Indukční ohřívač- zařízení pro ohřev kovů působením Foucaultových proudů. Samotný princip takového ohřívače je známý již dlouhou dobu a nyní se indukční ohřívače aktivně používají v mnoha oblastech průmyslu. Náš domácí induktor se snadno používá, má relativně jednoduchý design a nevyžaduje žádné nastavení. Ohřívač je přitom docela výkonný.

Indukční obvod pracuje na principu sériové rezonance. Výkon zařízení můžete zvýšit několika způsoby - volbou výkonnějších přepínačů polí, použitím většího kondenzátoru v obvodu nebo zvýšením napájecího napětí.

Takovou tlumivku jsem sestavil vlastníma rukama čistě ze zvědavosti, abych ověřil funkčnost obvodu.

Tlumivka - vzala si hotovou z počítačového zdroje. Je navinutý na prstenci z práškového železa a obsahuje 10-25 závitů 1,5mm drátu.

Tranzistory s efektem pole - výběr je velký, v mém případě jsem použil N-kanálové vysokonapěťové tranzistory s efektem pole řady IRF740, ale je vhodné použít polem efektové tranzistory založené na minimálním odporu otevřeného přechodu , stejně jako maximální přípustný proud. V standardní verze Doporučuje se používat výkonové spínače řady IRFP250.

Parametry tohoto tranzistoru:

• N-kanálová struktura
• Maximální napětí drain-source Usi: 200 V
• Maximální proud svodového zdroje při 25 ºС Isi max.: 30 A
• Maximální napětí brány-zdroj Uzi max.: ±20 V
• Odpor otevřeného kanálu Rsi on: 85 mOhm
• Maximální ztrátový výkon Psi max: 190 W
• Sklonová charakteristika S: 12000 mA/V
• Pouzdro: TO247AC
• Prahové napětí brány: 4 V

Velmi výkonný a poměrně drahý tranzistor, ale s ním můžete získat vysoký výkon a spotřeba se může pohybovat v oblasti 20-40 Amper!!!

Obrys byl navinut na rám o průměru 4,5 cm a skládá se z 2x3 závitů. Radím vám natočit 6 závitů najednou, poté odstranit lak ze 3. otáčky malá plocha a připájejte tam drát, který bude kohoutkem; je k němu dodáváno plus. V mém případě byl na navíjení obvodu použit drát 1,5mm, ale ideálně potřebujete drát 3-5mm, navíjí se podle stejného principu.

Zenerovy diody jsou 12-15V, nejlépe s výkonem 1-2W, všechny použité odpory jsou 0,5W.

Diody - určitě potřebujete rychlé se zpětným napětím alespoň 400 Voltů, můžete nainstalovat levné ultrarychlé UF4007, v mém případě jsme použili diody řady HER305 - se zpětným napětím 400 Voltů, s přípustným proudem 3 Amperes.

Zvýšení výkonu obvodu znamená zvýšení proudu v obvodu. Čím větší je kapacita kondenzátoru C1, tím větší je proud. V mém případě byly použity fólie 250 Volt, 6 kusů 0,33 μF, ale počet kondenzátorů ve standardní verzi se doporučuje 15-20 kusů se stejnou kapacitou, napětí kondenzátoru je 250-400 Volt.

Hlavní nevýhoda schématu- neuvěřitelné množství vývinu tepla na tranzistorech, s mými docela dobrými spínači jsem musel chladit okruh dvěma chladiči, ale ani ty nestihly teplo pořádně odvést, tak budu uvažovat o vodním chlazení...

Domácí induktor může rychle zahřát standardní šrouby M6 do žlutého odstínu.

Princip činnosti indukční ohřev tel je založen na dvou fyzikálních efektech: první je ten, že když se vodivý obvod pohybuje v magnetickém poli, objeví se ve vodiči indukovaný proud, a druhý je založen na uvolňování tepla kovy, kterými prochází proud. První indukční ohřívač byl realizován v roce 1900, kdy byl nalezen způsob bezkontaktního ohřevu vodiče - k tomu byly použity vysokofrekvenční proudy, které byly indukovány pomocí střídavého magnetické pole.

Indukční ohřev našel uplatnění v různých oblastech lidské činnosti díky:

• rychlé zahřátí;
• možnosti pracovat v různých fyzikální vlastnosti média (plyn, kapalina, vakuum);
• nepřítomnost kontaminace produkty spalování;
• schopnosti selektivního ohřevu;
• tvary a velikosti induktoru - mohou být libovolné;
• schopnosti automatizace procesů;
• vysoké procento účinnosti – až 99 %;
• šetrnost k životnímu prostředí - žádné škodlivé emise do atmosféry;
• dlouhá životnost.

Oblast použití: vytápění prostor

V každodenním životě byl pro kamna implementován okruh indukčního ohřívače. První jmenované si získaly mezi uživateli velkou oblibu a uznání zejména díky absenci topných těles, které snižují výkon u kotlů s jiným principem činnosti, a odpojitelných spojů, které šetří údržbu indukčních topných systémů.

Poznámka: Schéma zapojení zařízení je tak jednoduché, že jej lze vytvořit doma a můžete si vytvořit domácí ohřívač vlastníma rukama.

V praxi se využívá více možností, kde se využívá odlišné typy induktory:

• elektronicky řízené ohřívače pro vytváření proudů požadovaného typu v cívce;
• vírové indukční ohřívače.

Princip fungování

Druhá možnost, nejčastěji používaná v topných kotlích, se stala poptávkou kvůli snadnosti její implementace. Princip činnosti zařízení pro indukční ohřev je založen na přenosu energie magnetického pole do chladicí kapaliny (vody). V induktoru se vytváří magnetické pole. Střídavý proud procházející cívkou vytváří vířivé proudy, které přeměňují energii na teplo.

Voda přiváděná spodním potrubím do kotle se ohřívá přenosem energie a vystupuje horním potrubím a vstupuje do topného systému. K vytvoření tlaku se používá vestavěné čerpadlo. Neustále cirkulující voda v kotli zabraňuje přehřívání těles. Kromě toho během provozu chladicí kapalina vibruje (při nízké hladině hluku), díky čemuž není možné usazování vodního kamene na vnitřních stěnách kotle.

Indukční ohřívače lze realizovat různými způsoby.

Realizace v domácích podmínkách

Indukční ohřev zatím dostatečně nedobyl trh kvůli vysokým nákladům na samotný topný systém. Takže například pro průmyslové podniky bude takový systém stát 100 000 rublů, pro domácí použití - od 25 000 rublů. a vyšší. Proto je zájem o obvody, které vám umožňují vytvořit domácí indukční ohřívač vlastníma rukama, zcela pochopitelný.

Na bázi transformátoru

Hlavním prvkem indukčního topného systému s transformátorem bude samotné zařízení, které má primární a sekundární vinutí. V primárním vinutí se vytvoří vírové proudy a vytvoří elektromagnetické indukční pole. Toto pole ovlivní sekundár, kterým je ve skutečnosti indukční ohřívač, realizovaný fyzicky ve formě topného kotlového tělesa. Je to sekundární vinutí nakrátko, které přenáší energii do chladicí kapaliny.

Hlavní prvky instalace indukčního ohřevu jsou:

• jádro;
• navíjení;
• dva druhy izolace – tepelná a elektrická izolace.

Jádrem jsou dvě ferimagnetické trubky různých průměrů o tloušťce stěny minimálně 10 mm, vzájemně svařené. Toroidní vinutí měděného drátu je provedeno podél vnější trubky. Je nutné aplikovat 85 až 100 závitů se stejnou vzdáleností mezi závity. Střídavý proud, měnící se v čase, vytváří v uzavřeném okruhu vírové proudy, které ohřívají jádro, a tím i chladivo, a provádějí indukční ohřev.

Použití vysokofrekvenčního svařovacího invertoru

Indukční ohřívač lze vytvořit pomocí svařovacího invertoru, kde hlavními součástmi obvodu jsou alternátor, induktor a topné těleso.

Generátor slouží k převodu standardní napájecí frekvence 50 Hz na proud s vyšší frekvencí. Tento modulovaný proud je přiváděn do válcové indukční cívky, kde je jako vinutí použit měděný drát.

Cívka vytváří střídavé magnetické pole, jehož vektor se mění s frekvencí zadanou generátorem. Vzniklé vířivé proudy indukované magnetickým polem způsobují zahřívání kovového prvku, který přenáší energii do chladicí kapaliny. Tímto způsobem je implementováno další schéma indukčního ohřevu „udělej si sám“.

Topné těleso lze také vytvořit vlastníma rukama z nařezaného kovového drátu o délce asi 5 mm a kousku polymerové trubky, do které je kov umístěn. Při instalaci ventilů v horní a spodní části potrubí zkontrolujte hustotu plnění - neměla by být žádná volný prostor. Podle schématu je asi 100 závitů měděného vedení umístěno na horní části trubky, která je induktorem připojeným ke svorkám generátoru. Indukční ohřev měděného drátu nastává v důsledku vířivých proudů generovaných střídavým magnetickým polem.

Poznámka: Indukční ohřívače typu Udělej si sám lze vyrobit podle jakéhokoli designu, hlavní věcí je pamatovat na to, že je důležité zajistit spolehlivou tepelnou izolaci, jinak účinnost topného systému výrazně klesne.

Bezpečnostní předpisy

U topných systémů, které využívají indukční ohřev, je důležité dodržovat několik pravidel, aby se zabránilo únikům, ztrátě účinnosti, spotřebě energie a nehodám.

1. Indukční ohřívací systémy vyžadují pojistný ventil k vypuštění vody a páry v případě poruchy čerpadla.
2. Pro bezpečný provoz je nutný manometr a proudový chránič topení, sestavené vlastníma rukama.
3. Uzemnění celého indukčního topného systému a jeho elektrická izolace zabrání úrazu elektrickým proudem.
4. Aby se předešlo škodlivým účinkům elektromagnetického pole na lidský organismus, je lepší takové systémy přemístit mimo obytnou zónu, kde je třeba dodržovat instalační pravidla, podle kterých musí být indukční ohřev umístěn ve vzdálenosti 80 cm od horizontální (podlaha a strop) a 30 cm od svislých ploch.
5. Před zapnutím systému nezapomeňte zkontrolovat přítomnost chladicí kapaliny.
6. Aby se předešlo poruchám v provozu elektrické sítě, doporučuje se připojit kotel s indukčním ohřevem, vyrobený ručně podle navržených schémat, na samostatné přívodní vedení, jehož průřez kabelu bude minimálně 5 mm2 . Konvenční kabeláž nemusí být schopna zvládnout požadovanou spotřebu energie.

Zde je projekt indukčního ohřívače na kovy nejjednodušší design, je sestaven pomocí multivibračního obvodu a často funguje jako první ohřívač, který radioamatéři vyrobí.

Princip fungování instalace HDTV

Cívka vytváří vysokofrekvenční magnetické pole a v kovovém předmětu uprostřed cívky se objevují vířivé proudy, které jej zahřívají. I malé cívky pumpují proud asi 100 A, takže paralelně s cívkou je zapojena rezonanční kapacita, která kompenzuje její indukčnost. Obvod cívka-kondenzátor musí pracovat na své rezonanční frekvenci.

Schéma elektrického obvodu

Tady originální schéma generátor indukčního ohřívače a pod ním mírně upravená verze, podle které byl sestaven návrh instalace mini HDTV. Zde není o nic nouze - stačí si koupit tranzistory s efektem pole, můžete použít BUZ11, IRFP240, IRFP250 nebo IRFP460. Kondenzátory jsou speciální vysokonapěťové a napájení bude z autobaterie 70 A/h - ta bude držet proud velmi dobře.

Projekt se ukázal jako překvapivě úspěšný - vše fungovalo, i když bylo sestaveno „na koleni“ za hodinu. Potěšilo mě hlavně to, že nepotřebuje síť 220 V - autobaterie umožňují napájet ho i v terénu (mimochodem, dá se z toho udělat táborová mikrovlnka?). Můžete experimentovat ve směru snížení napájecího napětí na 4-8 V jako z lithiových baterií (pro miniaturizaci) při zachování dobré účinnosti ohřevu. Samozřejmě nebude možné roztavit masivní kovové předměty, ale bude to fungovat pro malé práce.

Odběr proudu ze zdroje je 11 A, ale po zahřátí klesne na cca 7 A, protože při zahřátí znatelně vzroste odpor kovu. A nezapomeňte zde použít silné dráty, které vydrží více než 10 A proudu, jinak se dráty během provozu zahřejí.

Druhá verze obvodu je napájena ze sítě

Aby bylo nastavení rezonance pohodlnější, můžete sestavit pokročilejší obvod s ovladačem IR2153. Pracovní frekvence se nastavuje 100k regulátorem při rezonanci. Frekvence lze ovládat v rozsahu přibližně 20 - 200 kHz. Řídící obvod potřebuje pomocné napětí 12-15 V ze síťového adaptéru a silovou část lze přes diodový můstek připojit přímo do sítě 220 V. Tlumivka má asi 20 závitů po 1,5 mm na feritovém jádru 8x10 mm .

Pracovní HDTV cívka by měla být vyrobena ze silného drátu nebo lépe měděné trubky a má asi 10-30 závitů na 3-10 cm trnu.Kondenzátory 6 x 330n 250V. Oba jsou po chvíli velmi horké. Rezonanční frekvence je asi 30 kHz. Tato domácí instalace indukčního ohřevu je sestavena v plastovém pouzdře a funguje již více než rok.

Topný systém je důležitou součástí každého domu. Dá se to nazvat „srdcem“ domova, protože právě teplo vytváří pohodlí a atmosféru.
Trh je bohatý různé typy plynové kotle, protože jsou považovány za nejúčinnější. Plynovod však může být umístěn poměrně daleko, takže v tomto případě přichází na řadu elektrická zařízení. Indukční kotle jsou velmi oblíbené. Výhodou tohoto typu ohřevu je, že indukční pec ze svařovacího invertoru lze snadno vyrobit vlastními rukama. Na základě vířivých proudů je také možné zkonstruovat indukční ohřívač na kov s použitím svařovacího invertoru jako zdroje proudu.

Topný článek je reprezentován sadou tří prvků:

1. Topným prvkem je trubka (obvykle kovová nebo polymerová). Nachází se v indukčním prvku. Uvnitř je chladicí kapalina.
2. Generátor střídavého proudu (alternátor) zvyšuje frekvenci domácí sítě (vyšší než standardních 50 Hz).
3. Induktor je měděná válcová cívka drátu, která je generátorem elektromagnetického pole.

Princip konstrukce ohřívače HDTV

Teorie používání indukčních ohřívačů výrazně předběhla praxi z toho důvodu, že použití zařízení s nízkými frekvencemi by nepřineslo adekvátní výhody. Po vyřešení problému generování vysokofrekvenčního magnetického pole se však začaly široce využívat indukční prvky.
Abyste pochopili, jak vyrobit indukční ohřívač, musíte se nejprve podívat na to, jak to funguje. Princip fungování je poměrně jednoduchý:

1. Generátor pracuje s vysokofrekvenčními proudy (HF). Vysokofrekvenční proud z generátoru je přenášen do induktoru.
2. Cívka přijímá proud. Je to převodník, protože výstupem je elektromagnetické pole.
3. Teplota topného článku se zvyšuje v důsledku vířivých proudů vznikajících při změně vektoru pole. Energie se přenáší prakticky bez ztrát.
4. Chladivo umístěné uvnitř potrubí se také zahřívá a energie se přenáší do topného systému.

Výhody a nevýhody

Indukční elektrické ohřívače mají řadu důležitých výhod, vyjádřených v následujících charakteristikách:

1. Tvorba vodního kamene na topném tělese je vyloučena, protože vibrace vznikají vlivem vířivých proudů. Z toho vyplývá, že nevznikají žádné výdaje na čištění kotlů.
2. Tepelný generátor typu Vortex je utěsněný, dokonce i domácí. Netěsnosti kotlů jsou tedy zcela vyloučeny. Toho je dosaženo díky principu činnosti generátoru tepla: chladicí kapalina se ohřívá uvnitř kovová trubka a energie je přenášena na vzdálenost prostřednictvím elektromagnetického pole. Neexistují žádné odpojitelné spoje.
3. Topné těleso není třeba opravovat ani vyměňovat, protože se jedná o kovovou trubku. Ale topná spirála topného tělesa se může dobře spálit, takže konstrukce pro ohřev kovu ze svařovacího invertoru je v tomto ohledu bezpečná.
4. Indukční ohřívač ze svařovacího invertoru je tichý, i když vibruje. Frekvence vibrací je ve srovnání se slyšitelnými zvukovými vlnami prostě malá.
5. Nezanedbatelnou výhodou jsou nízké náklady na montáž.

Navzdory důležitým výhodám mají indukční ohřívače řadu nevýhod:

1. Být v těsné blízkosti topidla může být nebezpečné, protože se zahřívá nejen topné těleso, ale také prostor k němu nejblíže.
2. Vytápění domu elektřinou je dražší než plynem. Před výrobou indukčního ohřívače ze svařovacího invertoru je proto dobré spočítat budoucí náklady.
3. Hrozí nebezpečí výbuchu kotle v důsledku přehřátí chladicí kapaliny. Aby se tomuto problému zabránilo, je obvykle instalován tlakový senzor.

Konstrukce elektrického ohřívače

Chcete-li začít vytvářet indukční ohřívač vlastníma rukama, musíte připravit díly:

1. Tělo zařízení je polymerová trubka o průměru 50 mm, která musí odolávat vysokým teplotám.
2. Vyhřívaným prvkem je drát z nerezové oceli.
3. Držák na kousky drátu je kovová síťka s malými otvory.
4. Součást induktoru je měděný drát.
5. Zařízení pro přívod vody je oběhové čerpadlo.
6. Zařízení pro regulaci teploty je termostat.
7. Připojení na topení - kulové kohouty a adaptéry.
8. Řezačky drátu.

Invertor ze svařovacího zařízení.

Vytvoření elektromagnetického pole mimo induktor vyžaduje výkonnou cívku s velkým počtem závitů a ohýbání trubky také není snadný úkol. Odborníci proto doporučují vyrobit z trubky jakési jádro umístěním do indukční cívky.
Obecně bylo tělo zařízení zamýšleno jako kovové, ale kvůli malé velikosti induktoru je trubka nahrazena polymerovou s kovovým drátem uvnitř.
Po shromáždění potřebných dílů můžete začít vyrábět indukční kotel podle níže uvedeného schématu. Musíte věnovat pozornost posloupnosti kroků, protože výsledek závisí na dodržování kroků.

Nejprve musíte na jeden konec polymerové trubky připevnit kovovou síť, aby během provozu nepropadly topné kusy drátu.

Na stejný konec trubky je připevněn adaptér pro další připojení k topení.

Dále musíte odříznout drát pomocí nůžek na drát. Délka kusů se pohybuje od 1 do 6 cm.
Poté je třeba tyto kusy umístit co nejtěsněji do trubky, aby v ní nezůstal žádný volný prostor.

Druhý konec trubky prochází stejnými 2 počátečními fázemi: instalace kovové sítě a adaptéru.
Dále začíná fáze výroby induktoru: musíte navinout měděný drát, zatímco norma otáček je 80-90 kusů.
Konce měděného drátu musí být připojeny k pólům střídače.

Důležité: Vše musí být izolováno elektrické spoje. Je lepší tuto fázi několikrát zkontrolovat, poté je třeba připojit ohřívač k topení.

Do topného systému je nutné nainstalovat oběhové čerpadlo (pokud chybělo).
A nakonec je připojen termostat. Zajišťuje automatický provoz ohřívače.

Po spuštění střídače začne induktor vytvářet elektromagnetické pole. Objevují se vířivé proudy, které ohřívají drát uvnitř potrubí a v důsledku toho celé chladicí médium.

Takže vytvoření indukčního ohřívače založeného na svařovacím invertoru je docela jednoduchá záležitost. Navíc v tohoto typu vytápění má mnoho výhod, jejichž výsledkem je účinnost, životnost zařízení a nízké finanční náklady. Musíte však pamatovat na preventivní opatření, abyste nemuseli znovu opakovat veškerou práci, vybírat vysoce kvalitní díly a udržovat krok za krokem montáž ohřívače.

Jednoduchý indukční ohřívač se skládá z výkonného vysokofrekvenčního generátoru a nízkoodporového cívkového obvodu, který je zátěží generátoru.

Generátor s vlastním buzením generuje impulsy na základě rezonanční frekvence obrys. V důsledku toho se v cívce objeví silné střídavé elektromagnetické pole o frekvenci asi 35 kHz.
Pokud je do středu této cívky umístěno jádro z vodivého materiálu, dojde uvnitř cívky k elektromagnetické indukci. V důsledku častých změn tato indukce způsobí vířivé proudy v jádře, které následně povedou k uvolňování tepla. Jedná se o klasický princip přeměny elektromagnetické energie na tepelnou energii.
Indukční ohřívače se používají již velmi dlouhou dobu v mnoha oblastech výroby. S jejich pomocí můžete provádět kalení, bezkontaktní svařování a hlavně bodové zahřívání a také tavení materiálů.
Ukážu vám obvod jednoduchého nízkonapěťového indukčního ohřívače, který se již stal klasikou.

Výroba jednoduchého 12V indukčního ohřívače