достижения требуется в два-три раза больше времени. Увеличение времени нагрева всегда плохо, но в двойне- при поверхностной закалке. Точнее она вряд ли возможна. Пришлось искать компромисс. И мне кажется я его нашел. Вот схема.

Но есть небольшие доработки в блоке управления, отказался от некоторых прибамбасов, а главное, что я гасящий дроссель, перенес в минус питания, это позволило разместить его и снаббер (конструктивно), ближе к вентилятору, что улучшило его охлаждение.

Теперь как это все работает. Начнем как всегда с питания. Блок питания на первый взгляд имеет архаичный вид, но у него есть свои преимущества. Во первых простота, второе- стабилизаторы имеют защиту по току, что помогает сохранить драйвера при пробое силовых ключей. Пробовал использовать "Обратноход",он для такой мощности(50Вт), он получается громоздкий, да и недостатков у него хватает. Обращаю внимание на систему запуска инвертора. В место традиционного пускового резистора, стоит конденсатор С10 (МБГО), в чем его преимущество? Обычно при пробое ключей пусковой резистор горит, конденсатор же может в таком состоянии находится сколь угодно долго. В момент включения инвертора в сеть через этот конденсатор начинают заряжаться электролиты фильтра С2, пока напряжение на них не достигнет 200-250В, БП не заработает, а когда заработает притянется пусковое реле, и пуск произойдет очень плавно, с задержкой 1-2 сек. Так же при пробое ключей в первую очередь выключится БП, отпустит реле, и в таком положении инвертор может находится сколь угодно долго. Даже предохранитель или автомат не успевают сработать. В свою очередь , коль нет питания, то и драйвера остаются целы.

Теперь немного о хитром гасящем дросселе Dr1. Как я уже писал, режим ниже резонанса предполагает сквозные токи. От чего это происходит? Предположим у нас открылся VT1, пошла накачка контура, + пит, VT1,ТР1,Срез, Dr1, минус. Срез зарядится быстрей, чем закроется ключ VT1, и процесс пойдет в обратную сторону, то есть контур начнет отдавать энергию в источник питания. Поскольку реакция контура у нас емкостная, напряжение той же полярности, через оппозитный диод VT1 ( к сожалению забыл дорисовать) будет заряжать С2, но через какое то время откроется VT2, и получится короткое замыкание, через еще открытый оппозитный диод VT1 и открывающийся VT2. КЗ очень короткое, десятки- сотни наносекунд, но токи запредельные. Чтоб их уменьшить и служит Dr1 со снобберной цепочкой. Для рабочего цикла периодом скажем 30мкс, дроссель имеет малое сопротивление, а для сквозного тока в 50нсек- большое. На практике это выглядит так. Рабочий ток первичной обмотки равен 60А, а сквозной ток всего 80А. Это вполне укладывается в параметры G4PC50UD, да и многих других IGBT. В отсутствии этого дросселя, ток может быть на порядок больше, что тоже во многих случаях позволяет работать ключам. О ключах и драй верах, говорить вроде не чего.

Как работает блок управления. Я покупал СD 4046, за пять рублей «пучок», когда занимался ФАПЧем, они остались неиспользованными, что и натолкнуло на мысль использовать генератор управляемый напряжения. Не буду писать как она работает, в кратце скажу, что если на 9 ногу подавать изменяющееся напряжение то и частота на выходе(3,4) будет меняться пропорционально. R11 и R6, задается диапазон частот, верхний и нижний соответственно. Частоту как и мощность, можно менять вручную, резистором R2- выше частота- выше мощность. Компаратор DA1/1, сравнивает напряжение установленное потенциометром R12 и напряжение с ТТ, как только напряжение ТТ превысит опорное, компаратор своим выходным транзистором, через VD1 и R4 начинает разряжать емкость фильтра С2 ГУН, напряжение на нем понижается, частота тоже, и падает ток в первичной обмотке. Образуется отрицательная ОС. Установив один раз номинальный рабочий ток, настраиваем компаратор под этот ток . Далее поднять мощность не возможно - ее можно только понижать. При замене индуктора с другой индуктивностью, можно одним движением, под него настроить инвертор. Как это происходит? ГУН всегда начинает работу с нижней частоты диапазона, поэтому, если рабочая частота индуктора входит в заданный диапазон частот, то частота будет упираться в заданный нами номинальный ток, что и соответствует номинальной мощности индуктора. Резистор установки частоты( мощности), крутят пока не сработает компаратор, и в таком положении работают. Индикация ограничения, осуществляется по светодиоду. Для этого используется вторая половинка компаратора DA1/2.

Насос для охлаждения я использовал от омывателя стекол. Питается он через полевик (VT3), что позволяет управлять и им и инвертором одной парой контактов. Также в цепи насоса стоят баластные резисторы (R18), что позволило снизить потребляемый им ток до 2,5А, а производительности его вполне хватает. Некоторые пишут, что я сделал охлаждение транзисторов водяным, потому , что с воздушным транзисторы просто не выдержат. На самом деле это не так. Грех не использовать водяное охлаждение, коль без воды не как не обойтись, к тому же это делает аппарат компактным.

Немного о настройке. Каждый модуль БП и БУ нужно проверять и настраивать отдельно желательно на столе от источника питания. Все тщательно выверить, проверить в разных режимах. Когда весь инвертор собран, подают 220В на блок питания, отдельно от инвертора( на силовую часть питание не подают). Проверяют работу генератора, потом работу драйверов, повесив осциллограф на затворы и эмиттеры транзисторов. Проверяют работу насоса. Если все нормально, включают силовую часть (желательно сначала через ЛАТР ), при этом БП питается отдельно. Проверяют работу пока без индуктора. На выходе меандр с немного закругленными вершинами напряжением 15В, можно нагрузить какой то лампой, типа от фары. Далее прикручивают индуктор, пробуют с индуктором, все так же через ЛАТР( вольт 80-100). Начинают с нижней частоты. На индукторе сначала рваная синусоида, по мере повышения частоты, синусоида становится чистой, вольт 80-90. В таком режиме настраивают компаратор. Зазубрины на синусоиде это момент переключения ключей, по ним очень удобно настраивать инвертор. Эти зазубрины должны располагаться в зоне, от нуля синусоиды и до вершины. Самый оптимальный вариант где то по середине. В режиме ограничения инвертор не должен свистеть.

Вот как то так. Наверное что то упустил, но все расписать не хватит десяти страниц. О подробностях можете писать на любой из форумов или прямо сюда. Как минимум трое повторили мой инвертор, у других не хватило или знаний, или терпения. На последок видео.

Индукционный нагрев имеет существенное преимущество по сравнению с тэновым. Главным критерием тут является КПД преобразования электрической энергии в тепловую. В статье пойдет речь о том как сделать супер простой индукционный обогреватель из готовых устройств и деталей. На постройку у вас уйдет не более двух часов. Таким обогревателем, мощностью около 1 кВт, можно будет отопить помещение примерно 30 кв.м.

Что понадобиться для индукционного обогревателя?

Радиатор отопления. Я взял биметаллический. Количество секций зависит от площади, которую вам нужно обогреть.
Металлический гофрированный шланг - можно купить в любом сантехническом магазине. Понадобится 1,5 метра с запасом.
Фитинг и муфты для подключения трубы к радиатору.
Кусок медной трубки для замыкания контура.

Сгибаем трубку как улитку или спираль. Гнется она легко руками. Площадь круга улитки должна быть больше круговой нагревательной поверхности на плитке.

Главное, не забыть сделать замыкательную перемычку этого контура, иначе ничего работать не будет. Я сделал её из медной трубки, припаяв к началу и концу спирали. Теперь контур замкнут и вся мощность индукции будет устремлена в нагрев.

Индукционный котел готов. Фактически он состоит их покупной индукционной плитки и сделанной спирали, через которую будет пропускаться вода.

Заливаем воду в радиатор. При нагреве она будет сама циркулировать в системе, дополнительного насоса в данном случае не требуется.
Включаем и проверяем. Устанавливаем для начала минимальную мощность на плите, а потом, если нужно, на максимальную.
На дорогих моделях уже сразу можно установить температуру нагрева и плитка сама будет ее поддерживать.

Посчитал примерный КПД индукционного обогревателя по сравнению с обогревателем на тэнах. И оказалось, что КПД индукционного обогревателя в 3,5 раза выше, чем тэнового обогревателя.

Смотрите видео

Сборка самого котла.

Выбор индукционной плитки. Доработка.

Подключение автоматики.

Тестирование в системе водяного отопления.

Индукционная плита бывает различных размеров и работает от разного напряжения. Ее можно даже запитать от аккумуляторной батареи, а собрать на базе отслужившего свой век винчестера. Ведь основание диска поликарбонат и алюминий – материалы, выдерживающие высокие температуры и не проводящие электрического тока. А все детали – недорогие. Поэтому это не займет много времени, и не окажется затратным.

Необходимые детали

Схема индукционного нагревателя

Простейшая двухтранзисторная схема индукционного нагревается. В образце, который будет описан ниже, имеется сенсорная кнопка с ключом на транзисторе и стабилизатором напряжения. Для простоты повторения, второстепенная схема коммутации с сенсорной кнопкой не указана.

Изготовление индукционной мини плити 12 В

Для этого с HDD снимается верхняя крышка и вынимается вся его начинка. Также откручивается электронная плата.

На оставшемся основании подготавливаются два отверстия, в которые устанавливаются ходовые N-канальные полевые транзисторы IRF3205 (можно взять аналогичные мощные полевики с высокой скоростью переключения и низким сопротивлением). Они нужны для использования постоянного тока вместо переменного. Транзисторы изолируются от основания!

Далее со старой видеокарты, кулера оперативки или еще откуда-то снимается 90 мм вентилятор. Его лучше брать с металлическим основанием и лопастями. Он крепится в широком отверстии подложки на шурупы, суперклей или другими способами.

Вокруг него устанавливаются ферритовые подушечки (можно найти на радиорынке или проявить смекалку).

На них укладывается 10 витков катаной медной проволоки диаметром 6 мм, используемой в качестве нагрузки триггерной схемы и одновременно нагревателя (она подпаивается к стокам полевиков).

Вокруг транзисторов крепятся 2 индуктивных катушки (30-32 витка провода 0,8 мм на ферритовом или другом диэлектрическом сердечнике). Под них также прокладывается диэлектрический материал.

Одним выводом катушки подпаиваются к стоку своего транзистора, вторыми соединяются между собой. Далее соединяются перемычкой истоки полевиков. Перед этим для удобства можно отогнуть их затворы. Между стоками устанавливается термостабильная емкость от 2 до 6 мкФ (в данном случае 2,3 мкФ). Между затворами впаиваются два последовательно соединенных резистора по 220 Ом. От затворов к стокам рядом расположенных транзисторов впаиваются выпрямительные диоды 1n4007 (анодом к затвору). Питание подается на центральную точку между индуктивными катушками («+») и на истоки транзисторов («-»).

Устанавливается линейный стабилизатор напряжения L7805CV (LM7805). Его вход подключается на перемычку между двумя катушками, земля – на среднюю точку между двумя резисторами. Рядом с ним крепится МОП-транзистор (irfz44), заменяющий реле, питающее вентилятор и схему генератора. Сверху этих элементов через малую емкость припаивается кнопочный сенсорный датчик включения/выключения схемы.

Далее ставится на место электронная плата на тыльной стороне подложки и вход питания подпаивается на родной разъем HDD.

Корпус закрывается и изделие готово к испытаниям.

Проведенные тесты показывают, что задуманное реально работает. Если у вас установлен кардиостимулятор, не находитесь близко при включенном устройстве!

Смотрите видео

Читайте также: