Мощный индуктор схема. Принцип работы индукционного паяльника. Под обычный тигель

На результаты этой статьи потратилось почти год, ну и денег ушло не мало, поэтому просьба перед тем как делать выводы от первых строк дочитать до конца - очень многие вещи станут понятны.
Все началось с того, что назрела тема замены отопления дома. Газ это конечно хорошо, но котел у нас довольно старый и менять его не хочется - он с плавной регулировкой поддрежания температуры, а современные - дискретные, т.е. у них нет горения в половину или в 1/4 четверть от максимума, а чем о плавнее регулировка, тем экономней любой обогреватель. Да, экономия не большая, но даже 200-300 рублей экономии я могу потратить уже по своему усмотрению, а не оплачивая газ.
Ну как положено все началось с поисковика. Вбиваю поисковый запрос "Индукционный котел" и начал изучать найденные страницы... И пришлось серьезно задуматься...

Прежде всего смущал бред, которым пестрели страницы с описанием индукционного котла, принципа индукционного нагрева и убожеством схем управления. Можете проверить сами набрав в поисковике ИНДУКЦИОННЫЙ КОТЕЛ СВОИМИ РУКАМИ или ИНДУКЦИОННЫЙ КОТЕЛ ЧЕРТЕЖИ. Почти на всех страницах ссылки на видео, где мужик в ванной комнате сует за теплообменник индукционную печку и счастливо вещает о том, что все готово, подло умалчивая о том, что в печках предусмотрено автовыключение и перезапуск печки он делает каждые 2-3 часа.
На одной из страниц пропагадирующих индукционные котлы была изложена откровенная паранойя, не удержусь и процитирую:
ТЭН нагревается от того, что через его проводник с повышенным сопротивлением протекает ток, поэтому в любом случае он нагревается до заданных 600 - 750* С и теплоноситель на его поверхности всегда кипит. Из-за этого ТЭН быстро обрастает накипью. От этого теплоотдача уменьшается, и ТЭН в конце концов перегорает.
В индукционном котле можно использовать разные теплоносители, даже нефтепродукты, если их не перегревать свыше 70* С.
ЧЁЁЁ??!!! 600-750 градусов?! Ладно, берем масленный обогреватель, выкидываем термостат и греем до максимума, преддварительно помолясь, чтобы его не разорвало. Разумеется, что лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. Итак СМОТРИМ
Итак, температура спирали 421 градус при температуре радиатора 168 градусов и это с учетом того, что внутри масло, а его теплопроводность хуже воды в 5 раз. Откуда интересно тога берется 600-750 градусов? Так, на всякий случай, температура прлавления алюминия 660 градусов, меди 1100. Впрочем я знаю откуда - у некоторых нихромовых сплавом максимальная рабочая температура 750°С, но вот будет ли она достигнута есть великие сомнения.
ТЭН обрастает накипью? Да еще и фотку притулили? Мда...

Охо-хоюшки хо-хо... Для тех кто не в курсе - это тэн от стиральной машинки и в свое время я их менял довольно часто, потому как работал в ремонтной мастерской. Итак, это страшное слово НАКИПЬ:
Накипь – это твердые кальциевые отложения, которые плохо растворяются и образуются в результате образования пара или нагрева воды. Кроме известкового налета, при разогреве воды еще образуется углекислый газ. Но его количество имеет значение, только в промышленных масштабах работы с жесткой водой. Так в котельных, при очистке от накипи котлов нужно обязательно проветривать помещения, но и при кипячении воды также нужно обеспечить в помещении хорошую вентиляцию.
Образование накипи в процессе разогрева воды происходит всегда, если вода жесткая. Только вот накипь может быть разной, т.к. жесткость воды может быть не обязательно карбонатной. Понятно, что причина образования накипи карбонатной являются соли кальция и магния. В случае, если образование накипи происходит за счет силиката кальция, то накипь получается сульфатной. Кремнекислые соединения таких веществ, как железо, алюминий или кальций приводят к образованию накипи силикатной. Так, что образование накипи после работы с жесткой водой не означает, что выпала именно карбонатная накипь. Хотя следует уточнить, что карбонатная накипь самая распространенная.
Ха! Из этого не трудно сделать вывод, что накипь поставляется лишь с новой порцией воды, а воду в системе меняют крайне редко и этот самый слой накипи образуется лишь раз и по немногу утолщается с каждой новой порцией воды, а доливают воду в систему тоже не часто. Следовательно до состояния показанного на фото тэн котла дойдет примерно через 20 лет после того как сгниют алюминиевые радиаторы, поскольку накипь оседает не только на теле тэна, но и на тела самого котла, меньше, но все равно оседает.
И кстати сказать избавится от накипи в отоплении вполне возможно - 100 грамм антинакипиа в системе полностью ликвидируют эту проблему - проверено эксплуатацией электрокотла в течении трех отопительных сезонов.
Но возвращаемся к рекламе индукционных котлов:
В ТЭН- котлах можно использовать теплоносителем только воду и к тому же лучше всего дистиллированную.
В обслуживании ТЭН- котлы менее практичные, чем индукционные, потому что переходной контакт между проводником электроснабжения и проводником самого ТЭН- а постоянно перегретый, из-за этого окисляется и ослабляется. Необходимо постоянно следить за тем, чтобы проводник электроснабжения не отгорел в противном случае при отгорании - может быть повреждено резьбовое соединение ТЭН- а и такой рабочий нагревательный элемент приходится менять. этой проблемы в индукционных котлах не существует, потому что связь его нагревательного элемента с электроснабжением осуществляется через электромагнитное поле переменного тока.
Ну да, конечно, конечно. А катушка индуктора к розетке по беспроводной технологии присоединяется? КРУТО! Чаще всего отгорание происходит в точках соединения при больших нагрузках и не прерывной круглосуточной работе, так что как то не убедительно звучат перегретые контакты... Ладно, чё там дальше?
Индукционные котлы можно ставить в любом, даже не в обособленном месте. Они пожаробезопасны и работают бесшумно.
Ага!!! А тэн скате внутри котла постоянно стукаясь о стенки своей башкой и от этого в помещении вообще находится не возможно?
Индукционные котлы обеспечивают электрическую безопасность человека гораздо высшую, чем ТЭН- котлы, потому что сам ТЭН может перегорать двояко: а) с разгерметизацией корпуса; в этом случае разогретый нихром от попадания на него воды рассыпается - опасности попадания человека под напряжение нет; б) без разгерметизации корпуса; в этом случае разогретый нихром может прилипнуть к корпусу ТЭН- а. Нагревательный элемент продолжает работать, и через воду металлический корпус котла оказывается под напряжением.
Вполне логичный аргумент, если котел монтировать с нарушениями правил безопасности - любой силовой прибор должен быть заземлен. А дурака и батарейкой убить может, ну если с рогатки и в голову.
Индукционную катушку индукционного котла при мощностях 3 КВт и больше на 50 Гц маленькой и компактной сделать пока что не удается. Поэтому ТЭН- котел имеет намного меньшие габариты при той же мощности, чем индукционный котел.
Дак и не удасться ни когда - частота низкая, всего то 50 Гц, а нужна определенная индуктивность, да еще проводом, чтобы сам не грелся при прохождении через него этих самых 3 кВт. Так что индукционный котел всегда будет большиим.
Ну а принципиальные схемы индукционных котлов это вообще нечто. На одном из сайтов предлагалось использовать вот такую схему для индукционного котла:

Реально довольно долго улыбался - при питании 10...30 вольт они собираются разогревать котел? Да блок питания для этой пукалки будет вырабатывать тепла больше, чем эта игрушка для детей среднего школьного возраста.
Не скрою попался и один довольно любопытный вариант схемы на тиристоре, но работа на звуоквых частотах не привлекла моего внимания.

Одна из рекламных речевок буквально расмешила:
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.
Честно, это цитата из интернета и на кого она расчитана я даже не представляю.

В общем реклама индукционного котла разочаровала, но все равно смущение осталось - производители на перебой утверждали, что индукционный котел имеет гораздо большую производительность по сравнению с тэновым. Вот на этот крючок я и попался - производительность котла это по сути довольно не плохая экономия по свету.
Делать сразу индукционный котел решительности не хватило, поэтому решил попробовать для начала собрать индукционную батарею отопления. Первое, что просилось само в руки - индукционная печка, но на тему ее покупки договоренности с жабой не образовалось, поэтому найдя в интернете схему индукционной плиты из нее была вычленена силовая часть, которая и была собрана.

Схема оказалась довольно капризной, не после смерти нескольких IGBT транзисторов я решил, что подобные опыты могут и без штанов оставить, благо брал транзисторы с разборки, поэтому горем не сильно убивался. Покупал .
У этого же продавца сразу заказал IRFPS37N50 , будто чуял че то не хорошее. Да и доставка в этом варианте обошлась сравнительно не дорого - два заказа, а оплата доставки одна.
В общем наигравшись в доволь с однотактником я пришел к выводу, что штука то хорошая, но малейшая ошибка при регулировке убивает силовые транзисторы. Поэтому решил пойти другим путем - попробовать собрать двухтактную схему индукционного обогревателя, благо мощные полевики уже были на руках. Не много поразмышляв я решил использовать полумостовой драйвер IR2153, а чтобы он не убился тяжелыми затворами умощнил его эмиттерными повторителями на 1,5 А. В результате получилась следующая схема:

Идея была довольно проста - пленочные конденсаторы большие токи держат не очень хорошо, поэтому их использовать несколько штук, а если их будет несколько штук, то можно будет подобрать емкость таким образом, чтобы получившийся LC контур загнать в резонанс и получить максимальные магнитные поля.
В качестве теплообменника было решено использовать квадратную трубу - площадь теплообмена и снаружи и изнутри, а это естественно только на руку.

Были подозрения, что электроника будет сильно греться, поскольку на однотактном варианте приходилось использовать обдув радиатора. Ну а чтобы поток воздуха за зря не гонялся было решено использовать его в качестве и конвекционного потока - через трубу направить внутрь квадратной трубы теплообменника, тем самым увеличив производительность конструкции.

Расположение катушек между регистрами теплообмена полностью их экранирует, что не позволяет высокочастотному электромагнитному излучению вырваться нагружу, ведь это не только вредно, но еще и снижает КПД данного девайса. Ну а чтобы в случае повреждения изоляции самого провода катушки не коснулись теплообменника был использован гофрированный картон пропитанный эпоксидным клеем. Можно было использовать и стеклоткань, но такого большого куска под руками не оказалось.
Закрепить катушки можно и на герметик, в принципе главное, чтобы они довольно крепко держались даже при падении обогревателя. Хотя конечно уронить такую штуку, если только во время транспортировки - тяжелая игрушка получилась, но ее не на себе носить, поэтому о весе вообще размышлений не было. На концы катушек были одеты высокотемпературные кембрики - не термоусадка, с стеклоткань, она значительно дороже термоусадки и выглядить как материал. Разумеется, что круглые катушки имеют бОльшую добротность, но мне было необходимо расположить катушку таким образом, чтобы она производила нагрев ВСЕЙ площади теплообменника. Именно поэтому были изготовлены две прямоугольные катушки. Две, потому что имелаьс возможность их либо последовательного, либо параллельного включения, а это расширяло вероятность попадания в резонанс - какая индуктивность получится в финале я представления не имел.
Был сделан чертеж, распечатан на бумаге, приклеен скотчем к листу ДСП, по углам были просверлены отверстия, в котрые были вставлены гвоздики. На гвоздики предварительно одеты кусочки термоусадочной трубки и на этом шаблоне были намотаны катушки. После намотки катушки были пролиты эпоксидынм клеем и прогреты феном для лучшей пропитки жгутов из многожильного провода, которым и были намотаны катушки. Использовался провод диаметром 0,35 мм, в жгуте было 28 жил. Делал позже еще катушки и промызывал их герметиком - уж больно они какие жидкие получились, хотя деражались довольно не плохо.

Дальше все это было собрано в один аппарат и отрегулировано. Как выяснилось в отличии от однотактного варианта силовые транзисторы при том же радиаторе в обдуве не нуждались, однако вентилятор все таки был оставлен - с ним гораздо лучше идет теплообмен. Однако обороты были снижены до минимальной слышимости - так и ресур у него будет больше, меньше пыли нагонит внутрь, да и гудением не будет раздражать.
После сборки естественно нужно было сравнить что собственно выгодней - масленик или индукционник. Было проведена целая куча замеров, но каждый раз индукционник по отношению к масленику оказывался в выигрыше, что довоольно сильно бесило зрителей с Ютуба. Да, конечно некоторые замеры были не совсем корректны, но последняя серия практически критик не вызвала, хотя мнения о том, что я не учился в школе и закон сохранения не знаю все равно мелькали. Да я собственно и не покушался на этот закон - речь идет о производительности и не более того.
В общем последние замеры были сведены в таблицу по результатам которой уже сами делайте выводы, что выгодней.

НАГРЕВ НЕ БОЛЬШОГО ПОМЕЩЕНИЯ ДО ТЕМПЕРАТУРЫ 40°С
	Израснодовано кВт	Средняя скорость ветра	Средняя температура на улице
Масленный обогреватель
Индукционный обогреватель
ПОДЕРЖАНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ В ТОМ ЖЕ ПОМЕЩЕНИИ В ТЕЧЕНИИ СУТОК МОЩНОСТЬ У ВСЕХ ПРИМЕРНО ОДИНАКОВАЯ
Индукционный
Масленный
Конвекционный
Два масленика
БОЛЕЕ ПОДРОБНО О ПОГОДЕ ДАННЫЕ С САЙТА СИНОПТИК

Совсем подробно о том, что и как делалось показано в видео. Показано ОЧЕНЬ подробно поэтому это больше полутора часов времени, так что запаситесь попкорном.

Тут же начали появляться вопросы типа "А не могли бы Вы собрать мне плату управления?" Да мог бы конечно, но вот только есть два ньюнаса:
Это дорого, потому что приходится делать платы вручную, ПОЛНОСТЬЮ вручную, поскольку очереди на сией девайс я не вижу и заказывать платы на заводе с минимальной партией 10 штук мне нет необходимости. А изготовление платы это и утюжка и ручное сверление, и лужение, т.е. довольно много времени, которое я не могу просто взять и подарить - срок жизни знаете ли ограничен и тратить ее на что то, что мне не интересно и не взяв за это деньги просто глупо.
Вероятность довести до ума сию конструкцию у не подготовленного паяльщика не очень велика, поскольку кроме платы требуется еще и индуктор, а это катушки количество витков в которых напрямую зависит от способа их соединения, толщины стали и расстояния между катушкой и сталью.
В общем я решил избавить себя от пустой болтовни на эту тему и снял видео с рекомендациями об изготовлении индукторов и если у кого то появляется желание приобрести плату я просто отправляю смотреть его это видео с вопросм "А сможете проделать так же?". Ряды покупателей таят как снег во время дождя...

Результат соревнований индукционного оборгевателя и масленного конечно же впечатлил и идея сборки индукционного котла засела ОЧЕНЬ плотно в голове. Первое, что нужно было решить - какой индутор собрать. Разумеется, что в отличии отечественных индукционных котлов я собирался делать его не на 50 Гц. А для этого уже нужны были более серьезные конденсаторы - уж больно много в интернете фоток разорвавшихся пленочников. Поэтому и были заказны конденсаторы для индукционных плит - уж они то точно выдержат и ток и напряжение. Для подавления импульсных помех по питанию были заказаны конденсаторы и создания резонанса были приобретены конденсаторы серии MKP, которые используются в индукционных плитах. По питанию я брал на 5 мкФ и 3 мкФ, для индуктора на 0,27 мкФ. Там, где покупал я уже вывеска, что товар не доступен, поэтому выбирайте сами КОНДЕНСАТОРЫ MKP .
Еще одним фактором для создание индукционного котла послужило их серийное производство, правда не наше, а более компактоное и высокочастное - Китайские индукционные котлы мощностью 6 кВт и 10 кВт . Правда было понятно из фоток, что Китайцы уперлись в максимальную мощность 3 кВт с одной секции нагревателя, поскольку использовали однотактыне преобразователи - это видно из наличия двух и трех одинаковых плат управления с принудительной вентиляцией. Используя двухтактный мостовой инвертор я расчитывал получить 4-5 кВт с одной секции, а учитывая то, что силовая часть может обслуживать 2 секции индуктора, то проблем с мощность вообще не намечалось.
Почему ограничена мощность индукционного котла? Все довольно банально - для получения резонанса необходима определенная индуктивность. Если резонанс будет на звуковых частотах, то и управление и сам индуктор станет слышно, а это будет ОЧЕНЬ сильно утомлять, мягко говоря. Если уходить на более высокие частоты, то мы будем вынуждены уменьшать количество витков, а сила магнитного поля, необходимого для возникновения токов Фуко, т.е. вихревых токов, кторые и греют сталь, будет уменьшаться. Ведь сила магнитного поля прямо пропорциональна количеству витков и протекающему через них току. Мотать повышающий трансформатор для получения большего напржяжения не улбынулось по двум причинам:
Габариты и стоимость феррита
Проблемность изоляции индуктора, и силовой части управления
Да, да, изоляция тут тоже имеет не последнее значение - при резонансе и мостовом инверторе к катушке индуктора прилагает порядка 800 вольт. Если удвоить частоту, то придется уменьшать количество витков тоже в 2 раза, а для получения той же мощности придется увеличивать в 2 раза прилагаемое напряжение, а это уже 1600 вольт. Не, я не рискнул затевать такое, да и Вам не советую - уж слишком становтся опасной эта штука.
Первый вариант схемы управления дал понять, что кроме повышенной аккуратности нужно схему немного изменить, что и было сделано. Однако кое что на первом варианте я упел проверить:

Вообще не впечатлило... Однако немного поразмышляв я пришел к выводу, что с проверкой я сильно поторопился - магнитное поле вокруг катушки индуктора не было замкнуто, а это приводило к потерям - стальной лист, который находился рядом с котлом ощутимо нагрелся во время проведения опыта.
Ну а поскольку управление индукционным котлом я все таки ушатал, то решено было собрать не убиваемый стенд для проверки индукторов, ну и собственно новое, более продуманное управление для индукционного котла.
Посидев вечерок в итоге получилась вот такая схема проверочного стенда. В принципе из не традиционного здесь только первая ступень ограничения тока - действующее значение формируется не длительностью импульсов, как это обычно принято в контроллере TL494, а изменением частоты преобразования. Такое решение обусловлено прежде всего тем, что отпадает потребность бороться с импульсами самоиндукции, которые и вызывают нагрев силовых транзисторов, а посколько нагрузка имеет реактивное сопротивление, увеличивающееся от используемой частоты, то сомнений в работоспособности данного схемотехничекого решения не было. Кроме этого в схему был введен аналоговый частотомер, позволяющий орентироваться в используемых частотах. Разумеется, что шкала частотомера была проградуирована по показаниям реального частотомера.

УВЕЛИЧИТЬ СХЕМУ

Управление котлом тоже притерпело некоторые изменения и финальная принципиальная схема приобрела следующий вид:

УВЕЛИЧИТЬ СХЕМУ

Схемы имеют общий принцип управления протекающим через нагрузку током - регулировка частоты. В стенде частота зависит от протекающего через нагрузку тока, для котла же эта зависимость формируется терморегулятором. Причем регулировка имеет две ступени - первое уменьшение потребления происходит при достижении температуры теплоносителя определенной величины и производится ступенчато. Вторая ступень регулировки плавная и изменяет подаваемую на индуктор котла мощность в зависимости от температуры отапливаемого помещения. Таким образом инерционность нагревателя полностью отсутствует.
После неудачного испытания первой версии индукционного котла было опробована экранировка катушек ферритовыми стержнями - прирост производительности был ярко выраженным. Это конечно окрыляло, но не сильно - проект становился слишком дорогостоящим - феррита требовалось много,а он дешевизной не отличается.
Решение проблемы пришло в два этапа. Сначало было решено использовать тороидальный теплообменник с лабиринтом внутри, но немного поразмышляв появился набросок тороидального индукционного котла без лабиринта и с другим расположением входной и выходной труб.
Первое включение показало, что витков на котле намотано слишком мало и пришлось катушку уплотнять и доматывать.
До сборки платы управления индукционным котлом оставалась по сути неделя, но руки чесались - котел то уже был готов и готовность проверочного стенда тоже не давала покоя.
Была собрана и опробована модель отопления с несколькими вариантами электрических котлов, но финальный опыт был сорван - диаметр труб оказался слишком мал и вода в котле с тэном просто закипела:

Модель отопления была переделана - добавлен циркуляционный насос, который исключит закипание воды, а объем воды в модели возрос с полутора ведер до шести с половиной, что позволило значительно увеличить по времени протекание эксперимента. Итак, час ИКС, ну или момент исстины настал:

Скажу честно - расстроился. Ни какого волшебного прироста производительности не произошло. Понятно, что при самоциркуляции вероятность прироста скорей всего была бы - при медленном движении воды на поверхности тэна образовываются пузырьки, которые уносяться сами в расширительный бачок, унося и тепло, но при использовании циркуляционного насоса этот эффект сводится на нет - тэн слишком интенсивно омывается водой и газообразование уменьшается в десятки раз.
Разумеется индукционный котел загонялся и в резонанс, но зависимость протекающего тока линейна - он начинате увеличиваться при повышении частоты и приближении ее к резонансу, а миновав его ток так же линейно уменьшается. Ни каких всплесков протекающего через катушку тока выявлено не было.
Ну а поскольку модель собрана полноценная, то не попробовать побаловаться с электродным котлом я не удержался:

Дя этих опытов так же был куплен новый, современный электросчетчик, который после завершения замеров попросту оказался не нужным. Конечно же и в него был засунут мой любопытный нос:

В общем плату управления котлом собирать до конца я не стал - нет разницы в производительности тепла у индукционного котла и котла на тэнах, следовательно эта плата мне не понадобится. Нет, разбирать ее до конца пока не буду - в наличии есть и TL494 и IR2110, а силовые транзисторы на нее я пока не запаял. Пусть пока поваляется. А вот идеи индукционного нагрева я на вооружение возьму - с подобным комплектом силовых устройств можно не спешно или быстро греть множество стальных вещей для различных целей. Так что был и опыт приобретен и стенд остался для дальнейших опытов.
Конечно же жалко, что идея с индукционным котлом оказалась не состоятельной, но есть технология изготовления индукционных обогревателей, которые по электронике конечно сложнее заводского конвекционного, но используюя более точное поддержание температуры, или использование непрерывного регулирования, как в котле можно добится приличной экономии.
Еще раз напоминаю - речь идет не о КПД, а о производительности и не надо мне махать перед носом учебниками по физике и термодинамике - описанные в учебниках опыты поставлены в идеальных условиях, а жилище ни когда не будет в подобных условиях, у него всегда есть теплообмен с окружающей средой. Расчитать математически что и как будет происходить у меня ума не хватило, поэтому я и собрал несколько моделей и проверил все ОПЫТНЫМ путем и видел все собственными глазами. Так что уймите свой сарказм и если есть сомнения, то можете все повторить - все принципиальные схемы, все используемые конструкции описаны достаточно подробно.

Многих привлекает электрическое отопление тем, что оно работает автономно и не надо за ним постоянно присматривать. Негативной стороной таких отопительных котлов является стоимость и технические требования.

В некоторых местах их просто нельзя применить. Но многих владельцев это не пугает, и они считают, что именно простота эксплуатации перекрывает все недостатки.

Особенно тогда, когда на рынках сбыта появились новые типы , имеющих индуктивные катушки, а не ТЕНы. Они с мгновенной скоростью разогревают и экономно отапливают здание, по мнению владельцев агрегатов. Новый тип котлов называют индукционным.

Новый вид нагревателей удобен в эксплуатации. Считаются безопасными, в сравнении с газовыми нагревателями, нет сажи и копоти, что не скажешь о приборах с твёрдым топливом. И самое главное преимущество – нет нужды заготавливать твёрдое топливо (уголь, дрова, ).

И как только появились индукционные нагреватели, сразу нашлись умельцы, которые в целях экономии, пытаются создать такую установку своими руками.

В этой статье мы поможем вам сконструировать нагревательный прибор самостоятельно.

Устройство, где происходит нагревание металла и продуктов ему подобных без контакта, называют индукционным нагревателем. Работой управляет переменное индукционное поле, воздействующее на металл, и токи внутри образуют тепло.

Токи высокой частоты воздействуют на продукцию помимо изоляции, из-за чего конструкция является необыкновенной перед другими видами нагрева.

В сегодняшних индукционных нагревателях присутствуют полупроводниковые редукторы частоты. Такой тип нагревания широко используется в термообработке поверхностей из стали и различных соединений, сплавов.

Компактность оборудования используются в новаторских технологиях, при этом, присутствует огромный экономический эффект. Разнообразные модели помогают внедряться гибким и автоматизированным сочетаниям, включающие в себя транзисторные редукторы частот всестороннего типа и соединительные блоки, когда предпочитается индукционная система.

Описание

Устройство нагревателя

В состав типового нагревательного элемента входят следующие узлы:

Нагревательный элемент в виде прутка или металлической трубки.
Индуктор – это медная проволока, обрамляющая витками катушку. В процессе работы он исполняет роль генератора.
Генератор переменного тока. Отдельная конструкция, где происходит преобразование стандартного тока в величину с высокой частотой.

На практике, индукционные установки используются недавно. Теоретические изучения намного опережают. Такое можно объяснить одной преградой – получение высокой частоты магнитных полей. Дело в том, что использовать установки с низкой частотой считается неэффективным. Как только появились с высокой частотой, проблема разрешилась.

Генераторы ТВЧ прошли свой эволюционный период; от ламповых, до современных моделей, выполняющихся на базе IGBT. Теперь они более эффективные, имеют малый вес и размеры. Частотное ограничение их 100 кГц за счёт динамических потерь транзисторов.

Принцип работы и область применения

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

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

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

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

В высокочастотных кузницах устанавливаются приборы с высокой мощностью.

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

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

Общепринятой областью применения устройств, являются пайка, плавка, нагрев перед деформацией, закалка ТВЧ. Но есть ещё зоны, где получают монокристаллические полупроводниковые материалы, наращивают эпитаксиальные плёнки, вспенивают материалы в эл. поле, ТВЧ сварка оболочек и труб.

Преимущества и недостатки

Плюсы:

Высокое качество нагрева.
Высокая точность управления и гибкость.
Надёжность. Может работать автономно, имея автоматику.
Греет любую жидкость.
КПД прибора 90%.
Длительный срок службы (до 30 лет).
Простота монтирования.
Нагревательный прибор не собирает накипь.
За счёт автоматики, экономия электроэнергии.

Минусы:

Высокая стоимость моделей с автоматикой.
Зависимость от электроснабжения.
Некоторые модели шумят.

Как сделать своими руками?

Электрическая схема индукционного нагревателя

Допустим, вы решили сделать лично индукционный нагреватель, для этого подготавливаем трубу, в неё насыпаем небольшие куски стальной проволоки (9 см в длину).

Труба может быть пластиковой или металлической, главное, с толстенными стенками. Затем, она закрывается специальными переходниками со всех сторон.

Далее, на неё накручиваем медную проволоку до 100 витков и располагаем по центральной части трубки. В результате получится индуктор. К этой обмотке подсоединяем выходную часть инвертора. В качестве помощника прибегаем к .

В качестве нагревателя выступает труба.

Подготавливаем генератор и всю конструкцию собираем.

Необходимые материалы и инструменты:

проволока из нержавеющей стали или катанка (диаметр 7 мм);
вода;
провод из эмалированной меди;
сетка из металла, имеющая маленькие отверстия;
переходники;
толстостенная труба из пластика;

Пошаговое руководство:

Режим проволоку на кусочки , длиною 50 мм.
Подготавливаем оболочку для нагревателя. Используем толстостенную трубу (диаметр 50 мм).
Дно и верх корпуса закрываем сеткой.
Готовим индукционную катушку. Медным проводом делаем намотку на корпус 90 витков и располагаем их в центре оболочки.
Из трубопровода вырезаем часть трубы и устанавливаем индукционный котёл.
Катушку соединяем с инвертором и заполняем котёл водой.
Заземляем полученную конструкцию.
Проверяем систему в работе. Без воды использовать нельзя, так как может расплавиться пластиковая труба.

Из сварочного инвертора

Самым простым бюджетным вариантом является изготовление индукционного нагревателя, используя сварочный инвертор:

Для этого берём полимерную трубу , стенки её должны быть толстыми. С торцов монтируем 2 вентиля и подсоединяем разводку.
Засыпаем в трубу кусочки (диаметр 5 мм) металлической проволоки и монтируем верхний вентиль.
Далее, делаем 90 витков вокруг трубы медной проволокой , получаем индуктор. Нагревательным элементом является труба, генератором используем сварочный аппарат.
Прибор должен стоять в режиме переменного тока с высокой частотой.
Подсоединяем медную проволоку к полюсам сварочного аппарата и проверяем работу.

Работая индуктором, будет излучаться магнитное поле, при этом, вихревые токи будут раскалять рубленую проволоку, что приведёт к закипанию воды в полимерной трубе

Открытые участки конструкции, в целях безопасности, следует изолировать.
Применение индукционного нагревателя рекомендовано только в закрытых системах отопления, где обустроен насос для циркуляции теплоносителя.
Конструкцию с индукционным нагревателем размещают на 800 мм от потолка, 300 – от мебели и стен.
Установка манометра обезопасит вашу конструкцию.
Нагревательное устройство желательно оснастить автоматической системой управления.
Нагревательный прибор к электросети следует подсоединять специальными переходниками.

Прежде чем мы поговорим о том, как собрать самодельный индукционный нагреватель, нужно узнать, что это и по какому принципу работает.

История индукционных нагревателей

В период с 1822 по 1831 год известнейший английский ученый Фарадей провел серию экспериментов, целью которых было добиться преобразования магнетизма в электрическую энергию. Он проводил много времени в своей лаборатории. Пока в один прекрасный день, в 1831 году, Майкл Фарадей все-таки не добился своего. У ученого наконец вышло получить электрический поток в первичной обмотке из проволоки, которая была намотана на железный сердечник. Так была открыта электромагнитная индукция.

Сила индукции

Это открытие стали применять в промышленности, в трансформаторах, различных моторах и генераторах.

Однако по-настоящему это открытие стало популярным и необходимым лишь через 70 лет. Во времена подъема и развития металлургической промышленности требовались новые, современные методы плавки металлов в условиях металлургических производств. Кстати, первую плавильню, которая использовала вихревой индукционный нагреватель, запустили в 1927 году. Завод располагался в небольшом английском городке Шеффилде.

И в хвост и в гриву

В 80-х принцип индукции уже стали применять по полной программе. Инженеры сумели создать нагреватели, которые работали на основе того же принципа индукции, что и металлургическая печь для плавки металлов. Такими приборами обогревали цеха заводов. Чуть позже стали выпускать бытовые устройства. А некоторые умельцы не покупали их, а собирали индукционные нагреватели своими руками.

Принцип действия

Если разобрать котел индукционного типа, то там вы найдете сердечник, электрическую и тепловую изоляцию, затем корпус. Отличие этого нагревателя от тех, которые используются в промышленности - это тороидальная обмотка медными проводниками. Она расположена между двух сваренных между собой труб. Эти трубы изготавливаются из ферромагнитной стали. Стенка такой трубы - более 10 мм. В результате такой конструкции нагреватель имеет гораздо меньший вес, более высокий КПД, а также небольшие размеры. В качестве сердечника здесь работает труба с обмоткой. А другая служит непосредственно для нагревания теплоносителя.

Ток индукции, который генерируется магнитным полем высокой частоты с внешней обмотки на трубу, нагревает теплоноситель. Этот процесс вызывает вибрацию стенок. Благодаря чему на них не откладывается накипь.

Нагрев происходит за счет того, что в процессе работы нагревается сердечник. Его температура повышается из-за вихревых токов. Последние образуются за счет магнитного поля, которое, в свою очередь, генерируется токами высокого напряжения. Так работает индукционный нагреватель воды и многие современные котлы.

Сила индукции своими руками

Нагревательные приборы, которые в качестве энергии используют электричество, максимально удобны и комфортны в использовании. Они намного безопаснее, чем оборудование, работающее на газу. К тому же в этом случае нет ни копоти, ни сажи.

Один из недостатков такого нагревателя - высокий расход электричества. Чтобы как-то экономить, народные умельцы научились собирать индукционные нагреватели своими руками. В итоге получается отличный аппарат, которому для работы нужно гораздо меньше электрической энергии.

Процесс изготовления

Чтобы сделать такое устройство самостоятельно, не нужно обладать серьезными знаниями в электротехнике, и со сборкой конструкции справится любой человек.

Для этого нам понадобится кусок толстостенной пластиковой трубы. Она будет работать как корпус нашего агрегата. Далее нужна стальная проволока диаметром не больше 7 мм. Также, если необходимо подключать нагреватель к отоплению в доме или квартире, желательно приобрести переходники. Еще нужна сетка из металла, которая должна удерживать стальную проволоку внутри корпуса. Естественно, необходима медная проволока, чтобы создать катушку индуктивности. Также практически у каждого в гараже найдется высокочастотный инвертор. Ну уж в частном секторе такое оборудование можно отыскать без труда. Удивительно, но из подручных средств можно без особых затрат делать индукционные нагреватели своими руками.

Сначала необходимо провести подготовительные работы для проволоки. Ее нарезаем кусками длиной 5-6 см. Дно части трубы нужно закрыть сеткой, а внутрь насыпать куски порезанной проволоки. Сверху трубу надо также закрыть сеткой. Нужно сыпать столько проволоки, чтобы снизу доверху заполнить трубу.

Когда деталь будет готова, нужно установить ее в систему отопления. Затем можно подключать катушку к электричеству через инвертор. Считается, что индукционный нагреватель из инвертора - это очень простой и максимально бюджетный прибор.

Не стоит проводить испытания аппарата, если нет подачи воды или антифриза. Вы просто расплавите трубу. Прежде чем запускать эту систему, желательно сделать заземление для инвертора.

Современный нагреватель

Это второй вариант. Он предполагает применение продуктов современных электронных приборов. Такой индукционный нагреватель, схема которого представлена ниже, не нужно настраивать.

Данная схема подразумевает принцип последовательного резонанса и может развивать приличную мощность. Если использовать более мощные диоды и конденсаторы большей емкости, то можно повысить показатели агрегата до серьезного уровня.

Собираем вихревой индукционный нагреватель

Для того чтобы собрать данный аппарат, понадобится дроссель. Его можно найти, если вскрыть блок питания обычного компьютера. Далее нужно намотать провод из ферромагнитной стали, медную проволоку 1,5 мм. В зависимости от необходимых параметров может понадобиться от 10 до 30 витков. Затем нужно подобрать полевые транзисторы. Их выбирают исходя из максимального сопротивления открытого перехода. Что касается диодов, то их нужно брать под обратное напряжение не меньше чем 500 В, при том что ток будет где-то 3-4 А. Также понадобятся стабилитроны, рассчитанные на 15-18 В. А мощность их должна быть порядка 2-3 Вт. Резисторы - до 0,5 Вт.

Далее нужно собрать схему и изготовить катушку. Это основа, на которой базируется весь индукционный нагреватель ВИН. Катушка будет состоять из 6-7 витков медного провода 1,5 мм. Затем деталь нужно включить в схему и подключить к электричеству.

Устройство способно греть болты до желтого цвета. Схема предельно проста, однако в работе система выделяет много тепла, поэтому лучше установить радиаторы на транзисторы.

Более сложная конструкция

Для того чтобы собрать данный агрегат, нужно уметь работать со сваркой, а также пригодится трехфазный трансформатор. Конструкция представлена в виде двух труб, которые необходимо вварить друг в друга. Одновременно они будут исполнять роль сердечника и нагревателя. Обмотка наматывается на корпус. Так можно значительно повысить производительность и при этом добиться небольших габаритных размеров и малого веса.

Чтобы выполнить подвод и отвод теплоносителя, необходимо в корпус устройства вварить два патрубка.

Рекомендуется, чтобы максимально исключить возможные потери тепла, а также обезопасить себя от вероятных утечек тока, сделать для котла изоляцию. Она позволит исключить возникновение излишних шумов, особенно во время интенсивной работы.

Подобными системами желательно пользоваться в закрытых отопительных контурах, в которых есть принудительная циркуляция теплоносителя. Разрешается применять такие агрегаты для пластиковых трубопроводов. Котел нужно устанавливать таким образом, чтобы расстояние между ним и стенами, другими электрическими приборами было не меньше 30 см. От пола и потолка желательно тоже соблюдать дистанцию в 80 см. Также рекомендуют смонтировать за выходным патрубком систему безопасности. Для этого подойдет манометр, устройство сброса воздуха, а также подрывной клапан.

Вот так легко и без больших затрат можно собирать индукционные нагреватели своими руками. Это оборудование вполне может служить вам долгие годы и греть ваш дом.

Итак, мы выяснили, как делается своими руками индукционный нагреватель. Схема сборки не очень сложная, так что справиться можно за считаные часы.

Содержание

Сегодня электроэнергия обходится потребителям совсем недешево, но работающие на таком ресурсе отопительные приборы пользуются у населения определенной популярностью. Большой интерес вызывают устройства, функционирующие на принципе электромагнитной индукции. В статье описано, как работает подобное устройство, где используется, и как сделать индукционный нагреватель своими руками. Но прежде - немного истории.

Вихревой индукционный нагреватель

В начале девятнадцатого века ученый из Англии Фарадей проводил эксперименты, преследуя цель преобразовать магнетизм в электроэнергию. У него вышло получить поток энергии в первичной обмотке, состоящей из провода, накрученного на сердечник, изготовленный из железа. Таким образом стала открыта электромагнитная индукция. Произошло это в 1831 г.

Первую плавильню, использующую мощный водонагреватель, работающий по принципу индукции, открыли в Англии, в тридцатых годах прошлого века. В восьмидесятых прошлого века принцип индукции применялся более активно. Специалисты разработали вихревые нагреватели. Ими обогревали заводские цеха и различные производственные помещения. Через некоторое время начали производить бытовые устройства.

Принцип работы индуктора

Вихревые нагреватели обычно используются для отопительных котлов. Они пользуются большим спросом у населения за счет своей мощности и простой конструкции. Функционирование их основывается на передаче теплоносителю энергии магнитного поля. Вода, подающаяся в аппарат, нагревается путем подачи энергии. Далее она подается в отопительную систему. Чтобы появилось давление, применяется насос. Вода циркулирует и защищает элементы от перегрева. Теплоноситель вибрирует, что предотвращает появление накипи на стенках оборудования.

Если изучить изнутри индукционный обогреватель, там можно обнаружить металлический корпус, изоляцию и сердечник. Основное отличие такого нагревателя от промышленных - обмотка медными проводниками. Последняя находится между 2-ух сваренных стальных труб.

Принцип электромагнитной индукции

Самодельный индукционный нагреватель мало весит, обладает хорошим КПД и компактными размерами. Как сердечник, тут используется труба с обмоткой. Вторая труба нужна для нагревания. Ток, генерируемый магнитным полем, греет воду. По такому принципу функционируют самодельные устройства и часть современных нагревателей.

Устройство нагревательного прибора

Прибор состоит из таких элементов :

Пластиковая трубка.
Сетка из нержавейки.
Проволока из стали.
Медная проволока.
Сварочный инвертор.

Одно из главных достоинств данного устройства - это простая конструкция. Схема индукционного нагревателя примерно такова. В круглом корпусе находится катушка - индуктор. Внутри последнего находится отрезок стальной трубы с 2-мя патрубками на концах. Они нужны для присоединения прибора к отопительной системе. После подключения через трубу будет проходить вода. Труба будет нагреваться. От соприкосновения с ней разогревается теплоноситель.

Схема устройства индукционного нагревателя

У других видов прибора катушка крепится к электрической сети, однако имеется и другая схема подключения. Отличается она преобразователем, который повышает частоту колебаний тока, подаваемого на катушку. Этот преобразователь называется инвертором и состоит их 3-х модулей:

Выпрямитель.
Инвертор с 2-мя транзисторами.
Схема управления транзисторами.

Процессы, происходящие в устройстве, похожи на работу трансформатора. Разница во вторичной обмотке, которая тут короткозамкнута и расположена внутри первичной. Еще одно отличие в том, что в случае с трансформатором нагрев - побочный эффект, его стараются избежать.

Интересный факт: обслуживание индукционника обойдется гораздо дешевле, чем, если использовать газовый котел или бойлер. Аппарат состоит из минимума деталей, практически не выходящих из строя. Ломаться в нагревателе нечему. Воду греет обыкновенная трубка, которая в отличие от того же ТЭНа не может перегореть либо испортиться.

Сфера применения

Сегодня применение индукционного нагрева используется очень часто. Основные области применения :

плавка металла, получение новых сплавов;
производство металлической проволоки;
ювелирное дело;
производство котлов отопления;
термическая обработка запчастей для транспортных средств;
медицинская отрасль (дезинфекция инструментов, врачебного оборудования);
машиностроение, обогрев автосервиса;
промышленные печи.

Недостатки и достоинства

Рассмотрим положительные характеристики и преимущества индукционного оборудования:

Нагрев производится в любой среде.
Возможность изготовления сверхчистых сплавов.
Быстрый нагрев и плавка любого материала, который проводит ток.
Элементы прибора монтируются снаружи, врезки отсутствуют. Это гарантирует исключение протечек.
Индукционный водонагреватель не загрязняет окружающую среду.
Удобен при необходимости нагрева определенного участка поверхности.
Площадь контакта теплоносителя с поверхностью нагревателя во много раз больше, нежели в аппаратах с трубчатыми электронагревателями. За счет этого среда греется очень быстро.
Компактные размеры прибора.
Оборудование легко настраивается на нужный режим работы и без труда регулируется.
Имеется возможность изготовления прибора любой формы (в том числе самостоятельно). Это предупреждает локальный нагрев и способствует равномерному распределению тепла.

Простой нагреватель индукционного типа

Проточный нагреватель такого типа практически не имеет минусов, если сравнивать с приборами, работающими по иным принципам. Единственная сложность эксплуатации в том, что необходимо сопоставить индуктор с заготовкой. Иначе нагрев будет недостаточным и маломощным.

Процесс изготовления своими руками

Для работы пригодятся следующие инструменты:

сварочный инвертор;
сварочный генерирующий ток силой от 15 ампер.

Еще понадобится проволока из меди, которая наматывается на корпус сердечника. Устройство будет выполнять роль индуктора. Контакты проволоки соединяются с клеммами инвертора так, чтобы не образовалось скруток. Отрезок материала, нужный для сборки сердечника, должен быть нужной длины. В среднем число витков равно 50, диаметр проволоки - 3-м миллиметрам.

Медная проволока разного диаметра для обмотки

Теперь перейдем к сердечнику. В его роли будет полимерная труба, сделанная из полиэтилена. Такой вид пластмассы выдерживает довольно высокую температуру. Диаметр сердечника - 50 миллиметров, толщина стенок - минимум 3 мм. Данная деталь используется как калибр, на который навивается проволока из меди, формируя индуктор. Собрать простейший индукционный нагреватель воды может практически любой человек.

На видео увидите способ - как самостоятельно организовать индукционный нагрев воды для отопления:

Первый вариант

На 50-миллиметровые отрезки рубится проволока, ей заполняется пластиковая трубка. Чтобы она не высыпалась из трубы, следует закупорить торцы проволочной сеткой. На концах ставятся переходники от трубы, в том месте, где подключается нагреватель.

На корпус последнего медной проволокой наматывается обмотка. Для этой цели нужно примерно 17 метров проволоки: нужно сделать 90 витков, диаметр трубы - 60 миллиметров. 3,14×60×90=17 м.

Важно знать! В ходе проверки функционирования устройства следует тщательно удостовериться, что в нем есть вода (теплоноситель). Иначе корпус устройства быстро расплавится.

Труба врезается в трубопровод. Нагреватель подключается к инвертору. Осталось заполнить устройство водой и включить. Все готово!

Второй вариант

Этот вариант гораздо попроще. Выбирается прямой участок метрового размера на вертикальной части трубы. Его следует тщательно очистить от краски, используя наждачку. Далее этот участок трубы покрывается тремя слоями электротехнической ткани. Медной проволокой наматывается индукционная катушка. Вся система подключения хорошенько изолируется. Теперь можно подключить сварочный инвертор, и процесс сборки полностью завершен.

Индукционная катушка, обмотанная медной проволокой

Перед тем как начинать изготовление водонагревателя своими руками, желательно ознакомиться с характеристиками заводских изделий и изучить их чертежи. Это поможет разобраться с исходными данными самодельного оборудования и избежать возможных ошибок.

Третий вариант

Чтобы сделать нагреватель этим более сложным способом, нужно использовать сварку. Для работы еще понадобится трехфазный трансформатор. Друг в друга нужно вварить две трубы, которые будут выполнять роль нагревателя и сердечника. На корпус индукционника накручивается обмотка. Таким образом повышается производительность прибора, который имеет компактные размеры, что очень удобно при его эксплуатации в домашних условиях.

Обмотка на корпусе индукционника

Для подвода и отвода воды, в корпус индукционника ввариваются 2 патрубка. Чтобы не терять тепло и предотвратить возможные утечки тока, нужно сделать изоляцию. Она избавит от проблем, описанных выше, и полностью исключит появление шума при работе котла.

Техника безопасности должна соблюдаться всегда. Особенно когда мастерят что-то самостоятельно. Здесь нагреватели применяются для систем, имеющих принудительную циркуляцию. Теплоэнергия вырабатывается очень быстро и может возникнуть перегрев теплоносителя.

Нельзя забывать про предохранительный клапан. Он крепится на нагревателе. В случае когда циркулярный насос перестанет работать, то стопроцентно случится перегрев теплоносителя. Если клапан не будет установлен заранее, то произойдет разрыв системы. Последняя должна из предосторожности оснащаться термостатом. Если нагреватель заключен в металлический корпус, то он обязательно заземляется.

Нагреватель в металлическом корпусе

Так как у самодельной конструкции нет нормального экранирования, то индукционник устанавливается как минимум в 80-и сантиметрах от горизонтальных поверхностей. Расстояние до стены - от 30 сантиметров.

Совет: мощность самодельных нагревателей может способствовать распространению электромагнитного излучения. Устройство желательно экранировать оцинкованной сталью и не устанавливать в жилом помещении! Электромагнитное переменное поле есть внутри и снаружи катушки. Оно будет нагревать все металлические поверхности, расположенные рядом.

Так, без глобальных финансовых трат, нетрудно собственноручно сделать этот нехитрый прибор. Схема сборки проста, и справиться с работой по сборке нагревателя собственноручно сможет практически каждый. Тут не требуется профильных технических знаний. Завершить работу можно буквально за несколько часов.

Когда перед человеком встает необходимость нагреть металлический объект, ему на ум обязательно приходит огонь. Огонь – старомодный, неэффективный и медленный способ нагреть металл. Он тратит львиную долю энергии на тепло, и от огня всегда идет дым. Как было бы здорово, если бы всех этих проблем можно было избежать.

Сегодня я покажу вам как собрать индукционный нагреватель своими руками с ZVS-драйвером. Это приспособление нагревает большинство металлов с помощью ZVS-драйвера и силы электромагнетизма. Такой нагреватель высокоэффективен, не производит дыма, а нагрев таких небольших металлических изделий, как, допустим, скрепка — вопрос нескольких секунд. Видео демонстрирует нагреватель в действии, но инструкция там представлена другая.

Шаг 1: Принцип работы

Многие из вас сейчас задаются вопросом – что такое этот ZVS-драйвер? Это высокоэффективный трансформатор, способный создавать мощное электромагнитное поле, нагревающее металл, основа нашего нагревателя.

Чтобы стало понятно, как работает наш прибор, я расскажу о ключевых моментах. Первый важный момент — источник питания 24 В. Напряжение должно быть 24В при максимальной силе тока 10А. У меня будут два свинцово-кислотных аккумулятора, соединенных последовательно. Они запитывают плату ZVS-драйвера. Трансформатор дает установившийся ток на спираль, внутрь которой помещается объект, который надо нагреть. Постоянное изменение направления тока создает переменное магнитное поле. Оно создает внутри металла вихревые токи, преимущественно высокой частоты. Из-за этих токов и низкого сопротивления металла выделяется тепло. Согласно закону Ома, сила тока, трансформируемая в тепло, в цепи с активным сопротивлением, будет P=I^2*R.

Очень важен металл, из которого состоит объект, который вы хотите нагреть. У сплавов на основе железа более высокая магнитная проницаемость, они могут использовать больше энергии магнитного поля. Из-за этого они быстрее нагреваются. Алюминий имеет низкую магнитную проницаемость и нагревается, соответственно, дольше. А предметы с высоким сопротивлением и низкой магнитной проницаемостью, например, палец, вообще не нагреются. Сопротивление материала очень важно. Чем выше сопротивление, тем слабее ток пройдет по материалу, и тем, соответственно, меньше выделится тепла. Чем ниже сопротивление, тем сильнее будет ток, и согласно закону Ома, меньше потеря напряжения. Это немного сложно, но из-за связи между сопротивлением и выдачей мощности, максимальная выдача мощности достигается, когда сопротивление равно 0.

Трансформатор ZVS самая сложная часть прибора, я объясню, как он работает. Когда ток включен, он идет через два индукционных дросселя к обоим концам спирали. Дроссели нужны, чтобы убедиться, что устройство не выдаст слишком сильный ток. Далее ток идет через 2 резистора 470 Ом на затворы МДП-транзисторов.

Из-за того, что идеальных компонентов не существует, один транзистор будет включаться раньше, чем другой. Когда это происходит, он принимает на себя весь входящий ток со второго транзистора. Он также будет коротить второй на землю. Из-за этого не только ток потечет через катушку в землю, но и через быстрый диод будет разряжаться затвор второго транзистора, тем самым блокируя его. Из-за того, что параллельно катушке подключен конденсатор, создается колебательный контур. Из-за возникшего резонанса, ток поменяет свое направление, напряжение упадет до 0В. В этот момент затвор первого транзистора разряжается через диод на затвор второго транзистора, блокируя его. Этот цикл повторяется тысячи раз за секунду.

Резистор 10К призван уменьшить избыточный заряд затвора транзистора, действуя как конденсатор, а зенеровский диод должен сохранять напряжение на затворах транзисторов 12В или ниже, чтобы они не взорвались. Этот трансформатор высокочастотный преобразователь напряжения позволяет нагреваться металлическим объектам.
Пришло время собрать нагреватель.

Шаг 2: Материалы

Для сборки нагревателя материалов нужно немного, и большую их часть, к счастью, можно найти бесплатно. Если вы видели где-то валяющуюся просто так электронно-лучевую трубку, сходите и заберите ее. В ней есть большая часть нужных для нагревателя деталей. Если вы хотите более качественных деталей, купите их в магазине электрозапчастей.

Вам понадобятся:

Шаг 3: Инструменты

Для этого проекта вам понадобятся:

Шаг 4: Охлаждение полевых транзисторов

В этом приборе транзисторы выключаются при напряжении 0 В, и нагреваются не очень сильно. Но если вы хотите, чтобы нагреватель работал дольше одной минуты, вам нужно отводить тепло от транзисторов. Я сделал обоим транзисторам один общий поглотитель тепла. Убедитесь, что металлические затворы не касаются поглотителя, иначе МДП-транзисторы закоротит и они взорвутся. Я использовал компьютерный теплоотвод, и на нем уже была полоса силиконового герметика. Чтобы проверить изоляцию, коснитесь мультиметром средней ножки каждого МДП-транзистора (затвора), если мультиметр запищал, то транзисторы не изолированы.

Шаг 5: Конденсаторная батарея

Конденсаторы очень сильно нагреваются из-за тока, постоянно проходящего через них. Нашему нагревателю нужна емкость конденсатора 0,47 мкФ. Поэтому нам нужно объединить все конденсаторы в блок, таким образом, мы получим требуемую емкость, а площадь рассеивания тепла увеличится. Номинальное напряжение конденсаторов должно быть выше 400 В, чтобы учесть пики индуктивного напряжения в резонансном контуре. Я сделал два кольца из медной проволоки, к которым припаял 10 конденсаторов 0,047 мкФ параллельно друг другу. Таким образом, я получил конденсаторную батарею совокупной емкостью 0,47 мкФ с отличным воздушным охлаждением. Я установлю ее параллельно рабочей спирали.

Шаг 6: Рабочая спираль

Это та часть прибора, в которой создается магнитное поле. Спираль сделана из медной проволоки – очень важно, чтобы была использована именно медь. Сначала я использовал для нагревания стальную спираль, и прибор работал не очень хорошо. Без рабочей нагрузки он потреблял 14 А! Для сравнения, после замены спирали на медную, прибор стал потреблять только 3 А. Я думаю, что в стальной спирали возникали вихревые токи из-за содержания железа, и она тоже подвергалась индукционному нагреву. Не уверен, что причина именно в этом, но это объяснение кажется мне наиболее логичным.

Для спирали возьмите медную проволоку большого сечения и сделайте 9 витков на отрезке ПВХ-трубы.

Шаг 7: Сборка цепи

Я сделал очень много проб и совершил много ошибок, пока правильно собрал цепь. Больше всего трудностей было с источником питания и со спиралью. Я взял 55А 12В импульсный блок питания. Я думаю, этот блок питания дал слишком высокий начальный ток на ZVS-драйвер, из-за чего взорвались МДП-транзисторы. Возможно, это исправили бы дополнительные индукторы, но я решил просто заменить блок питания на свинцово-кислотные аккумуляторы.
Потом я мучился с катушкой. Как я уже говорил, стальная катушка не подходила. Из-за высокого потребления тока стальной спиралью взорвались еще несколько транзисторов. В общей сложности у меня взорвались 6 транзисторов. Что ж, на ошибках учатся.

Я переделывал нагреватель множество раз, но здесь я расскажу, как собрал его самую удачную версию.

Шаг 8: Собираем прибор

Чтобы собрать ZVS-драйвер, вам нужно следовать приложенной схеме. Сначала я взял зенеровский диод и соединил с 10К резистором. Эту пару деталей можно сразу припаять между стоком и истоком МДП-транзистора. Убедитесь, что зенеровский диод смотрит на сток. Потом припаяйте МДП-транзисторы к макетной плате с контактными отверстиями. На нижней стороне макетной платы припаяйте два быстрых диода между затвором и стоком каждого из транзисторов.

Убедитесь, что белая линия смотрит на затвор (рис.2). Затем соедините плюс от вашего блока питания со стоками обоих транзисторов через 2 220 Ом резистора. Заземлите оба истока. Припаяйте рабочую спираль и конденсаторную батарею параллельно друг другу, затем припаяйте каждый из концов к разным затворам. Наконец, подведите ток к затворам транзисторов через 2 50 мкгн дросселя. У них может быть тороидальный сердечник с 10 витками проволоки. Теперь ваша схема готова к использованию.

Шаг 9: Установка на основание

Чтобы все части вашего индукционного нагревателя держались вместе, им нужно основание. Я взял для этого деревянный брусок 5*10 см. плата с электросхемой, конденсаторная батарея и рабочая спираль были приклеены на термоклей. Мне кажется, агрегат выглядит круто.

Шаг 10: Проверка работоспособности

Чтобы ваш нагреватель включился, просто подсоедините его к источнику питания. Потом поместите предмет, который вам нужно нагреть, в середину рабочей спирали. Он должен начать нагреваться. Мой нагреватель раскалил скрепку до красного свечения за 10 секунд. Предметы крупнее, как гвозди, нагревались примерно за 30 секунд. В процессе нагревания потребление тока выросло приблизительно на 2 А. Этот нагреватель можно использовать не только для развлечения.

После использования прибора не образуется сажи или дыма, он воздействует даже на изолированные металлические объекты, например, газопоглотители в вакуумных трубках. Также прибор безопасен для человека – с пальцем ничего не случится, если поместить его в центр рабочей спирали. Однако, можно обжечься о предмет, который был нагрет.

Спасибо за чтение!