Идея нагревать металл вихревыми токами Фуко, возбуждаемыми электромагнитным полем катушки, отнюдь не нова. Она давно и успешно эксплуатируется в промышленных плавильных печах, кузнечных мастерских, бытовых нагревательных приборах – плитах и электрокотлах. Последние довольно дороги, так что домашние умельцы не оставляют попыток сделать индукционный нагреватель воды своими руками. Наша задача – рассмотреть работоспособные варианты самодельных устройств и разобраться, можно ли применять их для отопления дома.
О принципе индуктивного нагрева
Для начала разъясним, как функционируют электрические индукционные нагреватели. Переменный ток, проходя по виткам катушки, образует вокруг нее электромагнитное поле. Если поместить внутрь обмотки сердечник из магнитящегося металла, то он станет нагреваться вихревыми токами, возникающими под воздействием поля. Вот и весь принцип.
Важное условие. Чтобы металлический сердечник нагревался, катушка должна питаться переменным током, меняющим знак и вектор поля с высокой частотой. При подаче на обмотку постоянного тока вы получите обыкновенный электромагнит.
Сам нагревательный элемент носит название индуктора и является главной частью установки. В отопительных котлах он представляет собой стальную трубу с протекающим внутри теплоносителем, а в кухонных плитах – плоскую катушку, максимально приближенную к варочной панели, как изображено далее на фото.
Вторая часть индукционного нагревателя — схема, повышающая частоту тока. Дело в том, что напряжение с промышленной частотой 50 Гц малопригодно для работы подобных устройств. Если присоединить индуктор к сети напрямую, то он начнет сильно гудеть и слабо прогревать сердечник, причем вместе с обмотками. Чтобы эффективно преобразовывать электричество в теплоту и полностью передавать ее металлу, частоту нужно повысить минимум до 10 кГц, чем и занимается электросхема.
В чем заключаются реальные преимущества индукционных котлов перед ТЭНовыми и электродными:
- Деталь, нагревающая воду, — это простой кусок трубы, не участвующий в электрохимических процессах (как в электродных теплогенераторах). Поэтому срок службы индуктора ограничивается только работоспособностью катушки и может достигать 10—20 лет.
- По той же причине элемент одинаково хорошо «дружит» со всеми видами теплоносителей – водой, антифризом и даже машинным маслом, разницы нет.
- Внутренности индуктора не покрываются накипью в процессе эксплуатации.
Примечание. С индукционными котлами связано множество мифов. Например, продавцы утверждают, что они экономичнее других электрических обогревателей на 10—20%, хотя в действительности КПД всех электрокотлов равен 98%. Список преимуществ ограничивается тремя вышеперечисленными пунктами, остальное – реклама.
Варианты самодельных устройств
На просторах интернета размещено достаточное количество разнообразных конструкций, создаваемых для различных целей. Взять индукционный малогабаритный нагреватель, сделанный из компьютерного блока питания 250—500 Вт. Модель, показанная на фото, пригодится мастеру в гараже или автосервисе для плавки стержней из алюминия, меди и латуни.
Но для отопления помещений конструкция не подойдет по причине малой мощности. В интернете есть два реальных варианта, чьи испытания и работа засняты на видео:
- водонагреватель из полипропиленовой трубы с питанием от сварочного инвертора либо индукционной кухонной панели;
- стальной котел с нагревом от той же варочной панели.
Справка. Существуют и другие, полностью самодельные конструкции, где преобразователи частоты умельцы собирают с нуля. Но для этого нужны знания и навыки в области радиотехники, поэтому рассматривать их мы не будем, а просто приведем пример такой схемы.
Теперь давайте подробнее разберем, как делаются индукционные нагреватели своими руками, а главное, — как они потом функционируют.
Изготавливаем нагревательный элемент из трубы
Если вы плотно занимались поиском информации по данной теме, то наверняка столкнулись с этой конструкцией, поскольку мастер выложил ее сборку на популярном видеоресурсе YouTube. После чего многие сайты разместили текстовые версии изготовления этого индуктора в виде пошаговых инструкций. Вкратце нагреватель делается так:
- Внутрь трубы из полипропилена диаметром 40 мм и длиной 50 см наталкиваются металлические ершики для мытья посуды (можно рубленую проволоку — катанку). Они должны притягиваться магнитом.
- К трубе припаиваются отводы с резьбами для подключения к отопительной сети.
- Снаружи вдоль корпуса приклеиваются 4—5 стержней из текстолита. На них наматывается провод сечением 1.7—2 мм² со стеклоизоляцией, применяющийся в сварочных трансформаторах.
- Варочная панель разбирается и «родной» индуктор плоской формы демонтируется. Вместо него подключается самодельный нагреватель из трубы.
Важный нюанс. Длину и сечение провода для намотки катушки следует определять по штатному индуктору печки, чтобы она соответствовала мощности полевых транзисторов в электросхеме. Если взять больше провода, то упадет мощность нагрева, меньше – перегреются и выйдут из строя транзисторы. Как это выглядит визуально, смотрите на видео:
Как нетрудно догадаться, роль нагревательного элемента здесь играют металлические ершики, находящиеся в переменном магнитном поле катушки. Если запустить варочную панель на максимум, одновременно пропуская через импровизированный котел проточную воду, то ее удастся нагреть на 15—20 °С, что и показали испытания агрегата.
Поскольку мощность большинства индукционных плит лежит в пределах 2—2.5 кВт, то с помощью теплогенератора можно обогреть помещения общей площадью не более 25 м². Есть способ увеличить нагрев, подключив индуктор к сварочному аппарату, но здесь есть свои сложности:
- Инвертор выдает постоянный ток, а нужен переменный. Для подсоединения индукционного нагревателя аппарат придется разобрать и найти на схеме точки, где напряжение еще не выпрямлено.
- Нужно взять провод большего сечения и подобрать число витков путем расчета. Как вариант, медную проволоку Ø1.5 мм в эмалевой изоляции.
- Понадобится организовать охлаждение элемента.
Проверку работоспособности индуктивного водонагревателя автор демонстрирует в своем видео, представленном ниже. Испытания показали, что агрегат требует доработки, но конечный результат, к сожалению, неизвестен. Похоже, что умелец оставил проект незавершенным.
Как собрать индукционный котел
В этом случае дешевую китайскую плиту разбирать не нужно. Суть в том, чтобы сварить по ее размерам котловой бак, руководствуясь пошаговой инструкцией:
- Возьмите стальную профильную трубу 20 х 40 мм с толщиной стенки 2 мм и нарежьте из нее заготовок по ширине панели.
- Сварите трубки между собой по длине, стыкуя меньшими сторонами.
- Сверху и снизу к торцам герметично приварите железные крышки. Сделайте в них отверстия и поставьте патрубки с резьбами.
- К одной из сторон прикрепите сваркой 2 уголка, чтобы они образовали полку для индукционной печки.
- Покрасьте агрегат термостойкой эмалью из баллончика. Подробнее процесс сборки показан в видеоролике.
Окончательная сборка и запуск заключается в монтаже котла на стену и его врезке в систему отопления. Варочная панель вставляется в гнездо из уголков на задней стенке бака и подключается к электросети. Остается заполнить систему теплоносителем, стравить воздух и включить нагрев индуктора.
Здесь вас подстерегает та же проблема, что встречалась с предыдущей моделью. Несомненно, индукционный нагрев будет работать, но его мощности 2.5 кВт хватит для обогрева парочки небольших комнат при морозе на улице. Осенью и весной, когда температура не опустилась ниже нуля, самодельный котел сможет отопить площадь 35—40 м². Как его правильно подключить к системе, смотрите в очередном видеосюжете:
Выводы и рекомендации
Мы намеренно представили варианты индукционных водонагревателей несложной конструкции, чтобы каждый желающий мог сделать подобный агрегат своими силами. Но остался вопрос, нужно ли заниматься этим делом и тратить собственное время. На этот счет есть ряд объективных соображений:
- Пользователи, не разбирающиеся в электрике и радиотехнике, вряд ли смогут добиться увеличения мощности нагрева свыше 2.5 кВт. Для этого придется собрать схему преобразователя частоты.
- КПД индуктора ничуть не выше, чем у других электрических котлов. Но собрать нагреватель с ТЭНами гораздо проще.
- Если у вас не завалялась дома индукционная панель, то потребуется ее купить примерно за 80 у. е. Столько стоят дешевые китайские изделия в интернет-магазинах. За те же деньги продаются готовые электродные котлы мощностью до 10 кВт.
- Электроплиты оснащаются автоматикой безопасности, отключающих бытовой прибор спустя 1 или 2 часа работы. Это доставляет неудобство при эксплуатации.
- Если в силу разных причин теплоноситель вытечет из самодельного теплогенератора, то нагрев не прекратится. Это чревато пожаром.
Конечно, вы можете обойтись без дорогих покупок, досконально разобраться в конструкции и смастерить индукционный нагреватель с нуля. Но выполнить все бесплатно не получится, ведь потребуется приобрести комплектующие для схемы. Заметьте, что бонусы от подобного отопительного агрегата невелики, так что всерьез браться за его изготовление с целью обогрева частного дома нецелесообразно.
Нагревающие устройства, принцип действия которых основан на индукционном нагреве, называются индукционными нагревателями. Применяются они как в промышленности, так и в быту, причём в промышленности значение их использования трудно переоценить.
Рассмотрим эти устройства подробнее.
Устройство и принцип действия индукционного нагревателя
Упрощённо индукционный нагреватель состоит из трёх составных элементов:
- генератор переменного тока (1);
- индуктор (2);
- сердечник (3).
В катушку, состоящую из определённого числа витков проводника заданной площади сечения, помещают токопроводящий (металлический, графитовый) стержень без непосредственного контакта с ней, после чего на контакты катушки с генератора переменного тока подаётся напряжение. Вокруг витков катушки образуется электромагнитное поле, под воздействием которого в стержне возникают вихревые токи Фуко, разогревающие сердечник. Таким образом, теплопередача на сердечник отсутствует, тепло вырабатывается им самостоятельно под воздействием блуждающих в нём токов, и может быть передано при помощи теплоносителя. Температура стержня повышается не одновременно по всей массе, а от поверхностных слоёв к центру, в зависимости от теплопроводности материала сердечника. При этом, повышение частоты переменного тока уменьшает глубину индуктивного нагрева, но увеличивает его интенсивность. Особого внимания заслуживает то обстоятельство, что катушка вокруг сердечника во время работы остаётся практически холодной.
Наглядно этот процесс выглядит так:
Области применения
В промышленности индукционные нагреватели используются для выполнения следующих сложных процессов:
- сверхчистая плавка металлов (производится в канальных — бесконтактных индукционных печах);
- гибка стальных труб большого диаметра;
- выполнение поверхностной закалки стальных изделий (строительная арматура, детали передаточных механизмов станков и т.д.);
- термообработка мелких деталей сложной конфигурации;
В быту индукционные нагревательные устройства распространены также достаточно широко. Области их применения:
- бытовые автономные системы отопления (для дачи, квартиры, частного дома);
- индукционные варочные поверхности и плитки для кухни;
- тигельные печи малого объёма для бытовой плавки металла;
- ювелирное ремесло.
Поскольку основная тема статьи – индукционный обогреватель, то подробно остановимся на отопительном котле, в основу работы которого заложена идея индуктивного нагрева теплоносителя.
Индукционный обогреватель – котёл отопления
С тех пор, как владельцы жилья стали устанавливать в своих домах автономные системы отопления, вопрос экономичности нагревательных котлов для них остаётся одним из самых важных. По этому показателю, по крайней мере, среди устройств, вырабатывающих тепло из электричества, индукционные котлы отопления лидируют. При этом мощность их, не сравнимая с идентичным параметром такого прибора, как плинтусный обогреватель, позволяет применять агрегаты в качестве основного способа отопления в помещениях большой площади.
Индукционные котлы отопления состоят из двух контуров – первичного (электромагнитного) и вторичного (теплообменная обвязка). Первый контур, состоящий из преобразователя напряжения и теплогенератора с нагревателем индукционного типа, создаёт электромагнитное поле, вихревые токи и вырабатывает тепло. Второй контур, включающий в себя теплообменник с системой обвязки, передаёт это тепло посредством циркуляции теплоносителя на радиаторы системы отопления. В качестве теплоносителя используется вода в чистом виде или с присадками.
Кроме указанных двух контуров, система отопления включает автоматику, отвечающую за работу отдельных узлов агрегата.
Современные индукционные котлы отопления устанавливаются только в теплообменный контур закрытого типа, имеющий в конструкции расширительный бачок мембранного типа и насос принудительной циркуляции. Использование циркуляционного насоса является вынужденной мерой и обусловлено малым объёмом теплоносителя при высокой интенсивности нагрева теплообменника. Возможность естественной циркуляции в такой системе исключена – без насоса закипание воды произойдёт раньше начала её движения по трубам.
Важно! Индукционный котёл должен быть обязательно заземлён. Кроме того, при монтаже системы отопления контур разводки теплоносителя в целях безопасности необходимо монтировать из пластиковых труб, или же изолировать нагревательный агрегат от стального контура вставкой фитингов из полипропилена.
Классифицируются индукционные котлы отопления идентично другим отопительным электрическим агрегатам – по мощности, исполнению, параметрам потребляемого электричества. Но у этих устройств имеется ещё классификация по конструктивному решению электрической части.
Разновидности индукционных котлов
Существуют следующие разновидности нагревательных котлов индукционного типа, обозначаемые как по принципу действия, так и по марке производителя:
- SAV – разновидность и одновременно торговая марка котлов нового поколения мощностью от 2,5 до 100 кВт, с 2007 г. выпускаемых российской компанией ЗАО НПК «ИНЭРА»;
- ВИН — аббревиатура является не только сокращением названия вида индукционных устройств (вихревые индукционные нагреватели), но и запатентованным названием котлов, производимых ижевской компанией «Альтернативная энергия».
Индукционные обогреватели SAV
Эксплуатация агрегатов SAV не требуют использования инвертора, на индуктор подаётся ток частотой 50 Гц. Индуцированное первичной обмоткой электромагнитное поле вызывает образование вихревых потоков во вторичной обмотке, роль которой в котлах данного типа выполняет участок замкнутого контура труб с теплоносителем. Данный участок трубы – вторичная обмотка интенсивно нагревается под воздействием токов Фуко и передаёт тепло теплоносителю, принудительно циркулирующему в системе отопления с помощью циркуляционного насоса.
Устройство отопительной системы выполняется с использованием радиаторов или лабиринтовым способом, напоминающим плинтусовый обогрев, чтобы увеличить общую площадь наружной поверхности (теплоотдачи) труб — контур отопления, как минимум, не должен быть минимальным по протяжённости.
Котлы SAV производятся под напряжение в 220V и 380V. В качестве теплоносителя в них используется вода (в чистом виде или с противозамерзающими присадками), а также антифриз. Выход агрегата на полную мощность работы занимает порядка 5-20 минут (в зависимости от объёма теплоносителя), КПД нагревателей таких устройств составляет минимум 98%. Для эффективного обогрева помещения площадью до 30 м кв. достаточно индукционного устройства мощностью в 2,5 кВт, покупка которого в комплекте с системами автоматики и управления обойдётся приблизительно в 30 тыс. руб.
ВИН-агрегаты отопления
Котлы данного типа более совершенны по принципу действия и конструкции, что, естественно, отражается на их стоимости. Для работы ВИН-устройств необходим инвертор – устройство повышения частоты входящего тока. Ток высокой частоты вызывает образование электромагнитного поля высокой напряжённости, которое, в свою очередь, обуславливает возникновение более мощных вихревых токов во вторичной обмотке. Кроме того, теплообменник и корпус котла изготавливаются из ферромагнитных сплавов, имеющих собственное магнитное поле. Результатом всех этих процессов является большая интенсивность нагрева теплообменника и, естественно, теплоносителя.
ВИН-агрегата мощностью в 3 КВт достаточно для отопления помещения площадью 35-40 м кв. (в зависимости от климатических условий и качества теплоизоляции наружных строительных конструкций).
ВИН-агрегаты вследствие большей производительности могут использоваться не только в системах отопления жилья, но и для горячего водоснабжения. Для этого в контур теплоносителя врезают дополнительные накопительные резервуары, оборудованные защитной автоматикой, ёмкость которых рассчитывается в зависимости от количества точек горячего водозабора. Горячей водой эти ёмкости обеспечиваются путём её циркуляции в системе с прямоточным нагревом индукционным обогревателем.
Оценка маркетинговых характеристик-утверждений
Индукционным котлам отопления приписывают множество достоинств, часто – без аргументов. Перечислим эти характеристики и дадим оценку степени соответствия утверждений факту:
Экономичность
Утверждение
Потребление электроэнергии индукционными котлами на 20-30% меньше, чем другими обогревателями на электричестве.
Факт
Все нагревательные электроприборы, не выполняющие механической работы, 100% энергии электрического тока превращают в тепло, их КПД всегда ниже 100%, но отличается по величине у разных устройств в разных условиях. Для выработки 1 КВт тепловой энергии необходимо затратить более 1 КВт электричества, а вот насколько более — зависит от параметров среды рассеивания. Внутри котла потери, конечно, тоже присутствуют – например, на нагрев катушки, так как любой материал проводника имеет сопротивление, но все эти потери остаются внутри помещения
Важно! Счётчики старого образца (бакелитовые) зафиксируют меньший (в 1,6 – 1,8 раза) расход электроэнергии, чем современные электронные, так как они не рассчитаны на учёт реактивной мощности индукционных котлов.
Возможно, этим фактом и обусловлено утверждение об экономичности индукционных котлов.
Долговечность
Утверждение
Высокая надёжность и большой ресурс оборудования — более 25 лет.
Факт
Действительно, отсутствие подвижных деталей исключает механический износ индукционных котлов. Но в систему отопления с ВИН-агрегатом входит циркуляционный насос, ресурс которого гораздо скромнее. Кроме того, в систему управления и автоматики входят механизмы, также состоящие из многих комплектующих, подверженных износу.
Сердечник индукционного нагревателя функционирует в условиях постоянного циклического нагрева и охлаждения, температурных деформаций, которые тоже являются отрицательным фактором. Поэтому называть ресурс индукционных котлов чуть ли не безграничным – преувеличение. Однако он и в самом деле в разы выше ТЭНовых нагревателей.
Неизменность характеристик за весь срок эксплуатации
Утверждение
Отсутствие процесса образования накипи на внутренней поверхности труб обуславливает постоянную эффективность нагревателя и теплообменника.
Факт
Накипь – это отложение солей, содержащихся в воде (теплоносителе). Количество этих примесей в ограниченном объёме теплоносителя также ограничено и невелико, поэтому влияние накипи на эффективность обогревателя незначительно. А в индукционном котле вторичная обмотка находится под почти постоянным воздействием вибрации, и образования накипи не происходит вообще. Так что утверждение верное, преувеличена лишь его значимость.
Бесшумность
Утверждение
Работа индукционных обогревательных котлов бесшумна, что отличает их от других электрических отопителей.
Факт
Утверждение справедливо, но — все бойлеры на электроэнергии не шумят при работе, так как в диапазон их колебаний акустические волны не входят. Шуметь может только циркуляционный насос, но при желании можно подобрать модель бесшумного действия.
Компактность
Утверждение
Индукционные котлы компактны, что удобно при выборе места их установки.
Факт
Это действительно так, если не применять каскада индукционных котлов и не устанавливать промежуточных резервуаров при наличии нескольких точек горячего водозабора в системе горячего водоснабжения, так как индукционный нагреватель – это по большому счёту небольшой кусок трубы с обмоткой.
Безопасность
Утверждение
Безопасность устройства абсолютна.
Факт
Абсолютно безопасных электронагревателей не существует. При эксплуатации индукционных устройств не исключена вероятность утечки теплоносителя из системы, а генератор электромагнитного поля продолжит свою работу, и система пустых труб будет нагреваться. Для предотвращения возникновения такой ситуации в конструкции котла предусмотрено устройство автоматического отключения, но ведь и оно может выйти из строя.
Поэтому индукционные обогреватели, выигрывая у соперников по некоторым критериям безопасности, полностью безопасными не являются.
Недостатки индукционных нагревателей
- Высокая стоимость устройств.
- Значительный вес при компактности.
- Наличие фактора влияния электромагнитного поля на организм и приборы.
Последний пункт рассмотрим подробнее.
Электромагнитное поле влияет на живые организмы приблизительно так, как на продукты в микроволновой печи – прогревает их на определённую глубину, и это может иметь последствия. Интенсивность воздействия поля, в том числе на человека, определяется таким его показателем, как плотность потока энергии (ППЭ), растущая с увеличением частоты подаваемого на первичную обмотку тока. При эксплуатации индукционных обогревателей необходимо соблюдать санитарную норму предельного значения ППЭ, которая установлена в СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96, зависит от продолжительности воздействия поля и составляет, к примеру, для 8-часового воздействия – 25 мкВт/кв.см, одночасового – 200 мкВт/кв.см.
Кроме того, излучение индуктора отрицательно влияет на электронику и радиоаппаратуру, расположенную поблизости, создавая помехи при работе.
Важно! Чтобы защититься от воздействия электромагнитного поля, можно обнести котёл мелкоячеистой (1х1, 2х2 мм) металлической сеткой (клеткой Фарадея), не контактирующей с корпусом котла и заземлённой.
Правила эксплуатации
Безопасная эксплуатация индукционных котлов отопления, как и любых других технических устройств, обеспечивается выполнением ряда правил, касающихся как их монтажа, так и использования после установки:
- Заземление котла обязательно.
- Расстояние от устройства до стен по бокам должно быть не менее 30 см, от нижней точки котла до пола – 80 см, от верхней его точки до потолка – 80 см.
- Индукционные котлы устанавливаются только в закрытый контур с расширительным баком мембранного типа.
- Система должна включать в себя блок устройств обеспечения безопасности (манометр, воздушный клапан, клапан сброса избыточного давления, система автоматического отключения при перегреве).
Обзор известных производителей
- Эдисон – нагреватели индукционного типа мощностью от 4,7 до 500 КВт, выпускаемые новосибирским заводом «СибТехноМаш», для бытовых и промышленных нужд;
- Miratron – продукция российского производителя индукционного отопительного оборудования НПК Миратрон для бытового использования, отличающаяся передовым дизайном, позволяющим использовать оборудование без ущерба интерьеру помещения;
- Teco-House – индукционные котлы отопления с уникальной системой управления, производимые одноимённой украинской компанией по стандартам ЕС и Российской Федерации.
Заключение
Современный рынок котлов для монтажа систем автономного отопления представлен сотнями моделей агрегатов различных видов. Объективность критерия цена/качество каждой разновидности различно. Выбор в пользу индукционных нагревательных устройств в плане риска последующего разочарования в покупке наиболее разумен.
Индукционные отопительные котлы – это приборы, которые отличаются очень высоким КПД. Они позволяют заметно снизить затраты на электроэнергию по сравнению с традиционными приборами, оборудованными ТЭНами.
Модели промышленного производства недешевы. Однако сделать индукционный нагреватель своими руками сможет любой домашний мастер, владеющий нехитрым набором инструментов. Ему в помощь мы предлагаем подробное описание принципа действия и сборки эффективного обогревателя.
Принцип работы индукционного нагревателя
Индукционный нагрев невозможен без использования трех основных элементов:
- индуктора;
- генератора;
- нагревательного элемента.
Индуктор представляет собой катушку, обычно выполненную из медной проволоки, с ее помощью генерируют магнитное поле. Генератор переменного тока используют для получения высокочастотного потока из стандартного потока домашней электросети с частотой 50 Гц.
В качестве нагревательного элемента применяется металлический предмет, способный поглощать тепловую энергию под воздействием магнитного поля. Если правильно соединить эти элементы, можно получить высокопроизводительный прибор, который прекрасно подходит для подогрева жидкого теплоносителя и отопления дома.
Галерея изображенийНезависимо от конструктивной сложности, габаритов и решаемых задач основными его компонентами являются индуктор, генератор вихревых токов и нагревательный элементНесомненным преимуществом индукционных нагревателей является быстрый разогрев при существенно более низких потребностях в электроэнергии по сравнению с другими нагревающими приборамиВеским минусом индукционных нагревателей признают обязательную необходимость в наличии источника энергии. Без электричества прибор совершенно бесполезенЕсли самодельный индукционный нагреватель установить на металлический отопительный трубопровод, то он будет не только эффективно греть теплоноситель, но и стимулировать движение нагретой жидкости по контуруДля того чтобы инвертор нормально работал в схеме с индукционной катушкой, его подключают через терморегулятор. К выходам подключают выпрямительные диоды, иначе система будет работать как электромагнит, а не как индукционный нагревательСамым простым генератором индукционных токов для самодельного нагревателя послужит инвертор, применяемый обычно в электросваркеИндукционную катушку, вырабатывающую вихревые токи, подключают к полюсам инвертора, при включении которого в сеть сразу начинает генерироваться тепловая энергияПринцип индукции применяется не только в подготовке теплоносителя и нагреве санитарной воды для гигиенических целей. Он используется в плавке металловСборка простейшего индукционного нагревателяБыстрое разогревание вихревыми токамиОбязательный доступ к источнику энергииНагрев металлической трубкиМодернизация обычного инвертораИспользование инвертора в качестве генератораТочки подключения индукционной катушкиПрименение индукции в плавке металлов
С помощью генератора электрический ток с необходимыми характеристиками подается на индуктор, т.е. на медную катушку. При прохождении через нее поток заряженных частиц формирует магнитное поле.
Принцип действия индукционных нагревателей основан на возникновении электротоков внутри проводников, появляющихся под воздействием магнитных полей
Особенность поля состоит в том, что оно обладает способностью на высоких частотах изменять направление электромагнитных волн. Если в это поле поместить какой-нибудь металлический предмет, он начнет нагреваться без непосредственного контакта с индуктором под воздействием созданных вихревых токов.
Высокочастотный электрический ток, поступающий от инвертора к индукционной катушке, создает магнитное поле с постоянно изменяющимся вектором магнитных волн. Помещенный в это поле металл быстро разогревается
Отсутствие контакта позволяет сделать потери энергии при переходе из одного вида в другой ничтожными, чем и объясняется повышенный КПД индукционных котлов.
Чтобы подогреть воду для отопительного контура, достаточно обеспечить ее контакт с металлическим нагревателем. Часто в качестве нагревательного элемента используют металлическую трубу, через которую просто пропускают поток воды. Вода попутно охлаждает нагреватель, что значительно увеличивает срок его службы.
Электромагнит индукционного прибора получают путем намотки проволоки вокруг сердечника из ферромагнита. Полученная в результате катушка индукции разогревается и передает тепло нагреваемому телу или протекающему рядом теплоносителю через теплообменник
Преимущества и недостатки прибора
“Плюсов” у вихревого индукционного нагревателя великое множество. Это простая для самостоятельного изготовления схема, повышенная надежность, высокий КПД, относительно низкие затраты на электроэнергию, длительный срок эксплуатации, малая вероятность возникновения поломок и т.п.
Производительность прибора может быть значительной, агрегаты этого типа успешно используются в металлургической промышленности. По скорости нагрева теплоносителя устройства этого типа уверенно соперничают с традиционными электрическими котлами, температура воды в системе быстро достигает необходимого уровня.
Во время функционирования индукционного котла нагреватель слегка вибрирует. Эта вибрация стряхивает со стенок металлической трубы известковый осадок и другие возможные загрязнения, поэтому в очистке такой прибор нуждается крайне редко. Конечно, отопительную систему следует защитить от этих загрязнений с помощью механического фильтра.
Индукционная катушка нагревает металл (трубу или куски проволоки), помещенные внутри нее, с помощью высокочастотных вихревых токов, контакт не обязателен
Постоянный контакт с водой сводит к минимуму и вероятность перегорания нагревателя, что является довольно частой проблемой для традиционных котлов с ТЭНами. Несмотря на вибрацию, котел работает исключительно тихо, дополнительная шумоизоляция в месте установки прибора не понадобится.
Еще индукционные котлы хороши тем, что они практически никогда не протекают, если только монтаж системы выполнен правильно. Это очень ценное качество для электрического отопления, так как исключает или значительно сокращает вероятность возникновения опасных ситуаций.
Отсутствие протечек обусловлено бесконтактным способом передачи тепловой энергии нагревателю. Теплоноситель с помощью описанной выше технологии можно разогреть чуть ли не до парообразного состояния.
Это обеспечивает достаточную тепловую конвекцию, чтобы стимулировать эффективное перемещение теплоносителя по трубам. В большинстве случаев отопительную систему не придется оборудовать циркуляционным насосом, хотя все зависит от особенностей и схемы конкретной системы отопления.
Иногда циркуляционный насос необходим. Установить прибор относительно несложно. Хотя для этого понадобятся некоторые навыки монтажа электроприборов и отопительных труб. Но есть у этого удобного и надежного прибора ряд недостатков, с которыми также следует считаться.
Например, котел греет не только теплоноситель, но и все окружающее его рабочее пространство. Нужно выделить для такого агрегата отдельное помещение и удалить из него все посторонние предметы. Для человека длительное пребывание в непосредственной близости от работающего котла также может быть небезопасным.
Для работы индукционным нагревателям необходим электроток. Как самоделки, так и оборудование заводского изготовления подключают к бытовой сети переменного тока
Для работы прибора необходима электроэнергия. В местностях, где свободный доступ к этому благу цивилизации отсутствует, индукционный котел будет бесполезен. Да и там, где наблюдаются частые перебои с электричеством, он продемонстрирует невысокую эффективность. При неосторожном обращении с прибором может произойти взрыв.
Если перегреть теплоноситель, он превратится в пар. В результате давление в системе резко возрастет, чего трубы просто не выдержат, их разорвет. Поэтому для нормальной работы системы прибор следует снабдить как минимум манометром, а еще лучше – устройством аварийного отключения, терморегулятором и т.п.
Все это может заметно повысить стоимость самодельного индукционного котла. Хотя прибор и считается практически бесшумным, это не всегда так. Некоторые модели в силу разных причин могут все же издавать некоторые шумы. Для устройства, выполненного самостоятельно, вероятность такого исхода возрастает.
В конструкции как заводских, так и самодельных индукционных нагревателей практически нет изнашивающихся компонентов. Они долго служат и безупречно работают
Шаги изготовления самоделки
Сделать такое устройство самостоятельно не так уж сложно. Для этого понадобится:
- Изготовить нагревательный элемент.
- Сделать катушку индуктора из медной проволоки.
- Взять готовый генератор переменного тока.
- Присоединить нагреватель с катушкой к системе отопления.
- Подключить катушку к генератору.
- Подвести электропитание к системе.
- Сделать пробный запуск, чтобы проверить работу агрегата.
В промышленных моделях в качестве нагревателя используется металлическая труба с толстыми стенками, но обеспечить достаточную мощность самодельного устройства, чтобы разогреть такой элемент, очень сложно и большого смысла не имеет. Индукционная катушка способна разогреть любой металл, поэтому нагреватель можно модифицировать.
Промышленные модели индукционных котлов снабжены нагревательным элементом, сделанным из толстой металлической трубы. В домашних условиях скопировать такой агрегат затруднительно
В качестве корпуса для индукционного нагревателя из сварочного инвертора используют отрезок пластиковой трубы. Он должен быть немного больше в диаметре, чем трубы отопления. Длина трубы для нагревателя может составлять примерно один метр, внутренний диаметр можно варьировать в пределах 50-80 мм.
Для подключения нагревателя к системе следует установить переходники в нижней и верхней части корпуса. Нижнюю часть трубы нужно закрыть решеткой, затем внутрь корпуса кладут наполнитель, состоящий из небольших частичек металла. Получить наполнитель можно, пример, из проволоки, прутка, узкой металлической трубы и т.п.
Длину отрезков можно варьировать произвольно. Чаще всего для этого используют стальную проволоку диаметром 6-8 мм, которую просто нарезают небольшими кусочками. Некоторые мастера рекомендуют нарезать ее длинными прутьями, примерно по 90 см, т.е. почти по длине нагревателя.
Для корпуса нагревательного элемента индукционного котла, который изготовили своими руками, понадобится широкая, около 50 мм в диаметре, пластиковая труба
Чем выше магнитное сопротивление стали, из которой изготовлена проволока, тем лучше она будет нагреваться. В зависимости от размеров этих кусочков подбирается и защитная сетка, которую монтируют внизу корпуса. Наполнитель засыпают или укладывают в трубу до самого верха. После этого верхнюю часть также закрывают сеткой.
Схема позволяет составить представление о том, как подключать индукционную спираль к нагревателю котла и к сварочному аппарату
Таким образом, самодельный нагреватель для индукционного котла выглядит как толстая пластиковая труба, набитая кусочками металла и закрытая с двух сторон сеткой. Сверху и снизу нагреватель имеет переходники для подключения к отопительному контуру. Полимерная труба для нагревателя должна иметь достаточно толстые стенки.
Кроме того, любой пластик для этих целей не подойдет, материал должен переносить воздействие довольно сильного нагрева и при этом не выделять в атмосферу или в теплоноситель никаких опасных веществ. Теперь следует изготовить индукционную решетку. Для этого берут медную проволоку и наматывают ее прямо на корпус нагревателя.
В некоторых моделях самодельных индукционных нагревателей вместо пластиковой трубы используют узкую медную трубку. Это не лучший вариант, поскольку правильно свернуть такой элемент в спираль будет непросто
Чем больше витков проволоки, тем лучше. Считается, что у индукционной катушки должно быть не менее 90 витков. Индуктор наматывают на трубу очень плотно, между витками не должно быть никакого зазора.
Для обмотки подойдет медный изолированный провод на 1-1,5 мм. Более толстый кабель здесь не нужен, поскольку он и работы по обмотке затруднит, сложнее будет расположить витки вплотную.
Эта схема поможет правильно подключить катушку индуктора к инверторному сварочному аппарату, если сделать это неправильно, катушка превратится в электромагнит (+)
Наличие зазоров может привести к возникновению шума из-за вибрации, которой сопровождается работа такого агрегата. Со временем такая ситуация может привести к разрушению изоляции, что вызовет межвитковое замыкание.
Сверху и снизу помимо переходников следует установить запорные краны. Они нужны, чтобы обеспечить возможность при необходимости перекрыть воду в отопительном контуре.
При установке нагревателя следует помнить, что его нижний конец должен быть направлен к обратке, трубы, предназначенной для сбора остывшего теплоносителя в двухтрубной отопительной системе. Самый простой способ обзавестись генератором переменного поля – взять инвертор от сварочного аппарата.
Контакты индукционной катушки присоединяют к полюсам инвертора. Как только к агрегату подведут электропитание и включат его в сеть, самодельный индукционный котел начнет работать.
Для изготовления такого устройства подойдет даже недорогой сварочный аппарат, например, модель китайского производства, которая позволяет регулировать силу тока, начиная с уровня в 10 А. Возле переходника на подаче следует установить датчик терморегулятора. Подключение сварочного инвертора выполняется через этот терморегулятор.
На выходах необходимо поставить выпрямительные диоды. Для этого придется вскрыть корпус сварочного аппарата и припаять к выходу проводники, затем присоединить их к диодам. Если выполнить подключение без диодов, напрямую, то на обмотку поступит ток с выпрямленным напряжением, и катушка будет работать как электромагнит, а не как индуктор.
Для создания индукционной спирали рекомендуется использовать медную проволоку сечением 1,5 мм в надежной изолирующей оболочке, нужно сделать около 90 витков
В некоторых современных сварочных аппаратах имеется датчик касания, который запускает работу в момент, когда электрод касается рабочей поверхности. Этот момент необходимо учесть, чтобы датчик либо срабатывал в нужный момент, либо не влиял на работу самодельного котла.
Если с переделкой сварочного аппарата у неопытного мастера возникают проблемы, ему лучше обратиться за профессиональной консультацией.
Для изготовления индукционного котла своими руками можно взять любой сварочный аппарат с подходящими характеристиками. При необходимости прибор можно будет снова использовать для сварочных работ
Если все сделано правильно, сварочный аппарат в будущем можно использовать по прямому назначению. Нужно будет отпаять проводники с диодами и произвести обратную сборку. Под воздействием высокочастотного переменного тока индукционная катушка создаст магнитное поле.
Металл, находящийся внутри полимерного корпуса начнет нагреваться и передавать тепло воде, которая циркулирует по отопительному контуру. На разогрев теплоносителя устройству понадобится всего несколько минут.
Место для индукционного нагревателя следует правильно выбрать. Агрегат должен располагаться на 800 мм ниже уровня потолка, а от стен и предметов мебели его должно отделять минимум 300 мм.
Несколько слов о безопасности
Самодельные индукционные котлы обычно не снабжены системами контроля и защиты, что делает их небезопасными. Поэтому перед включением агрегата необходимо убедиться, что полость корпуса заполнена жидким теплоносителем.
Если полимерный корпус нагревателя будет подвергаться постоянному нагреву без омывания теплоносителем, он просто расплавится, иногда это приводит не только к деформации нагревателя, но и к его полному повреждению.
Агрегаты этого типа часто используют для раскаливания и плавки металлов. Высокие температуры, получаемые от индукционного нагревателя, требуют внимательного отношения к вопросам безопасности
Опасным может быть и выпадение раскаленного металлического наполнителя из расплавившегося корпуса. В этом случае придется почти полностью демонтировать устройство и сделать для него новый нагревательный элемент.
Подключение к электропитанию следует выполнять по отдельному кабелю, проведенному от щитка. Разумеется, необходимо тщательно закрыть изоляцией все контакты. Инвертор сварочного аппарата также необходимо заземлить, это важный момент для обеспечения безопасности.
При этом понадобится кабель сечением не менее четырех миллиметров. Некоторые специалисты рекомендуют отдать предпочтение шестимиллиметровому кабелю. Чтобы предотвратить перегрев самодельного индукционного нагревателя из-за отсутствия в системе воды, рекомендуется установить на входе в нагреватель клапан избыточного давления.
Индукционный нагревательный прибор занимает относительно немного места, но его нужно разместить на определенном расстоянии от потолка, стен, мебели и т.п.
Самодельное устройство этого типа, не снабженное специальными средствами защиты, это потенциально опасный объект, который требует постоянного контроля. Поэтому стоит потратить немного больше денег, но приобрести необходимые устройства.
При этом не помешает оценить затраты, возможно, покупка готового индукционного котла обойдется не намного дороже. Промышленные устройства обычно снабжены всей необходимой защитой.
Особенности и пошаговая технология изготовления еще одного варианта самодельного индукционного котла для системы отопления приведены здесь.
Выводы и полезное видео по теме
Ролик #1. Обзор принципов индукционного нагрева:
Ролик #2. Интересный вариант изготовления индукционного нагревателя:
Для установки индукционного нагревателя не нужно получать разрешение контролирующих органов, промышленные модели таких устройств вполне безопасны, они подходят и для частного дома, и для обычной квартиры. Но владельцам самодельных агрегатов не следует забывать о технике безопасности.
Комментируйте, пожалуйста, предложенный нами к ознакомлению материал. Задавайте вопросы по интересным или неясным моментам. Возможно, у вас есть собственный опыт в сооружении или в установке индукционного котла? Рассказать и разместить уникальные фото вы можете в блоке для комментариев, расположенном ниже.
MEGAVOLTЭлектроника / ПриспособленияДобавлено 40 комментариев
Вот схема которую нужно собрать
Перед началом чтения статья, я рекомендую посмотреть процесс сборки и испытаний:[media=https://www.youtube.com/watch?v=cEaiQcxifcM]Нам потребуется:— 2 транзистора марки IRF3205- 2 стабилитрон 1.5ке12- 2 диода HER208- 2 резистора на 10кОм и на 220Ом- Пленочный конденсатор на 400В 1мкФ- 2 ферритовых кольца (можно достать из старого блока питания компа)- 2 изоляционные шайбы- Радиатор (для охлаждения транзисторов)- Пара винтиков (для закрепления транзисторов в радиаторе)- Термопаста- 2 кусочка слюды (для изоляции транзисторов от радиатора)- Медный залакированный провод сечением 1.4мм2 длинной 1 метр- Медный залакированный провод сечением 1.2мм2 2 куска по 1.5 метр- Форма на намотки катушки (я буду использовать аккумулятор формата 18650)- Аккумулятор для питания схемы (8-20В)- 2 небольших кусочка проводаА так же:— Бокорезы, ножик, отвертка, паяльник.Подробное описание изготовления:Шаг 1: Намотка катушки. Первым делом намотаем провод 1.4мм2 на «форму» (еще раз напомню что в качестве «формы» я буду использовать аккумулятор формата 18650) что-бы получить катушку.
Далее ножиком снимаем изоляцию с катушки
И залуживаем провода
Должно получится примерно такШаг 2: Намотка катушки на ферритовые кольца. На этом этапе необходимо намотать провод 1.2мм2 на ферритовые кольца.
Для этого возьмем кольцо и проденем в него провод.
И начинаем намотку
Обратите внимание, что витки должны быть плотно натянуты. В итоге получаем это.
Шаг 3: Закрепление и подготовка транзисторов. Первым делом подготовим термопасту. Я буду использовать весьма распространенную КПТ-8.
Необходимо нанести тонким слоем термопасту по всей площади на 2 кусочка слюды.
Что бы получилось так.
Затем «приклеиваем» слюду на радиатор
То же самое делаем и с самим транзистором.
Аккуратно прислоняем транзистор (между слюдой) к радиатору.
И прикручиваем его с помощью нескольких винтиков.Так же проделываем и со вторым транзистором. Таким образом на данном этапе уже имеется 2 транзистора прикрученных к радиатору и готовых к дальнейшей пайки.Шаг 4: Пайка компонентов по схеме.На этом этапе начинается самая «интересная» часть. После ее завершения уже получится полностью готовое устройство.Подготовим 2 резистора на 220 Ом.Их необходимо припаять к левым ногам транзисторов.И затем оставшиеся концы соединить между собой и залудить.Затем необходимо подготовить стабилитроны.Их необходимо припаять между левой и правой «ножкой» транзистора. Все это делается с 2 транзисторами.
Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!
*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных
Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь. Используемые источники:
- https://otivent.com/indukcionnyj-nagrevatel-svoimi-rukami
- https://znatoktepla.ru/obogrevateli/obogrevatel-induktsionnogo-tipa.html
- https://sovet-ingenera.com/otoplenie/vodonagrevatel/indukcionnyj-nagrevatel-svoimi-rukami.html
- https://usamodelkina.ru/14682-prostoj-no-moschnyj-indukcionnyj-nagrevatel.html
