Как сделать индукционный нагреватель из сварочного инвертора своими руками

Содержание

Меры безопасности при работе

Основная опасность при работе с самодельной установкой — опасность получения ожогов от нагреваемых элементов установки и расплавленного металла.
Ламповая схема включает элементы с высоким напряжением, поэтому её нужно разместить в закрытом корпусе, исключив случайное прикосновение к элементам.
Электромагнитное поле способно воздействовать на предметы, находящиеся вне корпуса прибора. Поэтому перед работой лучше надеть одежду без металлических элементов, убрать из зоны действия сложные устройства: телефоны, цифровые камеры.

Не рекомендуется использовать установку людям с вживлёнными кардиостимуляторами!

Печь для плавки металлов в домашних условиях может использоваться также для быстрого нагрева металлических элементов, например, при их лужении или формовке. Характеристики работы представленных установок можно подогнать под конкретную задачу, меняя параметры индуктора и выходной сигнал генераторных установок — так можно добиться их максимальной эффективности.

Виды нагревателей

Нагреватели широко распространены на территории нашей страны, а конкретный масштаб устройств варьируется от потребителя к потребителю. Понятно, что самостоятельно собрать высокотехнологичный индукционный нагреватель вряд ли получится, поэтому в статье предлагаются альтернативные варианты.

Своими руками изготавливаются такие приборы, как:

Печки для расплавления металла.
Электрические плитки, использующиеся для приготовления еды.
Устройства для подогрева теплоносителя отопительной системы.

Обратите внимание на то, что изготовление индукционных нагревателей должно производиться строго в соответствии со всеми нормами и правилами, установленными государственными регламентами, касающимися безопасности жизнедеятельности.

Перед началом работы над прибором следует ознакомиться с Гостами и прочими документами, а также пролистать ПУЭ. Помните, что устройство, за контейнер которого выходит напряжение, является не безопасным и запрещенным к эксплуатации.

Советы по безопасности

Установки этого типа широко применяются не только для отопления помещений, но и для проведения плавильных работ. Основная проблема, связанная с индукционными устройствами домашнего изготовления, связана с отсутствием узлов, обеспечивающих контроль показателей температуры и давления и предохранение от взрыва

Поэтому при эксплуатации таких агрегатов нужно проявлять внимательность и осторожность

Перед запуском индукционного котла необходимо заполнить систему теплоносителем

Перед запуском котла надлежит проверить наполнение полости теплоносителем. Корпус, выполненный из полимеров, без регулярного охлаждения жидкостью начнет плавиться. Это влечет за собой деформационные изменения и полный выход установки из строя. Также опасность может представлять выпадение накаленного металла из плавящегося корпуса. При таком инциденте потребуется провести замену ряда узлов установки.

Преимущества оборудования

Устройство для обогрева помещений индукционного типа имеет свои превосходства:

требует минимальных вложений;
имеет высокий коэффициент полезного действия;
такое оборудование можно собрать самому, в домашних условиях;
коэффициент полезного действия почти стопроцентный. Устройство почти не теряет тепла в процессе нагрева;
обычно при нагреве ТЭНы или бойлеры, образуют накипь в системе. В этом виде нагревателя, такая проблема отсутствует;
при нагревании никаких вредных веществ не выделяет, а значит, имеет экологически чистый процесс работы;
в систему можно наливать не только воду, но и антифриз и масло;

Индукционный нагреватель: принцип действия

не нуждается в постоянном обслуживании оборудования;
с установкой сможет справиться даже не профессионал и эксплуатация не нуждается в наличии особых знаний;
котел очень хорошо защищен с точки зрения пожарной безопасности. Электрическая составляющая достаточно надежная и не дает сбоев;
такой вид обогревателей можно использовать совместно с другими;
может работать как на постоянном, так и на переменном токе;
эксплуатация возможна в течение двадцати лет;
аппарат очень хорошо подходит для дач или частых строений.

Но даже при таком количестве достоинств, котел имеет минусы:

цена такого устройства достаточно высокая. И вряд ли окупится в течение 1 – 2 отопительных сезонов;
существует необходимость в постоянном электрическом энергоснабжении;
устройство имеет большой вес;
устанавливается только с закрытой системой отопления.

Но если есть решение поменять дровяную печь или котел на обогреватель такого типа, то можно сразу избавиться от нескольких проблем:

в жилище больше не будет запаха гари;
при растопке котла нет копоти;
не нужно будет выгребать сажу и пепел;
отпадет необходимость в приобретении дров или угля.

Кроме того не нужно занимать место или специальное помещение под хранение твердого топлива.

https://youtube.com/watch?v=k6fXWhDlyXc

Индукционный нагреватель своими руками – схема конструкции

Простота конструкции – одно из достоинств индукционного нагревателя. Внутри круглого экранированного корпуса расположена катушка, на языке физиков именуема индуктором. Она подключается к источнику переменного тока. Внутри катушки расположен отрезок стальной трубы, заканчивающийся двумя патрубками. Последние позволяют присоединить нагреватель к системе отопления.

Таким образом, после подсоединения через трубу будет следовать теплоноситель, при этом она будет нагреваться под воздействием генерируемого катушкой переменного поля. От контакта с трубой, соответственно, будет греться и теплоноситель.

Схема индукционного нагревателя

В некоторых моделях индукционных нагревателей катушка подсоединяется непосредственно к электросети, вследствие чего создаваемое ею магнитное поле меняет полярность с частотой 50 Гц.
Но существует и более производительная схема подключения. Она отличается от только что описанной наличием преобразователя, увеличивающего частоту колебания подаваемого на катушку тока с 50 Гц до нескольких десятков килогерц. Такой преобразователь называют инвертором. Он состоит из трех модулей:

Выпрямитель, представляющий собой обычный диодный мост.
Собственно, инвертор. Главные герои – пара т.н. ключевых транзисторов, которые могут очень быстро переключаться.
Схема управления, которая «дирижирует» ключевыми транзисторами.

Несложно заметить, что происходящие внутри нагревателя процессы весьма сходны с работой понижающего трансформатора, только в данном случае вторичная обмотка является короткозамкнутой и располагается внутри первичной.

Другое отличие состоит в том, что в случае с трансформатором нагрев является побочным эффектом, который стараются предотвратить (например, набирают магнитопровод из отдельных изолированных пластин).

Принцип индукционного нагрева

Чтобы самому выполнить какое-либо устройство, нужно в первую очередь понять, как оно не прекращает работу. Действие индукционных водогреев мы будем рассматривать на примере серийных котлов отечественного производства Эдисон, изготавливаемых на предприятии компании Сибтехномаш. Данные котлы послужат прототипом нашего грядущего самодельного прибора, потому как все детали их конструкции находятся на виду, в отличии от аппаратов иных торговых марок.

Примечание. На рынке можно найти изделия и прочего знаменитого бренда – ВИН, однако в них все детали упрятаны вовнутрь стального корпуса, повторить конструкцию такого типа дома будет трудно.

Заводской котел Эдисон собой представляет блок из нескольких ТЕНОВ индукционного типа. Любой компронент – это труба из стали расчетного диаметра в виде змеевика, изнутри которой двигается тепловой носитель. Она опоясывает индукционную катушку, называемую индуктором, по ней течет ток высокой частоты, создаваемый отдельно стоящим в шкафу преобразователем электрической энергии. В результате вокруг катушки образуется мощное электромагнитное поле, чей вектор изменяет направление с большой частотой. Это поле нагревает железные стены трубы, а от них подогревается и тепловой носитель.

Появляется вопрос: для чего городить столь трудную конструкцию, когда есть старые добрые Трубчатые нагреватели либо обыкновенные котлы галан? Смысл в том, чтобы освободится от минусов таких ТЕНОВ, сохранив положительные качества. Индукционный теплогенератор нагревает воду также быстро, как и котел галан, однако при этом его рабочая часть не склонна разрушению. Индукционная катушка – очень хороший компонент и не перегорит, как простой Нагревательный элемент трубчатого типа, так как не испытует высокой нагрузки.

Как сделать индукционный нагреватель самому?

Самостоятельное изготовление такого нагревателя — не слишком сложная задача, с которой может справиться даже начинающий мастер. Для начала следует запастись:

куском пластиковой трубы с толстыми стенками, которая станет корпусом нагревателя;
стальной проволокой диаметром не более 7 мм;
переходниками для присоединения корпуса нагревателя к отопительной системе дома;
металлической сеткой, которая будет удерживать внутри корпуса кусочки стальной проволоки;
медной проволокой для создания индукционной катушки;
высокочастотным инвертором.

Для начала следует подготовить стальную проволоку. Для этого ее просто нарезают кусочками примерно 5 см длиной. Дно отрезка пластиковой трубы закрывают металлической сеткой, внутрь засыпают кусочки проволоки, сверху корпус также закрывают металлической сеткой. Корпус должен быть заполнен кусочками проволоки полностью. При этом приемлемой может быть проволока не только из «нержавейки», но также из других металлов.

Затем следует изготовить индукционную катушку. В качестве основы используется подготовленный пластиковый корпус, на который аккуратно наматывают 90 витков медной проволоки.

После того, как катушка готова, корпус с помощью переходников присоединяют к отопительной системе дома. После этого катушку подключают к сети через высокочастотный инвертор. Считается вполне целесообразным сделать индукционный нагреватель из сварочного инвертора, поскольку это самый простой и бюджетный вариант.

Чаще всего при изготовлении самодельных вихревых индукционных нагревателей используют недорогие модели сварочных инверторов, поскольку они удобны и полностью соответствуют требованиям

Необходимо отметить, что не стоит испытывать устройство, если в него не подается теплоноситель, иначе пластиковый корпус может очень быстро расплавиться.

Интересный вариант индукционного нагревателя, сделанного из варочной панели, представлен в видеоматериале:

Индукционный нагреватель своими руками

Индукционный нагреватель незаменимая вещь для кузнецов, токарей, слесарей и домашних мастеров. С его помощью всегда легко и быстро можно нагреть и даже расплавить металл, вам не нужны дорогие теплоносители, такие, как уголь и газ, достаточно подключить к прибору электричество. Происходит бесконтактный нагрев металла токами высокой частоты, по научному волнами радиочастотного диапазона. Прибор широко применяют для термообработки, закалки и гибки деталей, бесконтактной плавки, пайки и сварки, металлов. В ювелирном деле для термической обработки мелких деталей. В медицине для дезинфекции медицинского инструмента. В автосервисе слесаря нагревают заржавевшие гайки. Так же индуктор устанавливают в индукционных котлах, применяемых для отапливания жилых помещений. На этом рисунке изображена рабочая схема индукционного нагревателя, который вы легко можете сделать своими руками.

Схема индукционного нагревателя

Устройство состоит из задающего генератора высокой частоты собранного на двух мощных полевых транзисторах. Рабочее напряжение генератора зависит от мощности установленных полевых транзисторов. С транзисторами IRFP250 устройство можно питать напряжением от 12 до 30 вольт. А если установить транзисторы IRFP260, тогда напряжение питания можно поднять от 12 до 60 вольт.

Мощность индуктора заметно возрастет, температура нагрева металла поднимется более 1000 градусов, что позволит плавить металлы. В процессе работы транзисторы будут очень сильно нагреваться, поэтому их надо установить на большие радиаторы и поставить мощный вентилятор. На холостом ходу индуктор потребляет не менее 10А, а в рабочем состоянии не менее 15А, соответственно требуется очень мощный блок питания минимум на 20А.

На этом рисунке изображена печатная плата индукционного нагревателя.

Так же вам понадобятся резисторы R1, R2 на 10К мощностью 0.25 Ватт. Резисторы R3, R4 с сопротивлением 470 Ом не менее 2 Ватт. Диоды D1, D2 ультрабыстрые UF4007 или другие аналогичные на максимальный ток до 1А. Стабилитроны VD1, VD2 мощностью не менее 5 Ватт с напряжением стабилизации 12В например 1N5349 и другие. Дроссели L1, L2 размером 27х14х11 мм желтого цвета с белой полосой я вытащил из компьютерных блоков питания. На каждый дроссель надо намотать 25 витков медного провода диаметром 1 мм желательно в лаковой изоляции, если не найдете, подойдет одножильный провод в полихлорвиниловой изоляции на скорость сильно не влияет.

Конденсаторы С1-С16 металлоплёночные 0.33 мкФ 630В, соединяются параллельно рядами 4х4, в блоке всего шестнадцать штук. С меньшим рабочим напряжением лучше не ставить, будут сильно греться. Между конденсаторами оставляйте небольшое расстояние для хорошего охлаждения потоком воздуха.

Дроссели решил приклеить силиконовым герметиком, чтобы не болтались.

Важную деталь нагревателя, индуктор я сделал из медной трубки диаметром 6 мм длинною 1 метр. Купить такую можно в любом автомагазине типа «Газовщик» и там где торгуют газо-балонным оборудованием для автомобилей. Медную трубку наматываем на кусок полипропиленовой трубы внешним диаметром 40 мм, такая труба используется в пластиковом отоплении. Делаем пять витков, расстояние между верхним краем первого витка и нижним краем пятого витка должно быть 40 мм. Концы трубы изгибаем, как на рисунке и прикрепляем к радиаторам с помощью двух клемных колодок для провода сечением 16 мм².

В процессе работы индуктор будет сильно нагреваться от раскаленной детали, что может привести к повреждению медной трубки, поэтому надо сделать охлаждение. На концы медной трубки я одел силиконовые трубки и подключил насос омывателя лобового стекла автомобиля. Насос от ВАЗ 2114 и силиконовые трубки купил в автомагазине. Получилась нормальная водяная система охлаждения.

Шаг 3: Драйвер

Эта схема действительно большая. Вообще, вы можете прочитать про простой маломощный инвертор. Если вам нужна большая мощность, вам нужен соответствующий драйвер. Этот драйвер будет останавливаться на резонансной частоте самостоятельно. После того, как ваш металл расплавится, он останется заблокированным на правильной частоте без необходимости какой-либо регулировки.

Если вы когда-либо строили простой индукционный нагреватель с чипом PLL, вы, вероятно, помните процесс настройки частоты, чтобы металл нагревался. Вы наблюдали за движением волны на осциллографе и корректировали частоту синхронизации, чтобы поддерживать эту идеальную точку. Больше не придется этого делать.

В этой схеме используется микропроцессор Arduino для отслеживания разности фаз между напряжением инвертора и емкостью конденсатора. Используя эту фазу, он вычисляет правильную частоту с использованием алгоритма «C».

Я проведу вас по цепи:

Сигнал емкости конденсатора находится слева от LM6172. Это высокоскоростной инвертор, который преобразует сигнал в красивую, чистую квадратную волну. Затем этот сигнал изолируется с помощью оптического изолятора FOD3180. Эти изоляторы являются ключевыми!

Далее сигнал поступает в PLL через вход PCAin. Он сравнивается с сигналом на PCBin, который управляет инвертором через VCOout. Ардуино тщательно контролирует тактовую частоту PLL, используя 1024-битный импульсно-модулированный сигнал. Двухступенчатый RC-фильтр преобразует сигнал PWM в простое аналоговое напряжение, которое входит в VCOin.

Как Ардуино знает, что делать? Магия? Догадки? Нет. Он получает информацию о разности фаз PCA и PCB от PC1out. R10 и R11 ограничивают напряжение в пределах 5 напряжений для Ардуино, а двухступенчатый RC-фильтр очищает сигнал от любого шума. Нам нужны сильные и чистые сигналы, потому что мы не хотим платить больше денег за дорогие мосфеты после того, как они взорвутся от шумных входов.

1 Применение ТВЧ в промышленности

Токи высокой частоты – это токи, в которых число колебаний за одну секунду достигает одного миллиона. Напряжение в станках ТВЧ может быть от одной тысячи до нескольких сотен тысяч вольт.

Устройства ТВЧ широко используют в промышленности.

с помощью ТВЧ в индукционных печах происходит плавление любого металла. Удобство данного метода состоит в том, что применяться он может в условиях полного вакуума. Это позволяет избежать окисления и загрязнения металлов;
с помощью высокочастотных токов производят закалку металла. Особенность такой закалки состоит в том, что закаляется лишь оболочка изделия, внутренняя часть остается пластичной. Это защищает металл от хрупкости;
с помощью устройств ТВЧ сваривают некоторые детали в автопромышленности.;
в медицине высокочастотные токи применяются для лечения кожных заболеваний, методом улучшения кровообращения в капиллярах, суставов, позвоночника, прогревания внутренних органов;

Последним изобретением на основе высокочастотных токов стал станок по сварке натяжных потолков из ПВХ. Это устройство мы рассмотрим подробнее.

1.1 Устройства ТВЧ для устройства натяжных потолков ПВХ

Натяжные потолки сегодня по праву занимают одно из первых мест во внутренней отделке дома. Они обладают высокими эстетическими качествами, довольно быстро монтируются, позволяют скрыть потолочные коммуникации. К тому же на натяжных полотнах могут быть нанесены узоры, рисунки и, даже, собственные фотографии.

Станок ТВЧ отличается высокой скоростью выполнения сварки натяжных потолков

С помощью расцветки и формирования полотен дизайнеры решают вопросы визуального увеличения пространства, искусственного точечного освещения помещений и многое другое.

Шов на натяжных потолках из ткани или ПВХ должен быть:

прочным. Полотно на потолке имеет достаточно высокий коэффициент натяжения. Поэтому шов на ткани или ПВХ должен быть настолько прочным, чтобы не разорвался и не потянулся ни при монтаже, ни со временем;
незаметным. Прелесть натяжных потолков заключается именно в том, что они выглядят как единое полотно из красивой ткани. Любые загибы или сварочные швы значительно снизят эстетичность интерьера.

Шов, выполненный на стенке ТВЧ является прочным и имеет эстетичный вид

Именно эти две задачи можно безупречно решить с помощью аппарата ТВЧ для натяжных потолков.

1.2 Устройство

Станки ТВЧ состоят из следующих механизмов:

Механизм подавления электродуги. В случае появления искр или, как следствие, электрической дуги, свариваемое полотно может прогореть. К тому же есть вероятность выхода из строя самого сварного электрода. Поэтому станок оснащен автоматическим регулятором, который снижает мощность генератора, в случае опасности возникновения искр.
Механизм для подавления помех. Поскольку высокочастотные токи создают собственное высокое магнитное поле, но при этом чувствительны к другим магнитным полям, станок оснащен экраном, создающим, своего рода, защитный купол над отдельно взятым ТВЧ устройством.
Предохранительное устройство защищает станок от перепадов напряжения в электросети.
Сварное устройство. Данный механизм соединяет ПВХ полотна посредством диэлектрического нагревания.
Механизм привода. Большинство станков оснащены приводами двух типов: ножным и пневматическим. Пневматический привод является более точным и более безопасным, поскольку позволяет уберечь станок и полотно от пережима и прочих ошибок обслуживающего персонала.
Кроме этого каждый станок предусматривает наличие инвертора, который, собственно, и генерирует высокочастотные токи.

Все эти механизмы устанавливаются на станину, представляющую собой стол. Такая станина позволяет удобно уложить полотно для сварки и избежать изгибов или искривлений.

1.3 Принцип работы

Принцип работы ТВЧ станков для натяжных потолков основывается на диэлектрическом нагреве двух полотен, контактирующих между собой. В процессе сварки в отдельных случаях могут использоваться присадочные материалы.

Такие устройства позволяют производить спайку:

быстро;
равномерно;
надежно;
прогревая лишь конкретные точки.

Станок ТВЧ JL-5000FA для натяжных потолков

Процесс спайки производится посредством двух электродов, через которые и проходит диэлектрический ток.

Спайка может производиться тремя способами:

встык;
внахлест;
Т-образным швом.

ТВЧ станки производства Китай для ПВХ в промышленности применяют не только для пайки натяжных потолков. С их помощью изготавливают:

подушки безопасности для автомобилей;
детские надувные мячи и круги;
пляжные горки и аттракционы, типа «банана»;
пляжные сумки и матрацы, и прочие изделия из ПВХ.

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

Индукционный нагреватель своими руками из сварочного инвертора