Индукционный нагреватель для плавки и закалки металла своими руками

3 Самостоятельное изготовление техники

Маломощный индукционный отопитель, который предназначен для нагрева воды, можно изготовить на основе простейшего трансформатора, имеющего первичную и вторичную обмотку. В первом контуре происходит преобразование электричества в вихревые токи. Создаётся магнитное поле, которое обеспечивает мощную индукцию, направленного действия. Второй контур трансформатора отвечает за быстрый нагрев теплоносителя.

Необходимые инструменты и материалы:

• Трансформаторы или сварочный инвертор.
• Металлические трубы различного диаметра.
• Сварочный аппарат и паяльник.
• Отвертка и кусачки.

В каждом конкретном случае необходимые компоненты будут различаться, в зависимости от выбранной схемы исполнения нагревателя. Нужно помнить об обязательном наличии встроенной автоматики, которая будет следить за температурой нагреваемой воды. Наличие реле управления позволяет гарантировать беспроблемность эксплуатации устройства, повышая его безопасность и предупреждая выход из строя самодельного теплогенератора.

Схема индукционного нагревателя

Благодаря открытию М. Фарадеем в 1831 году явления электромагнитной индукции в нашей современной жизни появилось множество устройств, нагревающих воду и другие среды. Мы каждый день пользуемся электрочайником с дисковым нагревателем, мультиваркой, индукционной варочной панелью, поскольку реализовать это открытие для быта удалось только в наше время. Ранее оно использовалось в металлургической и других отраслях металлообрабатывающей промышленности.

Заводской индукционный котел использует в своей работе принцип воздействия вихревых токов на металлический сердечник, помещенный внутрь катушки. Вихревые токи Фуко имеют поверхностную природу, поэтому есть смысл задействовать в качестве сердечника полую металлическую трубу, сквозь которую протекает нагреваемый теплоноситель.

Принцип действия индукционного нагревателя

Возникновение токов обусловлено подачей на обмотку переменного электрического напряжения, вызывающего появление переменного электромагнитного поля, меняющего потенциалы 50 раз в секунду при обычной промышленной частоте 50 Гц. При этом индукционная катушка выполнена таким образом, чтобы ее можно было подключить к сети переменного тока напрямую. В промышленности для такого нагрева используют токи высокой частоты – до 1 МГц, поэтому добиться работы устройства при частоте 50 Гц достаточно непросто.

Толщина медной проволоки и количество витков обмотки, которую используют индукционные нагреватели воды, рассчитано отдельно для каждого агрегата по специальной методике под требуемую тепловую мощность. Изделие должно работать эффективно, быстро нагревать протекающую по трубе воду и при этом не перегреваться. Предприятия вкладывают немалые средства в разработку и внедрение подобных продуктов, поэтому все задачи решены успешно, а показатель КПД нагревателя составляет 98%.

Помимо высокой эффективности особо привлекает скорость, с которой происходит нагрев протекающей через сердечник среды. На рисунке представлена схема работы индукционного нагревателя, сделанного в заводских условиях. Такая схема применена в агрегатах известной торговой марки «ВИН», выпускаемых Ижевским заводом.

Схема работы нагревателя

Долговечность работы теплогенератора зависит только от герметичности корпуса и целостности изоляции витков провода, а это получается достаточно большой период, производители декларируют – до 30 лет. За все эти достоинства, которыми в действительности обладают данные аппараты, надо выложить немалые деньги, индукционный нагреватель воды – самый дорогой из всех видов отопительных электроустановок. По этой причине некоторые умельцы взялись за изготовление самодельного прибора с целью задействовать его в отоплении дома.

Самостоятельное изготовление конструкции индукционного нагревателя

Изготовить индукционный водонагреватель самостоятельно не представляет сложностей. С этой задачей может успешно справиться даже сравнительно начинающий мастер. Для этой работы изначально необходимо иметь:

• Недорогой высокочастотный инвертор от сварочного аппарата, чтобы не заморачиваться изготовлением самостоятельно такого сложного агрегата;
• Толстостенный кусок пластиковой трубы, который станет корпусом нагревателя;
• Стальную нержавеющую проволоку или катанку не более 7мм в диаметре, которая явится основой для нагреваемого материала в электрическом поле;
• Переходники для подсоединения основного корпуса водонагревателя к системе индивидуального отопления;
• Металлическую сетку, которая должна удерживать внутри корпуса стальные кусочки проволоки;
• Медную эмалированную проволоку для создания индукционной катушки;
• Кусачки для порезки катанки или нержавейки;
• Насос для принудительной подачи воды.

Как собрать индукционный котел самостоятельно

Современный рынок отопительных устройств представляет большой выбор различных моделей индукционных нагревателей как для бытового, так и для промышленного использования. Несмотря на то, что на сегодняшний день подобное оборудование не вышло на уровень широкого применения в отопительных системах, стоимость его высока. Цена на бытовые котлы начинаются от 25 000 рублей, а на промышленные — от 100 000 руб.

В целях экономии сделать индукционный нагреватель можно своими руками. Такая работа под силу даже не специалисту.

Устройство со сварочным инвертором и пластиковыми трубами

Все материалы и компоненты, которые применяются для сборки, доступны и зачастую находятся под рукой. Что для этого нужно:

• катанка или нержавеющая проволока из стали (диаметр до 0,7 см);
• медная проволока;
• металлическая сетка;
• фрагмент пластиковой трубы с толстыми стенками для корпуса обогревателя (диаметр изнутри 5 см);
• сварочный аппарат;
• переходники для монтирования котла к системе отопления;
• инструменты;
• насос для обеспечения циркуляции воды.

Проволоку из нержавеющей стали нужно нарезать на кусочки длиной 0,5-0,7 см. Заполнить плотно ими пластиковую трубу и закрыть ее с обеих сторон. В ней не должно быть свободного пространства. На дно трубки устанавливается металлическая сетка, которая позволяет удержать стальные частички внутри.

Далее следует смастерить основной компонент нагревания — индукционную катушку. На пластиковую трубу наматывается медная проволока. Необходимо сделать не менее 100 аккуратных витков на одинаковом расстоянии друг от друга. Затем индукционная катушка подключается к системе индивидуального отопления. Устанавливается котел в любой части трубопровода. Для прокачки воды необходимо встроить насос.

Подключается самодельное устройство внешней обмоткой из меди к инвертору. Обязательно проводятся работы по электроизоляции и теплоизоляции котла. Все открытые участки закрываются специальным материалом. Для утепления используется базальтовая вата. Это необходимо для того, чтобы нагревалась труба без потерь теплоэнергии на воздух.

Устройство с трансформатором

Данный вариант проще в сборке, чем предыдущий. Что потребуется для изготовления своими руками:

• трехфазный трансформатор с возможностью крепления;
• сварочный аппарат;
• медная обмотка.

Необходимо вставить трубы одна в другую, сварить. Конструкция в разрезе должна напоминать форму бублика. Она выполняет одновременно две задачи – нагревательного элемента и проводника. Затем медной проволокой обматывается корпус нагревателя и подключается к трансформатору. Чтобы тепло не терялось в процессе эксплуатации, на котел можно соорудить защитный кожух.

Индукционное отопление хорошая альтернатива стандартным системам отопления. Его эффективность составляет около 97% КПД. Такие системы экономичны, функционируют на любой жидкости, работают бесшумно, не выделяют вредных веществ.

При соблюдении правил сборки котлы безопасны в эксплуатации. Они долговечны. Но если какой-то элемент придет в негодность, замена его не составит сложностей. Все материалы легко заменимы и доступны.

Недостатки и достоинства

Рассмотрим положительные характеристики и преимущества индукционного оборудования:

1. Нагрев производится в любой среде.
2. Возможность изготовления сверхчистых сплавов.
3. Быстрый нагрев и плавка любого материала, который проводит ток.
4. Элементы прибора монтируются снаружи, врезки отсутствуют. Это гарантирует исключение протечек.
5. Индукционный водонагреватель не загрязняет окружающую среду.
6. Удобен при необходимости нагрева определенного участка поверхности.
7. Площадь контакта теплоносителя с поверхностью нагревателя во много раз больше, нежели в аппаратах с трубчатыми электронагревателями. За счет этого среда греется очень быстро.
8. Компактные размеры прибора.
9. Оборудование легко настраивается на нужный режим работы и без труда регулируется.
10. 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.

Самодельные индукционные котлы

Самая простая схема устройства, которую собирают, состоит из отрезка пластиковой трубы, в полость которую закладываются различные металлические элементы с целью создать сердечник. Это может быть тонкая нержавеющая проволока, скатанная шариками, нарубленная мелкими кусочками проволока – катанка диаметром 6—8 мм или даже сверло диаметром, соответствующим внутреннему размеру трубы. Снаружи к ней приклеиваются палочки из стеклотекстолита, а на них наматывается провод толщиной 1.5—1.7 мм в стеклоизоляции. Длина провода – порядка 11 м. Технологию изготовления можно изучить, просмотрев видео:

Затем самодельный индукционный нагреватель испытали, заполнив его водой и подключив к индукционной варочной панели заводского изготовления ORION мощностью 2 кВт вместо штатного индуктора. Результаты испытаний показаны на следующем видео:

Другие мастера рекомендуют в качестве источника принять сварочный инвертор небольшой мощности, подключив клеммы вторичной обмотки к выводам катушки. Если внимательно изучить проделанную автором работу, то напрашиваются выводы:

• Автор хорошо потрудился и его изделие, несомненно, работает.
• Никаких расчетов по толщине провода, числу и диаметру витков катушки не производилось. Параметры обмотки были приняты по аналогии с варочной панелью, соответственно, индукционный водонагреватель получится мощностью не выше 2 кВт.
• В лучшем случае самодельный агрегат сможет нагревать воду для двух радиаторов отопления по 1 кВт каждый, этого хватит на обогрев одной комнаты. В худшем случае нагрев будет слабым или вообще пропадет, ведь испытания проводились без протока теплоносителя.

Более точные выводы сделать трудно из-за недостатка информации о дальнейших испытаниях прибора. Другой способ, как самостоятельно организовать индукционный нагрев воды для отопления, показан на следующем видео:

Сваренный из нескольких металлических труб радиатор выполняет роль внешнего сердечника для вихревых токов, создаваемых катушкой той же индукционной варочной панели. Выводы следующие:

• Тепловая мощность получившегося отопителя не превышает электрической мощности панели.
• Количество и размер труб были выбраны случайно, но обеспечили достаточную поверхность для передачи тепла, возникающего от вихревых токов.
• Данная схема индукционного нагревателя оказалась успешной для конкретного случая, когда квартира окружена помещениями других отапливаемых квартир. Кроме того, автор не показывал работу установки в холодное время года с фиксацией температуры воздуха в комнатах.

В подтверждение сделанных выводов предлагается просмотреть видео, где автор пытался применить подобный нагреватель в условиях отдельно стоящего утепленного здания:

Плюсы и минусы индукционных устройств для нагрева воды

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

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

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

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

Не стоит забывать и о том, что обслуживание индукционного нагревателя выйдет намного дешевле, чем бойлера или газового котла. Устройство имеет минимум деталей, которые практически никогда не выходят из строя.

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

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

Преимущества

К числу позитивных характеристик индукционного агрегата можно отнести следующие важные моменты:

1. Долговечность использования. Благодаря не слишком замысловатой конструкции, индукционный нагреватель можно бесперебойно использовать в течение более 30 лет
2. Экономичность. Коэффициент полезного действия агрегата этого вида приближается к 100%. Иначе говоря, все электричество полностью перерабатывается в тепловую энергию, практически без потерь.
3. Удобство. Обслуживание индукционного нагревателя не требует постоянного технического обслуживания. Достигается это благодаря тому, что электромагнитное поле, помимо создания нагрева, образует вибрации, которые не дают возможности появлению накипи на внутренних стенках теплообменника.
4. Компактность. Нагреватели этого вида имеют небольшие габаритные размеры, что способствует их установке в помещениях любого типа.
5. Бесшумность. Индукционные агрегаты, благодаря своей конструкции, функционируют достаточно тихо.
6. Экологичность. Котел этого вида не производит выброс вредных продуктов сгорания, поэтому не требуется оборудования дымохода и системы вентиляции.

По анализу отзывов, основным недостатком такого агрегата является его высокая стоимость. Но существует оптимальный выход – сконструировать индукционный нагреватель воды своими руками.

Основные технологические этапы работ

Обустраивая систему индукционного водонагрева необходимо знать и придерживаться основных правил:

1. Сварочный ток высокочастотного инвертора для обогревателя должен соответствовать его мощности. Оптимальная величина его варьируется от 15 ампер или выше, если это необходимо.
2. Для нагревательных материалов в высокочастотном поле нужно использовать пятисантиметровые отрезки стальной катанной или нержавеющей проволоки. Для этого подготовленную проволоку необходимо порезать кусачками, придерживаясь этих размеров.
3. Корпус индукционного нагревателя должен быть сделан из толстостенной пластиковой трубы, внутренний диаметр которой должен быть не менее 5 сантиметров аналогично длине порезанной проволоки.
4. К одной стороне этой пластиковой трубы крепится переходник, который должен соединить данную конструкцию с системой отопления.
5. На дно пластиковой трубы своими руками укладывается металлическая сетка, которая предотвращает проваливание катанки.
6. Внутрь трубы из пластика плотно засыпаются нарезанные куски металлической проволоки так, чтобы там отсутствовало свободное пространство.
7. Второй конец трубы оснащается еще одним переходным элементом.
8. Для изготовления индукционной катушки эту пластиковую трубу обматывают заготовленным медным эмалированным проводом. Количество витков в обмотке должно быть минимальным 80, а максимальным 90.
9. Затем аппарат подсоединяется к индивидуальной отопительной системе, заливается вода, к изготовленной обмотке подключается инвертор.
10. Для принудительной циркуляции теплоносителя в отопительную систему встраивается насос.
11. Чтобы обеспечить регулирование температуры воды в автоматическом режиме, в разрыве основной линии питания индукционного инвертора подключается терморегулятор.

https://youtube.com/watch?v=khpDLWb0Cyw

Преимущества и недостатки

Благодаря использованию этого устройства в быту можно добиться максимальной производительности и высокой надежности при эксплуатации. Для установки агрегата не нужно брать разрешение, в отличие от газового бойлера. Если устройство используется в отопительных котлах, то в определенных ситуациях вполне можно обойтись без насосной установки, так как движение теплоносителя будет осуществляться путем конвекции. Нагреватель индуктивного типа имеет ряд преимуществ:

• Невысокая стоимость.
• Индуктивный нагреватель своими руками собрать достаточно просто.
• Во время работы устройство не производит шум.
• Наличие постоянной вибрации делает необязательным регулярный уход.
• Выходы из строя наблюдаются крайне редко.

Все это и сделало устройство весьма популярным. Однако сегодня не существует приборов, которые были бы полностью лишены недостатков. Среди минусов индукционных нагревателей стоит отметить несколько:

• Потребляется много электрической энергии.
• Во время работы выделяется большое количество тепла.
• Для предотвращения перегрева и последующей поломки агрегата, необходимо устанавливать датчик температуры.

5 Безопасность самодельных установок

В процессе эксплуатации самодельные индукционные бойлеры могут нагреваться до высоких температур и без соответствующих систем защиты использовать их становится проблематично. Для повышения безопасности необходимо обеспечить полную герметичность контура, при этом корпус устройства должен быть постоянно заполнен жидкостью. При наличии протечек полимерный корпус будет плохо омывается теплоносителем, что приведет к повышенному нагреву, пластик расплавится, а индукционный нагреватель может просто загореться.

Также небезопасным может быть выпадение нагретых прутков металлического наполнителя из пластикового корпуса отопителя. Это приведет к расплавлению корпуса, а ремонт будет заключаться в демонтаже устройства и выполнении новой колонки. Верхний и нижний патрубок следует закрыть сеткой, которая крепится на хомуты, что исключает ее повреждение и ослабление конструкции.

Индукционные нагреватели воды для отопления получили сегодня популярность у отечественных домовладельцев. Такие устройства одновременно функциональны, позволяют быстро нагревать теплоноситель, справляются с отоплением больших по своей площади частных домов. Они имеют простую конструкцию, что позволяет выполнить их своими руками

Необходимо лишь использовать качественную схему изготовления устройства, в особенности повышенное внимание следует уделить вопросам безопасности, что позволит решить все сложности с теплом и подогревом воды, будучи полностью уверенным в беспроблемной эксплуатации самодельных отопителей

Что такое индукционный нагрев: преимущества

Принцип индукционного нагрева основан на воздействии переменного тока на обмотку трансформатора и последующем возникновении электромагнитного поля. В результате возникновения магнитного поля, между магнитными и немагнитными деталями образуется электрический ток. Именно высокочастотными токами (ТВЧ) и происходит нагрев различных электропроводящих материалов.

Индукционный нагрев имеет массу преимуществ:

• Устройство индукционного нагрева имеет небольшой вес, поэтому его легко можно использовать в бытовых целях;
• Индукционный нагрев идеально подходит для всех видов термической обработки металла, среди которых особой популярностью пользуется сварка, пайка, ковка;
• Высокочастотный нагрев может производиться в вакууме, защитном газе;
• С помощью индукции можно быстро и равномерно прогреть электропроводящие вещества, получить сверхчистые металлы.

Кроме того, такой способ нагрева является сверхэкономичный: он преобразовывается до 90% потребленной энергии в тепло (при том, что обычные электрические нагреватели имеют, в среднем, показатели в 45-50%).

Как изготовить

Первый вариант.Электронная схема нагревателя. (Для увеличения нажмите)Достаточно простой и, в то же время, мощный индукционный нагреватель можно сконструировать на основе печатной платы, схема которой показана на рисунке.

Особенностями этой схемы являются следующие важные моменты:

1. Такая конструкция, по сути, представляет собой мультивибратор, который организован на транзисторах большой мощности.
2. Важным элементом схемы является сопротивление, которое не будет давать возможности перегреваться транзисторам, что в целом скажется на эффективном функционировании всего индуктора.
3. Непосредственно сам индуктор должен иметь вид своего рода спирали, и состоять из 6–8 витков медной проволоки
4. Чтобы не особо задумываться над конструкцией регулятора напряжения, то его можно взять уже в готовом варианте из компьютерного блока питания.

Совет специалиста: так как индуктором будет выделяться сильное тепло, то, во избежание поломок, рекомендуется устанавливать транзисторы на специальные радиаторы.

Второй вариант.

Суть его заключается в следующем:

• две трубы между собой соединяются с помощью сварки таким образом, чтобы в разрезе напоминали форму бублика (такая конфигурация будет одновременно служить как проводник и нагревательный элемент);
• медная проволока, при этом, непосредственно наматывается на корпус;
• для качественного движения теплоносителя в корпус ввариваются два патрубка, через один с которых вода будет заходить в нагреватель, а через другой будет подаваться в отопительную систему.

Возможно, Вам будет также интересна статья о том, как сделать индукционный нагреватель из сварочного инвертора.

Статью о самостоятельном изготовлении индукционного нагревателя воды читайте здесь.

Прочитав эту статью, Вы сможете сделать индукционный котел отопления своими руками.

Таким образом, мы указали все возможные способы сборки индукционного нагревателя с применением электронных деталей. Надеемся, что наши советы и рекомендации станут для вас весьма познавательной информацией.

Смотрите видео, в котором опытный пользователь объясняет один из вариантов изготовления индукционного нагревателя своими руками:

Заключение

Индукционные нагреватели оборудуется в закрытую систему индивидуального отопления, обустраиваемую пластиковым трубопроводом. После выводного патрубка для безопасности желательно смонтировать группу элементов, которая представлена:

• Манометром;
• Подрывным клапаном;
• Устройством автоматического отвода воздуха.

Изначально индукционный водонагреватель может оказаться сложным и трудоемким в изготовлении своими руками. Однако потом он принесет только пользу для семейного бюджета, значительно снижая затраты на дорогостоящую электроэнергию. Так как благодаря конструкционным особенностям этого устройства он нагревает теплоноситель гораздо быстрее, чем при равнозначном расходе электроэнергии для работы электронагревательных приборов.

При работе этого оборудования не выделяется вредных продуктов распада или сгорания топлива, что благоприятно сказывается на состоянии окружающей атмосферы. Правильное обустройство системы отопления с индукционным водонагревателем для любой семьи является бесспорным экономным вариантом с 25 летней безупречной работой.

Опубликовано 02.06.2020 Обновлено 13.06.2020 Пользователем admin