Биполярные транзисторы в схемах индукционных нагревателей. Индукционный нагреватель своими руками: описание простейшей схемы самодельного устройства. Своими руками собираем индукционный прибор: важные детали

Печь для плавки металлов в домашних условиях может использоваться также для быстрого нагрева металлических элементов, например, при их лужении или формовке. Характеристики работы представленных установок можно подогнать под конкретную задачу, меняя параметры индуктора и выходной сигнал генераторных установок - так можно добиться их максимальной эффективности.

Недавно возникла необходимость создать небольшой индукционный нагреватель своими руками. Бродя по просторам интернета, нашел несколько схем индукционных нагревателей. Многие схемы не устраивали из-за довольно сложной обвязки, некоторые не работали, но попадались и рабочие варианты.

Несколько дней назад пришел к выводу, что индукционный нагреватель можно сделать из электронного трансформатора с минимальными затратами.

Принцип индукционного нагрева заключается в воздействии на металл токами Фуко. Такой нагреватель активно применяется в самых разных сферах науки и техники. По идее токам Фуко безразличны виды и свойства металлов, поэтому индуктор может подогреть или расплавить абсолютно любой металл.

Электронный трансформатор — импульсный блок питания, на базе которого построен наш нагреватель. Это простой полумостовой инвертор, построенный на двух мощный биполярных транзисторах серии MJE13007, которые жутко перегреваются в ходе работы, поэтому им нужен очень хороший теплоотвод.

Для начала с электронного трансформатора нужно выпаять основной трансформатор. Своего рода индуктор мы изготовим на базе ферритовой чашки. Для этого берем чашку 2000НМ (размер чашки особо не важен, но желательно побольше). На каркасе мотаем 100 витков проводом 0,5 мм, с кончиков проводов снимаем лаковое покрытие и залужаем. Затем концы проводов запаиваем на место штатного импульсного трансформатора — все готово!

Получился довольно мощный самодельный индукционный нагреватель (КПД не более 65%), на основе которого, можно собрать даже небольшую индукционную печку. Если взять кусок металла и приблизить этот металл к центру катушки, то через несколько секунд металл нагреется. Таким нагревателем можно плавить провода с диаметром 1,5 мм — мне это удалось всего за 20 секунд, но при этом высоковольтные транзисторы ЭТ так нагрелись, что на них можно было яичницу жарить!

В ходе работы, возможно, будет нужда дополнительного охлаждения для теплоотводов, поскольку опыт показал, что теплоотвод попросту не успевает отводить тепло с транзисторов.

Основа работы такого инвертора довольно проста. Сама схема индукционного нагревателя удобна тем, что не требует никакой настройки (в более сложных схемах часто возникает необходимость подгонки схемы в частоту резонанса, точный расчет количества витков и диаметра провода контура, а также подсчет контурного конденсатора, а тут всего этого нет и схема работает сразу).

Напряжение сети (220 Вольт) сначала выпрямляется диодным выпрямителем, затем поступает на схему. Частоту задает динистор (диак) марки DB3. Сама схема не имеет никаких защит, только ограничивающий резистор на входе питания, который якобы должен работать в качестве сетевого предохранителя, но при малейшей проблеме в первую очередь вылетают транзисторы. Надежность схемы индукционного нагревателя можно поднять, заменив диоды в выпрямителе более мощными, добавив сетевой фильтр на вход схемы и заменив силовые транзисторы на более мощные, скажем на MJE13009.

Вообще не советую включать такой нагреватель на долгое время, если не имеется активного охлаждения, иначе каждые 5 минут будете вынуждены менять транзисторы.

Современным и наиболее экономичным прибором для нагрева воды является индукционный водонагреватель. В отличие от аналогов он полностью экологичен, не сушит и не выжигает воздух, отвечает современным требованиям безопасности. Может применяться как в качестве проточного водонагревателя, так и исполнять роль котла для отопления помещения. Устройство обычно покупают в магазине, предлагаем альтернативу – самостоятельное изготовление. В последнем случае прибор, может, и не будет иметь такого привлекательного внешнего вида, но обойдется намного дешевле.

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 .

Индукционный водонагреватель своими руками: схема

Прибор представляет собой трансформатор, имеющий две обмотки: первичную и вторичную. Первый контур преобразует электрическую энергию в вихревые токи, тем самым создает индукционное поле направленного действия, что и обеспечивает индукционный нагрев . На вторичном контуре преобразованная энергия передается теплоносителю (в нашем случае – это вода).

Важно учитывать тип материала, из которого изготовлена обмотка. Так, в бытовых моделях чаще всего используется медный провод. Такой материал хорошо подойдет для нагрева воды в котлах.

Кроме трансформатора в устройстве присутствует генератор и насос (необязательно).

Схема простого индукционного водонагревателя. Как видно, прибор имеет довольно простую конструкцию и малое количество элементов.

Узлы и детали теплогенератора

Устройство включает в себя:

• генератор переменного тока, который увеличивает частоту тока;
• индуктор, трансформирующий электроэнергию в магнитную энергию, представляет собой катушку из медной проволоки;
• нагревательный элемент, чаще всего его роль играет металлическая труба.

Благодаря такой конструкции передача энергии осуществляется практически без потерь. КПД достигает 98%.

Принцип работы

Индукционный водонагреватель состоит из генератора, катушки и сердечника, последний нагревается за счет электромагнитной энергии

Прибор преобразует электрическую энергию в электромагнитную. Последняя, в свою очередь, воздействует на сердечник (трубу), который нагревается и передает воде тепловую энергию. Преобразовывает все эти энергии индуктор, состоящий из катушки и сердечника. Генератор используется для повышения частоты тока, так как со стандартной частотой в 50 Гц сложно добиться высокого нагрева.

В заводских моделях частота тока достигает 1 кГц.

Проточный индукционный водонагреватель своими руками

Прежде чем приступать к монтажу, вам необходимо запастись необходимыми деталями. Так, лучшим вариантом будет сварочный высокочастотный инвертор, плавно изменяющийся диапазон силы тока . Такое устройство обойдется дешевле всего. Более дорогим вариантом станет трехфазный трансформатор, являющийся источником питания переменного тока для индуктора водонагревателя. В таком случае стоит использовать катушку на 50-90 витков, а в качестве материала взять медную проволоку с диаметром 3 или более миллиметров.

В качестве сердечника можно использовать как металлическую, так и полимерную трубу вместе с проволокой (используется как нагревательный элемент). В последнем случае толщина стен не должна быть менее 3 мм, чтобы спокойно выдерживать высокие температуры.

Для сборки водонагревателя вам понадобятся: кусачки, отвертки, паяльник и сварочный аппарат, если используется металлическая труба.

Монтаж индукционного нагревателя воды

Обмотайте трубу медной проволокой, сделав около 90 витков.

Вариантов сборки устройства существует множество. Предлагаем попробовать собрать прибор по следующей схеме:

1. Подготовьте рабочее место, материалы и инструменты.
2. Зафиксируйте небольшой отрезок полимерной трубы (не забывайте, что минимальная толщина стенки должна составлять 3 мм).
3. Обрежьте торцы сердечника, чтобы осталось 10 см в запасе провода для отводов.
4. На нижнем отводе смонтируйте уголок. В дальнейшем сюда следует подключить обратку от отопления (если нагреватель используется в качестве котла).
5. Плотно уложите рубленый провод вокруг трубы. Необходимо сделать не менее 90 витков.
6. Установите на верхнем патрубке тройник, через который будет выходить горячая вода.
7. Смонтируйте защитный контур устройства. Его можно изготовить как из полимера, так и из металла.
8. Подключите к клеммам водонагревателя медную проволоку, затем заполните сердечник водой.
9. Проверьте работоспособность индуктора.

Рекомендации. На всех выводах лучше устанавливать шаровые краны для удобства и простоты демонтажа водонагревателя в случае поломки. А вот заполнять металлическими кусочками трубу необязательно, так как должного эффекта это не дает. Не забудьте оставить окошко в корпусе для доступа к панели управления сварочного аппарата.

Индукционные нагреватели воды для отопления

Схема отопления, где в роли нагревателя теплоносителя служит индукционный котел.

Подобное устройство хорошо зарекомендовало себя не только в качестве проточного водонагревателя, но и котла для отопления. Правда, в таком случае сварочный аппарат в роли генератора уже не подойдет, придется использовать трансформатор, имеющий две обмотки . Последний трансформирует вихревые токи, возникающие на первичной обмотке в электромагнитное поле, которое создается на вторичном контуре.

В системе отопления теплоносителем может быть не только вода, но и масло или антифриз. То есть любая жидкость, способная проводить электрический ток.

Котел из индукционного водонагревателя нужно оснастить двумя патрубками для горячей и холодной воды. С нижнего будет поступать холодная вода, его нужно монтировать на вводном участке линии, а сверху необходимо расположить патрубок, который будет подавать горячую воду в систему отопления. В итоге циркуляция воды осуществляется естественным путем под действием конвекции без насоса.

Что нужно знать о безопасности

Не забывайте, что мы имеем дело с источником повышенной опасности – электрическим нагревательным прибором, поэтому при его сборке и использовании необходимо соблюдать некоторые правила:

Обязательно используйте отдельную электрическую линию для подключения индукционного котла, а также оснастите его группой безопасности.

1. Если в котле циркуляция воды осуществляется естественным путем, то обязательно оснащайте его датчиком температуры, чтобы при перегреве устройство отключалось автоматически.
2. Не подключайте самодельный водонагреватель в розетку, лучше проведите для этого отдельную линию с увеличенным сечением кабеля.
3. Все открытые участки проводов нужно заизолировать, чтобы обезопасить людей от удара током или ожога.
4. Ни в коем случае не включайте индуктор, если труба не заполнена водой . В противном случае труба расплавится, а прибор замкнет или он может и вовсе загореться.
5. Устройство нужно монтировать на высоте 80 см от пола, но так, чтобы до потолка оставалось около 30 см. Также не стоит его устанавливать в жилой зоне, так как электромагнитное поле плохо сказывается на здоровье людей.
6. Не забудьте сделать заземления индуктора.
7. Обязательно подключайте прибор через автомат, чтобы в случае аварии последний отключил питание от водонагревателя.
8. В систему трубопровода нужно вмонтировать предохранительный клапан, который будет снижать давление в системе автоматически.

Заключение

Индукционный водонагреватель имеет высокий КПД, может выступать в роли котла для системы отопления, также допускается самостоятельная сборка и установка, а его использование никак не регламентируется законом РФ. Но все же прежде чем его использовать, стоит взвесить все за и против. Несмотря на высокую эффективность, прибор потребляет большое количество энергии, считается небезопасным (особенно самодельный) и плохо воздействует на здоровье человека. Поэтому рекомендуем монтировать индуктор в частном доме или на даче.

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.