Как сделать индукционный нагреватель воды своими руками

Индукционный нагреватель: достоинства и недостатки

У индукционных электронагревателей имеются следующие сильные стороны:

	Вихревые токи помимо тепла генерируют еще и вибрацию, которая препятствует оседанию накипи на стенках нагревательного элемента. Вследствие этого индукционные котлы не требуют очистки.
	Нагревательный элемент такого котла представляет собой обычную трубу, которая разогревается вихревыми токами. В условиях перманентной циркуляции теплоносителя по трубе, она физически не может перегореть. В отличие, например, от традиционного электрического ТЭНа. Как следствие, ремонт или замена нагревательному элементу вряд ли потребуются.
	Даже сделанный своими руками вихревой генератор тепла герметичен. Подогрев теплоносителя происходит внутри цельнометаллического нагревательного элемента. При этом энергия транслируется нагревателю дистанционно через электромагнитное поле. Благодаря отсутствию разъемных соединений в индукционных котлах полностью исключены протечки.
	Индукционный котел практически бесшумный, хотя нагревательный элемент при работе может вибрировать. Но частота таких вибраций очень далека от диапазона воспринимаемых человеческим ухом звуковых волн.
	Конструкция обогревателя собирается из доступных и недорогих деталей, поэтому готовый прибор имеет очень низкую себестоимость.
	Индукционная схема нагрева воды очень эффективна, долговечна и надежна. Она позволяет даже отказаться от установки в систему циркуляционного насоса: теплоноситель будет циркулировать по трубам под действием тепловой конвекции, нагреваясь на выходе из котла практически до парообразного состояния.

Однако, индукционный нагреватель не лишен и недостатков:

	Электромагнитное поле увеличивает температуру не только нагревательного элемента, но и других объектов окружающего пространства, в том числе и тканей тела человека. Поэтому для собственной безопасности нужно держаться от такого устройства как можно дальше.
	Прибор во время работы потребляет электричество, а это достаточно дорогой источник энергии.
	Теплоотдача нагревателя столь высока, что всегда сохраняется риск детонации прибора вследствие перегрева теплоносителя. Снизить риск подобного развития событий можно установкой датчика давления.

Как сделать вихревой индукционный нагреватель своими руками

Порядок сборки индукционного нагревателя такой:

	1. Берется толстостенная полимерная труба, к торцам корой монтируются два вентиля для присоединения разводки. При этом обратка должна оказаться снизу.
	2. Перед установкой верхнего вентиля в трубу засыпается рубленая металлическая проволока, которая заполняет все внутреннее пространство. Рекомендуемый диаметр проволоки — 5-6 мм, длина рубленых отрезков произвольная.
	3. Вокруг трубы наматывается медная проволока (не менее 90 витков).

Вот и все, два компонента системы готовы: это индуктор — катушка из медной проволоки, и нагревательный элемент — полимерная труба, заполненная обрезками проволоки. Дело за малым — подключить их к генератору и наслаждаться результатом.

Самый доступный и дешевый генератор для индукционного нагревателя — сварочный инвертор. Медная проволока просто соединяется с его полюсами, и котел начинает работать в режиме высокочастотного переменного тока. При этом индуктор излучает электромагнитное поле, вихревые токи раскаляют обрезки проволоки, и вода в полимерной трубе закипает буквально за секунды, давая старт тепловой циркуляции в разводке.

Безусловно, индукционный нагреватель, собранный из сварочного инвертора и полимерной трубы, заполненной обрезками проволоки, вряд ли будет работать очень эффективно. Однако даже с помощью такого нагревательного прибора можно отапливать достаточно большие площади

Учитывая, что агрегат самодельный, обращаться с ним нужно очень осторожно, строго следуя рекомендациям по безопасному использованию.

Индукционные нагреватели своими руками: пошаговая инструкция

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 электрических котлов, имеющих индуктивные катушки, а не ТЕНы. Они с мгновенной скоростью разогревают теплоноситель 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, пеллеты).

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.

В состав типового нагревательного элемента входят следующие узлы:

1. Нагревательный элемент в виде прутка или металлической трубки.
2. Индуктор – это медная проволока, обрамляющая витками катушку. В процессе работы он исполняет роль генератора.
3. 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 генераторы токов 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.

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.

Принцип работы

Работа всех электронагревателей, как обычных, так и индукционных, основана на одном и том же принципе: при пропускании электрического тока через некий проводник последний начнет нагреваться.

Количество выделяемого за единицу времени тепла зависит от силы тока и величины сопротивления данного проводника – чем больше эти показатели, тем сильнее будет греться материал.

Весь вопрос в том, каким образом вызвать протекание электротока? Можно подсоединить проводник непосредственно к источнику электрической энергии, что мы и делаем, втыкая в розетку шнур от электрочайника, масляного обогревателя или, к примеру, бойлера. Но можно применить и другой способ: как оказалось, протекание электротока можно спровоцировать воздействием на проводник переменного (именно переменного!) магнитного поля. Это явление, открытое в 1831-м году М. Фарадеем, получило название электромагнитной индукции.

Тут есть одна хитрость: магнитное поле может быть и постоянным, но тогда положение находящегося в нем проводника нужно постоянно менять. При этом будет меняться количество проходящих через проводник силовых линий и их направление относительно него. Проще всего проводник в поле вращать, что и делается в современных электрогенераторах.

Принцип электромагнитной индукции

Но можно менять и параметры самого поля. С постоянным магнитом такой фокус, конечно, не пройдет, а вот с электромагнитом – вполне. Работа электромагнита, кто забыл, основана на обратном эффекте: протекающий через проводник переменный ток генерирует вокруг него магнитное поле, параметры которого (полярность и напряженность) зависят от направления тока и его величины. Для более ощутимого эффекта провод можно уложить в виде катушки.

Таким образом, меняя параметры электротока в электромагните, мы будем менять все параметры наводимого им магнитного поля, вплоть до изменения местоположения полюсов на противоположное.

И тогда это магнитное поле, действительно являющееся переменным, будет наводить электроток в любом токопроводящем материале, расположенном в его пределах. И материал при этом, понятно, будет нагреваться. На этом и основан принцип работы современных индукционных нагревателей.

Как сделать нагреватель

Наш самодельный индукционный нагреватель из сварочного инвертора будет несколько изменен по сравнению с прототипом, чтобы упростить его изготовление. Для создания электромагнитного поля снаружи индуктора потребуется серьезная катушка с огромным числом витков, к тому же согнуть трубу в виде змеевика не так-то просто. Поэтому лучше прямую трубу поместить внутрь индукционной катушки, чтоб она работала как сердечник.

По логике, труба должна быть металлической, но в самодельной установке с небольшим индуктором она будет очень слабо нагревать теплоноситель. Так что мастера-умельцы придумали другое устройство сердечника из полимерной трубы, частично наполненной отрезками металлической проволоки. Роль индуктивного контура сыграет катушка из эмалированной медной проволоки. Ну и генератором тока высокой частоты послужит бытовой инверторный аппарат для дуговой сварки. Итак, уточняем перечень материалов:

• труба полимерная диаметром 50 мм из сшитого полиэтилена для отопления, выдерживающая температуру теплоносителя до 95 °С;
• проволока стальная диаметром 6 мм;
• провод медный эмалированный сечением 3 мм2;
• мелкоячеистая сетка из тонкой металлической проволоки.

Стальную катанку нарезают частями длиной 4—6 мм, чтобы получились цилиндрики разных размеров. Затем один торец трубы закрывают мелкоячеистой сеткой и засыпают внутрь отрезки проволоки. Чтобы они не выпадали наружу, сетку надо поставить и с другой стороны. Из медного провода поверх трубы своими руками выполняют индукционную обмотку, что будет служить нагревателем. Число витков – от 85 до 95, концы тщательно изолируются и подсоединяются к выходу сварочного инвертора, как это показано на схеме:

Теперь после включения сварочного аппарата катушка создаст электромагнитное поле, вызывающее течение вихревых токов в металлическом сердечнике из кусков катанки. Он станет быстро прогреваться, поднимая температуру протекающей по трубе воды. Собственно, на этом изготовление индукционного нагревателя закончено, остается его установить в помещении топочной и подключить к отопительной системе.

Важно. В целях безопасности следует хорошо изолировать все открытые токонесущие части, а инвертор обязательно заземлить

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.

Принцип работы

Индукционный нагрев осуществляется при помощи следующих составляющих:

• индуктора;
• генератора;
• нагреваемого предмета.

В качестве индуктора используется катушка, которую изготавливают из толстой медной проволоки. Посредством этой детали создается магнитное поле. При помощи генератора переменного тока вырабатывается ВЧ поток от обычной электросети 220 В и 50 Гц. Нагревательным элементом может быть любой металлический предмет, который способен поглощать тепловую энергию под воздействием магнитного поля.

Особенность магнитного поля заключается в том, что оно способно менять направление электромагнитных волн на ВЧ. При помещении внутрь поля металлического предмета, происходит нагрев металла без контакта с катушкой, благодаря вихревым токам.

Соприкосновение заготовки к нагревательному элементу необязательно. Главное, чтобы катушка равномерно охватывала нагреваемую поверхность детали.

Таким образом удается добиться минимальных потерь при переходе одного вида энергии в другую и при этом получить высокий КПД. Благодаря индукционному способу можно получить довольно быстрый нагрев поверхностных слоев. Например, для нагрева металлической заготовки диаметром около 40 мм и длиной 150 мм понадобится порядка 25 с.

Индукционные нагреватели чаще всего работают на частоте 10 кГц. Именно так удается получить максимальный КПД. Частоту можно регулировать, что зависит от таких показателей:

• температура нагреваемого предмета;
• требуемая производительность нагрева;
• поперечное сечение предмета.

Вихревой индукционный нагреватель питается от инверторного преобразователей напряжения

Меня больше всего интересовал сам источник электроэнергии, от которого будет питаться вихревой нагреватель, т.к. различных конструктивных вариантов “вихревых нагревателей” в Интернете описано большое количество! Правда, заниматься экспериментами с изготовлением тороидальных и других видов нагревателей не было времени, и за основу было взято описание небольшой автономной самодельной батареи отопления, где в качестве нагревателя использован ТЭН. Вместо ТЭНа был вмонтирован индукционный нагреватель, и вопрос был решен!

Оставалось самое главное: “Чем нагреть воду в трубе?”. “Порывшись в Интернете”, было выбрано несколько принципиальных схем преобразователей напряжения инверторного типа. Сначала выбор остановили на инверторе Кухтецкого, но отсутствие в наличии высоковольтных “мосфетов” в нашем творческом объединении и в моих “личных запасах” приостановило изготовление данного аппарата.

Идея изготовить инвертор Кухтецкого, обладающий очень неплохими техническими характеристиками при его относительно не сложной схеме, будет обязательно осуществлена на занятиях нашего творческого объединения! (Думаем, изготовив его, подарить автомодельной лаборатории, которая очень нуждается в аппарате для плавки металла при изготовлении самодельных деталей для автомоделей!).

Что понадобится

Для создания нагревателя металла своими руками, помимо рабочих инструментов также следует озаботиться подготовкой целого ряда вещей, приобрести которые следует отдельно:

Обратите внимание!

• Усилитель звука своими руками: подбор материалов и инструментов для изготовления в домашних условиях + пошаговая инструкция по созданию и сборке своими руками

• Ветрогенератор своими руками: пошаговая инструкция изготовления устройства в домашних условиях, выбор материалов и типа конструкции

• Инкубатор своими руками: поэтапный мастер-класс по постройке своими руками, выбор строительных материалов и типа конструкции

Восьмисот миллиметровый отрезок медной трубы, с диаметром в 8-10 мм. С помощью медной проволоки в дальнейшем изготавливается индукционная катушка, излучающая магнитное поле, которое, впоследствии, нагревает металлическую емкость.

Высокомощные силовые транзисторы, приобретение которых станет основной тратой для всех желающих собрать индукционную плиту

Обратите внимание на то, что схема создания частотного генератора предусматривает наличие сразу двух силовых транзисторов

В качестве основного материала, предназначенного для создания колебательного контура, используется обыкновенный керамический конденсатор с характеристиками 0,1мФ и 1600В.

Диоды, применяемые в качестве рабочих элементов, согласно схеме, должны обладать высокой скоростью срабатывания. Индукционная печь своими руками, схема изготовления которой расположена в руководстве, является требовательным устройством на высокоскоростных диодах.

Обратите внимание!

• Циклон своими руками: способы сборки устройства в домашних условиях, подготовка материалов и инструментов + пошаговая инструкция

• Сабвуфер своими руками: типы устройств, функции, способы сборки и установки в домашних условиях + пошаговая инструкция и схемы для начинающих

• Блютуз колонка своими руками — пошаговый мастер-класс изготовления и установки своими руками, необходимые материалы и инструменты

Резисторы: пара штук на 10кОм и 0,25Вт, и еще пара 440Ом и 2Вт. Также следует приобрести стабилитроны с характеристикой рабочего напряжения в 2Вт.

В качестве основного элемента питания используется стандартный блок на 500 ватт. Характеристика рабочего напряжения блока питания должна колебаться в промежутке от двенадцати до сорока ватт.

Используя все вышеприведенные материалы инструменты можно с легкостью собрать индуктор своими руками, схема которого рассматривается в статье.

Индукционный нагреватель: достоинства и недостатки

У индукционных электронагревателей имеются следующие сильные стороны:

	Вихревые токи помимо тепла генерируют еще и вибрацию, которая препятствует оседанию накипи на стенках нагревательного элемента. Вследствие этого индукционные котлы не требуют очистки.
	Нагревательный элемент такого котла представляет собой обычную трубу, которая разогревается вихревыми токами. В условиях перманентной циркуляции теплоносителя по трубе, она физически не может перегореть. В отличие, например, от традиционного электрического ТЭНа. Как следствие, ремонт или замена нагревательному элементу вряд ли потребуются.
	Даже сделанный своими руками вихревой генератор тепла герметичен. Подогрев теплоносителя происходит внутри цельнометаллического нагревательного элемента. При этом энергия транслируется нагревателю дистанционно через электромагнитное поле. Благодаря отсутствию разъемных соединений в индукционных котлах полностью исключены протечки.
	Индукционный котел практически бесшумный, хотя нагревательный элемент при работе может вибрировать. Но частота таких вибраций очень далека от диапазона воспринимаемых человеческим ухом звуковых волн.
	Конструкция обогревателя собирается из доступных и недорогих деталей, поэтому готовый прибор имеет очень низкую себестоимость.
	Индукционная схема нагрева воды очень эффективна, долговечна и надежна. Она позволяет даже отказаться от установки в систему циркуляционного насоса: теплоноситель будет циркулировать по трубам под действием тепловой конвекции, нагреваясь на выходе из котла практически до парообразного состояния.

Однако, индукционный нагреватель не лишен и недостатков:

	Электромагнитное поле увеличивает температуру не только нагревательного элемента, но и других объектов окружающего пространства, в том числе и тканей тела человека. Поэтому для собственной безопасности нужно держаться от такого устройства как можно дальше.
	Прибор во время работы потребляет электричество, а это достаточно дорогой источник энергии.
	Теплоотдача нагревателя столь высока, что всегда сохраняется риск детонации прибора вследствие перегрева теплоносителя. Снизить риск подобного развития событий можно установкой датчика давления.

Как сделать вихревой индукционный нагреватель своими руками

Порядок сборки индукционного нагревателя такой:

	1. Берется толстостенная полимерная труба, к торцам корой монтируются два вентиля для присоединения разводки. При этом обратка должна оказаться снизу.
	2. Перед установкой верхнего вентиля в трубу засыпается рубленая металлическая проволока, которая заполняет все внутреннее пространство. Рекомендуемый диаметр проволоки — 5-6 мм, длина рубленых отрезков произвольная.
	3. Вокруг трубы наматывается медная проволока (не менее 90 витков).

Вот и все, два компонента системы готовы: это индуктор — катушка из медной проволоки, и нагревательный элемент — полимерная труба, заполненная обрезками проволоки. Дело за малым — подключить их к генератору и наслаждаться результатом.

Самый доступный и дешевый генератор для индукционного нагревателя — сварочный инвертор. Медная проволока просто соединяется с его полюсами, и котел начинает работать в режиме высокочастотного переменного тока. При этом индуктор излучает электромагнитное поле, вихревые токи раскаляют обрезки проволоки, и вода в полимерной трубе закипает буквально за секунды, давая старт тепловой циркуляции в разводке.

Безусловно, индукционный нагреватель, собранный из сварочного инвертора и полимерной трубы, заполненной обрезками проволоки, вряд ли будет работать очень эффективно. Однако даже с помощью такого нагревательного прибора можно отапливать достаточно большие площади

Учитывая, что агрегат самодельный, обращаться с ним нужно очень осторожно, строго следуя рекомендациям по безопасному использованию