Индукционный нагрев металла своими руками. Индукционный нагрев своими руками: как сделать эффективный нагреватель

alexxlabСвоими руками
Как работает индукционный нагрев. Какие преимущества у индукционных нагревателей. Как самостоятельно собрать индукционный нагреватель. На что обратить внимание при сборке. Какие меры безопасности необходимо соблюдать.

Содержание

Принцип работы индукционного нагрева

Индукционный нагрев основан на явлении электромагнитной индукции. При пропускании переменного тока через катушку (индуктор) вокруг нее создается переменное магнитное поле. Если внутрь катушки поместить металлический предмет, то в нем будут индуцироваться вихревые токи. Эти токи приводят к нагреву металла за счет его электрического сопротивления.

Ключевые особенности индукционного нагрева:

  • Нагрев происходит непосредственно в толще металла без прямого контакта
  • Скорость нагрева очень высокая
  • Нагрев локализован в зоне действия магнитного поля
  • КПД индукционного нагрева достигает 90%

Преимущества индукционных нагревателей

По сравнению с другими способами нагрева, индукционный метод обладает рядом важных преимуществ:


  • Высокая скорость нагрева
  • Точный контроль температуры
  • Возможность локального нагрева
  • Чистота процесса (нет продуктов горения)
  • Высокий КПД и энергоэффективность
  • Простота автоматизации
  • Экологичность

Благодаря этим преимуществам индукционный нагрев широко применяется в промышленности для плавки, закалки, пайки металлов. В быту индукционные плиты становятся все более популярными.

Схема простейшего индукционного нагревателя

Для создания индукционного нагревателя своими руками понадобятся следующие основные компоненты:

  • Высокочастотный генератор
  • Индуктор (катушка)
  • Конденсаторы для создания резонансного контура
  • Система охлаждения
  • Блок управления

В качестве генератора можно использовать сварочный инвертор. Индуктор изготавливается из медной трубки. Конденсаторы подбираются для получения резонансной частоты 20-100 кГц. Система охлаждения необходима для отвода тепла от индуктора.

Изготовление индуктора

Индуктор является ключевым элементом нагревателя. От его конструкции зависит эффективность нагрева. При изготовлении индуктора необходимо учитывать следующие моменты:


  • Оптимальное количество витков — 5-15
  • Диаметр катушки должен быть немного больше диаметра нагреваемой детали
  • Для изготовления лучше использовать медную трубку диаметром 6-10 мм
  • Витки должны плотно прилегать друг к другу
  • Необходимо обеспечить циркуляцию охлаждающей жидкости внутри трубки

Правильно спроектированный индуктор обеспечит высокую эффективность нагрева и долгий срок службы.

Сборка и настройка нагревателя

Процесс сборки индукционного нагревателя включает следующие этапы:

  1. Подготовка корпуса
  2. Монтаж высокочастотного генератора
  3. Установка блока конденсаторов
  4. Подключение индуктора
  5. Монтаж системы охлаждения
  6. Установка блока управления
  7. Настройка резонансного контура

Особое внимание нужно уделить настройке резонансной частоты контура. От этого зависит эффективность нагрева. Настройка производится подбором емкости конденсаторов.

Меры безопасности при работе

При работе с индукционным нагревателем необходимо соблюдать следующие меры безопасности:

  • Использовать защитные очки и перчатки
  • Не прикасаться к нагретым деталям
  • Обеспечить надежное заземление
  • Не допускать перегрева индуктора
  • Следить за исправностью системы охлаждения
  • Не превышать допустимую мощность

При соблюдении этих мер самодельный индукционный нагреватель будет безопасен в эксплуатации.


Области применения индукционных нагревателей

Индукционный нагрев находит широкое применение в различных сферах:

  • Металлургия — плавка, закалка, отпуск металлов
  • Машиностроение — пайка, сварка, термообработка деталей
  • Бытовая техника — индукционные плиты
  • Медицина — стерилизация инструментов
  • Пищевая промышленность — разогрев продуктов

Благодаря своим преимуществам, индукционный нагрев вытесняет другие способы нагрева во многих отраслях.

Перспективы развития индукционного нагрева

Технология индукционного нагрева продолжает активно развиваться. Основные направления развития:

  • Повышение КПД и энергоэффективности
  • Расширение диапазона рабочих частот
  • Разработка новых типов индукторов
  • Создание компактных мобильных установок
  • Автоматизация процессов индукционного нагрева

Дальнейшее совершенствование технологии сделает индукционный нагрев еще более востребованным в промышленности и быту.


Индукционный нагрев своими руками. Техника съема энергии с трансформатора тока

Индукционный нагрев своими руками. Техника съема энергии с трансформатора тока

 Целью является практическая реализации обогрева дома с использованием техники индукционной плавки металлов. Идея, не обладает новизной и состоит в том, чтобы индуктор разместить вокруг трубы отопления. Нагревая трубу, тем самым мы нагреваем воду которая циркулирует в системе отопления. Базовой предпосылкой, которая может значительно снизить затраты на электроэнергию является колебательный контур (индуктор->конденсаторы) который работает в резонансе. Возникает повышение напряжения примерно в десятки раз, которым и осуществляется нагрев металла.

 

 Классические индукционные схемы, как показала практика замены выходящих из строя транзисторов, требует дорогой элементной базы. За основу была взята схема индукционного нагрева использующая ZVS (zero voltage switching) метод переключения транзисторов. Схема взята с сайта http://www.rmcybernetics.com/projects/DIY_Devices/diy-induction-heater.htm.

 

 В собранной схеме, были использованы транзисторыы STP40N10, диоды шоттки 50SQ100 5A,100В; резисторы 240 ОМ, измереенная ёмкость батареи конденсаторов CBB81/224/2000V — 2,3 мкф. Магнитная проницаемость ферритового кольца — L2, по заявлению продавца 10000, но схема запускается с ферритовым кольцом. Источниеи питания — два аккумулятора замененны на трансформатор ОСМ1-1.6 c переменным напряжением 24 вольта и постоянным на конденсаторе порядка 27 Вольт. Схема заработала сразу, каких либо настроек не протребовалось. Более или менее интересный результат при данном размере индуктора начинается от 20 вольт.

 

 Напряжение на каждом из транзисторов относительно корпуса по 800 Вольт, не важно где мерять. Частота работы схемы без металлической трубы в индукторе, 321 Кгц, ток потребления 1,7 Ампера. При добавлении металлической трубы частота понижается до 138 Кгц, ток потребления вырастает до 5А. Труба 0,5 дюйма, индуктором с внутренним диаметром 85 мм нагревается в районе средней точки до вишневого цвета.


 Лучше всего в таких схемах использовать плёночные конденсаторы фирм Evox Rifa,Faratronic,Pilcor. КПД поднимется,да и количество кондёров потребуется в разы меньше.

 Ток потребления определяется заполнением индуктора металлом. Стоит использовать под бесшовную трубу с максимальной толщиной стенок. При токе потребления более 12 ампер, транзисторы STP40N10 долго не живут. Рекомендованное на сайте водяное охлаждение не используется. Греются радиатор и индуктор, конденсаторы холодные. Для охлаждения транзисторных радиаторов я использовал вентилятор от компьютера. При необходимости отвод тепла можно организовать на тот же стояк отопления.

 

Трансформатор тока.

 Вторым, не менее, если не более интересным способом нагрева теплоносителя является трансформатор тока. Трансформатор тока представляет из себя ферритовое кольцо, установленное на проводе идущем от блока конденсаторов к индуктору. Подойдут ферритовые кольца, любой магнитопроницаемости. В том числе и кольцо из трансформаторного железа. Чем ниже магнитная проницаемость магнитопровода, тем меньший радиус кольца допустим, тем ниже частота тока на выходе, тем сильнее греется магнитопровод. В случае использования трансформаторного железа эффективность нагрева максималена. Ферритовые кольца с внутренним диаметром менее 60мм для длительной работы схемы не использовать. При малом, внутреннем, диаметре ферритового кольца, менее 50мм , резко растает ток потребления, необходимый для поддержания резонанса, транзисторы выходят из строя. В случае использования сердечника от ТВС необходим зазор, это не по феншую. В случае встречной намотки обмоток, как показано на фотографии, эдс отсутсвует.

 

 Ниже представлена схема подключения нагрузки. Лампу 220В 95W включать без диодного моста можно, но при этом следует уменьшить число витков трансформатора тока примерно до пяти, иначе лампа эффектоно сгорит. На сдвоенную пару витков, используемых в намотке обращать внимание не стоит. Так же следует поступить с парой проводов черный и красный, на транзисторных радиаторах к ним подключались высоковольтные конденсаторы от СВЧ печей. Конденсаторы сильно грелись, пришлось их заменить, провода пусть пока будут.

 Ферритовые кольца размещенные в индукторе увеличивают частоту до 400 кГц, токовый трансформатор ее понижает до 100 кГц. Яркость свечения лампы регулируется частотой за счет увеличения либо уменьшения сердечника из ферритовых колец в индукторе.

 


 На тестере видно, что при подключении нагрузки ток вырос на два ампера. (В первом случае ток необходимо умножить на 100) Это примерно равно мощности используемой лампы. Безвомездного съема энергии с токового трансформатора нет. Подключение активной нагрузки увеличивает ток потребляемый устройством. А вот использовать ферритовые кольца для нагрева теплоносителя в дополнение к индуктору — очень интересный вариант.

 

Дуговой разряд.

 На каждые три-четыре витка токового трансформатора приходится 1000 вольт. Попытка замера напряжения на большем числе витков закончилась неудачей по причине выхода из строя тестера. Можно предположить, что напряжение на токовом рансформаторе около пяти-шести тысяч вольт, поэтому третьим источником тепла, в предлагаемой схеме является дуговой разряд. Как его еспользовать для нагрева теплоносителя, я пока не решил. Плавится все с чем дуговой разряд находится в тесном контакте.

 

 

 
Промежуточный итог.

 1. Осуществлять нагрев трубы отопления токами фуко.
 2. Дополнительная тепловая мощность за счет охлаждения радиаторов, на которых установлены транзисторы.
 3. Охлаждения феррита токового трансформатора теплоносителем (водой).
 4. Использование дугового разряда — проблематично. Очень высокая температура. Но очень перспективно. Наличие дуги не увеличивает потребление тока устройством.

 

Пример страниц руководства:

 

Скачать руководство полностью:

А. Мищук — Индукционный нагрев. Техника съема энергии с трансформатора тока.pdf

Вихревой индукционный нагреватель своими руками: делаем самодельный агрегат

Электрические нагревательные приборы исключительно удобны в эксплуатации. Они гораздо безопаснее, чем любое газовое оборудование, не производят копоти и сажи, в отличие от агрегатов, работающих на жидком или твердом топливе, наконец, для них не нужно заготавливать дрова и т. п. Главный недостаток электрических нагревателей — высокая стоимость электроэнергии. В поисках экономии некоторые умельцы решили изготовить индукционный нагреватель своими руками. Они получили отличное оборудование, для работы которого требуется гораздо меньше расходов.

Принцип работы индукционного нагрева

В работе индукционного нагревателя используется энергия электромагнитного поля, которую нагреваемый объект поглощает и преобразует в тепловую. Для генерирования магнитного поля используется индуктор, т. е. многовитковая цилиндрическая катушка. Проходя через этот индуктор, переменный электрический ток создает вокруг катушки переменное магнитное поле.

Самодельный инверторный нагреватель позволяет производить нагрев быстро и до очень высоких температур. С помощью таких устройств можно не только нагревать воду, но даже плавить различные металлы

Если внутрь индуктора или близ него разместить нагреваемый объект, его будет пронизывать поток вектора магнитной индукции, который постоянно меняется во времени. При этом возникает электрическое поле, линии которого располагаются перпендикулярно направлению магнитного потока и движутся по замкнутому кругу. Благодаря этим вихревым потокам электрическая энергия трансформируется в тепловую и объект нагревается.

Таким образом, электрическая энергия индуктора передается объекту без использования контактов, как это происходит в печах сопротивления. В результате тепловая энергия расходуется более эффективно, а скорость нагрева заметно повышается. Широко применяется этот принцип в области обработки металла: его плавки, ковки, пайки наплавки и т.  п. С не меньшим успехом вихревой индукционный нагреватель можно использовать для подогрева воды.

Индукционный генератор тепла в системе отопления

Чтобы организовать отопление частного дома с помощью индукционного нагревателя, проще всего использовать трансформатор, который состоит из первичной и вторичной короткозамкнутой обмотки. Вихревые токи в таком устройстве возникают во внутренней составляющей и направляют образовавшееся электромагнитное поле на вторичный контур, который одновременно выполняет роль корпуса и нагревательного элемента для теплоносителя.

Обратите внимание, что в качестве теплоносителя при индукционном нагреве может выступать не только вода, но также антифриз, масло и любые другие токопроводящие среды. При этом степень очистки теплоносителя большого значения не имеет.

Инверторный нагреватель имеет компактные размеры, работает бесшумно и может быть установлен практически в любом подходящем месте, соответствующем требованиям техники безопасности

Индукционный отопительный котел оснащают двумя патрубками. Нижний патрубок, по которому будет поступать холодный теплоноситель, необходимо устанавливать на вводном участке магистрали, а вверху устанавливают патрубок, передающий горячий теплоноситель к подающему участку трубопровода. Когда теплоноситель, находящийся в котле, нагревается, возникает гидростатический напор, и теплоноситель поступает в отопительную сеть.

В работе индукционного нагревателя есть ряд преимуществ, о которых следует упомянуть:

  • теплоноситель в системе постоянно циркулирует, что предотвращает вероятность ее перегрева;
  • индукционная система вибрирует, в результате накипь и другие осадки не откладываются на стенках оборудования;
  • отсутствие традиционных нагревательных элементов позволяет эксплуатировать котел с высокой интенсивностью, не опасаясь частых поломок;
  • отсутствие разъемных соединений исключает протечки;
  • работа индукционного котла не сопровождается шумом, поэтому его можно установить практически в любом подходящем помещении;
  • при индукционном нагреве не выделяются какие-либо опасные продукты разложения топлива.

Безопасность, бесшумная работа, возможность использовать подходящий теплоноситель и долговечность оборудования привлекли немало домовладельцев. Некоторые из них задумываются о возможности изготовить самодельный индукционный нагреватель.

Как сделать индукционный нагреватель самому?

Самостоятельное изготовление такого нагревателя — не слишком сложная задача, с которой может справиться даже начинающий мастер. Для начала следует запастись:

  • куском пластиковой трубы с толстыми стенками, которая станет корпусом нагревателя;
  • стальной проволокой диаметром не более 7 мм;
  • переходниками для присоединения корпуса нагревателя к отопительной системе дома;
  • металлической сеткой, которая будет удерживать внутри корпуса кусочки стальной проволоки;
  • медной проволокой для создания индукционной катушки;
  • высокочастотным инвертором.

Для начала следует подготовить стальную проволоку. Для этого ее просто нарезают кусочками примерно 5 см длиной. Дно отрезка пластиковой трубы закрывают металлической сеткой, внутрь засыпают кусочки проволоки, сверху корпус также закрывают металлической сеткой. Корпус должен быть заполнен кусочками проволоки полностью. При этом приемлемой может быть проволока не только из «нержавейки», но также из других металлов.

Затем следует изготовить индукционную катушку. В качестве основы используется подготовленный пластиковый корпус, на который аккуратно наматывают 90 витков медной проволоки.

После того, как катушка готова, корпус с помощью переходников присоединяют к отопительной системе дома. После этого катушку подключают к сети через высокочастотный инвертор. Считается вполне целесообразным сделать индукционный нагреватель из сварочного инвертора, поскольку это самый простой и бюджетный вариант.

Чаще всего при изготовлении самодельных вихревых индукционных нагревателей используют недорогие модели сварочных инверторов, поскольку они удобны и полностью соответствуют требованиям

Необходимо отметить, что не стоит испытывать устройство, если в него не подается теплоноситель, иначе пластиковый корпус может очень быстро расплавиться.

Интересный вариант индукционного нагревателя, сделанного из варочной панели, представлен в видеоматериале:

Несколько полезных советов по безопасности

Чтобы повысить безопасность конструкции, советуется выполнить изоляцию открытых участков медной катушки.

Индукционный нагреватель рекомендован только для закрытых систем отопления, в которых осуществляется принудительная циркуляция теплоносителя с помощью насоса.

Следует размещать систему индукционного нагрева на расстоянии не менее 30 см от стен и мебели и не менее 80 см — от потолка или пола.

Чтобы сделать работу устройства более безопасной, рекомендуется оснастить его манометром, а также системой автоматического управления и приспособлениями для отвода попавшего в систему воздуха.

  • Автор: Олеся