Резултатите от тази статия отнеха почти година и бяха похарчени много пари, така че моля, преди да правите изводи, прочетете от първите редове до края - много неща ще станат ясни.
Всичко започна, когато се повдигна темата за подмяна на парното у дома. Газът е добър, разбира се, но нашият котел е доста стар и не искаме да го сменяме - има плавен контрол на температурата, а съвременните са дискретни, т.е. не горят на половина или 1/4 четвърт от максимума и колкото по-плавно е регулирането, толкова по-икономичен е всеки нагревател. Да, спестяванията не са големи, но мога да похарча дори 200-300 рубли спестявания по свое усмотрение, вместо да плащам за газ.
Е, както се очакваше, всичко започна с търсачка. Въведох заявката за търсене „Индукционен котел“ и започнах да проуча намерените страници... И трябваше да се замисля сериозно...

Първо, бях объркан от глупостите, които изпълниха страниците, описващи индукционния котел, принципа на индукционното нагряване и мизерията на управляващите вериги. Можете да проверите сами, като напишете в търсачката ИНДУКЦИОНЕН КОТЕЛ С РЪЦЕТЕ СИ или ЧЕРТЕЖИ НА ИНДУКЦИОНЕН КОТЕЛ. Почти всички страници съдържат връзки към видео, където мъж в банята поставя индукционна печка зад топлообменника и радостно съобщава, че всичко е готово, подло премълчавайки факта, че печките имат автоматично изключване и рестартира печката на всеки 2 -3 часа.
На една от страниците, рекламиращи индукционни котли, беше заявена откровена параноя, не мога да се сдържа да не цитирам:
Нагревателният елемент се нагрява, защото през неговия проводник протича ток с повишено съпротивление, така че във всеки случай той се нагрява до определените 600 - 750 * C и охлаждащата течност на повърхността му винаги кипи. Поради това нагревателният елемент бързо обраства с котлен камък. В резултат на това преносът на топлина намалява и нагревателният елемент в крайна сметка изгаря.
В индукционен котел можете да използвате различни охлаждащи течности, дори петролни продукти, ако не са прегрети над 70 * C.
КАКВО??!!! 600-750 градуса?!Добре, да вземем един нафтов нагревател, да изхвърлим термостата и да го загреем на максимум, като предварително се молим да не се спука. Разбира се, по-добре е да видите веднъж, отколкото да чуете сто пъти. ТАКА ЧЕ НЕКА РАЗГЛЕДАМЕ
И така, температурата на намотката е 421 градуса при температура на радиатора 168 градуса и това отчита факта, че вътре има масло, а топлопроводимостта му е 5 пъти по-лоша от водата. Откъде идва тогата, интересно, 600-750 градуса? Така че, за всеки случай, температурата на топене на алуминия е 660 градуса, на медта 1100. Знам обаче къде - някои нихромови сплави имат максимална работна температура 750 ° C, но има големи съмнения дали ще бъде постигната.
Нагревателният елемент обрасъл ли е с котлен камък? И също ли са подправяли снимката?Хм...

Охо-хоюшки хо-хо... За тези, които не знаят, това е нагревател от пералня и едно време доста често ги сменях, защото работех в сервиз. И така, тази ужасна дума МАЩАБ:
Котленият камък представлява твърди калциеви отлагания, които трудно се разтварят и се образуват в резултат на образуване на пара или нагряване на вода. Освен варовик, при нагряване на водата се образува и въглероден диоксид. Но количеството му има значение само в индустриален мащаб при работа с твърда вода. Така че в котелните помещения при декалциране на котли е необходимо да се проветряват помещенията, но при преваряване на вода също е необходимо да се осигури добра вентилация в помещението.
Образуването на котлен камък по време на нагряване на водата винаги се получава, ако водата е твърда. Само мащабът може да е различен, защото... Твърдостта на водата може да не е непременно карбонатна. Ясно е, че причината за образуването на карбонатен котлен камък са калциевите и магнезиевите соли. Ако образуването на котлен камък се дължи на калциев силикат, тогава мащабът се оказва сулфатен. Съединенията на силициевата киселина на вещества като желязо, алуминий или калций водят до образуването на силикатен котлен камък. Така че образуването на котлен камък след работа с твърда вода не означава, че е паднал карбонатен котлен камък. Въпреки че трябва да се изясни, че карбонатната скала е най-често срещаната.
ха! От това не е трудно да се заключи, че котлен камък се доставя само с нова порция вода, а водата в системата се сменя изключително рядко и точно този слой котлен камък се образува само веднъж и постепенно се удебелява с всяка нова порция вода, и вода също не се добавя често към системата. Следователно, нагревателният елемент на котела ще достигне състоянието, показано на снимката, след около 20 години след изгниване на алуминиевите радиатори, тъй като котленият камък се утаява не само върху тялото на нагревателния елемент, но и върху тялото на самия котел, по-малко , но все пак се установява.
И между другото е напълно възможно да се отървете от котления камък в отоплението - 100 грама антикотлен камък в системата напълно ще елиминират този проблем - тестван чрез работа на електрически бойлер в продължение на три отоплителни сезона.
Но да се върнем към рекламата на индукционни котли:
В котлите с нагревателни елементи може да се използва само вода като охлаждаща течност и освен това дестилираната вода е най-добра.
При поддръжка котлите с нагревателни елементи са по-малко практични от индукционните, тъй като преходният контакт между захранващия проводник и проводника на самия нагревателен елемент постоянно се прегрява и в резултат на това се окислява и отслабва. Необходимо е постоянно да се гарантира, че захранващият проводник не изгаря, в противен случай, ако изгори, резбовата връзка на нагревателния елемент може да се повреди и такъв работещ нагревателен елемент ще трябва да бъде заменен. Този проблем не съществува при индукционните котли, тъй като връзката на неговия нагревателен елемент с захранването се осъществява чрез електромагнитното поле на променлив ток.
Е, да, разбира се, разбира се. Бобината на индуктора свързана ли е безжично към гнездото? ГОТИНО! Най-често изгарянето се случва в точките на свързване при големи натоварвания и непрекъсната денонощна работа, така че прегрятите контакти не звучат убедително... Добре, какво следва?
Индукционните котли могат да се монтират на всяко място, дори не на отделно място. Те са огнеупорни и работят безшумно.
да!!! Нагревателният елемент вътре в котела непрекъснато ли удря с главата си стените и изобщо не позволява да останете в стаята?
Индукционните котли осигуряват електрическа безопасност на човека много по-висока от котлите с нагревателни елементи, тъй като самият нагревателен елемент може да изгори по два начина: а) с намаляване на налягането на корпуса; в този случай нагрятият нихром се разпада, когато водата го удари - няма опасност човек да попадне под напрежение; б) без разхерметизиране на корпуса; в този случай нагретият нихром може да се придържа към тялото на нагревателния елемент. Нагревателният елемент продължава да работи, а чрез водата металното тяло на бойлера се захранва.
Напълно логичен е аргументът, че ако котелът е инсталиран в нарушение на правилата за безопасност, всяко захранващо устройство трябва да бъде заземено. Но той може да убие глупак с батерия, добре, ако е с прашка и в главата.
Все още не е възможно индукционната бобина на индукционен котел с мощност от 3 kW или повече при 50 Hz да бъде малка и компактна. Поради това нагревателният котел има много по-малки размери при същата мощност от индукционния котел.
Никога няма да стане - честотата е ниска, само 50 Hz, и трябва определена индуктивност, та дори и проводник, за да не загрее, когато през него минават същите тези 3 kW. Така че индукционният котел винаги ще бъде голям.
Е, принципните диаграми на индукционните котли всъщност са нещо. Един от сайтовете предложи използването на тази схема за индукционен котел:

Всъщност доста дълго се усмихвах - при захранване 10...30 волта ще подгряват ли котела? Да, захранването за този пердах ще генерира повече топлина от тази играчка за деца в средно училище.
Честно казано, попаднах на една доста интересна версия на тиристорна схема, но работата на звукови честоти не привлече вниманието ми.

Един от рекламните слогани буквално ме разсмя:
Спестяване на консумация на електроенергия
Консумация от 2,5 kW вместо 4–5 е отличен резултат. Но това се оказа недостатъчно за амбициозни и пестеливи домашни майстори. Но откъде мога да взема евтин ток за печката? Оказва се, че отговорът е известен отдавна.
Това устройство се нарича инвертор и преобразува постоянен ток в променлив. С негова помощ можете да намалите консумацията на ток за отопление почти до нула.
За да намалим консумацията на енергия се нуждаем от следното:
Две батерии с капацитет най-малко 190 A час (за предпочитане 250 A час). 4 kW инвертор.
Зарядно устройство за акумулатор (24 V).
Основните тръби трябва да бъдат направени от немагнитен материал (пластмаса, алуминий, мед).
Свързваме батериите паралелно и ги поставяме на постоянно „зареждане“. Процесът, който протича в електрическа верига:
Батериите генерират постоянен ток, който се подава към инвертора.
Инверторът преобразува постоянен ток в променлив 220 V.
Токът от инвертора се подава към индукционната пещ, която работи в нормален режим (поток).
Зарядното устройство непрекъснато зарежда батериите.
Честно казано, това е цитат от интернет и дори не мога да си представя към кого е насочен.

Като цяло рекламата на индукционния котел беше разочароваща, но все пак имаше объркване - производителите твърдяха по време на прекъсването, че индукционният котел има много по-голяма производителност в сравнение с нагревателния елемент. Попаднах на тази кука - работата на котела всъщност е доста добра икономия откъм светлина.
Нямах решимостта да направя индукционен котел веднага, затова реших първо да опитам да сглобя индукционен отоплителен радиатор. Първото нещо, което беше поискано беше индукционна печка, но не беше постигнато споразумение с жабата по темата за закупуването й, така че след като намерих схема на индукционна печка в интернет, силовата част беше изолирана от нея, което беше сглобени.

Идеята беше доста проста - филмовите кондензатори не издържат много добре на високи токове, така че използвайте няколко от тях и ако има няколко от тях, тогава ще бъде възможно да изберете капацитета по такъв начин, че получената LC верига да се управлява в резонанс и се получават максимални магнитни полета.
Беше решено да се използва квадратна тръба като топлообменник - зоната на топлообмен е както отвън, така и отвътре и това естествено работи само в негова полза.

Имаше съмнения, че електрониката ще се нагрее много, тъй като едноциклената версия трябваше да използва въздушен поток от радиатора. Е, за да не се губи въздушният поток напразно, беше решено да се използва като конвекционен поток - през тръба, за да се насочи вътре в квадратната тръба на топлообменника, като по този начин се увеличи производителността на конструкцията.

След това всичко това беше събрано в едно устройство и коригирано. Както се оказа, за разлика от едноцикличната версия, силовите транзистори със същия радиатор не се нуждаеха от въздушен поток, но вентилаторът все още беше оставен - топлопредаването е много по-добро с него. Скоростта обаче беше намалена до минимална чуваемост - така ще има повече ресурс, ще кара по-малко прах вътре и бръмченето няма да дразни.
След сглобяването, естествено, беше необходимо да се сравни кое всъщност е по-изгодно - масленият съд или индукционната печка. Бяха направени цял куп измервания, но всеки път индукторът се оказваше победител по отношение на карнавала, което доста вбеси зрителите от YouTube. Да, разбира се, някои измервания не бяха напълно правилни, но последният епизод на практика не предизвика критики, въпреки че мненията, че не съм ходил на училище и не знам закона за опазване, все още мигаха. Да, всъщност не съм посягал на този закон - говорим за производителност и нищо повече.
Като цяло, последните измервания са събрани в таблица, въз основа на резултатите от която можете да направите свои собствени изводи кое е по-изгодно.

ОТОПЛЕНИЕ НА МАЛКО ПОМЕЩЕНИЕ ДО ТЕМПЕРАТУРА 40°C
	изразходвани kW	Средна скорост на вятъра	Средна външна температура
Маслен нагревател
Индукционен нагревател
ПОДДЪРЖАНЕ НА ТЕМПЕРАТУРАТА В ЕДНО И СЪЩО ПОМЕЩЕНИЕ ПРЕЗ ЦЕЛИЯ ДЕН ВСЕКИ ИМА ПРИБЛИЗИТЕЛНО ЕДНАКВА СИЛА
Индукция
Намазана с масло
Конвекция
Две Масленици
ПОВЕЧЕ ПОДРОБНОСТИ ЗА ВРЕМЕТО ДАННИ ОТ САЙТА ЗА ПРОГНОЗА

Пълни подробности за направеното и как е направено са показани във видеото. Показано е МНОГО подробно, така че е повече от час и половина, така че се запасете с пуканки.

Веднага започнаха да се появяват въпроси като „Бихте ли ми сглобили контролна платка?“ Да, разбира се, че бих могъл, но има само две нови неща:
Това е скъпо, защото трябва да правите платки ръчно, НАПЪЛНО ръчно, тъй като не виждам опашка за това устройство и не е необходимо да поръчвам дъски от фабриката с минимална партида от 10 броя. А направата на дъска включва гладене, ръчно пробиване и калайдисване, т.е. доста време, което не мога просто да взема и давам - знаете, животът е ограничен и да го харча за нещо, което не ми е интересно и без да взема пари за това, е просто глупаво.
Вероятността необучен спойка да завърши този дизайн не е много висока, тъй като в допълнение към платката е необходим и индуктор, а това са намотки, броят на завъртанията в които директно зависи от метода на тяхното свързване, дебелината на стоманата и разстоянието между намотката и стоманата.
Като цяло реших да се спася от празно бърборене по тази тема и направих видео с препоръки за правене на индуктори и ако някой иска да си купи платка, просто го изпращам да гледа това видео с въпроса „Можете ли да направите същото ?" Редиците от купувачи се топят като сняг по време на дъжд...

Резултатът от конкуренцията между индукционния котел и нафтовия котел беше, разбира се, впечатляващ и идеята за сглобяване на индукционен котел се заби МНОГО здраво в главата ми. Първото нещо, което трябваше да се реши, беше кой индуктор да се сглоби. Разбира се, за разлика от домашните индукционни котли, нямаше да го направя на 50 Hz. И за това вече бяха необходими по-сериозни кондензатори - в интернет има твърде много снимки на експлодиращи филмови кондензатори. Ето защо бяха поръчани кондензатори за индукционни печки - те определено ще издържат както на ток, така и на напрежение. За потискане на импулсния шум в захранването бяха поръчани кондензатори и бяха закупени кондензатори от серия MKP, които се използват в индукционни печки, за създаване на резонанс. За захранване взех 5 µF и 3 µF, за индуктора 0,27 µF. Там, където купих, вече имаше табела, че продуктът не е наличен, така че изберете MKP CAPACITORS сами.
Друг фактор за създаването на индукционен котел беше тяхното масово производство, макар и не нашето, а по-компактно и високочестотно - китайски индукционни котли с мощност 6 kW и 10 kW. Вярно, от снимките беше ясно, че китайците са били ограничени до максимална мощност от 3 kW от една нагревателна секция, тъй като са използвали едноциклови преобразуватели - това се вижда от наличието на две и три еднакви контролни платки с принудителна вентилация. Използвайки мостов инвертор с натискане и дръпване, очаквах да получа 4-5 kW от една секция и като се има предвид, че силовата секция може да обслужва 2 секции на индуктора, изобщо нямаше проблеми с мощността.
Защо мощността на индукционния котел е ограничена? Всичко е доста банално - за да се получи резонанс, е необходима определена индуктивност. Ако резонансът е на звукови честоти, тогава и управлението, и самият индуктор ще станат чуваеми, а това ще бъде меко казано МНОГО уморително. Ако отидем на по-високи честоти, тогава ще бъдем принудени да намалим броя на завъртанията и силата магнитно поле, необходими за възникването на токове на Фуко, т.е. вихровите токове, които нагряват стоманата, ще намалеят. В края на краищата силата на магнитното поле е право пропорционална на броя на завоите и тока, протичащ през тях. Навиването на повишаващ трансформатор за получаване на повече напрежение не работи поради две причини:
Размери и цена на ферит
Проблемът с изолацията на индуктора и частта за управление на мощността
Да, да, изолацията тук също е от голямо значение - с резонанс и мостов инвертор подава около 800 волта на бобината на индуктора. Ако удвоите честотата, ще трябва да намалите и броя на навивките 2 пъти, а за да получите същата мощност, ще трябва да удвоите приложеното напрежение, а това вече е 1600 волта. Не, не посмях да опитам това и не ви съветвам също - това нещо става твърде опасно.
Първата версия на схемата за управление даде да се разбере, че в допълнение към повишената точност, схемата трябва да бъде леко променена, което беше направено. Все пак успях да проверя нещо в първата версия:

Изобщо не се впечатлих... Обаче, след като помислих малко, стигнах до извода, че съм избързал с проверката - магнитното поле около бобината на индуктора не беше затворено и това доведе до загуби - стоманен лист, който се намираше до котела, се загря значително по време на експеримента.
Е, тъй като все още загубих контрол над индукционния котел, беше решено да сглобя неразрушим стенд за тестване на индуктори и всъщност нов, по-обмислен контрол за индукционния котел.
След като седях една вечер, стигнах до тази диаграма на стенда за тестване. По принцип единственото нетрадиционно нещо тук е първият етап на ограничение на тока - ефективната стойност се формира не от продължителността на импулсите, както обикновено е обичайно в контролера TL494, а чрез промяна на честотата на преобразуване. Това решение се дължи главно на факта, че няма нужда да се справяте със самоиндукционни импулси, които причиняват нагряване на мощните транзистори, и тъй като товарът има реактивно съпротивление, което се увеличава с използваната честота, няма съмнение относно работоспособността на това схемно решение. Освен това във веригата беше въведен аналогов честотомер, който ви позволява да навигирате в използваните честоти. Разбира се, скалата на честотомера беше калибрирана според показанията на реален честотомер.

УГОЛЕМИ СХЕМАТА

Управлението на котела също претърпя някои промени и крайната електрическа схема придоби следната форма:

УГОЛЕМИ СХЕМАТА

Схемите имат общ принципконтрол на тока, протичащ през товара - регулиране на честотата. В стойката честотата зависи от тока, протичащ през товара, но за котела тази зависимост се формира от термостата. Освен това настройката има два етапа - първото намаляване на потреблението настъпва, когато температурата на охлаждащата течност достигне определена стойност и се извършва на стъпки. Втората степен на регулиране е плавна и променя мощността, подадена към индуктора на котела в зависимост от температурата на отопляемото помещение. По този начин инерцията на нагревателя напълно отсъства.
След неуспешен тест на първата версия на индукционния котел беше изпробвано екраниране на намотките с феритни пръти - увеличението на производителността беше изразено. Това, разбира се, ме вдъхнови, но не много - проектът ставаше твърде скъп - изискваше се много ферит, но не е евтин.
Решението на проблема дойде на два етапа. Първоначално беше решено да се използва тороидален топлообменник с лабиринт вътре, но след малко размисъл се появи скица на тороидален индукционен котел без лабиринт и с различно разположение на входящите и изходящите тръби.
Първото включване показа, че има твърде малко завъртания на котела и бобината трябваше да бъде запечатана и навита отново.
По същество остана една седмица преди сглобяването на контролната платка за индукционния котел, но ръцете ме сърбяха - котелът вече беше готов и готовността на тестовия стенд също не ми даде почивка.
Беше сглобен и тестван модел на отопление с няколко опции за електрически котли, но последният експеримент беше прекъснат - диаметърът на тръбите се оказа твърде малък и водата в котела с нагревателен елемент просто кипна:

Отоплителният модел беше преработен - добавена е циркулационна помпа, която ще предотврати кипенето на водата, а обемът на водата в модела се е увеличил от една и половина кофи на шест и половина, което направи възможно значително увеличаване на продължителността на Експериментът. И така, часът X или моментът на истината настъпи:

Честно казано, бях разстроен. Нямаше магическо увеличение на производителността. Ясно е, че при самоциркулация вероятността за увеличение най-вероятно ще бъде - при бавното движение на водата на повърхността на нагревателния елемент се образуват мехурчета, които се отвеждат в разширителния резервоар, отвеждайки топлина, но при използване на циркулационна помпа този ефект се отрича - нагревателният елемент се измива твърде интензивно с вода и образуването на газ намалява десетократно.
Разбира се, индукционният котел беше вкаран в резонанс, но зависимостта на протичащия ток е линейна - започва да расте с увеличаване на честотата и доближава резонанса, а след преминаването му токът също намалява линейно. Не бяха открити пикове на ток, протичащ през намотката.
Е, тъй като моделът е напълно сглобен, не можах да устоя да се опитам да си поиграя с електродния котел:

За тези експерименти беше закупен и нов модерен електромер, който след приключване на измерванията просто се оказа ненужен. Разбира се, моят любопитен нос също беше забит в него:

Като цяло не сглобих напълно платката за управление на котела - няма разлика в топлинната мощност на индукционен котел и котел, използващ нагревателни елементи, следователно няма да имам нужда от тази платка. Не, все още няма да го разглобявам напълно - имам на склад и TL494, и IR2110, но все още не съм запоил силовите транзистори към него. Оставете го да лежи засега. Но ще взема предвид идеите за индукционно нагряване - с такъв набор от мощностни устройства можете бавно или бързо да загреете много стоманени предмети за различни цели. Така беше натрупан опит и стойката остана за по-нататъшни експерименти.
Разбира се, жалко е, че идеята с индукционен котел се оказа несъстоятелна, но има технология за производство на индукционни нагреватели, които са електронно по-сложни от фабричните конвекторни нагреватели, но използват по-точен контрол на температурата или използват непрекъснат контрол , като в котел, можете да постигнете прилични спестявания.
Напомням още веднъж - не говорим за ефективност, а за производителност и няма нужда да размахвам учебници по физика и термодинамика в очите - експериментите, описани в учебниците, са проведени в идеални условия и дом никога няма да бъде в такива условия, винаги има топлообмен с околната среда. Нямах достатъчно интелект да изчисля математически какво и как ще се случи, затова събрах няколко модела и проверих всичко ЕКСПЕРИМЕНТАЛНО и видях всичко с очите си. Така че спрете със сарказма си и ако имате съмнения, можете да повторите всичко - всички електрически схеми, всички използвани дизайни са описани достатъчно подробно.

В заключение, няколко думи за перспективите на този метод на отопление в ежедневието. Всеки магнитен метал може да се нагрява. Защо ще направиш това не е моя работа. От моя страна бяха успешно тествани два варианта - домакинска ютия със стоманена основа и домашен поялник за пластмасови тръби.
За съжаление, по това време индукторите и силовата част бяха тествани и температурата беше контролирана с помощта на термодвойка. Днес вече е разработено управление на този нагревател чрез MK без използване на контактни сензори.

Принципът на работа се основава на постепенно намаляване на мощността, подадена към индуктора, когато се достигне зададената температура. Когато използвате IR2155o като главен осцилатор, ще ви трябва LED-фоторезисторен оптрон или фоторезисторна лампа. Когато температурата се приближи до зададената, светодиодите светват един по един. Първият увеличава честотата на главния осцилатор с 1,5 пъти, като по този начин отдалечава индуктора от резонанса. Вторият допълнително увеличава честотата с 1,5 пъти. Е, третият напълно спира генератора.
Как да направите такъв оптрон е показано във видеото:

В края на това видео има тест за желязо.
Схематична диаграмабезконтактен термостат е даден по-долу. MK може да се захранва от всяко стабилизирано петволтово захранване. Между другото, Ali продава УНИВЕРСАЛНИ ЗАХРАНВАЩИ блокове, които имат изходно напрежение от 5 волта за контролера и 12 волта, които могат да се използват за захранване на IR2155 и да се отърват от 2 W резистори. Само че е по-добре да отделите петволтовото заземяване от дванадесетволтовото заземяване.

Схемата, платката и фърмуера за MK са в АРХИВА.
Когато използвате оптрони TL494 или SG3525 като главен осцилатор, можете да използвате оптрона LED-фототранзистор (PC817), чийто транзистор е свързан към резисторната верига за настройка на честотата.

Уникалността на човека се състои в това, че той непрекъснато изобретява устройства и механизми, които значително улесняват работата в една или друга област на работа или живот.

За тази цел, като правило, се използват най-новите разработки в областта на науката.

Индукционното отопление не беше изключение. Напоследък принципът на индукция е получен широко приложениев много области, които могат безопасно да включват:

• в металургията индукционното нагряване се използва за топене на метали;
• в някои индустрии се използват специални пещи за бързо нагряване, чиято работа се основава на принципа на индукция;
• В битовата сфера индукционните нагреватели могат да се използват например за готвене, отопление на вода или отопление на частен дом. (Можете да прочетете за характеристиките на индукционното нагряване в).

Днес има голямо разнообразие от индукционни инсталации от промишлен тип. Но това не означава, че дизайнът на такива устройства е много сложен.

Напълно възможно е да направите прост индукционен нагревател за домашни нужди със собствените си ръце. В тази статия ще говорим подробно за индукционния нагревател, както и за по различни начининаправете го сами.

Видове

Направи си сам индукционните нагреватели обикновено се разделят на два основни типа:

• (съкратено VIN), които се използват основно за подгряване на вода и отопление на дома;
• нагреватели, чийто дизайн предвижда използването различни видовеелектронни части и компоненти.

Вихровият индукционен нагревател (VIN) се състои от следните структурни компоненти:

• устройство, което преобразува обикновеното електричество във високочестотен ток;
• индуктор, който е вид трансформатор, който създава магнитно поле;
• топлообменник или нагревателен елемент, който се намира вътре в индуктора.

Принципът на работа на VIN се състои от следните етапи:

Бележка на специалиста:Тъй като индукционната бобина се счита за най-важният елемент от този тип нагревател, нейното производство трябва да се подхожда доста стриктно: медната жица трябва да бъде навита на чисти завои върху пластмасова тръба. Броят на завоите трябва да бъде най-малко 100.

Както може да се види от описанието, дизайнът на VIN не е достатъчно сложен, така че лесно можете да направите вихров нагревател със собствените си ръце.

Как да направя

Първи вариант.

Електронна схеманагревател. (Щракнете за уголемяване) Доста прост и в същото време мощен индукционен нагревател може да бъде проектиран въз основа на печатна електронна платка, чиято диаграма е показана на фигурата.

Характеристиките на тази схема са следните важни точки:

1. Този дизайн е по същество мултивибратор, който е организиран с помощта на транзистори с висока мощност.
2. Важен елемент на веригата е съпротивлението, което ще предотврати прегряването на транзисторите, което като цяло ще повлияе на ефективното функциониране на целия индуктор.
3. Самият индуктор трябва да изглежда като спирала и да се състои от 6-8 навивки от медна жица
4. За да не мислите много за дизайна на регулатора на напрежението, можете да го вземете вече готова версияот компютърно захранване.

Експертен съвет:Тъй като индукторът ще генерира силна топлина, за да се избегнат повреди, се препоръчва да се инсталират транзистори на специални радиатори.

Втори вариант.
Този метод за конструиране на индукционен нагревател се основава на използването на електронен трансформатор.

Същността му е следната:

• две тръби са свързани помежду си чрез заваряване по такъв начин, че в напречно сечение да приличат на формата на поничка (тази конфигурация едновременно ще служи като проводник и нагревателен елемент);
• медната жица се навива директно върху тялото;
• За висококачествено движение на охлаждащата течност в тялото са заварени две тръби, през едната от които водата ще влезе в нагревателя, а през другата ще се подава към отоплителната система.

Така че сме посочили всичко възможни начинисглобяване на индукционен нагревател с помощта на електронни части. Надяваме се, че нашите съвети и препоръки ще бъдат много информативни за вас.

Гледайте видеоклипа, в който опитен потребител обяснява една от възможностите за създаване на индукционен нагревател със собствените си ръце:

Индукционният нагревател е висок етап в еволюцията на електрическите уреди. Благодарение на това устройство можете значително да спестите консумация на енергия. Топлинният генератор, използван в това устройство, е напълно безвреден и не отделя сажди по време на работа. Например, по отношение на ефективността, отоплителен котел (диаграмата на индукционния нагревател е показана по-долу) е на второ място след инфрачервен нагревател. Въпреки това, за разлика от IR устройствата, които се продават само в специализирани магазини, индукционните нагреватели могат не само да бъдат закупени, но и сглобени със собствените си ръце.

Такива устройства се предлагат в няколко нива на сложност и предназначение, например за вода и метал. Техните устройства, разбира се, са различни, но принципът на работа е идентичен. Снимката по-долу показва диаграма на метален индукционен нагревател, което е доста лесно да се сглоби това устройство с него.

Така че в тази статия ще разгледаме процеса на сглобяване на индукционен нагревател от импровизирани материали, които могат да бъдат намерени в „кошовете“ на всеки домашен майстор.

Как работи DIY индукционен нагревател?

Принципът на работа на домашен нагревател не се различава от фабричното устройство. Тоест охлаждащата течност циркулира в ядрото, нагрявайки се от стените или съдържанието му. Той се нагрява поради вихровите токове, генерирани от намотката.

важно: полимерните сърцевини се пълнят с нарязана тел!

На свой ред намотката се навива върху тялото на сърцевината и се свързва към източник на високочестотен ток. Именно тази енергия може да генерира променливо електромагнитно поле - основната причина за появата на вихрови токове в неподвижно ядро ​​(или неговия пълнител).

Схемата на индукционния бойлер, показана по-долу, често се използва в отоплителни котли.

Източникът на високочестотен променлив ток може да бъде конвенционална или по-сложна система, базирана на трансформатор и честотен преобразувател.

Трябва да се отбележи, че с правилния подход към избора на източник и формирането на намотка можете да създадете наистина ефективно устройство, което ще работи не по-лошо от фабричния си аналог. Между другото, винаги идва с инструкции и диаграма на индукционния нагревател.

Сглобяваме индукционно устройство със собствените си ръце: важни подробности

За да сглобите такъв нагревател, ще ви трябва:

Това устройство ще бъде източникът на високочестотен променлив електрически ток, който захранва индуктора.

След това трябва да го вземете и да го навиете с пружина върху основното тяло. Това устройство ще действа като индуктор. Много е важно да свържете контактите на проводника към клемите на инвертора, като избягвате запояване и усукване. Въз основа на това парчето от този материал, използвано за оформяне на сърцевината, трябва да бъде с достатъчна дължина. Броят на навивките обикновено е 50, а диаметърът на телта обикновено е 3 мм. Схемата на индукционния нагревател показва последователността на свързване на отделните компоненти.

Изработване на ядрото

Сърцевината е обикновена полимерна тръба, изработена от омрежен полиетилен или полипропилен. Тези видове пластмаси могат да издържат на възможно най-високи температури. Пропускателният диаметър на основната тръба трябва да бъде 50 mm, а дебелината на стената не може да бъде по-малка от 2,5-3 mm. След това тази част може да се използва като габарит, върху който се навива медна жица, образувайки индуктор.

На тази снимка е показана приблизителна диаграма на индукционен нагревател.

Нагревателният елемент на такъв котел ще бъде пълнителят на полимерното ядро ​​- нарязани парчета с диаметър 7 mm. Освен това тяхната дължина не може да бъде по-малка от 5 см.

Монтаж на устройството по примера на индукционен отоплителен котел

Процесът на сглобяване на всички тези компоненти в единна системакакто следва:

• Първо вземете парче полимерна тръба, фиксирайте я и навийте 50 оборота от 3 mm медна тел върху бъдещото ядро.
• След това отрежете краищата на сърцевината, оставяйки 7-10 см от ръба на жицата за завои.

важно: Веригата на индукционния нагревател „Направи си сам“ се извършва на няколко етапа, чиято последователност при никакви обстоятелства не трябва да се нарушава. За да избегнете грешки, трябва точно да следвате инструкциите.

Изработка на индукционен нагревател със собствените си ръце, трябва да се тревожите за безопасността на устройството. За да направите това, трябва да следвате следните правила, които повишават нивото на надеждност на цялостната система:

1. В горния тройник трябва да се постави предпазен клапан, за да се освободи излишното налягане. В противен случай, ако циркулационната помпа се повреди, ядрото просто ще се спука под въздействието на пара. По правило схемата на обикновен индукционен нагревател предвижда такива моменти.
2. Инверторът е свързан към мрежата само чрез RCD. Това устройство работи в критични ситуации и ще помогне да се избегнат къси съединения.
3. Заваръчният инвертор трябва да бъде заземен чрез отвеждане на кабела към специална метална верига, монтирана в земята зад стените на конструкцията.
4. Корпусът на индукционния нагревател трябва да се постави на височина 80 cm над нивото на пода. Освен това разстоянието до тавана трябва да бъде най-малко 70 см, а до други мебели - повече от 30 см.
5. Индукционният нагревател произвежда много силно електромагнитно поле, така че тази инсталация трябва да се държи далеч от жилищни помещения и заграждения с домашни любимци.

Обобщаване

Домашният индукционен нагревател ще работи не по-лошо от фабричното устройство. Той не е по-нисък по производителност, ефективност и безопасност, разбира се, ако се спазват всички правила.

Електрическите нагреватели са изключително удобни за използване. Те са много по-безопасни от всяко газово оборудване, не произвеждат сажди и сажди, за разлика от агрегатите, работещи на течно или твърдо гориво, и накрая, не изискват подготовка на дърва за огрев и т.н. Основният недостатък на електрическите нагреватели е високата цена на електричество. В търсене на спестявания някои занаятчии решиха да направят индукционен нагревател със собствените си ръце. Те получиха отлично оборудване, което изисква много по-малко разходи за работа.

Принцип на работа на индукционното нагряване

Индукционният нагревател използва енергията на електромагнитно поле, което нагретият обект абсорбира и преобразува в топлина. За генериране на магнитно поле се използва индуктор, т.е. многооборотна цилиндрична намотка. Преминавайки през този индуктор, променливата електричествосъздава променливо магнитно поле около бобината.

Домашният инверторен нагревател ви позволява да загрявате бързо и до много високи температури. С помощта на такива устройства можете не само да загрявате вода, но дори да разтопявате различни метали

Ако нагрят обект се постави вътре или близо до индуктора, той ще бъде проникнат от потока на вектора на магнитната индукция, който постоянно се променя с течение на времето. В този случай възниква електрическо поле, чиито линии са перпендикулярни на посоката на магнитния поток и се движат в затворен кръг. Благодарение на тези вихрови потоци електрическата енергия се трансформира в топлинна и обектът се нагрява.

По този начин електрическата енергия на индуктора се прехвърля към обекта без използването на контакти, както се случва в съпротивителните пещи. В резултат на това топлинната енергия се изразходва по-ефективно и скоростта на нагряване се увеличава значително. Този принцип се използва широко в областта на металообработката: топене, коване, запояване, наваряване и др. С не по-малък успех може да се използва вихров индукционен нагревател за нагряване на вода.

Индукционен топлинен генератор в отоплителна система

За да организирате отопление на частна къща с помощта на индукционен нагревател, най-лесният начин е да използвате трансформатор, който се състои от първична и вторична намотка с късо съединение. Вихрови токове в такова устройство възникват във вътрешния компонент и насочват полученото електромагнитно поле към вторичната верига, която едновременно служи като корпус и нагревателен елемент за охлаждащата течност.

Моля, обърнете внимание, че не само водата, но и антифризът, маслото и всякакви други проводими среди могат да действат като охлаждаща течност по време на индукционно нагряване. В този случай степента на пречистване на охлаждащата течност няма голямо значение.

Инверторният нагревател е с компактни размери, работи безшумно и може да се монтира на почти всяко подходящо място, отговарящо на изискванията за безопасност

Оборудван с две тръби. Долната тръба, през която ще тече студената охлаждаща течност, трябва да бъде монтирана във входната част на тръбопровода, а в горната част е монтирана тръба, която прехвърля горещата охлаждаща течност към захранващата част на тръбопровода. Когато охлаждащата течност в котела се нагрява, възниква хидростатично налягане и навлиза в отоплителната мрежа.

Има редица предимства при използването на индукционен нагревател, които трябва да се споменат:

• охлаждащата течност постоянно циркулира в системата, което предотвратява възможността за прегряване;
• индукционната система вибрира, в резултат на което котлен камък и други утайки не се отлагат по стените на оборудването;
• липсата на традиционни нагревателни елементи позволява на котела да работи с висока интензивност, без да се страхува от чести повреди;
• липсата на разглобяеми връзки елиминира течовете;
• работата на индукционния котел не е придружена от шум, така че може да се монтира в почти всяка подходяща стая;
• При индукционно нагряване не се отделят опасни продукти от разлагането на горивото.

Безопасността, тихата работа, възможността за използване на подходяща охлаждаща течност и издръжливостта на оборудването привлякоха много собственици на жилища. Някои от тях мислят за възможността да направят домашен индукционен нагревател.

Как сами да направите индукционен нагревател?

Да направите такъв нагревател сами не е много трудна задача, с които може да се справи дори начинаещ майстор. За да започнете, трябва да се запасите с:

• парче пластмасова тръбас дебели стени, които ще станат тялото на нагревателя;
• стоманена тел с диаметър не повече от 7 mm;
• адаптери за свързване на тялото на нагревателя към отоплителна системакъщи;
• метална мрежа, която ще държи парчета стоманена тел вътре в кутията;
• медна тел за създаване на индукционна намотка;
• високочестотен инвертор.

Първо трябва да подготвите стоманената тел. За да направите това, просто го нарежете на парчета с дължина около 5 см. Дъното на парче пластмасова тръба е покрито с метална мрежа, парчета тел се изсипват вътре, а горната част на тялото също е покрита с метална мрежа. Корпусът трябва да бъде напълно запълнен с парчета тел. В този случай може да се приеме тел, изработена не само от неръждаема стомана, но и от други метали.

След това трябва да направите индукционна бобина. Като основа се използва подготвена пластмасова кутия, върху която внимателно се навиват 90 навивки от медна тел.

След като бобината е готова, корпусът се свързва към отоплителната система на къщата с помощта на адаптери. След това бобината се свързва към мрежата чрез високочестотен инвертор. Счита се за доста препоръчително да се направи индукционен нагревател от заваръчен инвертор, тъй като това е най-простият и най-рентабилен вариант.

Най-често при производството на домашни вихрови индукционни нагреватели се използват евтини модели заваръчни инвертори, тъй като те са удобни и напълно отговарят на изискванията

Трябва да се отбележи, че не трябва да тествате устройството, ако към него не се подава охлаждаща течност, в противен случай пластмасовата кутия може да се стопи много бързо.

Интересен вариант на индукционен нагревател, направен от котлон, представен във видеото:

За да се увеличи безопасността на конструкцията, се препоръчва да се изолират откритите зони на медната намотка.

Индукционната отоплителна система трябва да се постави на разстояние най-малко 30 см от стените и мебелите и най-малко 80 см от тавана или пода.

За да се направи работата на устройството по-безопасна, се препоръчва да се оборудва с манометър, както и система за автоматично управление и устройства за отстраняване на въздуха, уловен в системата.

Сега ще научим как да направим индукционен нагревател със собствените си ръце, за който може да се използва различни проектиили просто за забавление. Можете незабавно да разтопите стомана, алуминий или мед. Можете да го използвате за запояване, топене и коване на метали. Можете да използвате и домашен индуктивен нагревател за леене.

Моят урок обхваща теорията, компонентите и сглобяването на някои от критичните компоненти.

Инструкциите са големи и ще покрият основните стъпки, за да ви дадат представа какво влиза в проект като този и как да го проектирате, без нищо да експлодира.

За пещта сглобих много точен, евтин криогенен цифров термометър. Между другото, при тестове с течен азот се представи добре срещу маркови термометри.

Стъпка 1: Компоненти

Основните компоненти на високочестотен индукционен нагревател за нагряване на метал с електричество са инвертор, драйвер, свързващ трансформатор и RLC осцилиращ кръг. Ще видите диаграмата малко по-късно. Да започнем с инвертора. Това - електрическо устройство, който променя постоянния ток в променлив ток. За мощен модул той трябва да работи стабилно. Отгоре има защита, която се използва за защита на задвижването на MOSFET порта от случайно падане на напрежението. Случайните промени причиняват шум, който води до превключване към високи честоти. Това води до прегряване и повреда на MOSFET.

Линии с голяма силаток се намират в долната част на печатната платка. Използват се много слоеве мед, за да могат да пренасят повече от 50A ток. Нямаме нужда от прегряване. Обърнете внимание и на големите алуминиеви радиатори с водно охлаждане от двете страни. Това е необходимо за разсейване на топлината, генерирана от MOSFET.

Първоначално използвах вентилатори, но за да се справя с мощността, инсталирах малки водни помпи, които циркулират вода през алуминиевите радиатори. Докато водата е чиста, тръбите не провеждат ток. Освен това имам монтирани тънки пластини от слюда под MOSFET, за да гарантирам, че няма проводимост през дренажите.

Стъпка 2: Инверторна верига

Това е схема за инвертор. Веригата всъщност не е толкова сложна. Инвертираният и неинвертираният драйвер повишава или намалява напрежението от 15 V, за да регулира променливия сигнал в трансформатора (GDT). Този трансформатор изолира чиповете от MOSFET. Диод на изхода на MOSFET действа за ограничаване на пиковете, а резисторът минимизира трептенията.

Кондензатор C1 абсорбира всякакви прояви на постоянен ток. В идеалния случай искате най-бързите спадове на напрежението във веригата, тъй като те намаляват нагряването. Резисторът ги забавя, което изглежда нелогично. Въпреки това, ако сигналът продължава, ще получите претоварвания и трептения, които разрушават MOSFET-ите. Повече информация можете да получите от диаграмата на амортисьора.

Диодите D3 и D4 помагат за защита на MOSFET от обратни токове. C1 и C2 осигуряват отворени пътища за протичане на ток по време на превключване. T2 е токов трансформатор, благодарение на който драйверът, за който ще говорим по-късно, получава обратен сигнал от изходния ток.

Стъпка 3: Драйвер

Тази диаграма е наистина голяма. Като цяло можете да прочетете за обикновен инвертор с ниска мощност. Ако имате нужда от повече мощност, имате нужда от подходящ драйвер. Този шофьор ще спре на резонансна честотасам по себе си. След като вашият метал се разтопи, той ще остане заключен на правилната честота, без да е необходима каквато и да е настройка.

Ако някога сте създавали прост индукционен нагревател с PLL чип, вероятно си спомняте процеса на регулиране на честотата, за да накарате метала да се нагрее. Наблюдавахте движението на вълната на осцилоскоп и регулирахте тактовата честота, за да поддържате тази идеална точка. Повече няма да се налага да правите това.

Тази схема използва микропроцесор Arduino за наблюдение на фазовата разлика между напрежението на инвертора и капацитета на кондензатора. Използвайки тази фаза, той изчислява правилната честота с помощта на алгоритъма "C".

Ще ви преведа през веригата:

Сигналът за капацитет на кондензатора е отляво на LM6172. Това е високоскоростен инвертор, който преобразува сигнала в красива, чиста правоъгълна вълна. След това този сигнал се изолира с помощта на оптичния изолатор FOD3180. Тези изолатори са ключови!

След това сигналът влиза в PLL през входа PCAin. Сравнява се със сигнала на PCBin, който управлява инвертора чрез VCOout. Arduino внимателно контролира тактовата честота на PLL, използвайки 1024-битов импулсно модулиран сигнал. Двустепенен RC филтър преобразува PWM сигнала в обикновено аналогово напрежение, което влиза във VCOin.

Как Arduino знае какво да прави? Магия? познайте? Не. Той получава информация за фазовата разлика на PCA и PCB от PC1out. R10 и R11 ограничават напрежението до 5 волтажа на Arduino, а двустепенен RC филтър изчиства сигнала от всякакъв шум. Имаме нужда от силни и чисти сигнали, защото не искаме да плащаме повече пари за скъпи MOSFET, след като избухнат от шумни входове.

Стъпка 4: Да си вземем почивка

Това беше голямо количество информация. Може би се питате имате ли нужда от такава изискана схема? Зависи от теб. Ако искате автоматична настройка, тогава отговорът е да. Ако искате ръчно да регулирате честотата, тогава отговорът е не. Можете да създадете много прост драйвер само с таймер NE555 и да използвате осцилоскоп. Можете да го подобрите малко, като добавите PLL (фаза-нула контур)

Нека обаче продължим.

Стъпка 5: LC верига

Има няколко подхода към тази част. Ако имате нужда от мощен нагревател, ще ви трябва кондензаторна матрица, за да контролирате тока и напрежението.

Първо, трябва да определите каква работна честота ще използвате. По-високите честоти имат по-голям скин ефект (по-малко проникване) и са добри за малки предмети. По-ниските честоти са по-добри за по-големи обекти и имат по-голямо проникване. По-високите честоти имат по-високи загуби при превключване, но по-малко ток ще премине през резервоара. Избрах честота от около 70 kHz и стигнах до 66 kHz.

Моята кондензаторна матрица е 4,4uF и може да поеме над 300A. Бобината ми е около 1uH. Използвам и импулсни филмови кондензатори. Те са аксиален проводник, изработен от самовъзстановяващ се метализиран полипропилен и имат високо напрежение, висок ток и висока честота (0.22uF, 3000V). Номер на модела 224PPA302KS.

Използвах две медни пръти, в които пробих съответните дупки от всяка страна. Използвах поялник, за да запоя кондензаторите към тези отвори. След това прикрепих медни тръби от всяка страна за водно охлаждане.

Не купувайте евтини кондензатори. Те ще се счупят и ще платите повече пари, отколкото ако сте купили направо добри.

Стъпка 6: Сглобяване на трансформатор

Ако прочетете статията внимателно, ще зададете въпроса: как да управлявате LC верига? Вече говорих за инвертора и контура, без да споменавам как са свързани.

Връзката се осъществява чрез свързващ трансформатор. Моят е от Magnetics, Inc. Номерът на частта е ZP48613TC. Adams Magnetics също е добър изборпри избора на феритни тороиди.

Този отляво има 2 мм жица. Това е добре, ако вашият входен ток е под 20A. Проводникът ще прегрее и ще изгори, ако токът е по-висок. За висока мощност трябва да закупите или направите проводник Litz. Направих го сам, изтъках 64 нишки от тел 0,5 мм. Такъв проводник може лесно да издържи ток от 50А.

Инверторът, който ви показах по-рано, приема постоянен ток с високо напрежение и го променя на променливо високо или ниско напрежение. Тази редуваща се квадратна вълна преминава през свързващия трансформатор през MOSFET превключвателите и DC свързващите кондензатори на инвертора.

Медната тръба от кондензатора минава през него, което го прави еднооборотна вторична намотка на трансформатора. Това от своя страна позволява на изхвърленото напрежение да премине през кондензатора и работната намотка (LC верига).

Стъпка 7: Създаване на работната намотка

Един от въпросите, които често ми задаваха, беше: „Как се прави тази извита макара?“ Отговорът е пясък. Пясъкът ще предотврати счупването на тръбата по време на процеса на огъване.

Вземете 9 мм медна тръба за хладилник и я напълнете с чист пясък. Преди да направите това, покрийте единия край с някаква лента и също покрийте другия, след като го напълните с пясък. Изкопайте тръба с подходящ диаметър в земята. Измерете дължината на тръбата за вашата макара и започнете бавно да я навивате върху тръбата. След като направите един завой, останалите ще бъдат лесни за изпълнение. Продължете да навивате тръбата, докато получите желания брой завъртания (обикновено 4-6). Вторият край трябва да бъде подравнен с първия. Това ще улесни връзката с кондензатора.

Сега махнете капачките и вземете компресор за въздухда издуха пясъка. Препоръчително е да направите това навън.

Моля, обърнете внимание, че медната тръба служи и за водно охлаждане. Тази вода циркулира през кондензатора и през работната намотка. Работната намотка генерира много топлина от тока. Дори ако използвате керамична изолация вътре в намотката (за задържане на топлина), пак ще имате изключително високи температури в работното пространство, загрявайки намотката. Ще започна с голяма кофа ледена вода и след известно време ще стане гореща. Съветвам ви да приготвите много лед.

Стъпка 8: Преглед на проекта

По-горе е преглед на проекта 3 kW. Има прост PLL драйвер, инвертор, съединителен трансформатор и резервоар.

Видеото демонстрира работа на индукционна ковачница с мощност 12kW. Основната разлика е, че има управляван от микропроцесор драйвер, по-големи MOSFET транзистори и радиатори. Устройството от 3kW работи на 120VAC; модулът от 12 kW използва 240V.