Индукционные нагреватели работают по принципу “получение тока из магнетизма”. В специальной катушке генерируется переменное магнитное поле высокой мощности, которое порождает вихревые электрические токи в замкнутом проводнике.
Замкнутым проводником в индукционных плитах является металлическая посуда, которая разогревается вихревыми электрическими токами. В общем, принцип работы таких приборов не сложен, и при наличии небольших познаний в физике и электрике, собрать индукционный нагреватель своими руками не составит большого труда.
Самостоятельно могут быть изготовлены следующие приборы:
- Приборы для нагрева теплоносителя в котле отопления.
- Мини-печи для плавки металлов.
- Плиты для приготовления пищи.
Индукционная плита своими руками, должна быть изготовлена с соблюдением всех норм и правил для эксплуатации данных приборов. Если за пределы корпуса в боковых направлениях будет выделяться опасное для человека электромагнитное излучение, то использовать такой прибор категорически запрещается.
Кроме этого большая сложность при конструировании плиты заключается в подборе материала для основания варочной поверхности, которое должно удовлетворять следующим требованиям:
- Идеально проводить электромагнитное излучение.
- Не являться токопроводящим материалом.
- Выдерживать высокую температурную нагрузку.
В бытовых варочных индукционных поверхностях используется дорогая керамика, при изготовлении в домашних условиях индукционной плиты, найти достойную альтернативу такому материалу – довольно сложно. Поэтому, для начала следует сконструировать что-нибудь попроще, например, индукционную печь для закалки металлов.
Принцип работы
Сам принцип работы индукционного нагревателя не такой сложный, как казалось бы. В качестве примера можно рассмотреть нагреватели вихревого типа. Они широко применяются в отопительных котлах, большая часть населения с ними знакома. Из названия понятно, что энергия рождается из магнитного поля, которая передается теплоносителю.
Вода, которая поступает в устройство, нагревается за счет подаваемой энергии, после чего поступает в систему отопления. Для создания давления, используется обыкновенный насос.
Таким образом вода циркулирует внутри системы, защищая ее от перегрева. В это же время теплоноситель постоянно вибрирует, что защищает от появления накипи. Фактически, это вся рабочая схема данного агрегата.
Достоинства и недостатки
По уверениям изготовителей, использование индукционных отопительных котлов для обогрева дома – это сплошные преимущества при полном отсутствии минусов. Давайте попробуем разобраться, где правда, а где маркетинговый ход.
1. Высокая эффективность. КПД до 99 % характерен для всех видов электрокотлов.
2. Максимальная защита от накипи. Поскольку прямого контакта индукционной обмотки с теплоносителем нет (в отличие от ТЭНа), образоваться накипь может только внутри труб. Но закрытые системы характеризуются стабильно малым количеством солей. То есть отсутствуют предпосылки для формирования отложений.
3. Экономия ресурсов до 35 %. Прежде чем купить котел индукционного типа и установить его, вспомните, его основная задача – преобразование энергии в тепловую. Для выработки 1 кВт по закону сохранения энергии требуется затратить тоже 1 кВт электричества. Разница лишь в скорости нагрева – индукционный агрегат функционирует быстрее примерно на 20-30 %.
4. Полное отсутствие разъемных соединений в конструкции, что исключает вероятность возникновения течи. Не совсем соответствует действительности: котел включает 4-6 комплектующих, соединенных в блок. В стоимость индукционной отопительной системы ВИН включены сам котел в разборном корпусе, шкаф управления, группа безопасности (датчики и реле) и конденсаторов, клапаны сброса давления, комплект контактов для подключения внешних устройств.
5. Высокая степень электро- и пожаробезопасности. Это действительно так, но нужно следить за тем, чтобы не было течи, а количество термоносителя оставалось постоянным. В противном случае прибор очень быстро раскаляется и есть риск взрыва.
6. Не имеет элементов подверженных механическому износу, поэтому срок действия составляет более 30 лет. Во-первых, сердечник долговечный, но лаковая изоляция на первичной обмотке (тороидальной) подвержена старению. Время ее службы – 7-10 лет. Итогом разрушения станет межвитковое замыкание с соответствующими последствиями. Во-вторых, индукционные котлы – относительно новый продукт, не прошедший тестирование временем, утверждение о 30 годах эксплуатации вряд ли является правдивым.
7. Совместимость с другими системами. Можно подключать теплые полы, газовые или дровяные котлы.
Хитрый счетчик, сберегающий электроэнергию. Окупается за 2 месяца!Это нужно знать каждому, чтобы сэкономить!
8. Не требуют отдельного помещения и вентиляции.
9. Не нуждаются в профилактических работах. Котел – в любом случае оборудование с множеством датчиков, реле, клемм, которые периодически нужно менять, подтягивать. Конечно, по сравнению с газовыми котлами, это незначительно.
Таким образом, большая часть положительных качеств соответствует другим типам электрических агрегатов. Теперь проанализируем недостатки, выявленные за несколько лет эксплуатации.
1. Стоимость. Цена индукционного котла SAV 5 кВт – 40 000 руб. Тогда как ТЭНовый Protherm Skat 6 кВт – 23 000.
2. Значительный вес при небольших габаритах. Поскольку даже самый маломощный агрегат весит от 20 кг, рекомендуется монтировать их на пол либо подвешивать на несущую стену при помощи прочных кронштейнов.
3. Электромагнитное поле генерирует сильные помехи в длинно-, средневолновом и УКВ диапазонах. Хотя производители заявляют, что они не влияют на человеческий организм, сотрудники санитарных и медслужб утверждают обратное. Не зря же в СНиПах зафиксированы нормативы и правила расположения приборов с высоким уровнем излучения.
4. Для работы в системе отопления в доме с 2-3 этажами требуется мощный циркуляционный насос.
Самодельный
Очевидно, что самодельный простейший индукционный нагреватель будет весить мало, однако будет иметь относительно хороший КПД, при компактных размерах.
В качестве сердечника будет использоваться труба с обмоткой. Также понадобится вторая, аналогичная труба. Ее функция будет заключаться в нагревании.
Составляющие
Для прибора понадобится:
1. Труба пластиковая; 2. Сетка из нержавеющей стали; 3. Стальная проволока; 4. Медная проволока; 5. Инвертор сварочный.
Схема индукционного нагревателя созданного своими руками будет очень просто, отсюда малый вес и компактность устройства.
За основу берется катушка, которая будет играть роль индуктора. Она располагается в пластиковом корпусе. Внутри самой катушки нужно расположить отрезок стальной трубы, на которой нужно сделать 2 патрубка (входной и выходной). Они будут нужны для циркуляции воды в системе отопления. Катушка, в свою очередь, должна соединяться с электричеством, чтобы прибор функционировал.
Обратите внимание!
Пушка гаусса своими руками: ТОП-130 фото лучших способов создания своими руками. Особенности конструкции + мастер-класс для начинающих
Струбцины своими руками — поэтапный мастер-класс для начинающих. Схемы изготовления разных конструкций + 170 фото
Электросамокат своими руками — мастер-класс с пошаговыми инструкциями работы своими руками. Советы и простые схемы для начинающих + лучшие фото-обзоры
В случае, если есть инвертор, можно использовать несколько иной способ подключения. К тому же это повысит частоту тока, и как следствие кпд прибора.
Сам преобразователь, за счет которого возможен другой тип подключения, состоит из 3 составляющих:
1. Схема управления транзисторами; 2. Выпрямитель; 3. Двухтранзисторный инвертор.
Отличительная особенность этого способа состоит во вторичной обмотке проволоки. Она короткозамкнута, при этом располагается в первой обмотке. Фактически, принцип работы можно сравнивать с трансформатором, однако желаемый итог совершенно разный.
В трансформаторе нагревания стараются избежать, в то время как в индукционном нагревателе наоборот. Скачать схему можно бесплатно.
Достать такой инвертор можно из сварочного аппарата, однако схема подключения будет несколько сложнее. Таким образом, можно собрать индукционный нагревать своими руками из сварочного аппарата.
Обратите внимание!
Кресло-качалка своими руками: ТОП-120 фото лучших вариантов изготовления. Мастер-класс по созданию кресла-качалки в домашних условиях
- Коптильня из газового баллона — лучший мастер-класс по изготовлению самодельной коптильни с пошаговыми фото-схемами для начинающих
Компрессор своими руками: ТОП-130 фото-обзоров готовых компрессоров. Пошаговая инструкция + схемы и чертежи
Нюансы
- При проведении опытов по нагреву и закалке металлов, внутри индукционной спирали температура может быть значительна и составляет 100 градусов Цельсия. Этот теплонагревательный эффект можно использовать для нагрева воды для бытовых нужд или для отопления дома.
- Схема нагревателя рассмотренного выше (рисунок 3), при максимальной нагрузке способна обеспечить излучение магнитной энергии внутри катушки равное 500 Вт. Такой мощности недостаточно для нагрева большого объёма воды, а сооружение индукционной катушки высокой мощности потребует изготовление схемы, в которой необходимо будет использовать очень дорогие радиоэлементы.
- Бюджетным решением организации индукционного нагрева жидкости, является использование нескольких устройств описанных выше, расположенных последовательно. При этом, спирали должны находиться на одной линии и не иметь общего металлического проводника.
- В качестве теплообменника используется труба из нержавеющей стали диаметром 20 мм. На трубу «нанизываются» несколько индукционных спиралей, таким образом, чтобы теплообменник оказался в середине спирали и не соприкасался с её витками. При одновременном включении 4 таких устройств, мощность нагрева будет составлять порядка 2 Квт, что уже достаточно для проточного нагрева жидкости при небольшой циркуляции воды, до значений позволяющих использовать данную конструкцию в снабжении тёплой водой небольшого дома.
- Если соединить такой нагревательный элемент с хорошо изолированным баком, который будет расположен выше нагревателя, то в результате получится бойлерная система, в которой нагрев жидкости будет осуществляться внутри нержавеющей трубы, нагретая вода будет подниматься вверх, а её место будет занимать более холодная жидкость.
- Если площадь дома значительна, то количество индукционных спиралей может быть увеличено до 10 штук.
- Мощность такого котла можно легко регулировать путём отключения или включения спиралей. Чем больше одновременно включённых секций, тем больше будет мощность работающего таким образом отопительного устройства.
- Для питания такого модуля понадобится мощный блок питания. Если есть в наличии инверторный сварочный аппарат постоянного тока, то из него можно изготовить преобразователь напряжения необходимой мощности.
- Благодаря тому, что система работает на постоянном электрическом токе, который не превышает 40 В, эксплуатация такого устройства относительно безопасна, главное обеспечить в схеме питания генератора блок предохранителей, которые в случае короткого замыкания обесточат систему, там самым исключив возможность возникновения пожара.
- Можно таким образом организовать “бесплатное” отопление дома, при условии установки для питания индукционных устройств аккумуляторных батарей, зарядка которых будет осуществляться за счёт энергии солнца и ветра.
- Аккумуляторы следует объединить в секции по 2 шт., подключённые последовательно. В результате, напряжение питания при таком подключении будет не менее 24 В., что обеспечит работу котла на высокой мощности. Кроме этого, последовательное подключение позволит снизить силу тока в цепи и увеличить срок эксплуатации аккумуляторов.
Применение
На сегодняшний день область применения нагревателей такого типа очень большая. Необходимо учитывать так же тот факт, что существует большое количество модификаций и возможностей модернизации нагревателей.
Промышленная сфера
Применяется для плавки металлов, получения некоторых видов сплавов, которые затем используется в широком перечне работ. За счет создания сплавов осуществляется производство металлической проволоки.
Различные модификации индукционного нагревателя используются для автосервиса, с целью термической обработки запасных автомобильных частей. Фактически с той же целью технология применяется в медицине, термической обработке подвергаются медицинские аппараты, мебель и оборудование.
Особенности эксплуатации
Самодельная сборка нагревателя – это лишь половина дела
Не менее важное значение имеет правильная эксплуатация получившейся конструкции. Изначально, каждый такой прибор представляет определенную опасность, поскольку он не способен самостоятельно контролировать уровень нагрева теплоносителя. В связи с этим, каждому нагревателю требуется определенная доработка, то есть установка и подключение дополнительных контрольных и автоматических устройств
В связи с этим, каждому нагревателю требуется определенная доработка, то есть установка и подключение дополнительных контрольных и автоматических устройств.
В первую очередь выход трубы оборудуется стандартным набором устройств, обеспечивающих безопасность – предохранительным клапаном, манометром и приспособлением для отвода воздуха. Следует помнить, что индукционные водонагреватели будут нормально работать лишь при наличии принудительной циркуляции воды. Самотечная схема очень быстро приведет к перегреву элемента и разрушению пластиковой трубы.
Во избежание подобных ситуаций, в нагревателе устанавливается термостат, подсоединенный к устройству аварийного отключения. Опытные электротехники используют для этих целей терморегуляторы с температурными датчиками и реле, отключающие цепь при достижении теплоносителем заданной температуры.
Самодельные конструкции отличаются довольно низкой эффективностью, поскольку вместо свободного прохода, на пути воды имеется препятствие в виде частиц проволоки. Они почти полностью перекрывают трубу, вызывая повышенное гидравлическое сопротивление. При нештатных ситуациях возможны повреждения и разрыв пластика, после чего горячая вода непременно приведет к короткому замыканию. Обычно такие нагреватели используются в небольших помещениях, в качестве дополнительной системы отопления в холодное время года.
Отопительная система – важная составляющая любого дома. Её можно назвать «сердцем» жилища, ведь именно тепло формирует уют и атмосферу. Рынок изобилует различными видами газовых котлов, потому что они считаются самыми эффективными. Однако газовая магистраль может быть расположена довольно далеко, поэтому в данном случае электрическое оборудование выходит на первый план. Довольно популярны индукционные котлы. Достоинством этого типа обогрева является то, что индукционная печь из сварочного инвертора без проблем изготавливается своими руками. На основе вихревых током можно сконструировать также индукционный нагреватель для металла, взяв за источник тока сварочный инвертор.
Плюсы технологии
Используется в широком перечне производств, за счет низкой себестоимости (в зависимости от вида и модификации), и при большом кпд. В основном применяется в сфере изготовления сплавов, где благодаря использованию индукционного нагревателя возможно получение сверхчистых сплавов.
Обратите внимание!
Ветрогенератор своими руками: ТОП-170 фото-обзоров готовых приборов. Подробная инструкция по самостоятельному изготовлению для начинающих
Точечная сварка своими руками — лучший мастер-класс по изготовлению самодельной точечной сварки с пошаговыми фото-схемами работы своими руками
Теннисный стол своими руками: ТОП-150 фото лучших идей изготовления. Мастер-класс по созданию теннисного стола в домашних условиях
Экологически чистая технология, которая никак не загрязняет окружающую среду, и при этом дешевая в производстве.
Возможен фактически в виде любой формы, что позволяет равномерно распределять тепло по всей площади, исключая локальный перегрев.
Фактически, если сравнивать эту технологию с аналогичными, она не имеет минусов. За исключением одного: он заключается в необходимости соединять индуктор и заготовку. Если этого не делать нагрев будет недостаточным в большинстве случаев.
Действительно ли можно сэкономить на индукционном нагреве
Популярность использования оборудования в быту обусловлена неплохой экономией электроэнергии. При установке на кухне плит, работающих по методу индукции, у владельца исчезает необходимость включения вентиляции, т.к. окружающее пространство практически не прогревается. Нагревательная поверхность не требует сложной очистки, поскольку она выполнена из стекла.
Из-за увеличенной скорости нагрева продолжительность работы системы сокращается, что тоже позволяет сэкономить на электричестве.
Как сделать своими руками
Рассмотрим второй способ изготовления мощного индукционного нагревателя своими руками. В отличие от первого способа, составляющих будет гораздо меньше, однако его мощность будет выше, за счет использования несколько иных компонентов и типа подключения.
Нам понадобится:
1. Инвертор сварочный; 2. Генерирующий сварочный ток (от 15 А); 3. Медная проволока.
В качестве сердечника рекомендуется использовать полимерные материалы. Это обусловлено тем, что они способны выдерживать довольно высокие температуры при нагревании. В нашем случае будет полимерная труба с диаметром 50 мм.
На сердечник необходимо намотать проволоку, соединить ее с инверторными клеммами таким образом, чтобы не было перекручивания.
Что такое индукция и ее принцип
Электромагнитная индукция была открыта еще более ста лет назад. Она позволяет генерировать тепло с помощью высокочастотных токов – данная технология активно применяется для выплавки металлов. Дошла эта технология и до бытовых потребителей – мы можем увидеть ее воплощение на кухне в виде индукционных электрических печей. Индукционные печи позволяют быстро разогревать пищу и отличаются небольшими габаритами. Еще одним достоинством является их продолжительный срок службы.
Индукционный нагреватель представляет собой мощную катушку, на которую подается переменный ток высокой частоты. Внутри катушки помещается металлический сердечник, разогревающийся под действием вихревых токов. Таким образом, никаких привычных нагревательных элементов здесь нет, а тепло генерируется исключительно за счет индукционного нагрева.
Магнитная индукция используется в металлургической промышленности. Здесь она позволяет избавиться от угольных и газовых печей, отличающихся большими размерами. Сегодня в металлургических цехах стоят небольшие индукционные печи, быстро разогревающие металлы и сплавы до высоких температур. Они безопасны для людей и позволяют сократить время, затрачиваемое на переработку металлов.
С помощью индукционной катушки можно быстро нагреть металл до очень высоких температур.
В бытовой сфере магнитная индукция работает в индукционных кухонных печах и в электрических индукционных котлах. В чем заключаются преимущества такого нагрева?
- Отсутствует прямой контакт между нагреваемым телом и индукционной катушкой.
- Отсутствие накипи в индукционных котлах, что связано с отсутствием привычных нагревательных элементов.
- Продолжительный срок службы оборудования.
- Быстрый прогрев теплоносителей и металлических конструкций.
- Высокая эффективность оборудования.
- Безопасность для окружающих.
Электромагнитная индукция греет быстро и очень эффективно – коэффициент полезного действия тех же индукционных котлов достигает 98-99%. Также здесь отсутствует прямой контакт теплоносителя и токоведущих частей, что значительно повышает безопасность оборудования.
Напомним, что в ТЭНовых и электродных электрических отопительных котлах используется прямой контакт нагревательных элементов и теплоносителя.
Сделать индукционный нагреватель воды своими руками не так уж и сложно, как это может показаться на первый взгляд. Многие люди, обладающие познаниями в области электротехники и «прямыми руками», умеючи создают индукционные нагреватели, используемые для обогрева жилых домов. Давайте разберемся, как создаются такие нагреватели и что нам понадобится для самостоятельной сборки оборудования.
Первый
Проволоку необходимо нарезать на отрезки, длинной примерно 5 см. Данными отрезками заполнить сердечник, который после закупоривается проволочной сеткой. Установить переходник от трубы там, где нагреватель будет подключен к отоплению. Далее на нагреватель нужно намотать проволоку, длина которой должна составлять около 16 м.
После этого сердечник подключается к отоплению, сам нагреватель к инвертору. Обратите внимание, перед тестированием нужно убедиться, что внутри устройства есть вода. Если включить его без воды, оно очень быстро перегреется и расплавится.
Второй
Относительно первого варианта, этот намного проще, но требует дополнительных затрат. В качестве основы берется длинная труба. Примерно на метр с ее поверхности необходимо снять краску. Когда краска будет снята, очищенный участок нужно покрыть тканью электротехнической в 3-4 слоя. Следом, поверх ткани, наматывается проволока из меди, образуя катушку.
Собранный прибор изолируется, остается только подключить его к инвертору.
Обязательная техника безопасности
Любые работы, производимые с электричеством, в особенности если работы тем или иным образом подразумевают участие/использование в процессе воды, требуют полного соблюдения требований безопасности.
Техника безопасности должна соблюдаться абсолютно всегда, с особой тщательностью в тех случаях, когда осуществляется самостоятельная сборка прибора, с использованием самостоятельно приобретенных навыков и знаний.
Кроме этого, перед началом любых работ первоначально необходимо досконально изучить теоретическую часть. Это позволит более детально разобраться в предстоящей работе, исключить возможные ошибки и недопонимания.
В рамках этой статьи мы рассмотрели несколько способов изготовления нагревательного прибора своими руками. Фото индукционного нагревателя, инструкцию и рекомендации по использованию можно найти в интернете.
Обратите внимание, в случае с самодельными индукционными нагревателями, их нельзя устанавливать в жилых помещениях. Это обусловлено электромагнитным излучением, которое исходит изнутри и снаружи от катушки. Фактически, оно будет нагревать не только сердечник, но и металлические предметы, приборы, которые попадают под воздействие магнитного поля.
Рекомендуется применять только с оцинкованным экраном, чтобы исключить такую вероятность.
Принцип действия
Для получения таких токов используется так называемый индуктор, который представляет собой катушку индуктивности, содержащую всего несколько витков толстого провода.
Индуктор питается сети переменного тока 50 Гц (иногда через понижающий трансформатор) или от генератора высокой частоты.
Протекающий по индуктору переменный ток генерирует переменное магнитное поле, которое пронизывает пространство. Если в этом пространстве окажется какой-либо материал, то в нем будут наводиться токи, которые начнут нагревать этот материал. Если этот материал – вода, то у нее будет повышаться температура, а если это металл, то через некоторое время он начнет плавиться.
Индукционные печи бывают двух типов:
- печи с магнитопроводом;
- печи без магнитопровода.
Принципиальная разница между двумя этими типами печей состоит в том, что в первом случае индуктор расположен внутри плавящегося металла, а во втором – снаружи. Наличие магнитопровода увеличивает плотность магнитного поля, пронизывающего помещенный в тигель металл, что облегчает его нагревание.
Индукционный нагреватель
Примером индукционной печи с магнитопроводом является канальная индукционная печь. Схема такой печи включает замкнутый магнитопровод из трансформаторной стали, на котором располагаются первичная обмотка – индуктор и кольцеобразный тигель, в котором располагается материал для плавления. Тигель изготавливается из жаропрочного диэлектрика. Питание такой установки осуществляется от сети переменного тока с частотой 50 Гц или генератора с повышенной частотой 400 Гц.
Такие печи используются для плавления дюраля, цветных металлов или получения высококачественного чугуна.
Большее распространение имеют тигельные печи, не имеющие магнитопровода. Отсутствие в печи магнитопровода приводит к тому, что магнитное поле, создаваемое токами промышленной частоты, сильно рассеивается в окружающем пространстве. И для того, чтобы увеличить плотность магнитного поля в диэлектрическом тигеле с материалом для плавления, необходимо использовать более высокие частоты. При этом считается, что если контур индуктора настроен в резонанс с частотой питающего напряжения, а диаметр тигеля соизмерим с длиной волны резонанса, то в районе тигеля может сконцентрироваться до 75% энергии электромагнитного поля.
Схема изготовления индукционной печи
Как показали исследования, для обеспечения эффективного плавления металлов в тигельной печи желательно, чтобы частота питающего индуктор напряжения превышала резонансную частоту в 2-3 раза. То есть, такая печь работает на второй или третьей частотной гармонике. Кроме того, при работе на таких повышенных частотах происходит лучшее перемешивание сплава, что улучшает его качество. Режим с применением еще больших частот (пятой или шестой гармоники) может использоваться для поверхностной цементации или закалки металла, что связано с появлением скин-эффекта, то есть, вытеснением электромагнитного поля высокой частоты к поверхности заготовки.
Выводы по разделу:
- Существуют два варианта индукционной печи – с магнитопроводом и без магнитпровда.
- Канальная печь, относящаяся к первому варианту печей, более сложна по конструкции, но может питаться непосредственно от сети 50 Гц или сети повышенной частоты 400 Гц.
- Тигельная печь, относящаяся к печам второго типа, более проста по конструкции, но требует для питания индуктора генератора высокой частоты.
