Индукционный нагреватель своими руками: особенности конструкции и пример рабочей схемы устройства

Обновлено: 30.04.2024

Сегодня для нагрева воды чаще всего используются нагреватели индукционного типа. Популярность этих устройств во многом вызвана их экологической безопасностью и невысокой стоимостью.

Собрав индукционный нагреватель своими руками, можно изготовить прибор для проточного нагрева воды и при этом сэкономить на покупке готового.

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.

Однако плюсы этого устройства полностью нивелируют его недостатки. В домашних условия чаще всего собирают индукционный нагреватель из сварочного инвертора.

Особенности конструкции

Именно благодаря своей простоте, эти приборы и пользуются большой популярностью. В корпусе находится катушка, внутрь которого вставлен отрезок трубы, с помощью двух патрубков соединенный с системой отопления. Катушку можно присоединить непосредственно к сети электропитания или сделать это через преобразователь. Во втором случае увеличится частота колебаний тока в инверторе. В состав преобразователя входит три элемента:

Выпрямитель тока.
Двухтранзисторный инвертор.
Схема управления полупроводниковыми приборами.

Принцип работы такого устройства во многом напоминает трансформатор. Главным же отличием является вторичная обмотка — она короткозамкнута и находится внутри первичной.

Индукционный нагреватель воды своими руками

Современные разработки и стремление конструкторов позволило задействовать индукционные обогреватели для поддержания комфортной среды в жилище. Индукционный бойлер имеет хорошие показатели эффективности и быстро обеспечивает контуры отопления подогретым теплоносителем. Помимо этого, можно установить косвенный нагрев и пользоваться горячей водой в бытовых целях.

К достоинства индукционного котла можно отнести:

бесшумность;
низкая стоимость при изготовлении своими руками;
вибрации во время работы помогают очистить внутреннюю часть агрегата;
ломаться в конструкции практически нечему.

Самодельный водяной нагреватель простейшей конструкции создается своими руками на базе электронной начинки сварочного аппарата. Для понимания основ необходимо разобрать основные составляющие агрегата, рассмотреть последовательность функционирования электронной схемы.

Принцип работы индукционного нагревателя

Каждая установка индукционного нагрева обязательно включает в свою конструкцию:

инверторный элемент — предназначен для трансформаций бытовой энергии в высокочастотные импульсы;
индуктор — служит для формирования электромагнитного поля;
нагревательный (рабочий) элемент — осуществляет разогрев воды или металла, в зависимости от того, зачем создается индукционная нагревательная установка.

Рабочая схема основана на последовательном функционировании всех элементов.

Выглядит это так:

Инвертор производит преобразование тока низкой частоты в высокую, подает его на вторую ступень — индуктор.
Катушка, выполненная по расчетам на условленное количество витков медной проволоки определенного сечения, формирует магнитное поле. Оно становится основанием для формирования вихревых потоков.
Нагревательный компонент, смонтированный в индукторе, за счет прохождения через него вихревых токов от катушки получает мощный нагрев.
Далее в схеме задействуется либо теплообменник с теплоносителем для системы отопления, либо камера нагрева. В последнюю помещаются металлические заготовки и формы для плавления металла. В качестве нагретой воды может использоваться и та жидкость, которую подают на контур индуктора. если он выполняется из медной трубки. Индукторная катушка может охлаждаться воздушно, но потребуется дополнительное устройство удаление лишней тепловой энергии.

Установка индукционного нагрева имеет достаточно простой принцип работы. Вместе с этим она эффективна и показывает стабильность работы с минимум отказов.

Сфера применения

Индукционные печи применяются не только для нагрева. Направления использования:

разнообразная закалка с формирование упрочненного слоя от 0.8 до 1.2 мм;
отжиг проволоки малого сечения;
пайка и индукционная сварка емкостей с тонкими стенками, из черных и цветных металлов;
напаивание режущей гарнитуры на инструмент для металлообработки;
плавка цветных и некоторых видов черных металлов;
разогрев заготовок для ковки — используется как индукционный горн;
скоростная сварка труб с прямым швом повышенного качества;
отопление и горячее водоснабжение. Индукционный нагреватель применим в качестве основного источника обогрева зданий;
автосервисы — разогрев прикипевших гаек и болтов локально для легко снятия агрегатов с авто.

В основном, простой индукционный нагреватель задействуется на объектах промышленного производства как в малых, так и крупных масштабах.

Самодельные установки на основе простейших схем, элементов из микроволновки находят применение у гаражных специалистов и в небольших домашних мастерских.

Схема

Упрощенная схема, рассчитанная на мощность в 1600 Вт. На практике работоспособный вариант, требующий определенных доработок и совершенствования.

Схема индукционного нагревателя имеет свои плюсы:

элементарные сборочно-монтажные процедуры;
компоненты схемы доступны для покупки.

Данный высокочастотный экспериментальный индукционный нагреватель функционирует на основе принципа «двойного полумоста». Схема дополнена транзисторами в количестве 4 шт, с защищенными изоляцией затворами. Серийная модель этого компонента — IGBT. Управление реализовано на микросхеме IR2153.

Конструкция обеспечивает создание мощности, равной по схеме полного моста. При функционировании на основе тактируемого полумостового драйвера затвора принципиальное построение агрегата упрощается как в проекте, так и в изготовлении и сборке, работе. Представленный диод двойного типа с увеличенной мощностью маркировки STTH200L06TV1 (2x 120A).

Для применения будет приемлемо задействовать в схеме диоды уменьшенной мощности — около 30А. Транзисторы IGBT в своем составе имеют встроенные диоды — это дополнительно упростит схему.

Показания рабочей частоты регулируются потенциометром. Появление резонанса отражается максимальной яркостью светодиодов.

Индукционные установки профессионального уровня имеют усложненные схемы с автоматической настройкой по основным показателям системы. Для простейших конструкций, таких как индукционный нагреватель воды выполненный своими руками, основным критерием будет являться простота в схеме. В этом случае при ошибке сборки или проектирования можно быстро устранить недочеты.

Как сделать индукционный нагреватель своими руками — пошаговая инструкция

Изготавливается индукционная сварка или простейший нагреватель из микроволновки — нужно знать, какие работы в нем будут проводиться. Исходя из размера помещаемых в зону нагрева заготовок могут меняться габариты индуктора, мощность конденсатора и технические характеристики изолирующего трансформатора.

В статье разобран пример того, как сделать тестовую индукционную печь и понять принцип работы таких устройств. Увеличение габаритов, изменение мощности и схемы устройства требует дополнительных расчетов и предварительного проектирования.

Для сборки агрегата потребуется закупить все представленные на схеме элементы силовой электроники. Часть компонентов возможно найти в магазинах радиодеталей, часть — на алиэкспресс.

Соединение в общую цепь производится методом пайки или с помощью болтов плюс изолирующие материалы. Отдельные умельцы задействуют готовые элементы, демонтированные своими руками из микроволновки. Установка высокочастотного индукционного нагрева требует особого внимания к 3 элементам цепи и происходящим в них процессам. Разберем подробнее каждый.

Регулировка частоты

Диапазон рабочей частоты устройства составляет от 110 до 210 кГц. Поэтому самодельный экспериментальный индукционный нагреватель должен иметь узел регулировки частоты. В цепи управления регулировкой задействуется питающее напряжение — примерно 15 В. В качестве источника используется адаптер малой мощности в обычном или коммутируемом исполнении.

Возможно использовать в схеме устройство регулировки с Алиэкспресс.

Магнитный нагреватель выходными контактами соединяется с рабочей цепью катушки. В качестве промежуточного звена используется согласующий дроссель L1 и трансформатор. Конструкция дросселя реализована в виде 4 витков провода, сердечник имеет поперчное сечение 23 см. Изолирующий трансформатор сформирован на основе 12 витков двухжильного провода сечением 16 мм². Поперечный размер сердечника — 14 см.

Можно использовать изолирующий трансформатор производства Magnetics, Inc. Данная фирма, а также Adams Magnetics делают качественное оборудование, в частности ферритовые торроиды.

Мощность подобного индукционного нагревателя, собранного своими руками, примерно равна 1.6 кВт.

Катушка индуктивности

Установка для индукционного нагрева в конструкции имеет катушку. В качестве намотки применяется проволока сечением 3.3 мм. В качестве основания используется медная трубка. В конструкции катушки можно использовать простейшее водяное охлаждение. Особенности конструкции:

количество витков — 6;
сечение — 24 мм;
высота элемента — 23 мм.

В процессе работы схемы будет происходить существенный нагрев металла. Поэтому к качеству исполнения и выбранным материалам необходимо подходить особенно ответственно.

Модуль конденсатора

Резонансный конденсатор в примере выполнен в виде блока из нескольких емкостных элементов. Можно использовать одно устройство с емкостью 2.3 мкФ. В примере задействовано 23 единицы конденсаторов. Характеристики использованных элементов:

емкость — 100 нФ;
напряжение — 275 Вольт;
материал корпуса — полипропилен МКП;
класс Х2.

Данный вид конденсаторов не является целевым для создания подобных агрегатов. Индукционная сварка и нагревательные устройства чаще всего получают в схему ЭМИ фильтр. На практике же использованные емкостные элементы показали стабильную работу при условиях, когда частота составляла 160 кГЦ, выше не желательно.

Как сделать нагревательный элемент

Нагревательным элементом конструкции служит индуктор, то есть катушка. Поэтому для создания зоны нагрева внутри индуктора рассмотрим несколько случаев.

Установка индукционного нагрева для отопления. В этом случае внутри катушки будет размещаться медная или стальная трубка, имеющая герметичное присоединение для подачи теплоносителя. За счет быстрого нагрева от спирали подогреватель должен пропускать через себя большое количество теплоносителя. Циркуляционный насос для такой схемы является обязательным элементом. Объем охлаждающего контура зависит от мощности и размеров индуктора.
Индукционная сварка. Размер катушки и трубки, в которой будет происходить сварочный процесс зависит от технологической задачи.
Индукционная печь для нагрева, плавки металла своими руками. Камера нагрева должна соответствовать размеру помещаемых форм, заготовок.

Вне зависимости от назначения агрегата потребуется уделить особое внимание не только конструктиву. Обязательно предусматривается возможность отвода лишнего тепла и электрозащита токоведущих элементов.

Индукционную печь своими руками можно собрать на основе сварочного аппарата, которым не придется пользоваться в основных целях. Для этого производится модернизация присоединительных разъемов с заменой пластиковых элементов корпуса на металлический.

За счет высокого нагрева и активной теплопередачи в конструкции индуктора используется медная трубка, соединение — пайка высокотемпературным припоем. Допускается использование обжимных фитингов.

В приведенном примере задействуется графитовый тигель — в нем плавятся цветные металлы. Для увеличения мощность может быть использован более мощный сварочный аппарат. Подробнее в видео — индукционная печь для плавки металла на основе инвертора Интерскол.

Для отвода излишнего тепла установлены тройники — горячий воздух из контура индуктора выходит наружу. Устраивать дополнительную защиту нагревательного элемента можно с учетом отвода излишков тепла без перегрева блока питания.

Техника безопасности

Индукционная сварка и установка для ее производства является особо опасными механизмами. Электрическая схема прибора присоединяется к сети с переменным током, напряжение может нанести серьезный вред здоровью. Поэтому монтаж всех токоведущих элементов производится с учетом изолирования. Проверка сборочных работ производится с помощью потенциометра или мультиметра.

Части, подверженные нагреву — индуктор и присоединяемые к нему участки схемы, могут стать причиной ожогов, опасны в пожарном отношении. Индукционная сварка и нагрев металлов может производиться только под присмотром. Помещение, где работает индуктивный агрегат, оснащается огнетушителями. Расплавленный металл даже в тигеле требует осторожного обращения до момента остывания.

Электромагнитное поле высокой частоты своим воздействие может навредить электронике и носителям информации типа hdd. Электромагнитные помехи могут стать причиной нестабильной работы гаджетов и бытовой техники.

Для безопасности и защиты от перегрева питающей сети обязательно оснастить схему с индуктором для твч дифавтоматами по номинальному току потребления установки.

Преимущества и недостатки прибора

Сделанный своими руками или приобретенный индукционный нагреватель — очень полезный и практичный агрегат для производственных цехов и автосервисов.

Относительная экономичность в энергопотреблении. Коэффициент полезного действия — высокий.
Универсальность выполняемых действий. Если позволяет рабочая область, можно выполнять: закаливания, наплавление, сварку, термическое упрочнение и множество других операций с металлами. Может использоваться и как горн.
Направленый из индукционной печи поток энергии может проникать в заготовку на установленную глубину, если реализована хорошая схема управления устройством.
Индукционный ТВЧ нагрев повышает качество обработки, снижая брак в процессе производства.
Необходимо минимум времени от запуска устройства до начала работы с металлическими изделиями.
Индукционный водонагреватель является одним из эффективнейших средств для отопления помещений. Вместе с тепловым аккумулятором может работать в районах, где питание в сети в холодное время нестабильно.

К недостаткам устройств относятся:

Самодельный агрегат имеет небольшие зоны нагрева, плавление значительного объема металла затруднительно.
Высокая стоимость заводских индукционных нагревателей. Поэтому мастера решаются сделать собственными руками свой индукционный нагреватель.

Установки на ТВЧ, заводского исполнения и самодельные, являются эффективным и экономичным инструментом металлообработки. Равномерное нагревание способствует качественному выполнению работ. Надежность конструкции позволяет устанавливать ее в отопление с водяными контурами.

Приборы, осуществляющие нагрев за счет электричества, а не газа, безопасны и удобны. Такие нагреватели не производят копоти и неприятного запаха, но потребляют большое количество электроэнергии. Отличный выход — собрать индукционный нагреватель своими руками. Это и экономия средств, и вклад в бюджет семьи. Существует много простых схем, по которым индуктор можно собрать самостоятельно.

Сила индукции

Для того чтобы было легче разобраться в схемах и правильно собрать конструкцию, нелишним будет заглянуть в историю электричества. Способы нагрева металлических конструкций электромагнитным током катушки широко используются в промышленном изготовлении бытовых приборов — котлов, нагревателей и плит. Оказывается, можно сделать рабочий и долговечный индукционный нагреватель своими руками.

Принцип работы устройств

Знаменитый британский ученый XIX века Фарадей в течение 9 лет проводил исследования, чтобы преобразовать магнитные волны в электричество. В 1931 году наконец было совершено открытие, получившее название электромагнитная индукция. Проволочная обмотка катушки, в центре которой находится сердечник из магнитящегося металла, создает магнитное поле под силой переменного тока. Под действием вихревых потоков сердечник нагревается.

Важный нюанс — нагревание произойдет, если переменный ток, питающий катушку, будет менять вектор и знак поля на высоких частотах.

Открытие Фарадея стали применять как в промышленности, так и при изготовлении самодельных моторов и электронагревателей. Первую плавильню на основе вихревого индуктора открыли в 1928 году в Шеффилде. Позже по тому же принципу обогревали цеха заводов, а для нагрева воды, металлических поверхностей знатоки собирали индуктор своими руками.

Схема устройства того времени действительна и сегодня. Классический пример — индукционный котел, в составе которого имеются:

металлический сердечник;
корпус;
тепловая изоляция.

Меньший вес, размер и более высокий КПД осуществляются за счет тонких стальных труб, служащих основой сердечника. В кухонных плитках индуктором выступает сплющенная катушка, расположенная вблизи варочной панели.

Особенности схемы для ускорения частоты тока следующие:

промышленная частота в 50 Гц не подходит для самодельных приборов;
прямое подключение индуктора к сети приведет к гулу и слабому нагреву;
эффективное нагревание осуществляется при частоте 10 кГц.

Сборка по схемам

Собрать индуктивный нагреватель своими руками может любой человек, знакомый с законами физики. Сложность устройства будет варьироваться от степени подготовленности и опытности мастера.

Существует множество видеоуроков, следуя которым можно создать эффективное устройство. Практически всегда необходимо использовать такие основные составляющие:

стальная проволока диаметром 6−7 мм;
медная проволока для катушки индуктивности;
сетка из металла (для удержания проволоки внутри корпуса);
переходники;
трубы для корпуса (из пластика или стали);
высокочастотный инвертор.

Этого будет достаточно для сборки индукционной катушки своими руками, а ведь именно она находится в основе проточного водонагревателя. После подготовки необходимых элементов можно подходить непосредственно к процессу изготовления аппарата:

нарезать проволоку на отрезки в 6−7 см;
металлической сеткой покрыть внутреннюю часть трубы и засыпать проволоку доверху;
аналогично закрыть отверстие трубы снаружи;
намотать на пластиковый корпус медную проволоку не менее 90 раз для катушки;
вставить конструкцию в систему отопления;
с помощью инвертора подключить катушку к электричеству.

Желательно предварительно заземлить инвертор и приготовить антифриз или воду.

По похожему алгоритму можно легко собрать индукционный котел, для чего следует:

нарезать заготовки из стальной трубы 25 на 45 мм со стенкой не толще 2 мм;
сварить их друг с другом, соединяя меньшими диаметрами между собой;
приварить железные крышки к торцам и просверлить отверстия для патрубков с резьбой;
сделать крепление для индукционной печки, приварив с одной стороны два уголка;
вставить варочную панель в крепление из уголков и подключить к электросети;
внести в систему теплоноситель и включить нагрев.

Многие индукторы работают на мощности не выше 2 — 2,5 кВт. Такие обогреватели рассчитаны на помещение 20 — 25 м². Если генератор используют в автосервисе, можно подключить его к сварочному аппарату, но важно учитывать определенные нюансы:

Необходим переменный ток, а не постоянный как у инвертора. Сварочный аппарат придется исследовать на наличие точек, где напряжение не имеет прямой направленности.
Количество витков к проводу большего сечения подбирается математическим вычислением.
Потребуется охлаждение работающих элементов.

Создание усложненных приборов

Сделать нагревательную установку ТВЧ своими руками сложнее, но это подвластно радиолюбителям, ведь для ее сбора потребуется схема мультивибратора. Принцип работы аналогичен — вихревые токи, возникающие из взаимодействия металлического наполнителя в центре катушки и ее собственного высокомагнитного поля, нагревают поверхность.

Конструирование ТВЧ-установок

Поскольку даже небольшого размера катушки вырабатывают ток около 100 А, вместе с ними потребуется подключить резонирующую емкость для уравновешивания индукционной тяги. Существует 2 вида рабочих схем для нагревательной ТВЧ в 12 В:

целенаправленная электрическая;
подключенная к питанию сети.

В первом случае мини ТВЧ-установку можно собрать за час. Даже при отсутствии сети в 220 В можно использовать такой генератор где угодно, но при наличии автомобильных аккумуляторов как источников питания. Конечно, она недостаточно мощная, чтобы плавить металл, но способна нагреться до высоких температур, необходимых для мелкой работы, например, нагрев ножей и отверток до синего цвета. Для ее создания необходимо приобрести:

полевые транзисторы BUZ11, IRFP460, IRFP240;
автомобильный аккумулятор от 70 А/ч;
высоковольтные конденсаторы.

Ток источника питания 11 А в процессе нагревания снижается до 6 А из-за сопротивления металла, но необходимость в толстых проводах, выдерживающих ток 11−12 А, сохраняется, чтобы избежать их перегрева.

Вторая схема для индукционной установки нагрева в пластиковом корпусе более сложная, на основе драйвера IR2153, но по ней удобнее выстроить резонанс по регулятору в 100к. Управлять схемой необходимо через адаптер сети с напряжением от 12 В. Силовую часть можно подвести напрямую к основной сети в 220 В, используя диодный мост. Частота резонанса получается 30 кГц. Потребуются следующие элементы:

ферритовый сердечник 10 мм и дроссель 20 витков;
медная трубка в качестве катушки ТВЧ в 25 витков на оправку 5−8 см;
конденсаторы 250 V.

Вихревые нагреватели

Более мощную установку, способную греть болты до желтого цвета, можно собрать по простой схеме. Но при работе выделение тепла будет довольно большим, поэтому рекомендуется устанавливать радиаторы на транзисторы. Также потребуется дроссель, позаимствовать который можно из блока питания любого компьютера, и следующие вспомогательные материалы:

стальной ферромагнитный провод;
медная проволока в 1,5 мм;
полевые транзисторы и диоды под обратное напряжение от 500 В;
стабилитроны мощностью 2−3 Вт с расчетом на 15 В;
простые резисторы.

В зависимости от желаемого результата, намотка провода на медную основу составляет от 10 до 30 витков. Далее идет сборка схемы и подготовка катушки-основы нагревателя примерно из 7 витков медной проволоки в 1,5 мм. Она подключается к схеме, а затем к электричеству.

Умельцы, знакомые со сваркой и управлением трехфазным трансформатором, способны еще больше повысить КПД устройства при одновременном снижении веса и размера. Для этого нужно сварить основания двух труб, которые послужат как сердечником, так и нагревателем, а в корпус после обмотки вварить два патрубка для осуществления подвода и отвода теплоносителя.

Мастера рекомендуют обязательно сделать для этой конструкции изоляцию во избежание утечки тока и тепла. Это также позволит уменьшить шум во время работы.

Общие советы

Ориентируясь на схемы, можно достаточно быстро собрать индукторы различной мощности для нагрева воды, металлов, обогрева дома, гаража и автосервиса. Необходимо помнить и о правилах безопасности для эффективной службы нагревателей такого типа, ведь утечка теплоносителя из самодельного устройства может закончиться пожаром.

Есть определенные условия организации работы:

расстояние между индукционным котлом, стенами, электроприборами должно быть не меньше 40 см, а от пола и потолка лучше отступить 1 м;
с помощью манометра и устройства по сбросу воздуха обеспечивается система безопасности за выходным патрубком;
пользоваться устройствами желательно в закрытых контурах с принудительной циркуляцией теплоносителя;
возможно применение в пластиковых трубопроводах.

Самостоятельная сборка индукционных генераторов обойдется недорого, но и не бесплатно, ведь нужны комплектующие достаточно хорошего качества. Если у человека нет специальных знаний и опыта в радиотехнике и сварке, то не стоит самостоятельно собирать обогреватель для большой площади, ведь мощность нагрева не превысит 2,5 кВт.

Однако самостоятельная сборка индуктора может рассматриваться как самообразование и повышение квалификации хозяина дома на практике. Можно начать с небольших приборов по простым схемам, а поскольку принцип действия в более сложных устройствах тот же, только добавляются дополнительные элементы и преобразователи частоты, то и освоить его поэтапно будет легко и вполне бюджетно.

Читайте также: