この記事の結果には 1 年近くかかり、多額の費用が費やされました。結論を下す前に、最初の行から最後まで読んでください。多くのことが明らかになります。
家の暖房を取り替えようという話が持ち上がったことがすべての始まりでした。 もちろんガスは良いのですが、我が家のボイラーはかなり古いので交換したくありません。最新のボイラーは独立したものであるのに対し、スムーズな温度制御を備えています。 最大値の半分または 1/4 では燃焼せず、調整がスムーズであればあるほど、どのヒーターもより経済的になります。 はい、節約額はそれほど大きくありませんが、ガソリン代を支払う代わりに、200〜300ルーブルでも自分の判断で貯蓄に費やすことができます。
まあ、予想どおり、すべては検索エンジンから始まりました。 「誘導ボイラー」という検索クエリを入力して、見つかったページを調べ始めました...そして、真剣に考えなければなりませんでした...

まず第一に、誘導ボイラー、誘導加熱の原理、制御回路の悲惨さを説明するページに埋め尽くされたナンセンスな内容に困惑しました。 検索エンジンに「手で誘導ボイラー」または「誘導ボイラーの図面」と入力すると、自分で確認できます。 ほぼすべてのページには、バスルームにいる男性がIHストーブを熱交換器の後ろに置き、すべての準備ができたことを嬉しそうに宣言しながら、ストーブが自動的に停止し、2ごとにストーブを再起動するという卑劣な事実について沈黙を守るビデオへのリンクが含まれています。 -3時間。
誘導ボイラーを宣伝するページの 1 つでは、あからさまに偏執的なことが述べられており、引用せずにはいられません。
発熱体は、抵抗が増加した導体に電流が流れるため発熱します。そのため、いずれの場合も、指定された600〜750 * Cまで加熱され、その表面の冷却剤は常に沸騰します。 このため、発熱体はすぐにスケールで成長しすぎます。 その結果、熱伝達が低下し、最終的には発熱体が焼損します。
誘導ボイラーでは、70* C を超えて過熱しない限り、石油製品を含むさまざまな冷却剤を使用できます。
何？？！！！ 600～750度？さて、オイルヒーターを持ってきて、サーモスタットを捨てて、破裂しないことを事前に祈りながら最大まで加熱しましょう。 もちろん、100回聞くよりも1回見た方が良いです。 それでは見てみましょう
つまり、ラジエーター温度が 168 度の場合、コイルの温度は 421 度になります。これは、内部にオイルがあり、その熱伝導率が水の 5 倍悪いという事実を考慮しています。 興味深いことに、600 ～ 750 度のトーガはどこから来たのでしょうか? それで、念のため言っておきますが、アルミニウムの溶解温度は660度、銅の溶解温度は1100度です。ただし、一部のニクロム合金の最高動作温度は750度であることは知っていますが、それが達成されるかどうかは非常に疑問です。
発熱体にスケールが付着していませんか? そして彼らは写真も改ざんしたのでしょうか？ふーむ...

オホホユシキホホ... 知らない人のために説明すると、これは洗濯機の発熱体で、修理工場で働いていたため、かつては頻繁に交換していました。 それで、この恐ろしい言葉「スケール」:
スケールは、溶解が困難な硬いカルシウムの堆積物であり、蒸気の形成または水の加熱の結果として形成されます。 水垢に加えて、水を加熱すると二酸化炭素も生成されます。 しかし、硬水を扱う場合、その量は工業規模でのみ重要です。 したがって、ボイラー室では、ボイラーのスケールを除去するときに敷地内の換気が必要ですが、水を沸騰させるときにも室内の換気を確保する必要があります。
水が硬い場合、水の加熱中にスケールが形成されます。 スケールが違うだけかも知れませんが…。 水の硬度は必ずしも炭酸塩であるとは限りません。 炭酸スケールの形成の原因がカルシウム塩とマグネシウム塩であることは明らかです。 ケイ酸カルシウムによってスケールが形成される場合、スケールは硫酸塩であることがわかります。 鉄、アルミニウム、カルシウムなどの物質のケイ酸化合物は、ケイ酸塩スケールの形成を引き起こします。 したがって、硬水を使用した後にスケールが形成されても、それが脱落した炭酸塩スケールであることを意味するわけではありません。 ただし、炭酸塩スケールが最も一般的であることを明確にする必要があります。
はぁ！ このことから、スケールには新しい水の一部が供給されるだけであり、システム内の水はほとんど交換されず、まさにこのスケールの層は一度だけ形成され、水の新しい部分が増えるたびに徐々に厚くなる、と結論付けるのは難しくありません。また、水もシステムに頻繁に追加されることはありません。 したがって、ボイラーの発熱体は、発熱体の本体だけでなくボイラー本体にもスケールが付着し、アルミ放熱器が腐ってから約20年で写真の状態に達すると考えられます。 、それでも落ち着きます。
ちなみに、暖房時にスケールを除去することはかなり可能です - システム内の 100 グラムのスケール防止剤でこの問題は完全に解消されます - 電気ボイラーを 3 つの暖房シーズンにわたって運転することでテストされています。
さて、誘導ボイラーの宣伝に戻りましょう。
発熱体ボイラーでは冷却剤として水のみを使用でき、さらに蒸留水が最適です。
メンテナンスの際、発熱体ボイラーは誘導ボイラーほど実用的ではありません。電源導体と発熱体自体の導体間の遷移接点が常に過熱し、その結果酸化して弱くなるためです。 電源導体が焼き切れないことを常に確認する必要があります。そうでないと、焼き切れた場合、発熱体のねじ接続が損傷する可能性があり、そのような動作中の発熱体を交換する必要があります。 誘導ボイラーでは、発熱体と電源の接続が交流の電磁場を介して行われるため、この問題は存在しません。
まあ、はい、もちろん、もちろんです。 インダクターコイルはソケットにワイヤレスで接続されていますか? いいね！ ほとんどの場合、バーンアウトは高負荷と 24 時間連続動作下で接続ポイントで発生するため、接点の過熱は説得力がありません... さて、次は何ですか?
誘導ボイラーは、別の場所に設置しなくても、どこにでも設置できます。 耐火性があり、静かに作動します。
うん！！！ ボイラー内の発熱体が常に壁に頭に当たっていて、部屋に居られなくなっていませんか？
誘導ボイラーは、発熱体ボイラーよりもはるかに高い人体電気安全性を提供します。これは、発熱体自体が次の 2 つの方法で燃え尽きる可能性があるためです。a) ハウジングの減圧。 この場合、加熱されたニクロムは水に当たると崩れます。人体に電圧がかかる危険はありません。 b) ハウジングを減圧しない。 この場合、加熱されたニクロムが発熱体本体に付着する可能性があります。 発熱体は作動し続け、水を介してボイラーの金属本体に通電します。
ボイラーが安全規則に違反して設置された場合、電源装置は接地されなければならないというのは完全に論理的な議論です。 しかし、彼は愚か者をバッテリーで、まあ、パチンコで頭に当てて殺すことはできます。
50Hzで3kW以上の誘導ボイラーの誘導コイルを小型・コンパクトにすることはまだ不可能です。 したがって、発熱体ボイラーは、同じ出力でも誘導ボイラーよりもはるかに小さい寸法を持ちます。
それは決して不可能です。周波数は低く、わずか50 Hzであり、同じ3 kWが通過するときに加熱しないように、特定のインダクタンスとワイヤさえも必要です。 したがって、誘導ボイラーは常に大きくなります。
さて、誘導ボイラーの概略図は実際には何かです。 あるサイトでは、この回路を誘導ボイラーに使用することを提案しています。

実際、私はかなり長い間笑いました - 10...30ボルトの電源で、ボイラーを加熱するつもりですか？ そう、このおならの電源は、この中学生向けのおもちゃよりも発熱するのです。
率直に言って、私はサイリスタ回路のかなり興味深いバージョンを 1 つ見つけましたが、可聴周波での動作には興味を惹かれませんでした。

ある広告スローガンは文字通り私を笑わせてくれました。
電力消費量の節約
消費電力が 4 ～ 5 kW ではなく 2.5 kW になったことは、優れた結果です。 しかし、野心的で倹約家の職人にとってはそれだけでは不十分であることが判明しました。 しかし、ストーブ用の安価な電気はどこで入手できるのでしょうか? その答えはずっと前から分かっていたことが分かりました。
この装置はインバータと呼ばれ、直流電流を交流電流に変換します。 その助けを借りて、加熱のための電流消費をほぼゼロに減らすことができます。
エネルギー消費を削減するには、次のことが必要です。
少なくとも 190 A 時間 (できれば 250 A 時間) の容量を持つバッテリー 2 個。 4kWインバーター。
バッテリー充電器（24V）。
メインパイプは非磁性材料（プラスチック、アルミニウム、銅）で作られている必要があります。
バッテリーを並列に接続し、常に「充電」します。 電気回路内で起こるプロセス:
バッテリーは直流電流を生成し、それがインバーターに供給されます。
インバーターは直流を交流220Vに変換します。
インバータからの電流は誘導炉に供給され、通常モード（フロー）で動作します。
充電器はバッテリーを継続的に充電します。
正直なところ、これはインターネットからの引用であり、誰に向けたものなのかさえ想像できません。

一般に、誘導ボイラーの広告は期待外れでしたが、それでも混乱がありました。中断中にメーカーは、誘導ボイラーは発熱体に比べて生産性がはるかに高いと主張しました。 私はこのフックに夢中になりました。ボイラーの性能は、実際、光の点で非常に優れた節約になります。
すぐにIHボイラーを作る気力はなかったので、まずはIHラジエターを組み立ててみることにしました。 最初に頼まれたのは IH ストーブでしたが、購入についてヒキガエルと合意に達しなかったので、インターネットで IH ストーブの図を見つけ、電源部分を IH ストーブから絶縁しました。組み立てた。

アイデアは非常に単純でした。フィルム コンデンサは大電流をあまり保持できないため、複数のフィルム コンデンサを使用します。複数のフィルム コンデンサがあれば、結果として得られる LC 回路が駆動されるように静電容量を選択できます。共鳴し、最大の磁場が得られます。
熱交換器として角パイプを使用することが決定されました。熱交換エリアは外側と内側の両方にあり、これは当然のことながら利点のみに作用します。

シングルサイクルバージョンではラジエーターの空気流を使用する必要があったため、電子機器が非常に高温になるのではないかという疑いがありました。 さて、空気の流れが無駄にならないように、空気の流れをパイプを通して熱交換器の角パイプの内側に導く対流として使用することにより、構造の性能を向上させることが決定されました。

次に、これらすべてを 1 つのデバイスに集めて調整しました。 結局のところ、シングルサイクルバージョンとは異なり、同じラジエーターを備えたパワートランジスタには空気の流れは必要ありませんでしたが、ファンは依然として残されており、熱伝達ははるかに優れています。 ただし、速度は可聴最小限に抑えられています。そのため、より多くのリソースが確保され、内部の塵埃が少なくなり、ブザー音も不快になりません。
組み立て後、当然のことながら、オイルパンと電磁調理器のどちらが実際により収益性が高いかを比較する必要がありました。 膨大な量の測定が実行されましたが、そのたびにカーニバルに関してはインダクタが勝者であることが判明し、YouTube の視聴者を大いに激怒させました。 はい、もちろん、一部の測定は完全に正しいわけではありませんでしたが、最終エピソードは実際には批判を引き起こしませんでしたが、私は学校に行っておらず、保存法を知らないという意見が依然として点滅していました。 はい、私は実際にはこの法律に違反していません。私たちは生産性について話しているだけで、それ以上のことは何も話していません。
一般に、最新の測定結果は表にまとめられており、その結果に基づいて、何がより収益性が高いかについて独自の結論を導き出すことができます。

小さな部屋を40℃の温度まで暖める
	kWを使い果たした	平均風速	外の平均気温
オイルヒーター
誘導加熱装置
一日中同じ部屋の温度を維持する 誰もがほぼ同じ力を持っています
誘導
バター風味
対流
2 つのマースレニツァ
天気の詳細 予測サイトからのデータ

何が行われたのか、どのように行われたのかの詳細はビデオで示されています。 非常に詳しく説明されているので、1 時間半以上かかるので、ポップコーンを買い込んでください。

すぐに「制御盤を組み立ててくれませんか？」といった質問が寄せられ始めました。 はい、もちろん可能ですが、新しいことが 2 つだけあります。
これは、ボードを完全に手動で作成する必要があるため、コストがかかります。このデバイスを購入するためのキューは見当たらず、最小バッチ 10 個で工場にボードを注文する必要もないからです。 そして、ボードを作るには、アイロンがけ、手作業で穴を開け、錫メッキをする必要があります。 多くの時間は、ただ奪って与えることはできません。ご存知の通り、人生には限りがあり、自分にとって興味のないことに、お金も取らずにその時間を費やすのは、まったく愚かなことです。
訓練を受けていないはんだ付け師がこの設計を完成させる可能性はそれほど高くありません。基板に加えてインダクタも必要であり、これらはコイルであり、巻き数は接続方法、コイルの厚さに直接依存するためです。鋼材とコイルと鋼材の間の距離。
一般的に、私はこのトピックに関する空虚なおしゃべりから身を守ることにし、インダクタの作成に関する推奨事項を記載したビデオを作成しました。ボードを購入したい人がいる場合は、「同じことができますか？」という質問をしてこのビデオを見るように送ります。 ？」 雨が降ると、バイヤーの列が雪のように溶けていきます...

誘導ボイラーと石油ボイラーの間の競争の結果は、もちろん印象的で、誘導ボイラーを組み立てるというアイデアが私の頭にしっかりと残りました。 最初に決定する必要があるのは、どのインダクタを組み立てるかということでした。 もちろん家庭用誘導ボイラーと違って50Hzで作るつもりはありませんでした。 そして、このためには、より本格的なコンデンサがすでに必要でした。インターネット上には、フィルムコンデンサが爆発した写真が多すぎます。 それが、誘導調理器用にコンデンサーを注文した理由です。コンデンサーは電流と電圧の両方に確実に耐えます。 電源のインパルスノイズを抑えるためにコンデンサを発注し、共振を起こすために電磁調理器に使われているMKPシリーズのコンデンサを購入しました。 電源には5μFと3μFを、インダクタには0.27μFを使用しました。 私が購入したところにはすでに製品が入手できない兆候があったので、MKP CAPACITORSを自分で選択してください。
誘導ボイラーの作成のもう1つの要因は、私たちのものではなく、よりコンパクトで高周波のもの、つまり6 kWと10 kWの出力を持つ中国の誘導ボイラーの大量生産でした。 確かに、中国人はシングルサイクルコンバーターを使用していたため、1つのヒーターセクションからの最大電力が3kWに制限されていたことは写真から明らかでした。これは、2つおよび3つの同一の制御ボードの存在からわかります。 強制換気。 プッシュプルブリッジインバーターを使用すると、1 つのセクションから 4 ～ 5 kW を得ることが期待できました。また、パワーセクションがインダクターの 2 セクションに対応できることを考えると、電力に関してはまったく問題ありませんでした。
誘導ボイラーの出力にはなぜ限界があるのですか? すべては非常に平凡です - 共振を得るには、特定のインダクタンスが必要です。 共振が可聴周波数である場合、コントロールとインダクター自体の両方が聞こえるようになり、控えめに言っても非常に疲れます。 より高い周波数に行くと、ターン数と強度を減らす必要があります。 磁場、フーコー電流の発生に必要です。 鋼を加熱する渦電流が減少します。 結局のところ、磁場の強さは巻き数とそこを流れる電流に直接比例します。 より多くの電圧を得るために昇圧変圧器を巻いても、次の 2 つの理由で機能しませんでした。
フェライトの寸法と価格
インダクタの絶縁と電源制御部の問題
はい、はい、ここでは絶縁も少なからず重要です。共振とブリッジインバーターを使用すると、インダクターコイルに約800ボルトがかかります。 周波数を 2 倍にすると、巻き数も 2 倍に減らす必要があり、同じ電力を得るには印加電圧を 2 倍にする必要があり、これはすでに 1600 ボルトになります。 いいえ、私はこれを試す勇気はありませんでしたし、あなたにもアドバイスしません。これはあまりにも危険になりつつあります。
制御スキームの最初のバージョンでは、精度の向上に加えて、スキームをわずかに変更する必要があることが明らかになり、変更が行われました。 ただし、最初のバージョンで何かを確認することができました。

まったく感動しませんでした...しかし、少し考えた後、私はチェックを急いでいたという結論に達しました-インダクターコイルの周りの磁場が閉じられておらず、これが損失につながりました- 鋼板ボイラーの隣に設置されていた は、実験中に著しく加熱されました。
さて、私はまだ誘導ボイラーの制御を失っていたため、誘導器をテストするための壊れないスタンドと、実際には誘導ボイラー用の新しい、より思慮深い制御装置を組み立てることにしました。
一晩座って、最終的にこの試験台の図を完成させました。 原則として、ここでの唯一の非伝統的な点は、電流制限の最初の段階です。実効値は、TL494 コントローラで通常行われているように、パルスの持続時間によってではなく、変換周波数を変更することによって形成されます。 この解決策の主な理由は、パワートランジスタの発熱の原因となる自己誘導パルスに対処する必要がないことと、負荷には使用周波数に応じて増加するリアクタンスがあるため、操作性には疑いの余地がありませんでした。この回路ソリューション。 さらに、アナログ周波数メーターが回路に導入され、使用される周波数をナビゲートできるようになりました。 もちろん、周波数計の目盛は実際の周波数計の測定値に従って校正されました。

図を拡大する

ボイラー制御にもいくつかの変更が加えられ、最終的な回路図は次の形式になりました。

図を拡大する

計画には、 一般原則負荷に流れる電流の制御 - 周波数調整。 スタンドでは、周波数は負荷に流れる電流に依存しますが、ボイラーの場合、この依存性はサーモスタットによって形成されます。 さらに、調整には 2 つの段階があります。最初の消費量の削減は、冷却剤の温度が特定の値に達したときに発生し、段階的に実行されます。 調整の第 2 段階はスムーズで、加熱された部屋の温度に応じてボイラー インダクタに供給される電力を変更します。 したがって、ヒーターの慣性は完全に存在しません。
誘導ボイラーの最初のバージョンのテストが失敗した後、フェライトロッドによるコイルのシールドがテストされました - 性能の向上は顕著でした。 もちろん、これは私にインスピレーションを与えましたが、それほどではありませんでした。プロジェクトは高価になりすぎていました。大量のフェライトが必要でしたが、安くはありませんでした。
この問題の解決には 2 つの段階がありました。 当初、内部にラビリンスを備えたトロイダル熱交換器を使用することが決定されましたが、少し考えた後、ラビリンスがなく、入口パイプと出口パイプの配置が異なるトロイダル誘導ボイラーのスケッチが現れました。
最初の電源投入により、ボイラーの巻数が少なすぎることが判明したため、コイルを密閉して巻き直す必要がありました。
誘導ボイラーの制御基板を組み立てるまで、実質的に 1 週​​間ありましたが、手がかゆくなりました。ボイラーはすでに準備ができており、テストベンチの準備も整っていたので、休む暇はありませんでした。
電気ボイラー用のいくつかのオプションを備えた加熱モデルが組み立てられ、テストされましたが、最終実験は中断されました。パイプの直径が小さすぎることが判明し、発熱体を備えたボイラー内の水が単に沸騰しただけでした。

加熱モデルがやり直しになり、水の沸騰を防ぐ循環ポンプが追加され、モデル内の水の量がバケツ 1 つ半から 6 つ半に増加し、加熱時間を大幅に延長することができました。実験。 したがって、X の時、つまり真実の瞬間がやって来ました。

正直に言うと、動揺しました。 魔法のようなパフォーマンスの向上はありませんでした。 自己循環の場合、増加の可能性が最も高いことは明らかです。水のゆっくりとした動きにより、発熱体の表面に泡が形成され、それが膨張タンクに運び込まれ、熱が奪われますが、循環ポンプを使用すると、この効果は無効になります。発熱体が水であまりにも集中的に洗浄され、ガスの生成が 10 分の 1 に減少します。
もちろん、誘導ボイラーは共振状態に駆動されましたが、流れる電流の依存性は線形です。周波数が増加して共振に近づくと増加し始め、共振を通過した後、電流も線形に減少します。 コイルを流れる電流のサージは検出されませんでした。
さて、モデルは完全に組み立てられているので、電極ボイラーをいじらずにはいられませんでした。

これらの実験のために、新しい最新の電気メーターも購入されましたが、測定が完了した後、単に不要であることが判明しました。 もちろん、私の好奇心もそこに突き刺さりました。

一般に、ボイラー制御ボードを完全には組み立てていません。誘導ボイラーと発熱体を使用するボイラーの熱出力に違いはないため、このボードは必要ありません。 いいえ、まだ完全には分解しません。TL494 と IR2110 の両方を在庫に持っていますが、パワー トランジスタをまだはんだ付けしていません。 今のところ彼を横たわらせてください。 しかし、私は誘導加熱のアイデアを考慮に入れます。このような一連の電源装置を使用すると、さまざまな目的で多くの鋼製物体をゆっくりまたは急速に加熱できます。 それで経験が得られ、さらなる実験のためにスタンドが残されました。
もちろん、誘導ボイラーを使用したアイデアが支持できないことが判明したのは残念ですが、工場の対流ヒーターよりも電子的に複雑な誘導ヒーターを製造する技術がありますが、より正確な温度制御を使用したり、連続制御を使用したりできます。ボイラーと同様に、かなりの節約を達成できます。
もう一度思い出させてください - 私たちは効率について話しているのではなく、生産性について話しています、そして物理学や熱力学の教科書を私の目の前で振りかざす必要はありません - 教科書に記載されている実験は理想的な条件と家庭で行われました。そのような状況になることは決してなく、常に環境と熱交換が行われます。 私には何がどのように起こるかを数学的に計算するのに十分な知性がなかったので、いくつかのモデルを組み立ててすべてを実験的にチェックし、すべてを自分の目で確認しました。 したがって、皮肉を言うのはやめてください。疑問がある場合は、すべてを繰り返してください。すべての回路図、使用されているすべての設計が十分に詳細に説明されています。

最後に、日常生活におけるこの暖房方法の見通しについて少しお話します。 あらゆる磁性金属を加熱できます。 なぜあなたがそんなことをするのかは私には関係ありません。 私の側では、スチールベースの家庭用アイロンとプラスチックパイプ用の自家製はんだごての 2 つのオプションのテストに成功しました。
残念なことに、当時はインダクタとパワーセクションがテストされ、温度は熱電対を使用して制御されていました。 現在では、接触センサーを使用せずに、MK を介してこのヒーターを制御する方法がすでに開発されています。

動作原理は、設定温度に達すると、インダクタに供給される電力が徐々に減少することに基づいています。 IR2155o をマスターオシレータとして使用する場合は、LED フォトレジスタ フォトカプラまたはフォトレジスタ ランプが必要になります。 温度が設定温度に近づくとLEDが一つずつ点灯します。 1 つ目はマスターオシレータの周波数を 1.5 倍に増加させ、それによってインダクタを共振から遠ざけます。 2 つ目では、周波数がさらに 1.5 倍になります。 さて、3番目は発電機を完全に停止します。
このようなフォトカプラの作り方はビデオで示されています。

このビデオの最後にはアイロンテストがあります。
回路図非接触サーモスタットは以下に記載されています。 MK は、任意の 5 ボルト安定化電源から電力を供給できます。 ちなみに、Ali は、コントローラ用に 5 ボルトの出力電圧を備え、IR2155 に電力を供給するのに使用して 2 W の抵抗を取り除くことができる 12 ボルトの出力電圧を備えた UNIVERSAL POWER SUPPLY ユニットを販売しています。 5 ボルトのアースを 12 ボルトのアースから分離する方が良いだけです。

MK の回路、ボード、ファームウェアはアーカイブにあります。
TL494 または SG3525 フォトカプラをマスター発振器として使用する場合、トランジスタが周波数設定抵抗回路に接続されている LED フォトトランジスタ フォトカプラ (PC817) を使用できます。

人間のユニークさは、仕事や生活活動のいずれかの分野での作業を大幅に促進する装置やメカニズムを常に発明しているという事実にあります。

この目的のために、原則として、科学分野の最新の発展が使用されます。

誘導加熱も例外ではありませんでした。 最近、帰納法が受け入れられました。 幅広い用途多くの分野で、次のものが安全に含まれます。

• 冶金学では、金属を溶かすために誘導加熱が使用されます。
• 一部の産業では、誘導原理に基づいて動作する特別な急速加熱炉が使用されます。
• 家庭内では、誘導ヒーターは、調理、給湯、民家の暖房などに使用できます。 （誘導加熱の特徴については、こちらをご覧ください）。

現在、多種多様な産業用誘導設備が存在します。 しかし、これは、そのようなデバイスの設計が非常に複雑であることを意味するものではありません。

家庭用の簡単な誘導ヒーターを自分の手で作ることはかなり可能です。 この記事では、IHヒーターについて詳しく説明します。 さまざまな方法で自分で作ること。

種類

DIY 誘導加熱ユニットは通常、次の 2 つの主なタイプに分けられます。

• （VINと略称）、主に給湯と家庭の暖房に使用されます。
• ヒーター、その設計は用途を提供します さまざまな種類電子部品およびコンポーネント。

渦誘導ヒーター (VIN) は、次の構造コンポーネントで構成されます。

• 通常の電気を高周波電流に変換する装置。
• インダクタは、磁場を生成する変圧器の一種です。
• インダクタの内部にある熱交換器または発熱体。

VIN の動作原理は次の段階で構成されます。

専門家のメモ:誘導コイルはこのタイプのヒーターの最も重要な要素と考えられているため、その製造には非常に慎重に取り組む必要があります。銅線はプラスチックパイプにきちんと巻かなければなりません。 ターン数は少なくとも 100 でなければなりません。

説明からわかるように、VINの設計はそれほど複雑ではないため、ボルテックスヒーターを自分の手で簡単に作成できます。

作り方

最初のオプション。

電子回路ヒータ。 (クリックして拡大) かなりシンプルでありながら強力な誘導ヒーターは、以下に基づいて設計できます。 プリント回路基板、その図を図に示します。

このスキームの特徴は次の重要な点です。

1. この設計は本質的にマルチバイブレータであり、高出力トランジスタを使用して構成されています。
2. 回路の重要な要素は抵抗であり、これによりトランジスタの過熱が防止され、一般にインダクタ全体の効率的な機能に影響を及ぼします。
3. インダクタ自体は一種のスパイラルのように見え、6 ～ 8 回巻いた銅線で構成されています。
4. 電圧レギュレータの設計についてあまり考えないようにするために、すでに組み込まれていることができます。 既製バージョンコンピューターの電源から。

専門家の助言：インダクタは強い熱を発生するため、損傷を避けるために、トランジスタを特別なラジエーターに取り付けることをお勧めします。

2 番目のオプション。
誘導ヒーターを構築するこの方法は、電子変圧器の使用に基づいています。

その本質は次のとおりです。

• 2本のパイプは、断面がドーナツの形に似た形で溶接によって互いに接続されます（この構成は導体と発熱体として同時に機能します）。
• 銅線はボディに直接巻き付けられます。
• 冷却剤を高品質に移動させるために、2本のパイプが本体に溶接されており、そのうちの1本を通って水がヒーターに入り、もう1本を通って加熱システムに供給されます。

それで私たちはすべてを示しました 可能な方法電子部品を使ったIHヒーターの組み立て。 私たちのヒントや推奨事項が皆様にとって有益であることを願っています。

経験豊富なユーザーが自分の手で誘導ヒーターを作るためのオプションの 1 つを説明するビデオをご覧ください。

IH ヒーターは電化製品の進化の高い段階にあります。 この装置のおかげで、エネルギー消費を大幅に節約できます。 この装置で使用されている発熱体は完全に無害であり、動作中に煤を排出しません。 例えば、効率の点では、加熱ボイラー（誘導加熱器の図は下に示されています）に次いで2位です。 赤外線ヒーター。 ただし、専門店でのみ販売されているIRデバイスとは異なり、誘導ヒーターは購入できるだけでなく、自分の手で組み立てることもできます。

このようなデバイスには、水や金属など、さまざまなレベルの複雑さと目的があります。 もちろん、デバイスは異なりますが、動作原理は同じです。 下の写真は金属誘導ヒーターの図を示しており、これを使用してこの装置を組み立てるのは非常に簡単です。

そこで、この記事では、家庭の職人の「ゴミ箱」にある即席の材料から誘導ヒーターを組み立てるプロセスを見ていきます。

DIY IH ヒーターはどのように機能しますか?

自家製ヒーターの動作原理は工場の装置と変わりません。 つまり、冷却剤は炉心内を循環し、その壁または内容物から加熱されます。 巻線によって発生する渦電流により発熱します。

重要：ポリマーコアにチョップドワイヤーが詰められています！

次に、巻線はコア本体に巻き付けられ、高周波電流源に接続されます。 交流電磁場を生成できるのはこのエネルギーです。これが、固定コア (またはその充填材) に渦電流が発生する根本的な原因です。

ボイラーの加熱には、以下に示す誘導給湯回路がよく使用されます。

高周波交流の電源には、従来のシステム、または変圧器と周波数変換器をベースとしたより複雑なシステムを使用できます。

ソースの選択と巻線の形成に適切なアプローチをとれば、工場出荷時の同等品と同等に機能する真に効果的なデバイスを作成できることに注意してください。 ちなみに、IHヒーターの説明書と図が必ず付いてきます。

私たちは自分の手で誘導装置を組み立てます：重要な詳細

このようなヒーターを組み立てるには、次のものが必要です。

インダクタに電力を供給する高周波交流の電源となるのはこのデバイスです。

この後、それを取り出して、コア本体にスプリングで巻き付ける必要があります。 このデバイスはインダクタとして機能します。 はんだ付けやねじれを避けて、ワイヤ接点をインバータ端子に接続することが非常に重要です。 これに基づいて、コアを形成するために使用されるこの材料の部分は十分な長さでなければなりません。 巻き数は通常50回、線径は通常3mmです。 誘導ヒーターの図は、個々のコンポーネントの接続順序を示しています。

芯を作る

コアは架橋ポリエチレンまたはポリプロピレンで作られた通常のポリマーパイプです。 これらのタイプのプラスチックは、可能な限り高い温度に耐えることができます。 コアパイプの処理直径は 50 mm でなければならず、壁の厚さは 2.5 ～ 3 mm 未満であってはなりません。 この部分は、銅線が巻かれてインダクタを形成するゲージとして使用できます。

誘導加熱装置の概略図をこの図に示します。

このようなボイラーの発熱体は、ポリマーコアのフィラー、つまり直径7 mmの細断された部分になります。 また、その長さは5cm未満であってはなりません。

誘導加熱ボイラーを例にした装置の組み立て

これらすべてのコンポーネントを組み立てるプロセス 統一システム次のように：

• まず、ポリマーパイプを取り出して固定し、将来のコアの上に3 mmの銅線を50回巻き付けます。
• 次に、曲げのためにワイヤーの端から7〜10 cmを残して、コアの端を切り取ります。

重要: DIY 誘導ヒーター回路はいくつかの段階で実行され、いかなる状況でもその順序を中断してはなりません。 間違いを避けるためには、指示に正確に従う必要があります。

IHヒーターを作る 自分の手で、デバイスの安全性を心配する必要があります。 これを行うには、システム全体の信頼性レベルを高める次のルールに従う必要があります。

1. 過剰な圧力を逃がすために、上部ティーに安全弁を挿入する必要があります。 そうしないと、循環ポンプが故障した場合、炉心は蒸気の影響で単純に破裂してしまいます。 一般に、単純な誘導加熱器の回路はそのような瞬間を提供します。
2. インバータは RCD を介してのみネットワークに接続されます。 このデバイスは重大な状況で動作し、短絡を回避するのに役立ちます。
3. 溶接インバータは、ケーブルを構造物の壁の後ろの地面に取り付けられた特別な金属回路に導くことによって接地する必要があります。
4. IHヒーター本体は床面から80cmの高さに設置してください。 さらに、天井までの距離は少なくとも70 cm、他の家具までの距離は30 cm以上である必要があります。
5. IH ヒーターは非常に強力な電磁場を生成するため、この設置は居住区域やペットのいる囲いから遠ざける必要があります。

要約する

自家製の誘導ヒーターは、工場で作られた装置と同じように機能します。 もちろん、すべてのルールが守られていれば、パフォーマンス、効率、安全性の点で劣るものではありません。

電気暖房器具は非常に使いやすいです。 それらはどのガス機器よりもはるかに安全であり、液体または固体燃料で動作するユニットとは異なり、煤やすすを生成せず、最後に、薪などの準備を必要としません。電気ヒーターの主な欠点は、電気ヒーターのコストが高いことです。電気。 節約を求めて、一部の職人は自分の手で誘導ヒーターを作ることにしました。 彼らは、運用にかかる費用がはるかに少ない優れた機器を受け取りました。

誘導加熱の動作原理

誘導ヒーターは電磁場のエネルギーを使用し、加熱された物体がそのエネルギーを吸収して熱に変換します。 磁場を生成するには、インダクタ、つまり多巻きの円筒形コイルが使用されます。 このインダクタを通過すると、変数は 電気コイルの周囲に交番磁場を生成します。

自家製インバーターヒーターを使用すると、素早く非常に高い温度まで加熱できます。 このような装置を使用すると、水を加熱するだけでなく、さまざまな金属を溶かすこともできます。

加熱された物体がインダクタの内部または近くに置かれると、時間の経過とともに常に変化する磁気誘導ベクトルの磁束がその物体を貫通します。 この場合、電場が発生し、その線は磁束の方向に垂直で、閉じた円内を移動します。 これらの渦流のおかげで、電気エネルギーが熱エネルギーに変換され、物体が加熱されます。

したがって、インダクタの電気エネルギーは、抵抗炉で行われるような接点を使用せずに対象物に伝達されます。 その結果、熱エネルギーがより効率的に消費され、加熱速度が著しく向上します。 この原理は、溶解、鍛造、はんだ付け、表面仕上げなどの金属加工の分野で広く使用されています。ボルテックス誘導ヒーターを使用して水を加熱することも同様に成功しています。

加熱システムにおける誘導発熱装置

誘導ヒーターを使用して民家の暖房を組織する最も簡単な方法は、一次および二次の短絡巻線で構成される変圧器を使用することです。 このような装置の渦電流は、内部コンポーネントで発生し、その結果として生じる電磁場を二次回路に導きます。二次回路は、同時にハウジングと冷却剤の加熱要素として機能します。

誘導加熱中は水だけでなく、不凍液、油、その他の導電性媒体も冷却剤として機能する可能性があることに注意してください。 この場合、クーラントの浄化度はあまり関係ありません。

インバーターヒーターはコンパクトなサイズで動作音も静かで、安全要件を満たすほぼあらゆる適切な場所に設置できます。

パイプを2本装備。 冷たい冷却剤が流れる下部パイプはパイプラインの入口セクションに設置する必要があり、上部には高温の冷却剤をパイプラインの供給セクションに移送するパイプが設置されます。 ボイラー内の冷却剤が加熱されると、静水圧が発生し、加熱ネットワークに入ります。

誘導ヒーターを使用することには、言及すべき多くの利点があります。

• 冷却剤がシステム内を常に循環するため、過熱の可能性が防止されます。
• 誘導システムが振動するため、スケールやその他の堆積物が装置の壁に堆積しません。
• 従来の発熱体がないため、頻繁な故障を恐れることなくボイラーを高強度で運転できます。
• 取り外し可能な接続がないため、漏れがなくなります。
• 誘導ボイラーの動作には騒音が伴わないため、ほぼすべての適切な部屋に設置できます。
• 誘導加熱中に、有害な燃料分解生成物は放出されません。

安全性、静かな動作、適切な冷却剤を使用できる機能、および機器の耐久性が多くの住宅所有者を魅了しています。 中には、手作りのIHヒーターを作ろうと考えている人もいます。

IHヒーターを自分で作るにはどうすればよいですか？

このようなヒーターを自分で作るのは非常に困難です 難しい仕事、初心者マスターでも扱えます。 始めるには、次のものを用意する必要があります。

• ピース プラスチックパイプ壁が厚く、ヒーター本体になります。
• 直径7mm以下の鋼線。
• ヒーター本体を接続するアダプターです。 暖房システム住宅;
• ケース内に鋼線の破片を保持する金属メッシュ。
• 誘導コイルを作成するための銅線。
• 高周波インバーター。

まず鋼線を準備する必要があります。 これを行うには、長さ約5 cmの小片に切るだけです。 プラスチックパイプの底を金網で覆い、その中に針金を流し込み、胴体の上部も金網で覆います。 ハウジングはワイヤー片で完全に満たされている必要があります。 この場合、ワイヤはステンレス鋼に限らず、他の金属製のワイヤでもよい。

次に、誘導コイルを作成する必要があります。 準備したプラスチックケースをベースとして使用し、その上に銅線を90回丁寧に巻き付けます。

コイルの準備ができたら、アダプターを使用してハウジングを家の暖房システムに接続します。 この後、コイルは高周波インバータを介してネットワークに接続されます。 溶接インバータから誘導加熱器を作ることは、最も簡単で最も費用対効果の高い選択肢であるため、非常に賢明であると考えられています。

ほとんどの場合、自家製渦誘導ヒーターの製造では、便利で要件に完全に準拠しているため、安価なモデルの溶接インバーターが使用されます。

冷却剤が供給されていない場合はデバイスをテストしないでください。そうしないと、プラスチックケースがすぐに溶けてしまう可能性があります。

から作られた誘導ヒーターの興味深いバージョン ホブ、ビデオで紹介されています:

構造の安全性を高めるために、銅コイルの露出領域を絶縁することをお勧めします。

誘導加熱システムは、壁や家具から少なくとも 30 cm、天井や床から少なくとも 80 cm 離して設置する必要があります。

装置の操作をより安全にするために、装置に圧力計、自動制御システム、およびシステム内に閉じ込められた空気を除去するための装置を装備することをお勧めします。

次に、自分の手で誘導ヒーターを作る方法を学びます。 さまざまなプロジェクトまたはただの楽しみのためです。 鉄、アルミニウム、銅を瞬時に溶かすことができます。 金属のはんだ付け、溶解、鍛造などに使用できます。 鋳造用の自家製誘導ヒーターも使用できます。

私のチュートリアルでは、いくつかの重要なコンポーネントの理論、コンポーネント、およびアセンブリについて説明します。

説明書は大きく、このようなプロジェクトに何が行われるのか、そして何も爆発することなくデザインする方法を理解するための基本的な手順が説明されています。

炉用に、非常に正確で安価な極低温デジタル温度計を組み立てました。 ちなみに、液体窒素を使ったテストでは、ブランドの体温計に対して良好なパフォーマンスを示しました。

ステップ 1: コンポーネント

電気で金属を加熱する高周波誘導加熱装置の主な構成要素は、インバーター、ドライバー、接続トランス、RLC発振回路です。 図は少し後で見ます。 インバーターから始めましょう。 これ - 電気機器、直流を交流に変えるものです。 強力なモジュールの場合、安定して動作する必要があります。 上部には、MOSFET ゲート駆動を偶発的な電圧降下から保護するために使用される保護機能があります。 ランダムな変化によりノイズが発生し、高周波への切り替えにつながります。 これは過熱や MOSFET の故障につながります。

との行 大きな力電流はプリント基板の底部にあります。 50A を超える電流を流すために、多くの銅層が使用されています。 オーバーヒートは必要ありません。 両側にある大型のアルミニウム製水冷ラジエーターにも注目してください。 これは、MOSFET によって発生する熱を放散するために必要です。

当初はファンを使用していましたが、電力を処理するために、アルミニウムのヒートシンクに水を循環させる小型のウォーターポンプを取り付けました。 水がきれいである限り、チューブには電流が流れません。 また、ドレインを介した伝導がないことを保証するために、MOSFET の下に薄い雲母プレートを取り付けています。

ステップ2: インバータ回路

インバータ用の回路です。 実際の回路はそれほど複雑ではありません。 反転ドライバーと非反転ドライバーは、15V 電圧を昇圧または降圧して、トランス (GDT) 内の可変信号を調整します。 このトランスはチップを MOSFET から分離します。 MOSFET 出力のダイオードはピークを制限するように機能し、抵抗は発振を最小限に抑えます。

コンデンサ C1 は、あらゆる直流電流を吸収します。 理想的には、発熱を抑えるため、回路全体の電圧降下を最速にする必要があります。 抵抗器によって速度が低下するのですが、これは直観に反しているように思えます。 ただし、信号が持続すると、過負荷や発振が発生し、MOSFET が破壊されます。 詳しい情報はダンパー図から得ることができます。

ダイオード D3 および D4 は、MOSFET を逆電流から保護します。 C1 と C2 は、スイッチング中に電流が流れるオープンパスを提供します。 T2 は変流器であり、後で説明するドライバーが出力電流からの戻り信号を受信します。

ステップ 3: ドライバー

この図は本当に大きいです。 一般的には、単純な低電力インバーターについて読むことができます。 さらにパワーが必要な場合は、適切なドライバーが必要です。 この運転手はに停車します 共鳴周波数自分自身で。 金属が溶けると、調整を必要とせずに正しい周波数にロックされたままになります。

PLL チップを使用して単純な誘導ヒーターを構築したことがある場合は、金属を加熱するために周波数を調整するプロセスを覚えているでしょう。 オシロスコープで波の動きを観察し、その理想的な点を維持するようにクロック周波数を調整しました。 もうこれを行う必要はありません。

この回路は、Arduino マイクロプロセッサを使用して、インバータ電圧とコンデンサ容量の間の位相差を監視します。 このフェーズを使用して、「C」アルゴリズムを使用して正しい周波数を計算します。

一連の流れを説明します。

コンデンサ容量信号は LM6172 の左側にあります。 信号を美しくきれいな方形波に変換する高速インバーターです。 この信号は、FOD3180 光アイソレータを使用して分離されます。 このインシュレーターが鍵です！

次に、信号は PCAin 入力を介して PLL に入力されます。 これは、VCOout を介してインバーターを制御する PCBin 上の信号と​​比較されます。 Arduino は、1024 ビットのパルス変調信号を使用して PLL クロック速度を注意深く制御します。 2 段階の RC フィルターが PWM 信号を単純なアナログ電圧に変換し、VCOin に入力します。

Arduino は何をすべきかをどのようにして知るのでしょうか? 魔法？ 推測？ いいえ。 PC1outからPCAとPCBの位相差情報を受け取ります。 R10 と R11 は電圧を Arduino の 5 電圧以内に制限し、2 段階の RC フィルターが信号からノイズを除去します。 高価な MOSFET がノイズの多い入力によって爆発した後に、これ以上のお金を払いたくないので、強力でクリーンな信号が必要です。

ステップ4: 休憩しましょう

膨大な情報量でした。 そんな派手な計画が必要なのかと自問しているかもしれません。 あなた次第。 自動チューニングが必要な場合、答えは「はい」です。 周波数を手動で調整したい場合、答えは「いいえ」です。 NE555 タイマーだけを使用して非常に単純なドライバーを作成し、オシロスコープを使用できます。 PLL (フェーズゼロループ) を追加することで少し改善できます。

ただし、続けましょう。

ステップ 5: LC 回路

この部分にはいくつかのアプローチがあります。 強力なヒーターが必要な場合は、電流と電圧を制御するためのコンデンサアレイが必要になります。

まず、使用する動作周波数を決定する必要があります。 周波数が高いほど表皮効果が大きく（透過が少なく）、小さなオブジェクトに適しています。 周波数が低いほど、大きなオブジェクトに適しており、透過性が高くなります。 周波数が高くなるとスイッチング損失も高くなりますが、タンクを流れる電流は少なくなります。 私は約 70 kHz の周波数を選択し、最大 66 kHz まで上げました。

私のコンデンサアレイは4.4uFで、300A以上を処理できます。 私のコイルは約1uHです。 パルスフィルムコンデンサーも使っています。 これらは自己修復性メタライズドポリプロピレン製の軸線であり、高電圧、高電流、高周波（0.22uF、3000V）に対応します。 型番224PPA302KS。

2 本の銅棒を使用し、それぞれの側に対応する穴を開けました。 はんだごてを使ってこれらの穴にコンデンサをはんだ付けしました。 次に、水冷用の銅管を両側に取り付けました。

安物のコンデンサは買わないでください。 壊れてしまいますし、良いものをそのまま購入するよりも高いお金を払うことになります。

ステップ 6: 変圧器の組み立て

この記事を注意深く読むと、LC 回路をどのように制御するかという疑問が生じるでしょう。 インバーターとループについては、それらがどのように接続されているかについては言及せずにすでに説明しました。

接続は接続変圧器を介して行われます。 私のものはMagnetics, Inc.のものです。 品番はZP48613TCです。 アダムス・マグネティックスも 良い選択フェライトトロイドを選択するとき。

左側は2mmワイヤーです。 これは、入力電流が 20A 未満の場合に適しています。 電流が高くなると、ワイヤーが過熱して焼損します。 高出力の場合は、リッツ線を購入または作成する必要があります。 0.5mmのワイヤーを64本の糸で編んで、自分で作りました。 このようなワイヤは、50Aの電流に容易に耐えることができます。

先ほど紹介したインバーターは、高電圧の直流を受け取り、それを可変の高電圧または低電圧に変換します。 この交流方形波は、MOSFET スイッチとインバータの DC 結合コンデンサを通って結合トランスを通過します。

コンデンサからの銅管がそこを通って、トランスの 1 ターンの二次巻線になります。 これにより、ダンピングされた電圧がコンデンサとワークコイル (LC 回路) を通過できるようになります。

ステップ 7: 作動コイルの作成

私がよく聞かれた質問の 1 つは、「その曲がったリールはどうやって作るのですか?」というものでした。 答えは砂です。 砂は曲げ加工中にチューブが破損するのを防ぎます。

9mmの銅製冷蔵庫チューブを用意し、その中にきれいな砂を詰めます。 これを行う前に、一方の端をテープで覆い、砂を詰めた後、もう一方の端も覆います。 適切な直径のパイプを地面に掘ります。 リールのチューブの長さを測定し、ゆっくりとパイプに巻き始めます。 1回転すればあとは楽です。 必要な巻き数（通常は 4 ～ 6）になるまでチューブを巻き続けます。 2 番目の端は最初の端と揃える必要があります。 こうすることでコンデンサへの接続が容易になります。

さあ、キャップを外して手に取ってください エアコンプレッサ砂を吹き飛ばすためです。 これは屋外で行うことをお勧めします。

銅管は水冷としても機能しますのでご注意ください。 この水はコンデンサとワークコイルを循環します。 ワークコイルは電流により多量の熱を発生します。 たとえ熱を保持するためにコイルの内側にセラミック断熱材を使用したとしても、作業スペース内は依然として非常に高温になり、コイルが加熱されます。 まずは大きめのバケツに氷水を入れ、しばらくすると熱くなります。 氷は多めに用意しておくことをおすすめします。

ステップ 8: プロジェクトのレビュー

以上が3kWプロジェクトの概要です。 シンプルな PLL ドライバー、インバーター、結合トランス、タンクを備えています。

このビデオでは、12kW の誘導炉が稼働している様子を示しています。 主な違いは、マイクロプロセッサ制御のドライバー、より大きな MOSFET、およびヒートシンクを備えていることです。 3kW ユニットは 120VAC で動作します。 12 kW ユニットは 240 V を使用します。