Из индукционной плитки

Блок управления плиткой используют для питания полученной обмотки, выставляя необходимую мощность на сенсорной панели управления.

Однако, этот способ имеет существенные недостатки:

• Для успешной работы такого самодельного котла нужно рассчитать параметры индуктивности вновь собранной катушки. Они могут не совпасть с теми, на который рассчитана электроника плитки, в результате чего блок управления может выйти из строя. Для расчетов нужно обладать неплохими знаниями в области электротехники и уметь разбираться в схеме подключения;
• Большинство моделей плит оснащено автоматическим отключением через 2-3 часа после начала работы конфорки. Это приведет к регулярному отключению котла;
• Плитки индукционного типа обычно имеют мощность не более 2,5 кВт, поэтому пригодны только для переделки на котел малой мощности.

Ошибки в устройстве индукционного котла из плитки показаны в видеоролике:

Более простой вариант использования индукционной плитки, исключающий разборку устройства и монтаж новой схемы — установить на неё герметичный бак из нержавейки подходящего размера с входным и выходным штуцером и подключив его в качестве котла в систему отопления. С такой схемой подключения справиться практически каждый.

При наличии необходимых знаний и умения разбираться в схемах можно последовать примеру автора видеоролика и собрать функциональный индукционный котел из плитки, доработав его схему.

Нагреватель сухого типа

Принцип работы индукционного котла предполагает использование воды или другой жидкости не только в качестве теплоносителя, но и для охлаждения сердечника. Но нагрев вторичной обмотки, роль которой в этом устройстве играет труба с водой, произойдет и в том случае, если она будет состоять только из металла.
Степень нагрева в этом случае зависит от соотношения силы электромагнитного поля, создаваемого обмоткой, и массы металла сердечника. Произведя расчеты, можно создать сухой индукционный нагреватель своими руками из металлических труб и медной обмотки, как это показано в видео.

Использование индукционного котла обходится дешевле, чем обычного электрокотла с ТЭНами, и самодельная конструкция позволит значительно уменьшить затраты на его установку. Аналогично можно собрать водонагреватель проточного типа для установки на даче, подобрав устройство необходимой мощности.

алгоритм создания и преимущества оборудования

У владельцев частных домов есть немало вариантов оборудования системы отопления. Но чаще всего выбор падает на индукционные котлы. И это неудивительно, ведь подобная установка имеет ряд преимуществ. Внешне индукционный электрокотел чем-то напоминает трансформаторную установку. Нагревательные элементы отсутствуют. Нагрев воды происходит посредством электромагнитной индукции.

О том, что представляют собой котлы отопления электрические индукционные, какие они имеют достоинства и как изготовить их своими руками, и будет рассказано в данной статье.

Основные преимущества индукционных котлов

Высокая популярность котлов индукционного типа обусловлена их достоинствами. Среди основных можно назвать экономичность. Установка позволяет экономить электрическую энергию. Оборудовав систему обогрева с электрическим котлом, можно забыть о необходимости регулярного пополнения запасов топлива. Что не скажешь о системах с жидкотопливными и твердотопливными котлами.

Работают электрокотлы индукционные бесшумно. Прибор во время работы не выделяет вредных веществ и является экологически чистым. Достоинством можно назвать и то, что электрическая катушка изолирована и с теплоносителем не соприкасается. Это означает, что возможность возникновения протечки исключена.

Индукционный прибор отличается долговечностью и безопасностью.

К тому же такое оборудование можно довольно просто сделать своими силами.

Что нужно для изготовления котла?

Таким образом, преимуществ у котлов индукционного типа предостаточно. Но есть и один недостаток – высокая стоимость. Но этот недостаток можно легко исправить. Ведь сделать индукционный котел своими руками несложно.

Затраты на установку индукционного оборудования быстро окупаются за счет высокого КПД и электробезопасности.

Изготовив на индукционный котел своими руками чертежи можно без труда и в короткие сроки создать экономную и эффективную систему теплоснабжения дома.

Для того чтобы соорудить котел индукционного типа потребуются такие инструменты и материалы:

1. Инвертор сварочный. Он необходим для варки корпуса генератора теплоты. С его помощью также будут соединены подающие и отводящие трубопроводы.
2. Катанка либо проволока из стали для нагрева в электромагнитном поле. Диаметр — 7 мм. Длина должна быть 5 см.
3. Пластиковая труба для создания корпуса котла. Стенки трубы должны быть толстые.
4. Переходники. Они нужны для того, чтобы присоединить самодельный индукционный котел отопления к системе теплоснабжения.
5. Проволока из меди.
6. Сетка металлическая.

Таким образом, никаких специальных и дорогостоящих инструментов и материалов для создания индукционного прибора не требуется. Все необходимое оборудование и материалы наверняка есть у каждого хозяина. Изготовив на индукционный котел отопления своими руками чертежи, можно в итоге получить достаточно экономный в работе и дешевый в создании и установке теплогенератор.

Алгоритм создания индукционного котла

Подготовив все инструменты, материалы можно приступать к работе. Сначала может показаться, что изготовить индукционный котел самостоятельно непросто. Но на самом деле это совсем не сложно. Главное придерживаться алгоритма и соблюдать правила.

Для того чтобы изготовить котел на базе индукционной печки необходимо выполнить следующие работы:

• Взять трубу из пластика. Заполнить ее кусочками из нержавеющей стальной проволоки.
• Установить сетки на концах трубы. Это позволит избежать выхода проволоки из трубы.
• Равномерно намотать по всей длине трубы эмалированную медную проволоку. Необходимо сделать девяносто витков.
• Полученный котел установить в отопительную систему. Для этого использовать переходники. Нужно вырезать часть трубы обогревательной системы и в разрез установить индуктор. Приварить первый переходник к корпусу.
• Концы медной проволоки следует подключить к заранее приобретенному высокочастотному инвертору.
• Заполнить систему водой и включить готовый агрегат.

Чтобы работа оборудования была более безопасной, открытые участки медной катушки лучше изолировать. Выбирая изолятор, следует учитывать тепло- и электропроводность. О других самоделках для отопления можно прочитать здесь.

Самодельный индукционный котел — реальная действительность

Таким образом, индукционные котлы отопления своими руками изготавливаются очень просто. К тому же цена самодельного котла копеечная. Единственный недостаток такого агрегата – неказистый внешний вид и малые размеры. Но установив такой котел, можно сразу же почувствовать положительный эффект от его работы, скорость нагрева теплоносителя в отопительной сети существенно повышается.

Индукционный котел своими руками чертежи

Индукционный котел отопления своими руками – предусмотрим все

Система преобразования электроэнергии состоит из двух обмоток. Первая принимает ток из сети, создает вихревые потоки, которые становятся причиной электромагнитного поля. Оно направляется на внешнюю обмотку, которая по совместительству еще и корпус котла. Именно здесь и происходит нагревание теплоносителя, который идет по трубам.

Индукционный агрегат должен иметь патрубок для входа холодной воды и выхода горячей. Обычно снизу корпуса приваривается ввод, а сверху вывод. Носитель подается внутрь, обтекает корпус, нагревается за счет хорошей теплопроводности и уходит через верхнее отверстие в отопительную систему. Основная трудность при создании собственного котла – это правильно расположить внешнюю обмотку и сердечник, чтобы вихревые потоки и создаваемое поле эффективно разогревали котел. Для этого важно разобрать приведенную схему, доступную для понимания человека со средними знаниями физики.

Индукционный агрегат отопления

Кроме выгодного преобразования электроэнергии такие котлы еще и реже ломаются, потому что нет индивидуального статичного нагревательного элемента. Не оседает и накипь на корпусе, потому что система обмоток постоянно находится в состоянии легкой вибрации. Работает индукционный котел негромко и вредных выбросов не производит. Также протечки такой системы маловероятны, потому что сварных швов минимальное количество, а то и вовсе нет. Главным минусом индукционного нагревателя будет его цена, поэтому появляется все больше самодельных схем, одну из них мы и рассмотрим.

2 Собираем простейший индукционный котел

Самый незамысловатый нагреватель просто заменит часть трубы в системе отопления. Насколько реально собрать такой индукционный котел своими руками, оцените по этой инструкции.

Как собрать индукционный котел своими руками — пошаговая схема

Шаг 1: Выбираем преобразователь энергии

На входе электроэнергию будет встречать сварочный инвертор. Изготавливать его самостоятельно могут только очень продвинутые пользователи, так как мы назвали эту схему простейшей, предполагаем, что вы его просто приобретете в соответствующем магазине. Какой из предложенных там взять? Это зависит от мощности, которую вы ожидаете получить от будущего индукционного нагревателя. В среднем для небольшого дома подойдет высокочастотный сварочный инвертор на 15 А. Желательно наличие функции плавного изменения тока.

Шаг 2: Тело нагревателя

Сложного внутри нашего котла мастерить не будем, пустим воду через нагретую стальную проволоку. Для этого берем прокат с диаметром не менее 7 мм. Нарезаем кусочки по 5 см длиной. Количество определяется размером корпуса, куда мы их будем засыпать. Его мы сделаем из пластиковой трубы с толстыми стенками, на нее в дальнейшем будем наматывать индукционную катушку. Естественно, пластик должен быть термоустойчивым. Нежелательно, чтобы диаметр трубы превышал 50 мм. Длину ее мы узнаем после того, как намотаем катушку, поэтому возьмите с запасом.

Индукционная катушка для самодельного котла отопления

3 Какие условия обязательны для безопасной работы котла?

Собрать индукционный котел самостоятельно оказалось не так сложно, но есть несколько обстоятельств, без которых корректной его работы мы не добьемся. Такой нагревательный агрегат не будет функционировать, если в вашей отопительной системе нет принудительной циркуляции теплоносителя

Инвертор индукционного котла отопления

Крайне важно, чтобы в системе была вода. Без нее включать котел категорически запрещено. Ведь катушка намотана на пластиковую трубу, которая неспособна выдержать температуру раскаленной металлической проволоки. Поэтому корпус попросту расплавится, а дальнейшие последствия непредсказуемы.

К материалу самого домашнего трубопровода. куда врезается котел, особых требований нет. Это может быть и пластик, и металл. Главное, чтобы это была жесткая конструкция, а не болтающиеся шланги. Расположение катушки из соображений пожарной безопасности должно находиться в 30 см от стен и 80 см от пола и потолка. Если поблизости должны быть еще какие-то приборы или мебель, то расстояние до них тоже желательно выдержать около 30 см.

Подключение индукционного котла к жесткой конструкции трубопровода

Также не помешает на выходе из котла установить автоматический клапан с манометром, чтобы при необходимости он стравливал нарастающее давление, от которого может треснуть наш корпус. Это понадобится, если устройство принудительной циркуляции нужно будет отключить или насос просто внезапно сломается. Если эта идея вам нравится, тогда переходник на выходе из котла должен быть тройным (два входа для возможности отвода воды в разных направлениях, третий – для клапана). Корпус индукционного нагревателя можно обтянуть изолирующим материалом. Это снизит потери тепла и исключит возможность касания катушки по неосторожности, которая ударит током. Эту рекомендацию мы бы перевели в статус обязательного условия.

Самодельный индукционный котел отопления

На фоне всеобщего подорожания, в том числе и энергоносителей, постоянно появляются новые, более эффективные способы использования традиционных источников энергии. Стремление максимально увеличить КПД не обошло стороной и разработчиков электронагревательных приборов. Одним из таких новаторских продуктов конструкторской мысли являются совсем недавно появившиеся на рынке вихревые индукционные котлы, которые, если верить производителям и разработчикам, на 30 % эффективнее используют электроэнергию, чем обычные водонагреватели со встроенным ТЕНом.

Всем хороши такие нагреватели теплоносителя, они экономны, компактны, бесшумны и безопасны. Однако цена заводского образца такова, что далеко не каждый себе может позволить его приобретение. Вот поэтому некоторые домашние умельцы стремятся изготовить из доступных материалов индукционный котел отопления своими руками. Тем более, что принцип работы, равно как и конструкция такого водонагревателя как бы не очень и сложна.

Как работает индукционный котел

Как было отмечено выше, конструкция индукционного котла достаточно проста.

Имеется спиралевидный контур, выполненный обычно из медной трубки, к которому подключен источник высокочастотного переменного тока. Внутри обмотки расположена металлическая труба, которая с помощью переходных соединений включена в систему отопления. Металлический сердечник, коим, по сути, является в данном случае упомянутая труба, надежно отделена от обмотки слоем тепло- и электроизолирующего материала. Все это устройство включено в металлический корпус цилиндрической формы, который тоже отделен от медного контура слоем изолятора.

Теперь о принципе работы. В медной обмотке, при подключении к источнику тока с определенными характеристиками, возникают электромагнитные вихревые потоки, векторы которых направлены внутрь контура. Если в зону воздействия помещен какой-либо электропроводный материал (металл, например), магнитный вихрь заставляет его нагреваться, влияя на молекулярную структуру.

В нашем же случае, металлическая трубка, помещенная внутри медной обмотки, одновременно является теплообменником, отдавая энергию протекающему сквозь нее теплоносителю, который принудительно циркулирует благодаря насосу.

Ввиду использования электроэнергии таким способом, происходит значительная ее экономия, при этом срок службы такого теплообменника намного больше, чем у традиционного ТЕНа.

Как изготовить самодельный индукционный котел

Сделать в домашних условиях водонагреватель, работающий благодаря электромагнитной индукции, конечно же, можно. Однако стоит учесть, что прежде, чем приступить к его изготовлению, нужно произвести массу расчетов, которые под силу лишь тому, кто не понаслышке знает о том, что такое электротехника. Поэтому нужно трезво оценить свои познания в этой отрасли науки, так как электричество может не простить неудачные с ним эксперименты.

Для того, чтобы сделать простейший индукционный котел понадобятся такие материалы:

• отрезок толстостенной (3-5 мм) полиуретановой трубы 50 мм в диаметре;
• медная проволока 2 мм толщиной;
• нержавеющий пруток около 5 мм в сечении;
• металлическая нержавеющая сетка;
• сгоны и переходники для вышеупомянутого отрезка полимерной трубы.

В качестве источника высокочастотной электрической энергии здесь можно использовать сварочный аппарат с регулировкой характеристик исходящего тока.

Теперь схема сборки.

1. Имеющуюся медную проволоку намотать на пластиковую трубу в виде спирали. Количество и шаг витков зависит от длины трубы и желаемой мощности водонагревателя. Чем плотнее получится спиралевидный контур (соседние витки не должны касаться), тем большей мощности будет электромагнитный вихрь.
2. Концы обмотки надежно соединить с клеммами источника тока.
3. Нарезать нержавеющий прут фрагментами длиной около 5 см, и заложить внутрь полиуретановой трубы.
4. Саму трубу, прежде чем присоединять посредством переходников к системе отопления, необходимо с двух сторон отгородить нержавеющей сеткой.

Таким образом, имеем медный контур, изолятор в виде пластиковой трубы, и сердечник, в роли которого отрезки нержавеющего прутка. Теперь нужно обеспечить подачу воды с помощью насоса и включить источник переменного тока. Понятно, что при первом включении электроток должен быть небольшой силы, которую нужно добавлять по мере необходимости.

Естественно, что рассмотренная модель далека от совершенства и требований безопасности, поэтому применять ее для непосредственной эксплуатации вряд ли было бы разумно. Однако, сделав такой индукционный котел своими руками и затратив на это не так много времени и материалов, можно убедиться в том, что все это работает. А затем, при желании, можно придумать и воплотить какую-нибудь другую конструкцию вихревого водонагревателя, более совершенную и надежную.

На фоне всеобщего подорожания, в том числе и энергоносителей, постоянно появляются новые, более эффективные способы использования традиционных источников энергии. Стремление максимально увеличить КПД не обошло стороной и разработчиков электронагревательных приборов.…

• Как выбрать электрические котлы отопления
• Схема подключения электрокотла
• Отопление частного дома электрическим котлом
• Индукционный котел отопления своими руками

Индукционный котел своими руками

Хотите обустроить свой дом эффективным и одновременно с этим экономически выгодным обогревом? Тогда обязательно обратите свое внимание на современные индукционные котлы. Подобные агрегаты характеризуются высокой производительнос тью и имеют при этом предельно простую конструкцию, поэтому со сборкой индукционного отопительного котла можно с легкостью справиться своими руками. Работа рассматриваемого оборудования основывается на использовании индукционной электрической энергии.

Такие котлы абсолютно безопасные и экологически чистые. Во время их эксплуатации не выделяется никаких побочных продуктов, способных навредить человеку и состоянию окружающей среды.

Содержание пошаговой инструкции:

Механизм действия индукционного котла

По конструкционному исполнению такие котлы представляют собой своего рода электрические индукторы, в состав которых входит две короткозамкнутые обмотки.

Так, внутренняя обмотка отвечает за преобразование поступающей электрической энергии в специальные вихревые токи. В агрегате образуется электрическое поле, которое в дальнейшем поступает на вторичный виток. Последний одновременно выполняет функции нагревательного элемента отопительного агрегата и корпуса котла.

Схема индукционного вихревого агрегата для отопительной сети

Вторичная же обмотка отвечает за передачу образующейся энергии непосредственно на теплоноситель системы отопления. В качестве теплоносителя в подобных установках используются специальные масла, незамерзающие жидкости или чистая вода.

Внутренняя обмотка нагревателя подвергается воздействию электроэнергии. В результате появляется некоторое напряжение и образуются вихревые токи. Созданная энергия отдается вторичной обмотке, после чего начинается нагрев сердечника. По достижению нагрева всей поверхности, теплоноситель начнет давать тепло радиаторам, а они — обогреваемым помещениям.

Рационально ли собирать котел самостоятельно?

Схема работы индукционного котла

Индукционные котлы отопления имеют простейшую конструкцию, никаких сложностей с их сборкой не возникает. Однако вам однозначно придется как минимум внимательно изучить предложенные инструкции и приложить усилия для правильной сборки качественного агрегата.

Наградой за ваши старания станет эффективное и выгодное в финансовом плане отопительное оборудование. Для сборки котла не нужно покупать какие-либо дорогостоящие комплектующие – все необходимые элементы продаются в обычных строительных, хозяйственных и прочих специализированн ых магазинах.

При условии правильной сборки и подобающего обращения с готовым агрегатом он спокойно прослужит 20 лет и даже более. Главное – выполнять все в строгом соответствии инструкции.

Сверхсложных задач перед вами не ставится, и допустить какие-либо критические ошибки при сборке индукционного котла по инструкции практически невозможно.

Сборка простого индукционного котла

Для сборки индукционного котла не нужно использовать никаких сложных в обращении инструментов и дорогостоящих материалов. Все, что вам надо – иметь хотя бы базовые представления о работе сварочного аппарата инверторного типа.

Как сделать индукционный котел своими руками

Первый шаг. Нарежьте проволоку из нержавейки либо катанку на куски длиной порядка 5 см. Необходимый диаметр используемой проволоки – 7-8 мм.

Второй шаг. Подготовьте пластиковую трубу для сборки корпуса устройства. Будет достаточно изделия диаметром порядка 50 мм.

Третий шаг. Закройте дно основной трубы мелкоячеистой металлической сеточкой. Подбирайте сетку с такими ячейками, чтобы через них не могли пройти куски загруженной нержавейки либо катанки.

Четвертый шаг. Полностью заполните корпус проволокой либо катанкой, а затем закройте свободное отверстие трубки второй металлической сеточкой.

Пятый шаг. Аккуратно и как можно более плотно намотайте на среднюю часть корпуса порядка 90 витков провода из меди.

Шестой шаг. Подключите к корпусу нагревателя специальные переходники для врезки в отопительную или водопроводную систему. Схема предельно простая: вода заходит в нагреватель через один переходник – практически мгновенно нагревается – выходит в отопительную систему через второй переходник – батареи и трубы отдают тепло обслуживаемому помещению.

Закрытая система отопления

В результате таких нехитрых манипуляций вы получите недорогое и предельно простое в сборке устройство для эффективного обогрева. Преимуществом использования самодельного индукционного котла является отсутствие необходимости выделения под его установку отдельного котельного помещения. Вы попросту вырезаете часть трубы недалеко от входа в радиатор и закрепляете вместо нее свой самодельный нагреватель.

Далее останется лишь подключить к готовой катушке инвертор на 18-25А и можно заполнять отопительную систему теплоносителем.

Важно: не включайте нагреватель при отсутствии теплоносителя в отопительной системе. В такой ситуации пластиковый корпус нагревателя попросту расплавиться и вся ваша работа пойдет насмарку.

Не забудьте выполнить надежное заземление самодельного нагревательного приспособления.

Устройство вихревого индукционного отопительного агрегата

Сборка такого агрегата потребует от вас наличия определенных навыков обращения со сварочным аппаратом, а также трехфазным трансформатором. Преимуществом вихревого нагревателя является отсутствие в его составе элементов, не способных в течение длительного времени переносить интенсивные нагрузки. То есть риск скорого выхода котла из строя на порядок снижается.

Также к числу преимуществ рассматриваемого агрегата нужно отнести отсутствие разъемных соединений. Это позволяет полностью забыть о риске появления протечек.

Самодельный вихревой индукционный котел работает практически в бесшумном режиме. Это позволяет монтировать его в любом желаемом месте. Вредные выхлопы тоже отсутствуют, поэтому вы можете не беспокоиться по поводу необходимости обустройства надежного котельного помещения и установки дымохода.

Первый шаг. Сварите друг с другом пару металлических труб диаметром порядка 2,5 см так, чтобы в результате получилось изделие круглой формы. Полученная заготовка одновременно является нагревательным элементом котла и его сердечником.

Второй шаг. Установите полученный круг в пластиковую трубу подходящего размера.

Третий шаг. Выполните обмотку на пластиковом корпусе из уже знакомых вам материалов. Благодаря подобной обмотке эффективность и производительнос ть агрегата будут заметно увеличены.

Четвертый шаг. Поместите пластиковый корпус в качественный изоляционный чехол. Он будет предотвращать возможные утечки электрического тока и поспособствует существенному уменьшению потерь тепла.

Нагрев будет осуществляться за счет контакта теплоносителя с все той же обмоткой. Обмотка и все дальнейшие действия выполняются по той же схеме, что и в случае с обыкновенной индукционной установкой, рассмотренной в предыдущей инструкции.

Важные замечания по монтажу и использованию котла

Самодельные индукционные котлы предельно просты в сборке, установке и эксплуатации. Однако прежде чем начинать пользоваться подобного рода нагревателем вам нужно знать несколько важных правил, а именно:

• самодельная индукционная нагревательная установка предназначена для использования только в системах обогрева закрытого типа, циркуляция воздуха в которых обеспечивается при помощи насоса;

Закрытая система отопления

Патрубок котла настоятельно рекомендуется оснастить подрывным клапаном. Через это простое приспособление вы сможете при необходимости избавлять систему от лишнего воздуха, нормализуя давление и обеспечивая оптимальные условия эксплуатации.

Клапан обратный подрывной

Таким образом, из недорогих материалов при помощи простейших инструментов вы можете собрать полноценную установку для эффективного обогрева помещений и нагрева воды. Следуйте инструкции, помните об особых рекомендациях и уже очень скоро вы сможете наслаждаться теплом в собственном доме.

Видео – Индукционный котел своими руками

Источники: http://remoskop.ru/indukcionnyj-kotel-otoplenija-svoimi-rukami.html, http://mynovostroika.ru/indukcionnyj_kotel_otoplenija_svoimi_rukami, http://svoimi-rykami.ru/stroitelstvo-doma/otoplenie/indukcionnyj-kotel-svoimi-rukami.html

Индукционный котел отопления своими руками: 2 варианта конструкций

Планируя систему отопления на даче, владельцы рассматривают множество технических решений, среди которых – вариант с индукционным котлом. Его установка позволяет экономить электрическую энергию, он не выделяет опасные для жизни вещества, а значит, экологически чист. Есть возможность создать индукционный котел отопления своими руками и убедиться в его преимуществах, например, перед агрегатами, работающими на газе или твердом топливе.

Внутреннее устройство и принцип работы котла

Главное назначение оборудования – создание тепловой энергии из электрической при помощи специального агрегата. В отличие от ТЭНов, индукционные аппараты быстрее увеличивают температуру теплоносителя благодаря абсолютно другой конструкции.

Индукционные котлы эффективно используют в отопительных системах не только частных домов

Теплоносителем традиционно являются вода или антифриз, но иногда применяют и другие жидкости, обладающие необходимым свойством – проводимостью тока

В основе устройства – индуктор (трансформатор), имеющий два вида обмотки. Внутри возникают токи вихревого характера, следующие на виток (короткозамкнутый), который одновременно является корпусом. В результате вторичная обмотка восполняется запасом энергии, которую незамедлительно преобразует в тепло, отдающееся теплоносителю.

Устройство необходимо оснастить двумя патрубками: по одному из них будет подаваться охлажденный теплоноситель, по второму – выходить уже горячий.

Перегрева системы не происходит в связи с тем, что горячая вода постоянно отводится, а вместо нее поступает холодная

Схема котла заводского исполнения аналогична схеме самодельного оборудования

Если разбить принцип работы котла на этапы, получится следующая картина:

• Вода (или другой теплоноситель) поступает в котел.
• На внутреннюю обмотку подается электроэнергия.
• Под напряжением нагревается сердечник, а затем – поверхность.
• Теплоноситель нагревается.

Самостоятельно изготовленный индукционный котел, как правило, имеет простую конструкцию, поэтому он редко выходит из строя. Благодаря вибрации, которая сопровождает работу агрегата, исключено появление накипи, также являющейся частой причиной поломок. По такому же принципу работает заводское устройство:

Примеры конструкций самодельных вариантов

Вариант #1 — Пластиковые трубы+сварочный инвертор

Имея некоторые знания в области физики и владея кусачками, можно собрать элементарную индукционную модель самостоятельно.

Для этого необходимо приобрести уже готовый сварочный инвертор, высокочастотный, с плавной регулировкой тока и мощностью 15 ампер, хотя для обогрева лучше выбрать более мощный аппарат. Катанка из нержавеющей стали или просто отрезки стальной проволоки подойдут в качестве нагреваемого элемента. Длина отрезков – около 50 мм, при диаметре 7 мм.

Медную проволоку можно приобрести в магазине. Обмотку со старых катушек лучше не использовать

Корпус (основа индукционной катушки) будет одновременно частью трубопровода, поэтому для его изготовления подойдет пластиковая труба, обязательно с толстыми стенками, внутренний диаметр которой немного менее 50 мм. К корпусу крепят два патрубка для поступления холодного и отдачи нагретого теплоносителя.

Внутреннее пространство полностью заполняют отрезками проволоки, с обоих концов закрыв металлической сеткой, чтобы они не рассыпались. Индукционная катушка изготавливается следующим способом: вокруг уже готовой пластиковой трубы аккуратно наматывают эмалированный медный провод – примерно 90 витков.

Самодельное устройство необходимо подключить к сети. Из установленного трубопровода вырезают участок трубы, а вместо него ставят самодельный индукционный котел. Его соединяют с инвертором и запускают воду.

Индукционный отопительный котел располагается вместе с остальным оборудованием — в бойлерной

Важно заметить, что индукционные котлы отопления работают только при наличии в системе теплоносителя, без него пластиковый корпус расплавится.

Вариант #2 — конструкция с трансформатором

Для изготовления данного агрегата потребуется аппарат для сварки, а также трансформатор (трехфазный) с возможностью фиксации.

Необходимо сварить две трубы так, чтобы они в разрезе были похожи на бублик

Данная конструкция выполняет и проводниковую, и нагревательную функции. Затем наматывают обмотку, прямо на корпус котла, чтобы он работал более эффективно, несмотря на малый вес и размеры. Схема нагрева теплоносителя стандартна: он получает тепловую энергию при контакте с обмоткой.

Как и более простой вариант, сложная модель оборудуется двумя патрубками – для входа холодного теплоносителя и выхода нагретого

Наличие защитного кожуха поможет исключить потери тепловой энергии. Кожух также можно сделать самостоятельно.

Особенности установки и эксплуатации

Для монтажа индукционной установки подходит отопительная система закрытого типа, в состав которой входит насос, создающий принудительную циркуляцию воды в трубах. Распространенные пластиковые трубопроводы также подходят для установки самостоятельно изготовленного котла.

При монтаже следует соблюдать безопасные расстояния до ближайших предметов: до других приборов и стены – 300 мм и более, до пола и потолка – 800 мм и более. Около выводного патрубка разумно разместить группу безопасности (манометр, клапан сброса воздуха).

Заземление – еще одно обязательное условие установки индукционного котла.

Смастерив индукционный котел своими руками, в скором времени можно увидеть результаты своих трудов: он будет исправно работать длительное время, не уступая заводскому исполнению. Сложный в изготовлении, но экономичный в использовании, он не требует дополнительного обслуживания, главное – соблюдать условия эксплуатации.

своими руками, как лучше сделать самому, схема, плюсы обогрева частного дома плиткой на индукции

Индукционный котёл отопления, сделанный своими руками – выгодный вариант, который поможет экономно отопить частный дом, квартиру либо нежилое здание.

Подобные аппараты имеют высокую производительность и несложный тип конструкции. Принцип действия данной системы основан на индукционной электроэнергии.

Преимуществами нагревательного прибора являются элементы, входящие в состав, которые способны выдержать большие нагрузки. Риски скорых поломок котла отопления минимальны. А также в проекте рассматриваемого аппарата отсутствуют разъёмные соединения, что гарантирует отсутствие протечек. Отопительный котёл, сделанный своими руками, функционирует бесшумно, что даёт возможность установить его в удобном месте.

Устройство индукционного котла для отопления частного дома

Оборудование предназначено для преобразования электроэнергии в тепловую энергию с помощью аппарата.

Индукционные агрегаты способны быстро увеличить температуру теплоносителя в отличие от ТЭНов. Важной частью устройства является трансформатор (индуктор), который состоит из двух видов обмотки.

Внутри образуется ток, который имеет вихревой тип, затем энергия поступает на короткозамкнутый виток, служащий одновременно корпусом. Когда вторичная обмотка получает достаточное количество энергии, которая мгновенно преобразуется в тепло, нагревающее теплоноситель.

Индуктор

Данный элемент является важным компонентом устройства, в котором появляется переменное магнитное поле, состоит устройство из двух типов обмотки — первичной и вторичной. Выполняется из нержавеющей проволоки на пластиковом корпусе. Подобный способ увеличивает эффективность и производительность агрегата. Чтобы сделать корпус аппарата потребуется толстая пластиковая труба диаметром 5 сантиметров. Она послужит для основы индукционной катушки и будет частью теплопровода.

Инвертор

Этот компонент принимает бытовой тип электроэнергии и преобразовывает в ток высокой частоты. После чего энергия поступает на первичную обмотку индуктора.

Нагревательный элемент

Для заготовки понадобится две металлические трубы, которые имеют диаметр 2.5 см. Изделия следует сварить между собой, сделав форму детали круглой. Механизм будет служить не только нагревательным элементом, но и сердечником котла.

Фото 1. Индукционный котел, сделанный своими руками. Внутри конструкции расположен нагревательный элемент.

Патрубки

Один патрубок служит для поступления теплоносителя в котёл, второй для подачи нагретой воды в систему отопления.

Справка. Принцип расчёта индуктора зависит от необходимой мощности котла для обогрева помещения. Формула расчёта: 1 кВт на 10 квадратных метров площади помещения, при высоте потолков, не превышающих трёх метров. Например, помещение общей площадью 160 м² отопит индукционный котёл с мощностью 16 кВт.

Механизм действия отопления из индукционной плитки

Конструкция котла основана на электрических индукторах, в состав которых входят 2 обмотки короткозамкнутые. Внутренняя обмотка преобразует поступающую электроэнергию в вихревые токи. Внутри агрегата возникает электрическое поле, поступающее после на второй виток.

Вторичный элемент функционирует как нагревательное звено агрегата отопления и корпуса котла.

Передаёт образовавшуюся энергию на теплоноситель отопительной системы. В роли теплоносителей, предназначенных для подобных котлов, применяют специальное масло, очищенную воду или незамерзающую жидкость.

На внутреннюю обмотку нагревателя воздействует электроэнергия, которая способствует появлению напряжения и образования вихревых токов. Полученная энергия передаётся вторичной обмотке, после чего нагревается сердечник. Когда произошёл нагрев всей поверхности теплоносителя, он передаст поток тепла радиаторам.

Как самому сделать прибор

Индукционный котёл можно изготовить своими руками, главное следовать изложенной ниже инструкции.

Вам также будет интересно:

Необходимые инструменты и материалы

• Кусачки, плоскогубцы.
• Циркуляционный насос.
• Инвертор сварочный.
• Шаровые краны и переходники потребуются при монтаже агрегата к системе обогрева.
• Медная, стальная или нержавеющая проволока. Лучше приобрести новые материалы, так как обмотку со старых катушек лучше не применять. Сечение провода, которое подходит для обмотки патрубка — 0.2 мм, 0.8 мм, 3 мм.
• Отрезок пластиковой трубы — корпус конструкции.

Порядок выполнения работ

Для сборки простого индукционного котла не понадобится применять сложные инструменты и дорогостоящие материалы.

Все что понадобится — сварочный аппарат инвертированного типа. Основные и пошаговые этапы изготовления:

1. Стальную либо нержавеющую проволоку нарезать при помощи кусачек на отрезки от 5 до 7 см.
2. Пластиковая труба для сборки корпуса аппарата с диаметром 5 см. Трубу следует плотно заполнить нарезанными кусками проволоки и уложить её так, чтобы внутри не было пустого места.
3. На торцевых частях трубы крепится мелкочастотная металлическая сетка.
4. Короткие отрезки труб крепятся в нижней и верхней части основной трубы.
5. Трубу плотно обмотать медной проволокой, количество витков не меньше 90. Между витками следует соблюдать одинаковое расстояние.

Важно! Все открытые участки медной проволоки следует изолировать специальными материалами, которые имеют хорошую электро- и теплопроводность. Индукционный котёл требует обязательного заземления.

1. К корпусной части нагревателя подключаются специальные переходники, предназначенные для врезки в отопительные или водопроводные конструкции.
2. Устанавливается циркулярный насос.
3. К готовой катушке подключается инвертирующий элемент на 18—25 А.
4. Отопительная система готова к заполнению теплоносителем.

Внимание! Не запускайте котёл отопления, если в конструкции отсутствует теплоноситель. В противоположном случае пластиковый материал корпуса начнёт плавиться.

В итоге получается недорогой, несложный агрегат, который будет эффективно обогревать обслуживаемое помещение.

Для установки индукционной системы подойдёт отопительная конструкция закрытого типа с насосом, который будет создавать циркуляцию воды в трубопроводе.

Трубы, выполненные из пластика, также подойдут для монтажных работ при подключении самодельного отопительного устройства.

При установке обязательно требуется соблюдать расстояние до предметов, которые находятся вблизи. По правилам безопасности от отопительного агрегата до других предметов и стен должно быть около 30 см и больше, от пола и потолка 80 см и больше. Рекомендуется у выводного патрубка установить прибор для измерения давления жидкости в замкнутом пространстве и ручной воздухоотводчик.

Как подключить котел своими руками, схема

1. Источник постоянного тока 220 V.
2. Индукционный котёл.
3. Группа элементов безопасности (прибор для измерения давления жидкости, воздухоотводчик).
4. Шар-кран.
5. Циркуляционный насос.
6. Фильтр сетчатый.
7. Бак мембранный для водоснабжения.
8. Радиатор.
9. Указатель линии наполнения и слива отопительной системы.

Фото 2. Схема подключения индукционного котла к системе отопления. Цифрами обозначены части конструкции.

Полезное видео

Посмотрите видео, в котором рассказывается, как самому сделать отопительный котел индукционного типа.

Основные аргументы в пользу данной технологии

Главное преимущество самостоятельного изготовления индукционного котла — это удобство монтажа, который производится в любом удобном месте, отдельное помещение не требуется. Например, вырезается часть трубы, расположенная близко к входу радиатора, и крепится нагревательный прибор. Индукционный агрегат отопления сделать своими руками достаточно сложно, но экономия в эксплуатации и отсутствие потребности в дополнительном обслуживании — выгодные качества конструкции.

чертежи, схемы, описание, особенности монтажа, пошаговое изготовление

Бытовые и промышленные отопители, работающие по принципу индуктивного нагрева появились сравнительно недавно, но быстро составили серьезную конкуренцию старым модификациям с традиционными нагревательными элементами. При аналогичной теплопроизводительности они расходуют меньше энергоресурсов и способны быстрее нагреть отопительный контур, кроме того, их допустимо эксплуатировать совместно с низкокачественным теплоносителем. Используя навыки электромонтажа, можно изготовить котел индукционного отопления своими руками, а чертежи, схемы и описание монтажа помогут собрать отопитель из доступных расходных материалов.

Устройство индукционного котла отопления

«Индукционник» состоит из сердечника, тороидальной обмотки, генератора высоких частот и вспомогательных элементов. Первый выполняет роль теплообменника: нагреваясь он отдает тепло воде или другой жидкости, протекающей через отопитель. Силовой провод расположен вокруг сердечника таким образом, что вихревые токи, возникающие в металле, вызывают его нагрев. Изготавливают элемент из медного проводника большого сечения.

Обмотку подключают к генератору высокочастотных импульсов, за счет которого получают ток заданной частоты. Управляет процессом электронный блок, который отслеживает степень нагрева и может, в случае нештатной ситуации, аварийно отключить прибор. Закрыт отопитель теплоизоляционным материалом и внешней декоративной оболочкой. Корпус защищает оператора от получения ожогов и электротравм при возможном повреждении изоляции.

Виды котлов

Производители выпускают 2 типа отопительных «индукционников». Первые получили маркировку SAV. Индуктор этих аппаратов представляет первичную обмотку. Он воспринимает ток частотой 50 Гц. Система короткозамкнутых труб, наполненная теплоносителем, представляет вторичную обмотку, совмещенную с теплообменником. Последний нагревается при воздействии вихревых токов. Ввиду ограниченности частот, отопители этого типа не делают мощнее 50 кВт. Подключают их в одно- и трехфазную сеть.

Второй тип электрокотлов — ВИН. Их теплообменник изготовлен из ферромагнитного сплава, способного отменно перемагничиваться, вызывая сильное нагревание. Кроме того, ток, поступающий в обмотку, является высокочастотным. Этим достигается большая эффективность и экономичность отопителя. Котлы этого типа изготавливают мощностью до 500 кВт.

Важно!

При монтаже «индукционника» учитывают, что он может создавать помехи в работе различных бытовых приборов. Как правило, электрокотел устанавливают за несколько метров от них.

Как работает индукционный котел

Принцип действия отопителя и других электронагревателей основан на способности токопроводящих материалов повышать свою температуру под действием вихревых токов, получаемых в результате электромагнитной индукции. Последнюю создает высокочастотное переменное напряжение, проходящее по первичным виткам аппарата, собранных в катушку.

Функцию вторичного приемника выполняет нагревательный элемент, помещенный внутрь теплообменника. В нем под действием сильного магнитного поля высвобождается тепловая энергия хаотического движения атомов. Действовать установка может и на промышленной частоте, используемой в обычной электросети. Но эффективность нагрева будет невысокой, а сам процесс будет сопровождаться повышенным шумом и вибрацией. Оптимальной частотой считается показатель, превышающий порог в 10 кГц. В таком режиме работы гул пропадает, а вибрация становится неощутимой и повышается КПД.

Как сделать индукционный котел отопления своими руками для отопления дома

«Индукционники» различной производительности в свободном доступе представлены на рынке климатической техники, но стоимость их существенно завышена. Это вынуждает умельцев собирать отопители из доступных компонентов. Чтобы не паять сложные электронные схемы, делают индукционные котлы отопления своими руками из инверторов, сварочного аппарата или кухонных плит, работающих на принципе индукции.

Из индукционной плитки

Обычный кухонный прибор можно использовать для создания электрокотла. У мастера есть 2 способа, как реализовать проект. Тем, кто не хочет вникать в тонкости процесса и создавать сложные конструкции, подойдет использование электроприбора по прямому назначению. Для этого на него устанавливают закрытую нагревательную емкость со входным и выходным патрубками. Последние подключают к отопительному контуру, а нагрев будет происходить аналогично кипячению воды в кастрюле.

Второй способ более сложен в реализации. Для этого придется прибор полностью разобрать и извлечь необходимые элементы. Мастеру понадобятся медный сердечник для изготовления катушки и блок управления для питания силовой части. Однако такой прием имеет несколько недостатков:

1. Подбор величины индукции самодельной конструкции. Мастеру понадобится опытным путем определить количество витков, соответствующее оптимальному. Только в этом случае работа будет максимально эффективной.
2. Несоответствие системы управления. Контроллер плитки не рассчитан на работу в составе котловой автоматики. Он будет по времени отключать нагрев, даже если теплоноситель не достиг заданной температуры.

Важно!

Мощность большинства индукционных плит не превышает порога в 2,5 кВт, что не позволяет их задействовать при изготовлении котлоагрегата большой производительности.

Из инвертора

Преобразователь постоянного напряжения в переменное может служить источником высокочастотного сигнала для сборки «индукционника». Прибор подбирают или изготавливают соответствующей мощности, способной генерировать достаточное количество тепла. Мастеру также понадобится первичная катушка и блок конденсаторов.

Обмотку изготавливают из медной трубы или проволоки в керамической изоляции. В первом случае по катушке можно пустить воду для охлаждения и дополнительного отбора тепла. Элемент сворачивают вокруг цилиндра подходящего диаметра. В зависимости от мощности прибора понадобится не менее 5-6 витков. Края катушки подключают к блоку конденсаторов и инвертору напряжения.

С питанием от сварочного аппарата

Функцию частотного генератора может выполнять современный сварочный агрегат. Он способен генерировать ток с частотой 20-50 кГц, что отлично подходит для создания «индукционника». Последовательность изготовления:

1. К отрезку пластиковой трубы диаметром 2 дюйма и длиной 0,6 м приклеивают полоски текстолита, на которые наматывают обмотку из 50-100 витков медной проволоки в эмалевой изоляции. Между отдельными кольцами оставляют не менее 5 мм.
2. В трубу насыпают куски нержавеющей проволоки.
3. С двух концов припаивают полипропиленовые переходники размером, соответствующим присоединительным фитингам отопительного контура.
4. Обмазывают катушку эпоксидкой для обеспечения надежной электроизоляции.
5. Края обмотки подключают к выводам сварочного инвертора. Их необходимо сделать самостоятельно, подключив проводники в точки, где напряжение еще не выпрямлено.
6. Все элементы устанавливают в шкаф, который закрепляют на стене. Выполняют все необходимые подключения.

Для автоматизации процесса нагрева можно подключить сварочный аппарат через силовое реле или контактор, управляемые термостатом. Такая связка позволит включать и отключать агрегат при достижении заданных температур.

Важные рекомендации по сборке

При сборке «индукционника» следует учесть, что располагать его желательно вертикально. Такая компоновка обеспечит более равномерный прогрев и циркуляцию теплоносителя. Стоит принимать во внимание, что самодельный агрегат получится больше по габаритам и тяжелее, чем ТЭНовый. Это накладывает определенные ограничение на выбор места установки.

В самодельном котле необходимо предусмотреть элементы защиты от превышения давления и завоздушивания. Первое может привести к разрыву трубопроводов, а второе — к перегреву конструкции и возгоранию. Давление контролируют сбросными клапанами или электроконтактными манометрами, а за наличием теплоносителя внутри агрегата следят специальные датчики.

Если у мастера есть необходимый запас знаний в области электроники, то, после проработки нескольких конструкций, можно получить хороший котлоагрегат. Однако большинство умельцев выбирают более простые пути решения поставленной задачи. Кроме того, может помочь в сборке индукционного котла отопления своими руками в частном доме видео процесса, записанное опытными электронщиками.

схема, устройство, чертежи и пошаговая инструкция по монтажу + фото

Многие жители частных и многоквартирных домов, пытаясь сэкономить на электроэнергии, ищут наиболее выгодный вариант, позволяющий отопить свое жилье.

Именно поэтому люди все чаще устанавливают своими руками индукционные котлы.

Главные преимущества такой установки заключаются в том, что она экономична и долговечна, а смонтировать ее можно самостоятельно.

Устройство котла

Перед тем как приступать к сборке, необходимо разобраться в принципах функционирования прибора. Сразу нужно отметить, что они схожи с ТЭНами, которые отвечают за преобразование электрической энергии в тепловую.

Установка индукционного электрокотла своими руками не требует полной замены системы отопления, так как он работает по принципу электрического индуктора, который включает в себя две обмотки:

• первичную;
• вторичную.

Первичный контур занимается преобразованием электрической энергии в вихревой ток, а вот созданное этим процессом магнитное поле уходит на вторичную обмотку, где происходит выработка тепла.

В этом видео вы узнаете, как сделать индукционный котёл своими руками:

Главным элементом в приборе является корпус. Он состоит из следующих частей:

• сердечника;
• внешнего корпуса;
• электроизоляции;
• теплоизоляции.

У промышленных приборов обмотка цилиндрическая. Изготовленный своими руками индукционный котел имеет тороидальную обмотку. Она собирается из медного провода. Корпус окружен ферромагнитной сталью толщиной около 1-1,5 см. Все это позволяет заметно снизить вес агрегата и повысить показатели КПД.

Если сравнить самодельное устройство с любым другим оборудованием, работающим на газе или жидком топливе, то можно выделить его следующие нюансы:

• тепловой носитель обладает двойным нагреванием;
• более быстрый обогрев помещения;
• минимальный показатель инерции;
• из-за магнитной индукции не образовывается накипь;
• прибор не нуждается в чистке.

Также стоит отметить, что теплоноситель в собранном своими руками индукционном котле отопления получает около 97% тепловой энергии. А это увеличивает производительность и снижает затраты на электроэнергию.

Монтажные работы

Изначально необходимо подготовить чертеж. Индукционный котел своими руками легче всего смастерить, имея под рукой схему отопительной системы. Если все подготовлено, то можно приступать к рабочему процессу. При этом какого-либо особенного оборудования или слишком дорогостоящего материала для изготовления не требуется. Будет достаточно иметь минимальный опыт работы со сварочным аппаратом инверторного типа. Все действия выполняются следующим образом:

1. Для начала нужно нарезать нержавеющую проволоку на несколько частей. Их длина должна составлять около 5 сантиметров, диаметр — 7 миллиметров.
2. Чтобы сделать корпус, понадобится пластиковая труба диаметром 50 мм.
3. Теперь требуется прикрыть дно подготовленной трубы металлической сеткой. Желательно, чтобы она была с мелкими ячейками, тогда через них не смогут пройти куски нержавейки.
4. Заполняют корпус имеющейся проволокой. Затем плотно закрывают второе отверстие трубы, используя такую же сеточку.
5. На следующем этапе предстоит намотать медную проволоку на среднюю часть корпуса, произведя около 90 оборотов. Сделать это нужно как можно плотнее.
6. Теперь необходимо подключить к конструкции переходник для врезки. Можно использовать как водопроводную, так и отопительную систему.

После выполнения этих действий должно получиться следующее: вода проходит в нагреватель через первый переходник, быстро нагревается, а затем поступает в радиаторы уже через второй переходник, тем самым обогревая все жилище.

Таким образом, можно достаточно легко сделать индукционное отопление частного дома своими руками. При этом такая конструкция не нуждается в отдельном котельном помещении. Для этого необходимо просто вырезать отрезок трубы рядом со входом в радиатор и приварить на это место самодельный нагреватель.

После этого нужно правильно произвести подключение готовой катушки к инвертору 18-25 А, а также заполнить систему теплоносителем. Главное, не производить подключение без теплового носителя, так как пластиковая оболочка прибора просто расплавится, а все ранее произведенные действия будут напрасными. Также не стоит забывать про заземление, оно позволит не беспокоиться о безопасности.

Важные рекомендации по сборке

Котлы этого типа просты в сборке, установке и дальнейшей эксплуатации. Существуют правила, которые помогут без труда оборудовать в доме индукционное отопление своими руками:

• схемы и чертежи обязательно используются во время работы, только так можно получить котлы, которые будут функционировать качественно и бесперебойно;
• самодельными агрегатами можно пользоваться только в закрытых системах обогрева, когда циркуляция воздуха действует за счет работы насоса;
• разводка отопительной системы, работающая в комплексе с прибором, изготавливается исключительно из пластиковой или пропиленовой трубы;
• чтобы предотвратить возможные неприятности, необходимо правильно установить нагреватель (он должен находиться на расстоянии 30 сантиметров от стенок и 80 сантиметров от поверхности пола и потолка).

Кроме этого, требуется оборудовать патрубок специальным подрывным клапаном, с помощью которого можно будет всегда удалить лишний воздух из отопительной системы, нормализовать давление и обеспечить оптимальные условия для работы.

Схема простого индукционного нагревателя своими руками

Этот замечательный небольшой проект демонстрирует принципы высокочастотной магнитной индукции и способы изготовления индукционного нагревателя. Схема очень проста в сборке и использует только несколько общих компонентов. С показанной здесь индукционной катушкой схема потребляет около 5 А от источника питания 15 В, когда наконечник отвертки нагревается. Кончик отвертки нагревается докрасна примерно за 30 секунд!

Схема управления использует метод, известный как ZVS (переключение при нулевом напряжении), для активации транзисторов, что позволяет эффективно передавать мощность.В схеме, которую вы видите здесь, транзисторы почти не нагреваются из-за метода ZVS. Еще одна замечательная особенность этого устройства заключается в том, что это саморезонансная система, которая автоматически работает на резонансной частоте подключенной катушки и конденсатора. Если вы хотите сэкономить время, в нашем магазине есть индукционный нагреватель. Возможно, вы все равно захотите прочитать эту статью, чтобы получить несколько полезных советов по правильной работе вашей системы.

Как работает индукционный нагрев?

Когда магнитное поле изменяется около металла или другого проводящего объекта, в материале индуцируется ток (известный как вихревой ток), который генерирует тепло.Вырабатываемое тепло пропорционально квадрату тока, умноженному на сопротивление материала. Эффекты индукции используются в трансформаторах для преобразования напряжений во всех видах приборов. Большинство трансформаторов имеют металлический сердечник, поэтому при использовании в них наведены вихревые токи. Разработчики трансформаторов используют разные методы, чтобы предотвратить это, поскольку нагрев — это пустая трата энергии. В этом проекте мы будем напрямую использовать этот эффект нагрева и постараемся максимизировать эффект нагрева, создаваемый вихревыми токами.

Если мы приложим непрерывно изменяющийся ток к катушке с проволокой, у нас будет постоянно изменяющееся магнитное поле внутри нее. На более высоких частотах индукционный эффект довольно силен и имеет тенденцию концентрироваться на поверхности нагреваемого материала из-за скин-эффекта. Типичные индукционные нагреватели используют частоты от 10 кГц до 1 МГц.

ОПАСНО: Данное устройство может создавать очень высокие температуры!

Схема

Используемая схема представляет собой тип коллекторного резонансного генератора Ройера, который имеет преимущества простоты и саморезонансной работы.Очень похожая схема используется в обычных схемах инвертора, используемых для питания люминесцентного освещения, такого как подсветка ЖК-дисплея. Они приводят в действие трансформатор с центральным ответвлением, который повышает напряжение примерно до 800 В для питания фонарей. В этой схеме самодельного индукционного нагревателя трансформатор состоит из рабочей катушки и нагреваемого объекта.

Основным недостатком этой схемы является то, что требуется катушка с отводом по центру, которую может быть немного сложнее намотать, чем обычный соленоид. Катушка с отводом по центру необходима, чтобы мы могли создать поле переменного тока из одного источника постоянного тока и всего двух транзисторов N-типа.Центр катушки подключается к положительному источнику питания, а затем каждый конец катушки попеременно подключается к земле транзисторами, так что ток будет течь вперед и назад в обоих направлениях.

Сила тока, потребляемого от источника питания, зависит от температуры и размера нагреваемого объекта.

Из этой схемы индукционного нагревателя видно, насколько он прост на самом деле. Всего несколько основных компонентов — это все, что нужно для создания рабочего индукционного нагревателя.

R1 и R2 — стандартные резисторы 240 Ом, 0,6 Вт. Значение этих резисторов будет определять, насколько быстро МОП-транзисторы могут включиться, и должно быть достаточно низким. Однако они не должны быть слишком маленькими, так как резистор будет заземлен через диод при включении противоположного транзистора.

Диоды D1 и D2 используются для разряда затворов MOSFET. Это должны быть диоды с низким прямым падением напряжения, чтобы затвор был хорошо разряжен, а полевой МОП-транзистор полностью выключился, когда другой включен.Рекомендуются диоды Шоттки, такие как 1N5819, поскольку они имеют низкое падение напряжения и высокую скорость. Номинальное напряжение диодов должно быть достаточным, чтобы выдерживать повышение напряжения в резонансном контуре. В этом проекте напряжение выросло до 70 В.

Транзисторы T1 и T2 представляют собой полевые МОП-транзисторы на 100 В, 35 А (STP30NF10). Для этого проекта они были установлены на радиаторах, но при работе с указанными здесь уровнями мощности они почти не нагревались. Эти полевые МОП-транзисторы были выбраны из-за их низкого сопротивления сток-исток и малого времени отклика.

Катушка индуктивности L2 используется как дроссель для предотвращения попадания высокочастотных колебаний в источник питания и для ограничения тока до приемлемого уровня. Значение индуктивности должно быть довольно большим (у нас было около 2 мГн), но оно также должно быть выполнено из достаточно толстого провода, чтобы пропускать весь ток питания. Если дроссель не используется или у него слишком малая индуктивность, цепь может перестать колебаться. Необходимое точное значение индуктивности будет зависеть от используемого блока питания и настройки катушки. Возможно, вам придется поэкспериментировать, прежде чем вы получите хороший результат.Показанный здесь был сделан путем намотки примерно 8 витков магнитной проволоки толщиной 2 мм на тороидальный ферритовый сердечник. В качестве альтернативы вы можете просто намотать провод на большой болт, но вам понадобится гораздо больше витков провода, чтобы получить такую ​​же индуктивность, как у тороидального ферритового сердечника. Вы можете увидеть пример этого на фото слева. В нижнем левом углу вы можете увидеть болт, намотанный на множество витков провода оборудования. Эта установка на макетной плате использовалась при малой мощности для тестирования. Для большей мощности пришлось использовать более толстую проводку и все спаять вместе.

Поскольку компонентов было так мало, мы спаяли все соединения напрямую и не использовали печатную плату. Это также было полезно для выполнения соединений для сильноточных частей, поскольку толстый провод можно было напрямую припаять к клеммам транзистора. Оглядываясь назад, возможно, было бы лучше подключить индукционную катушку, прикрутив ее непосредственно к радиаторам на полевых МОП-транзисторах. Это связано с тем, что металлический корпус транзисторов также является выводом коллектора, а радиаторы могут помочь охладить катушку.

Конденсатор C1 и индуктор L1 образуют резонансный контур резервуара индукционного нагревателя. Они должны выдерживать большие токи и температуры. Мы использовали полипропиленовые конденсаторы емкостью 330 нФ. Более подробная информация об этих компонентах представлена ​​ниже.

Индукционная катушка и конденсатор

Катушка должна быть сделана из толстой проволоки или трубы, так как в ней будут протекать большие токи. Медная труба работает хорошо, так как токи высокой частоты в любом случае будут протекать в основном по внешним частям.Вы также можете прокачать по трубе холодную воду, чтобы она оставалась прохладной.

Конденсатор должен быть подключен параллельно рабочей катушке, чтобы создать резонансный контур резервуара. Комбинация индуктивности и емкости будет иметь определенную резонансную частоту, на которой цепь управления будет работать автоматически. Используемая здесь комбинация катушка-конденсатор резонирует на частоте около 200 кГц.

Важно использовать конденсаторы хорошего качества, которые могут выдерживать большие токи и тепло, рассеиваемое в них, иначе они скоро выйдут из строя и разрушат вашу схему привода.Они также должны быть размещены достаточно близко к рабочей катушке с использованием толстой проволоки или трубы. Большая часть тока будет протекать между катушкой и конденсатором, поэтому этот провод должен быть самым толстым. При желании провода, соединяющие цепь и источник питания, можно сделать немного тоньше.

Этот змеевик здесь был сделан из латунной трубы диаметром 2 мм. Его было просто наматывать и легко паять, но вскоре он начал деформироваться из-за чрезмерного нагрева. Затем повороты касаются друг друга, замыкаясь и делая его менее эффективным.Поскольку во время использования контур управления оставался относительно холодным, казалось, что его можно заставить работать на более высоких уровнях мощности, но необходимо будет использовать более толстую трубу или охлаждать ее водой. Затем установка была улучшена, чтобы выдерживать более высокий уровень мощности…

Продвигая дальше

Основным ограничением описанной выше схемы было то, что рабочая катушка через короткое время сильно нагрелась из-за больших токов. Для того, чтобы в течение длительного времени иметь большие токи, мы сделали еще одну катушку, используя более толстую латунную трубку, чтобы вода могла прокачиваться через нее во время работы.Более толстую трубу было труднее согнуть, особенно в центральной точке отвода. Перед сгибанием трубы необходимо было засыпать ее мелким песком, так как это предохраняет ее от защемления на крутых изгибах. Затем он был очищен сжатым воздухом.

Индукционная катушка была сделана из двух половин, как показано здесь. Затем они были спаяны вместе, и небольшой кусок трубы из ПВХ использовался для соединения центральных труб, чтобы вода могла течь через всю катушку.

В этой катушке было использовано меньше витков, чтобы она имела более низкий импеданс и, следовательно, выдерживала более высокие токи.Емкость также была увеличена, чтобы резонансная частота была ниже. Всего было использовано шесть конденсаторов по 330 нФ, что дало общую емкость 1,98 мкФ.

Кабели, соединяющиеся с катушкой, были просто припаяны к трубе возле концов, оставляя место для установки трубы из ПВХ.

Этот змеевик можно охладить, просто пропустив воду прямо из крана, но для отвода тепла лучше использовать насос и радиатор. Для этого в емкость с водой поместили старый насос для аквариума, а к выпускному патрубку вставили трубу.Эта труба поступала в модифицированный кулер компьютерного процессора, в котором для отвода тепла использовались три тепловые трубы.

Кулер был преобразован в радиатор путем отрезания концов тепловых трубок и последующего соединения их с трубами PCV, чтобы вода протекала через все 3 тепловые трубки, прежде чем выйти и вернуться к насосу.

Если вы сами разрезаете тепловые трубки, делайте это в хорошо вентилируемом помещении, а не в помещении, поскольку они содержат летучие растворители, которые могут быть токсичными для дыхания. Вы также должны носить защитные перчатки, чтобы предотвратить контакт с кожей.

Этот модифицированный кулер для процессора был очень эффективным в качестве радиатора и позволял воде оставаться довольно прохладной.

Другие необходимые модификации заключались в замене диодов D1 и D2 на диоды, рассчитанные на более высокое напряжение. Мы использовали обычные диоды 1N4007. Это было связано с тем, что с увеличением тока в резонансном контуре наблюдалось большее повышение напряжения. Вы можете видеть на изображении здесь, что пиковое напряжение составляло 90 В (желтый график осциллографа), что также очень близко к номинальному значению транзисторов 100 В.

Используемый блок питания был настроен на 30 В, поэтому также необходимо было подавать напряжение на затворы транзистора через стабилизатор напряжения 12 В. Когда внутри рабочей катушки не было металла, она потребляла около 7 А. Когда был добавлен болт на фотографии, он поднялся до 10 А, а затем постепенно снова упал, когда он нагрелся до температуры выше Кюри. Для более крупных объектов он, безусловно, превышает 10А, но используемый блок питания имеет ограничение в 10А. Вы можете найти подходящий блок питания на 24 В, 15 А в нашем интернет-магазине.

Болт, который вы видите на фотографии раскаленным докрасна, разогрелся примерно за 30 секунд.Отвертка на первом изображении теперь может нагреться докрасна примерно за 5 секунд.

Чтобы перейти на более высокую мощность, чем эта, необходимо использовать другие конденсаторы или их больший массив, чтобы ток распределялся между ними в большей степени. Это связано с тем, что протекающие большие токи и используемые высокие частоты могут значительно нагревать конденсаторы. Примерно через 5 минут использования на этом уровне мощности индукционный нагреватель DIY необходимо выключить, чтобы они могли остыть.Также необходимо использовать другую пару транзисторов, чтобы они могли выдерживать большие скачки напряжения.

Во всем этот проект оказался вполне удовлетворительным, так как дал хороший результат от простой и недорогой схемы. Как бы то ни было, он может быть полезен для закалки стали или для пайки мелких деталей. Если вы решили создать собственный проект индукционного нагревателя, разместите свои фотографии ниже. Пожалуйста, ознакомьтесь с другими комментариями, прежде чем делать свои собственные, поскольку это может сэкономить ваше время в дальнейшем.

Если вы хотите смоделировать этот проект для тестирования различных значений индуктивности или выбора транзисторов, загрузите LTSpice и запустите это моделирование самодельного индукционного нагревателя (щелкните правой кнопкой мыши, Сохранить как)

Насколько будет жарко?

Трудно сказать, насколько горячо вы сможете что-то получить, так как есть много параметров, которые необходимо учитывать. Различные материалы по-разному реагируют на индукционный нагрев, а их форма и размер будут влиять на то, как нагревание или отвод тепла в атмосферу.

Вы можете получить приблизительное представление, используя некоторые базовые вычисления по приведенной ниже формуле, или, если хотите, мы сделали удобный калькулятор мощности нагревателя, который может рассчитать это за вас. Эта форма включает в себя материалы (например, воду), которые нельзя нагревать напрямую с помощью индукционных нагревателей, но она по-прежнему полезна, если вы пытаетесь определить, например, мощность, необходимую для нагрева поддона с водой с помощью индукционного нагревателя.

ПРИМЕР: Насколько сильно нагреются 20 г стали за 30 секунд при нагревании с помощью нагревателя мощностью 300 Вт? (при условии, что 100 Вт потеряно для окружающей среды)

Формулы:
Q = m x Cp x ΔT
ΔT = Q ÷ m ÷ Cp

Рабочий:
(300Вт — 100Вт) x 30с = 6000Дж
6000Дж ÷ 20г ÷ 0.466Дж / г ° C = 643,78 ° C

Результат:
20 г стали нагреваются до температуры на 643,78 ° C при нагревании 300 Вт нагревателем в течение 30 секунд.

Поиск и устранение неисправностей

Если у вас возникли проблемы с тем, чтобы это работало, вот несколько советов, которые помогут устранить неполадки в вашем домашнем проекте индукционного нагревателя….

PSU (источник питания)
Если ваш PSU не может обеспечить большой скачок тока при включении индукционного нагревателя, он не будет колебаться. В этот момент напряжение источника питания упадет (хотя блок питания может этого не отображать), и это помешает правильному переключению транзисторов.Чтобы решить эту проблему, вы можете разместить несколько больших электролитических конденсаторов параллельно источнику питания. Когда они заряжены, они могут подавать в вашу цепь большой импульсный ток. Хорошим мощным источником питания будет наш БП на 24 В 15 А постоянного тока.

Дроссель (индуктор L2)
Ограничивает мощность индукционного нагревателя. Если ваш не колеблется, вам может потребоваться дополнительная индуктивность, чтобы предотвратить падение напряжения в вашем блоке питания. Вам нужно будет поэкспериментировать с необходимой вам индуктивностью. Лучше иметь слишком много, чем слишком мало, так как это только ограничит мощность нагревателя.Слишком мало может означать, что это вообще не сработает. Если у вас слишком маленький сердечник индуктора, сильный ток приведет к его насыщению и вызовет слишком большой ток, что может привести к повреждению вашей цепи.

Электропроводка
Соединительные провода должны быть короткими, чтобы уменьшить паразитную индуктивность и помехи. Длинные провода добавляют в цепь нежелательное сопротивление и индуктивность, что может привести к нежелательным колебаниям или снижению производительности. Наш кабель питания на 30 А подходит для этого.

Компоненты
Выбранные транзисторы должны иметь низкое падение напряжения / сопротивление в открытом состоянии, в противном случае они перегреются или даже предотвратят колебания системы.БТИЗ, вероятно, не будут работать, но большинство полевых МОП-транзисторов с аналогичными характеристиками должны подойти. Конденсаторы должны иметь низкое ESR (сопротивление) и ESL (индуктивность), чтобы они могли выдерживать высокие токи и температуры. Диоды также должны иметь низкое прямое падение напряжения, чтобы транзисторы правильно отключались. Они также должны быть достаточно быстрыми, чтобы работать на резонансной частоте вашего индукционного нагревателя.

Включение питания
При включении не допускайте попадания металла в нагревательную спираль.Это может привести к более сильным скачкам тока, что может помешать возникновению колебаний, как упомянуто выше. Также не пытайтесь нагревать большое количество металла. Этот проект подходит только для небольших индукционных нагревателей. Если вы хотите контролировать или постепенно увеличивать мощность, вы можете использовать одну из наших схем импульсного модулятора мощности. Подробности смотрите в публикации 5108 ниже.

Мозг
Для безопасного выполнения этого проекта вам понадобится разумно работающий мозг. Создание индукционного нагревателя может быть очень опасным, поэтому, если вы новичок в электронике, вам следует попросить кого-нибудь помочь вам сделать это.Подходите к вещам логически; Если он не работает, проверьте, что используемые компоненты не неисправны, проверьте правильность подключения, прочтите всю эту статью и все комментарии, выполните поиск в Google, если вы не понимаете какие-либо термины, или прочитайте наш раздел «Обучение электронике». Помните: горячее обожжет вас и может поджечь; Электричество может убить вас электрическим током, а также вызвать пожар. Безопасность превыше всего.

Как спроектировать схему индукционного нагревателя

В статье объясняется пошаговое руководство по проектированию собственной самодельной базовой схемы индукционного нагревателя, которую также можно использовать в качестве индукционной варочной панели.

Базовая концепция индукционного нагревателя

Вы, возможно, встречали в Интернете много схем индукционного нагревателя, изготовленных своими руками, но, похоже, никто не раскрыл решающий секрет, лежащий в основе реализации идеальной и успешной конструкции индукционного нагревателя. Прежде чем узнать этот секрет, важно знать основную концепцию работы индукционного нагревателя.

Индукционный нагреватель на самом деле является крайне «неэффективной» формой электрического трансформатора, и эта неэффективность становится его основным преимуществом.

Мы знаем, что в электрическом трансформаторе сердечник должен быть совместим с наведенной частотой, и когда существует несовместимость между частотой и материалом сердечника в трансформаторе, это приводит к выделению тепла.

По сути, трансформатор с железным сердечником потребует более низкого диапазона частот от 50 до 100 Гц, и по мере увеличения этой частоты сердечник может проявлять тенденцию к пропорциональному нагреванию. Это означает, что если частота будет увеличена до гораздо более высокого уровня, она может превысить 100 кГц, что приведет к сильному нагреву внутри ядра.

Да, это именно то, что происходит с системой индукционного нагрева, где варочная панель действует как сердечник и, следовательно, сделана из железа. Индукционная катушка подвергается воздействию высокой частоты, что в совокупности приводит к выработке пропорционально интенсивного количества тепла на сосуде. Поскольку частота оптимизирована на очень высоком уровне, обеспечивается максимально возможный нагрев металла.

Теперь давайте продолжим и изучим важные аспекты, которые могут потребоваться для проектирования успешной и технически правильной схемы индукционного нагревателя.Следующие детали объяснят это:

Что вам понадобится

Две основные вещи, необходимые для создания любой индукционной посуды:

1) Бифилярная катушка.

2) Схема генератора регулируемой частоты

Я уже обсуждал несколько схем индукционного нагревателя на этом веб-сайте, вы можете прочитать их ниже:

Схема солнечного индукционного нагревателя

Схема индукционного нагревателя с использованием IGBT

Простая схема индукционного нагревателя — Схема нагревательной плиты

Схема малого индукционного нагревателя для школьного проекта

У всех вышеперечисленных звеньев есть две общие вещи, то есть у них есть рабочая катушка и каскад задающего генератора.

Проектирование рабочей катушки

Для разработки индукционной посуды рабочая катушка должна быть плоской по своей природе, поэтому она должна быть бифилярной по своей конфигурации, как показано ниже:

Бифилярная конструкция катушки, показанная выше, может быть эффективно применяется для изготовления домашней индукционной посуды.

Для оптимального отклика и низкого тепловыделения внутри катушки убедитесь, что провод бифилярной катушки сделан из множества тонких медных жил вместо одной сплошной проволоки.

Таким образом, это становится рабочей катушкой посуды, теперь концы этой катушки просто нужно объединить с согласующим конденсатором и совместимой сетью частотного драйвера, как показано на следующем рисунке:

Проектирование серии H-Bridge Схема резонансного драйвера

До сих пор информация должна была просветить вас относительно того, как сконфигурировать простую индукционную посуду или конструкцию индукционной варочной панели, однако наиболее важной частью конструкции является то, как резонировать конденсаторную сеть катушки (контур резервуара) в наиболее оптимальный диапазон, чтобы схема работала на наиболее эффективном уровне.

Для того чтобы цепь катушки / емкости конденсатора (LC-цепь) работала на своем уровне резонанса, необходимо, чтобы индуктивность катушки и емкость конденсатора были идеально согласованы.

Это может произойти только тогда, когда реактивное сопротивление обоих аналогов одинаково, то есть реактивное сопротивление катушки (индуктора) и конденсатора примерно одинаковы.

Как только это будет исправлено, можно ожидать, что контур резервуара будет работать на своей собственной частоте, а цепь LC достигнет точки резонанса.Это называется идеально настроенной LC-цепью.

На этом завершаются основные процедуры проектирования контура индукционного нагревателя.

Вы можете спросить, что такое резонанс контура LC. ?? И как это можно быстро рассчитать для выполнения конкретной конструкции индукционного нагревателя? Мы подробно обсудим это в следующих разделах.

Вышеупомянутые абзацы объясняют фундаментальные секреты разработки недорогой, но эффективной индукционной варочной панели в домашних условиях, в следующих описаниях мы увидим, как это можно реализовать, специально рассчитав ее ключевые параметры, такие как резонанс настроенного контура LC и правильный размер провода катушки для обеспечения оптимальной пропускной способности по току.

Что такое резонанс в LC-цепи индукционного нагревателя

Когда конденсатор в настроенной LC-цепи на мгновение заряжается, конденсатор пытается разрядить и сбросить накопленный заряд по катушке, катушка принимает заряд и сохраняет заряд в форме магнитного поля. Но как только конденсатор разряжен в процессе, катушка вырабатывает почти эквивалентное количество заряда в виде магнитного поля, и теперь она пытается заставить его вернуться внутрь конденсатора, хотя и с противоположной полярностью.

Изображение предоставлено:

Википедия

Конденсатор снова вынужден заряжаться, но на этот раз в противоположном направлении, и как только он полностью заряжен, он снова пытается опустошить катушку, что приводит к обмен заряда в виде колебательного тока через LC-сеть.

Частота этого колебательного тока становится резонансной частотой настроенного LC-контура.

Однако из-за собственных потерь вышеуказанные колебания со временем затухают, а частота и заряд через какое-то время заканчиваются.

Но если разрешено поддерживать частоту через внешний частотный вход, настроенный на тот же резонансный уровень, то это может гарантировать постоянный эффект резонанса, индуцируемый через LC-контур.

На резонансной частоте можно ожидать, что амплитуда напряжения, колеблющегося в LC-цепи, будет на максимальном уровне, что приведет к наиболее эффективной индукции.

Следовательно, мы можем подразумевать, что для реализации идеального резонанса в сети LC для конструкции индукционного нагревателя нам необходимо обеспечить следующие важные параметры:

1) Настроенная цепь LC

2) И частота согласования для поддержания резонанс LC-контура.

Это можно рассчитать по следующей простой формуле:

F = 1 ÷ 2π x √LC

где L — в Генри, а C — в фарадах

Если вы не хотите идти Из-за хлопот расчета резонанса резервуара LC катушки по формуле гораздо более простым вариантом могло бы быть использование следующего программного обеспечения:

Калькулятор резонансной частоты LC

Или вы также можете построить этот измеритель угла наклона сетки для определения и установки резонанса частота.

После того, как резонансная частота определена, пора настроить полную мостовую ИС на эту резонансную частоту, соответствующим образом выбрав временные компоненты Rt и Ct. Это может быть сделано методом проб и ошибок посредством практических измерений или с помощью следующей формулы:

Для расчета значений Rt / Ct можно использовать следующую формулу:

f = 1 / 1,453 x Rt x Ct, где Rt — в Омах и Ct в Фарадах.

Использование последовательного резонанса

В концепции индукционного нагревателя, обсуждаемой в этом посте, используется последовательный резонансный контур.

Когда используется последовательный резонансный LC-контур, у нас есть индуктор (L) и конденсатор (C), соединенные последовательно, как показано на следующей схеме.

Общее напряжение В , приложенное к последовательному LC, будет суммой напряжения на катушке индуктивности L и напряжения на конденсаторе C. Ток, протекающий через систему, будет равен току, протекающему через L и компоненты C.

V = VL + VC

I = IL = IC

Частота приложенного напряжения влияет на реактивные сопротивления катушки индуктивности и конденсатора.Когда частота увеличивается от минимального значения до более высокого значения, индуктивное реактивное сопротивление XL катушки индуктивности будет пропорционально увеличиваться, но XC, то есть емкостное реактивное сопротивление, будет уменьшаться.

Однако, когда частота увеличивается, будет конкретный случай или порог, когда величины индуктивного реактивного сопротивления и емкостного реактивного сопротивления будут просто равны. Этот экземпляр будет резонансной точкой серии LC, и частота может быть установлена ​​как резонансная частота.

Следовательно, в последовательном резонансном контуре резонанс будет возникать, когда

XL = XC

или, ωL = 1 / ωC

, где ω = угловая частота.

Оценка значения ω дает:

ω = ωo = 1 / √ LC, которая определяется как резонансная угловая частота.

Подставляя это в предыдущее уравнение, а также конвертируя угловую частоту (в радианах в секунду) в частоту (Гц), мы, наконец, получаем:

fo = ωo / 2π = 1 / 2π√ LC

fo = 1 / 2π√ LC

Расчет сечения провода для рабочей катушки индукционного нагревателя

После того, как вы рассчитали оптимизированные значения L и C для цепи резервуара индукционного нагревателя и оценили точную совместимую частоту для схемы драйвера, пришло время вычислить и зафиксировать текущую пропускную способность рабочей катушки и конденсатора.

Так как ток, задействованный в конструкции индукционного нагревателя, может быть существенно большим, этот параметр нельзя игнорировать, и его необходимо правильно назначить цепи LC.

Использование формул для расчета размеров проводов для индукционных проводов может быть немного сложным, особенно для новичков, и именно поэтому на этом сайте было включено специальное программное обеспечение для того же самого, которое любой заинтересованный любитель может использовать для измерения провод правильного размера для вашей индукционной варочной панели.

Самодельный индукционный нагреватель Схема DIY

Как работают эти индукционные нагреватели? Мы рассмотрим схему и шаг за шагом объясним, как создается колебательный сигнал, как индуцируется ток и как нагревается металл. Наконец, мы используем эту схему и устанавливаем самодельную версию и смотрим, работает ли она на нагрев некоторых металлов. Так что посмотрим …

ЧАСТЬ 1 — Коммерческий модуль

Во-первых, чтобы узнать и сопоставить сигналы, я купил один из этих коммерческих модулей индукционного нагревателя.Этот рекламируется как 1000Вт mdoule. Мы можем видеть несколько огромных конденсаторов, несколько катушек и еще несколько компонентов, а на выходе — огромную катушку из толстой медной проволоки. Эта выходная катушка создаст мощное колеблющееся магнитное поле, которое будет нагревать металлы, и мы увидим, как это сделать. Я делаю еще одну катушку из медного провода и помещаю ее рядом с катушкой индукционного нагревателя, и, как вы можете видеть на осциллографе, у нас есть колебательный сигнал около 100 МГц.

Чтобы понять, как этот модуль нагревает металлы, нам нужно понять 3 вещи.Во-первых, как магнитные поля могут индуцировать токи внутри металлов и обратный процесс, как токопроводящие провода будут создавать магнитные поля. Затем нам нужно увидеть, как резонанс этих катушек и конденсаторов будет создавать высокочастотные сигналы и, наконец, как ток будет нагревать металлы. Как вы можете видеть ниже, после включения модуля эти высокочастотные и мощные колебания нагревают металл до ярко-красного цвета всего за несколько секунд.

ЧАСТЬ 2 — Закон Фарадея

Закон индукции Фарадея — это основной закон электромагнетизма, предсказывающий, как магнитное поле будет взаимодействовать с электрической цепью, создавая явление электродвижущей силы, называемое электромагнитной индукцией.Это основной принцип работы трансформаторов, индукторов и многих типов электродвигателей, генераторов и соленоидов. Таким образом, движущийся магнит будет создавать изменения магнитного потока внутри катушки, и тем самым мы можем индуцировать ток внутри катушки. Но что еще могло формировать магнитные поля?

Что ж, еще один компонент, помимо amgnet, который также создает магнитные поля, — это катушка. Да, катушка может производить обратный процесс индукции тока. Если мы подаем ток через катушку, будет создано магнитное поле, поэтому нам не нужны магниты.Катушка могла создавать магнитное поле и наводить ток во второй катушке, как трансформаторы. Итак, теперь мы знаем, как индуцировать ток, и этот ток будет нагревать наш металл. Ниже вы можете увидеть, как я передаю сигнал от одной катушки к другой.

ЧАСТЬ 3 — Частота резонанса

В этом примере мы будем использовать параллельно катушку и конденсатор. Это называется резервуаром LC, и если мы ударим по нему электроникой, он будет резонировать на своей резонансной частоте.Итак, если я приложу небольшой импульс напряжения, и они отключат соединение, это создаст быстро колеблющийся сигнал. Я подключаю конденсатор и катушку параллельно и очень быстро прикасаюсь к одному кабелю с напряжением 12 В к этому резервуару LC. Посмотрите ниже, что происходит. После прикосновения к резервуару LC я получаю на осциллографе первый осциллирующий сигнал, который медленно затухает. Итак, теперь мы получаем наши высокочастотные и мощные колебания, которые позже индуцируют ток внутри металла. Но наша схема работает немного иначе.Для этого давайте взглянем на схему базового и простого модуля индукционного нагревателя.

ЧАСТЬ 4 — Схема

В этом примере мы будем использовать параллельно катушку и конденсатор. Это называется резервуаром LC, и если мы ударим по нему электроникой, он будет резонировать на своей резонансной частоте. Итак, если я приложу небольшой импульс напряжения, и они отключат соединение, это создаст быстро колеблющийся сигнал. Я подключаю конденсатор и катушку параллельно и очень быстро прикасаюсь к одному кабелю с напряжением 12 В к этому резервуару LC.Посмотрите ниже, что происходит. После прикосновения к резервуару LC я получаю на осциллографе первый осциллирующий сигнал, который медленно затухает. Итак, теперь мы получаем наши высокочастотные и мощные колебания, которые позже индуцируют ток внутри металла. Но наша схема работает немного иначе. Для этого давайте взглянем на схему базового и простого модуля индукционного нагревателя.

Итак, как вы можете видеть на схеме выше, у нас на выходе 3 катушки. Пока не обращайте внимания на катушку L3, потому что это будет выходная катушка, которая будет создавать магнитное поле.У нас есть 2 катушки, L1 и L2, и один конденсатор, C1. У нас будет резонанс, как и раньше, но на этот раз он будет другим и никогда не прекратится. Как вы можете видеть, у нас также есть два диода, D1 и D2, которые подключены к затвору двух транзисторов, T1 и T2. Когда сигнал сначала колеблется на C1, на одной стороне C1 будет положительное напряжение, а на другой стороне C1 — отрицательное напряжение. Таким образом, один диод будет пропускать ток, а другой — нет. Таким образом, один транзистор будет включен, а другой выключен.Но буквально через мгновение из-за этого процесса полярность на C1 изменится, и это активирует второй транзистор и выключит другой. И этот процесс будет повторяться снова и снова, и это изменит поток тока внутри катушки L3, потому что, как вы можете видеть, один enf этой катушки подключен к 15 В, а другой конец будет подключен к отрицательному или положительному, и тем самым будет создаваться колебательный ток. Это создаст колеблющееся магнитное поле.

DIY Индукционный нагреватель с плоской катушкой BIFILAR

Самый простой и дешевый способ построить такой нагреватель — использовать электрическую схему, называемую драйвером Mazzilli ZVS, который является модифицированной версией генератора Ройера.
В отличие от моего предыдущего индукционного нагревателя, в этом используется плоская катушка с бифилярной обмоткой, запатентованная Николой Тесла 9 января 1894 года. Таким образом, магнитное поле, создаваемое одной обмоткой, равно и противоположно полю, создаваемому другой, что приводит к чистому магнитному полю ноль (это нейтрализует любые негативные эффекты в катушке). С точки зрения электричества это означает, что самоиндукция катушки равна нулю.

Этот проект спонсировался NextPCB. Вы можете помочь мне поддержать меня, просмотрев их по одной из этих ссылок:
Зарегистрируйтесь, чтобы получить купон на 5 долларов:
https: // www.nextpcb.com?code=Mirko
Производитель надежных многослойных плат:
https://www.nextpcb.com?code=Mirko
4-х слойные платы PCB 10 шт. всего за 12 $:
https://www.nextpcb.com/pcb-quote ? act = 1
Скидка 10% — Заказы на печатные платы и SMT:
СКИДКА 20% — Заказы на печатные платы и 15% SMT: https: //www.nextpcb.com/activity/supp …

Самый простой и дешевый способ построить такой нагреватель можно с помощью электрической схемы, называемой драйвером Mazzilli ZVS, который является модифицированной версией генератора Ройера.
В отличие от моего предыдущего индукционного нагревателя, в этом используется плоская катушка с бифилярной обмоткой, запатентованная Николой Тесла 9 января 1894 года. Таким образом, магнитное поле, создаваемое одной обмоткой, равно и противоположно полю, создаваемому другой, что приводит к чистому магнитному полю ноль (это нейтрализует любые негативные эффекты в катушке). С точки зрения электричества это означает, что самоиндукция катушки равна нулю.

Устройство состоит из двух или четырех мощных МОП-транзисторов, установленных на больших радиаторах с вентиляторами для охлаждения.В моем случае МОП-транзисторы SW3205. Также очень важной частью является емкостная батарея, состоящая из нескольких конденсаторов, соединенных параллельно. В данном случае это шесть качественных конденсаторов MKP емкостью 1 мкФ каждый и напряжением 400 В. Две тороидальные катушки служат для ограничения тока. Рабочая катушка представляет собой плоскую (блинную) катушку с двойной намоткой.

НА САМОМ ДЕЛЕ ЦЕЛЬ ДАННОГО ПРОЕКТА заключалась в том, чтобы сравнить эффективность такой бифилярной катушки со стандартной катушкой.

Конечным результатом стало отсутствие существенной разницы между двумя катушками индукционного нагревателя этого типа.Скажу лишь, что бифирли-катушку сделать намного сложнее. Интересно, что нагревательная спираль после этого не нагревается и мы можем свободно положить на нее руку. Это связано с тем, что в катушке используется медный провод с силиконовой изоляцией, устойчивый к температуре, а также очень плохой проводник тепла.

Устройство питается от блока питания 12 В от старого серверного компьютера. Блок питания должен обеспечивать ток не менее 10 А.

Inductotherm Corp.| Индукционные печи и технологии для плавления и нагрева металлов

Индукционные системы плавки, выдержки, разливки и нагрева

Являясь сегодня ведущим мировым производителем систем индукционной плавки металла для производителей металла, Inductotherm построила более 36 500 систем плавления и нагрева для производителей металла и литья по всему миру. Благодаря проверенной технологии индукционной плавки для любых требований плавильного цеха у нас есть опыт, который может помочь. Только Inductotherm может предложить вам проверенные эффективные, надежные и действенные системы, которые дадут вам конкурентное преимущество.

« Я работаю в литейной промышленности 34 года и не буду использовать ничего, кроме оборудования lnductotherm. lnductotherm разбирается в литейном бизнесе и знает, что вам необходимо надежное плавильное оборудование. Они также понимают, что если ваше оборудование выходит из строя, вам нужно быстро восстановить его. lnductotherm определяет эффективное и надежное оборудование, а также отличную поддержку. От сервисной поддержки до обслуживающего персонала, поставки запасных частей и программ обучения — lnductotherm обеспечивает нас. “

Брюс Кинер, президент / генеральный директор
Metaltec Steel Abrasive Co.

Мы разрабатываем и производим самые современные системы индукционной плавки, нагрева, выдержки и разливки практически для всех видов обработки металлов и материалов. Сюда входит оборудование для нагрева серого и высокопрочного чугуна, стали, меди и сплавов на основе меди, алюминия, цинка, химически активных металлов, драгоценных металлов, кремния и графита, а также для многих других специальных применений. Мы также проектируем и производим полную линейку индукционного оборудования для плавки, нагрева, нанесения покрытий, цинкования и гальваники на постоянной основе, в первую очередь для сталелитейной промышленности.

Металл — это материальная основа мира, в котором мы живем сегодня. Мы отмечаем важность металла, уникальность металла и бесконечное количество способов, которыми металл делает нашу жизнь лучше. После трансформации металл может быть тысячей разных вещей. Для нас большая честь быть частью пути наших клиентов, поскольку они ежедневно используют наши продукты для осуществления этих преобразований. В Inductotherm мы верим, что металл — это то, что ВЫ делаете из него. Мы знаем, что мы можем сделать с металлом, и хотим узнать, что вы делаете с металлом.Позвоните нам, и мы сможем стать частью вашей истории.

| Майлз Дай

Осень 2018

Фон

Индукционный нагрев — это явление, при котором вихревые токи, образующиеся в электропроводящем материале в соответствии с Законом индукции Фарадея, нагревают объект. Чтобы воспользоваться этим эффектом, индукционный нагреватель пропускает переменный ток через электромагнит, чтобы создать быстро меняющееся магнитное поле.Это вызывает ток в заготовке, температура которого повышается из-за резистивного и, возможно, гистерезисного нагрева.

Индукционный нагрев особенно интересен, поскольку он не требует контакта нагревательного элемента с объектом и не требует внешнего нагревательного элемента, который необходимо довести до желаемой температуры. Вместо этого само устройство, например плита, может оставаться близкой к температуре окружающей среды, при этом значительно повышается только температура целевого материала.

Физика

Суть успешного индукционного нагревателя — создание переменного магнитного поля. Это поле создается в так называемой рабочей катушке — катушке с проволокой, окружающей нагреваемый объект. Затем поток от этого поля (\ (\ Phi_B \)) направляется в целевой объект для генерации напряжения (\ (v \)) в соответствии с законом Фарадея. $$ v = — \ frac {d \ Phi_b} {dt} $$

Генерируемое напряжение вызывает ток в объекте, который выделяет тепло.Этот эффект нагрева вызван омическими потерями (джоулев нагрев), а также гистерезисными потерями, если объект является ферромагнитным.

Другим важным фактором при проектировании системы является скин-эффект, при котором переменные токи имеют тенденцию концентрироваться около поверхности проводника при увеличении их частоты. В результате эффективное сопротивление детали увеличивается с частотой.

Схемотехника

Базовая схема индукционного нагрева будет использовать тотемный столб в качестве инвертора для преобразования источника постоянного тока 12 В в напряжение переменного тока.Это приведет в движение бак LC аналогично цепи балласта лампы. Однако теперь нагрузка будет представлять собой катушку, которая действует как первичная обмотка трансформатора, а нагреваемый объект представляет собой закороченный одиночный виток, который действует как вторичная обмотка трансформатора. Таким образом, за нагрев отвечает небольшое сопротивление в объекте. Индуктор в резервуаре LC — это просто магнитная индуктивность первичной катушки (т. Е. Рабочей катушки).

Разработка схемы началась с выбора частоты.При проектировании индукционного нагревателя возникает значительный компромисс по частоте. Более высокие частоты обеспечивают лучшую передачу энергии к изделию, но также вызывают более тонкий слой тока из-за скин-эффекта. Таким образом, при более эффективном нагреве нагрев будет происходить в основном на поверхности. Это говорит о том, что более высокая частота (около 100-200 кГц) подходит для небольших объектов, поскольку теплопроводность позволяет объекту нагреваться относительно равномерно.

Рисунок 1: Схема полного индукционного нагревателя.

Генерация переменного тока из источника постоянного тока осуществлялась с помощью инвертора. В инверторе используется полумост, построенный из тотемного столба MOSFET, как показано на рисунке 1.

Генератор прямоугольных волн

Индуктивность рабочей катушки (и, следовательно, резонансная частота) контура сильно зависит от геометрии рабочей катушки. Следовательно, генератор прямоугольных сигналов должен быть достаточно гибким в диапазоне частот, который он может генерировать.Я выбрал частоты в диапазоне от 50 до 150 кГц. Этот широкий диапазон был выбран для того, чтобы можно было легко отключать несколько катушек без замены электроники.

Генератор треугольных волн использовал генератор 74HC14 с потенциометром 10k для регулировки частоты. Треугольная волна была преобразована в прямоугольную волну путем пропускания ее через компаратор LM311 для получения прямоугольной волны с коэффициентом заполнения 50%. Для этого проекта не требовалось изменять рабочий цикл, поскольку целью было создание синусоидальной волны переменного тока для управления контуром резервуара.

Индукционный нагреватель

Полезно рассмотреть идеальную эквивалентную модель для резонансного контура на рисунке 2.

Рисунок 2: Модель резонансного резервуара индукционного нагревателя и его сопряжения с заготовкой.

На этой схеме \ (C \) — резонансный конденсатор, \ (C_ {blk} \) — блокирующий конденсатор, а \ (L \) — индуктивность намагничивания рабочей катушки.Показанный трансформатор представляет собой трансформатор \ (N: 1 \). Заготовка моделируется как закороченный одиночный виток. Сопротивление \ (R \) объясняет резистивный нагрев и гистерезисный нагрев, который происходит в заготовке, когда в ней индуцируются вихревые токи. К тому же индукционный нагреватель — далеко не идеальный трансформатор. Заготовка в идеале значительно меньше рабочей катушки. Это объясняется введением константы связи трансформатора, \ (k \), которая представляет собой значение от 0 до 1 и приблизительно представляет долю магнитного потока от катушки, которая проходит через заготовку.

Эту модель можно упростить для анализа, объединив конденсаторы и отразив резистор поперек трансформатора (с учетом константы связи). Это дает схему, показанную на рисунке 3.

Рисунок 3: Упрощенная модель резонансного резервуара индукционного нагревателя.

На рисунке 3 эквивалентная емкость задается как \ (C_ {eq} = \ frac {C \ cdot C_ {blk}} {C + C_ {blk}} \).Кроме того, отражение резистора дает \ (R_ {ref} = \ frac {N \ cdot R} {k} \). Эта схема дает понять, что более низкое значение \ (R_ {ref} \) снижает добротность резонатора, поскольку больший ток отводится от резервуара и рассеивается в резисторе.

Резонансный резервуар

Эта модель позволяет выбирать компоненты. Одним из основных факторов, влияющих на выбор резонансного конденсатора \ (C \), является тот факт, что это должен быть конденсатор высокого напряжения.Примерная оценка показывает, что для наведения всего 2 В на резисторе на идеальном 40-витковом трансформаторе может потребоваться до 80 В на первичной стороне. С учетом константы связи и других паразитных факторов потребуется большее напряжение. Таким образом, выбор \ (C \) ограничен имеющимися конденсаторами на 400 В, поэтому емкость будет порядка 20 — 200 нФ.

Прежде чем принять решение о точной емкости резонансного конденсатора, полезно проверить катушки, которые будут использоваться.Индукционный нагреватель в идеале должен поддерживать катушки различной геометрии, чтобы можно было нагревать различные предметы. Для этого эксперимента я намотал две катушки из провода магнита AWG 22, которые кратко описаны ниже.

Теоретические индуктивности были рассчитаны по стандартной формуле для идеальных трансформаторов с воздушным сердечником: $$ L = \ mu_0 \ dfrac {N ^ 2 (d / 2) ^ 2 \ pi} {l} $$ Фактические индуктивности были измерены на измеритель импеданса на частоте 100 кГц.Я буду называть первую катушку «большой катушкой», а вторую катушку — «маленькой катушкой».

Индуктивности двух вышеупомянутых катушек предполагают, что жизнеспособная емкость составляет \ (90 мкФ), состоящую из P1074-ND (22 нФ), подключенного параллельно к P1080-ND (68 нФ). Это даст резонансную частоту 61,3 кГц для большой катушки и 108 кГц для маленькой катушки.

\ (C_ {blk} \) теперь можно выбрать, чтобы он имел низкий (\ (\ le5% \)) импеданс по сравнению с резонансным конденсатором в резонансе.Блокирующая емкость \ (1,8 мкФ \) достаточна и может быть изготовлена ​​из 2 пленочных конденсаторов P4675-ND (\ (1 \ мкФ \)).

Анализ частотной характеристики

Отсюда можно провести частотный анализ для определения ожидаемого усиления и резонансной частоты. Модель на рисунке 3 может быть использована для описания схемы. 2 + \ frac {s} {R_ {ref} C_ {eq}} + \ frac {1} {LC_ { eq}}} $$

Прежде чем строить график Боде, необходимо рассмотреть два важных момента относительно \ (R_ {ref} \).Отраженное сопротивление зависит от сопротивления детали и коэффициента связи. Оба эти значения нелегко измерить или рассчитать, и поэтому их необходимо оценивать.

• Значение \ (R \) (до отражения) является мерой потерь в заготовке. Это различно для разных объектов, но я выбрал значение \ (2 \ Omega \) после некоторого начального тестирования и исследования в Интернете. Хотя это может показаться довольно большим для учета омических потерь, создаваемых вихревыми токами, этот резистор также отражает гистерезисные потери в ферромагнитных материалах, которые возникают во время нагрева.Таким образом, \ (R \) не представляет собой исключительно омическое сопротивление материала.
• Другое предположение состоит в том, что заготовка относительно мала по сравнению с рабочей катушкой. То есть в трансформаторе плохая связь. Учитывая, что значения \ (k> 0,5 \) считаются сильно связанными, я оценил \ (k \ приблизительно 0,1 \).

Эти значения дали графики Боде, показанные на рисунке 4 в MATLAB.Маленькая катушка имеет резонансную частоту 110 кГц и коэффициент усиления по напряжению 25,4. Большая катушка имеет резонансную частоту 62,5 кГц и коэффициент усиления по напряжению 18,2.

Рисунок 4: График Боде упрощенной схемы с большой катушкой (слева) и маленькой катушкой (справа).

Выбор MOSFET

IRF540 является подходящим выбором в качестве переключающего элемента, поскольку он имеет постоянный ток стока 28 А при комнатной температуре.Он работает при напряжении около 1 А при напряжении 2–20 В на тотемном полюсе, что соответствует максимальной безопасной рабочей зоне. По практическим соображениям в сборке повторно использовалась тотемная плата, на которой были установлены полевые МОП-транзисторы IRF1407. IRF1407 имеет более высокие рейтинги и отлично подходит для этого проекта.

Результаты

Следующие осциллограммы были сняты во время начальной фазы тестирования, во время которой небольшое напряжение (1-2 В) использовалось в верхней части тотемного столба с маленькой катушкой.На рисунках 5 и 6 показано, что наблюдаемый результат вполне соответствует прогнозируемому. Выигрыш оказался не таким большим, как прогнозировалось, что может быть связано с паразитами, которые не были включены в идеализированную модель. Также интересно то, что блокирующий конденсатор успешно снимает напряжение постоянного тока, как показано на рисунке 7. Зеленая форма волны сосредоточена около 0 В. Однако резкие переходы прямоугольной волны не отфильтровываются и видны как дефекты синусоиды на напряжении рабочей катушки.

Рисунок 5: Управляющий сигнал (зеленый), напряжение рабочей катушки (желтый), 1 В на тотемном столбе.

Рисунок 6: Управляющий сигнал (зеленый), напряжение рабочей катушки (желтый), 2 В на общей стойке.

Рисунок 7: Напряжение после \ (C_ {blk} \) (зеленый), напряжение рабочей катушки (желтый), дифференциальное напряжение конденсатора (розовый), 2 В на общей клемме.

Кроме того, когда нагреватель приближается к резонансу, заметна разность фаз. На рисунке 8 нагреватель далек от резонанса, и напряжение катушки и напряжение инвертора совпадают по фазе, тогда как на рисунке 9, где нагреватель находится в резонансе, два напряжения сдвинуты по фазе на 90 градусов. Если бы использовалась фазовая автоподстройка частоты, эти два напряжения были бы синхронизированы вместе, чтобы поддерживать резонанс.

Рисунок 8: Напряжение инвертора (зеленый), напряжение рабочей катушки (желтый), вне резонанса.

Рисунок 9: Напряжение инвертора (зеленый), напряжение рабочей катушки (желтый), в резонансе.

Как только было подтверждено, что цепь безопасна и работает, было добавлено больше мощности за счет увеличения напряжения на вершине тотемного столба. Это позволяло нагревать предметы до очень высоких температур. Используя большую катушку, металлический радиатор нагревали путем повышения напряжения до тех пор, пока через инвертор не протекал ток 1А.Радиатор помещался плашмя поверх катушки. На рисунке 10 показана температура радиатора.

Температуру контролировали с помощью цифрового лазерного инфракрасного термометра. Как и ожидалось, начальная скорость нагрева довольно высока, когда температура радиатора близка к комнатной. Однако с повышением температуры скорость отвода тепла от радиатора также увеличивается. В конце концов, мощность индукционного нагревателя не успевает за мощностью, передаваемой из радиатора, и кривая начинает выравниваться.\ circ C \) в течение 45 секунд, при этом рабочая катушка лишь слегка нагрелась на ощупь. На полной мощности напряжение на катушке достигнет 200 В (от пика до пика), как показано на рисунке 11.

Рисунок 11: Напряжение рабочей катушки при работе на большой мощности. Обратите внимание, что вертикальный масштаб составляет 50 В / дел.

Обратная связь

В качестве интересного дополнения к этому проекту я решил реализовать автоматический поиск резонанса с помощью микроконтроллера.Идея состоит в том, что когда пользователь нажимает кнопку, микроконтроллер должен запускать подпрограмму для определения резонансной частоты. Этот вид настройки на самом деле удобен, потому что вставка заготовки внутри рабочей катушки изменит индуктивность рабочей катушки и, таким образом, также изменит резонансную частоту контура.

Основная идея поиска резонанса заключается в том, что при резонансе синусоида на выходе катушки достигает максимума.Таким образом, если мы можем создать сигнал, который пропорционален выходному сигналу для подачи на АЦП микроконтроллера, и позволить ему подавать управляющий сигнал на тотемный полюс, мы можем превратить проблему поиска резонанса в задачу поиска пиков программного обеспечения. .

На практике возникает несколько трудностей. Прежде всего, индукционный нагреватель работает на частоте порядка 100 кГц. Это означает, что для микроконтроллера с частотой 16 МГц, такого как Arduino Uno, в лучшем случае будет около 160 тактов на цикл инвертора, что серьезно ограничивает наши возможности для генерации сигнала ШИМ.Кроме того, АЦП на Arduino требуется около 100 микросекунд для чтения ввода, что ограничивает его частоту дискретизации до 10 кГц. Таким образом, сигнал не может быть дискретизирован напрямую.

Поколение ШИМ

Частота ШИМ на Arduino с помощью команды analogWrite () устанавливается равной 490 Гц на большинстве контактов и 980 Гц на контактах 5 и 6. Таким образом, использование команды analogWrite () для создания квадрата не является жизнеспособным вариантом, поскольку частота не соответствует регулируемый (только рабочий цикл).(Важно помнить, что цель здесь на самом деле не в том, чтобы модулировать ширину импульса, а в том, чтобы изменить частоту прямоугольной волны.) Другой вариант — использовать бит ШИМ и просто вручную переключить вывод на высокий уровень и низкий с соответствующей задержкой. Это можно сделать с помощью команды delayMicroseconds, но это не обеспечивает достаточно хорошего разрешения при 100 кГц. Ясное решение — работать напрямую с регистрами времени на микросхеме Atmega. Если бы у нас было больше времени, это было бы хорошим вариантом для изучения, но, как оказалось, более быстрым решением было переключиться на Teensy 3.1 микроконтроллер. Teensy — это микроконтроллер с напряжением 3,3 В, работающий на частоте 96 МГц. Он имеет функцию под названием analogWriteFrequency (pin, freq), которая позволяет вам установить частоту analogWrite в установочном коде. Он может легко устанавливать частоты от нескольких Гц до сотен кГц. Единственным недостатком является то, что все выводы ШИМ, привязанные к одному таймеру, будут одновременно менять свою частоту, но для этого проекта нам нужен только один. Простота этого решения побудила использовать Teensy в качестве микроконтроллера.

После того, как мы выбрали микроконтроллер, нам нужно подумать, как на самом деле управлять инвертором с помощью Teensy. Хотя можно управлять сигналами DELAY и #DELAY в программном обеспечении, гораздо проще просто создать одну прямоугольную волну из Teensy и отправить ее через сеть задержки 74HC14. Это очень просто реализовать: мы просто заменяем LM311 и генератор 74HC14 на Teensy. Важно помнить, что Teensy — это 3.Устройство 3 В, которое теперь взаимодействует с устройством 0-5 В (уровень TTL). Оказывается, это нормально, потому что пороговых значений TTL для высокого и низкого логических уровней более чем достаточно для обеспечения правильного вывода. Если бы требовалось большее размах напряжения, было бы несложно подать сигнал в соответствующий компаратор (например, LM311) с правильным напряжением смещения для увеличения амплитуды.

Сигнал обратной связи

Последнее соображение касается обратной связи с Teensy.Напряжение на катушке, которое может возрасти до 300 В (размах), должно быть понижено до безопасного для Teensy уровня (т. Е. 3,3 В (размах)). Наиболее очевидным решением является простой делитель напряжения 100 к 1, который я реализовал с помощью резистора \ (100 к \ Омега \) и \ (1 к \ Омега \) (не совсем 100 к 1, но абсолютные значения не нужны. для этого приложения). Кстати, я изначально выбрал чрезвычайно высокие значения для резисторов (в диапазоне десятков мегаом), и это приводило к очень запутанным результатам на осциллографе, пока я не понял, что мои пробники являются пробниками \ (1M \ Omega \).Таким образом, я сильно нагружал свою схему, когда я ее измерял. Указанных выше значений в киломах более чем достаточно для ограничения потребляемого тока.

Наконец, я не хотел, чтобы АЦП просто как можно быстрее считывал сигнал из-за высокой частоты сигнала. Arduino Uno может производить выборку только до 10 кГц. Я не смог найти явного верхнего предела частоты дискретизации для Teensy 3.1, но некоторые быстрые исследования в Интернете показали, что она составляет около 600 кГц.Это будет около 6 точек за период, что недостаточно для надежного определения пика. Мне пришло в голову, что нет необходимости находить пики сигнала в цифровом виде. Вместо этого я мог бы выпрямить синусоидальную волну, а затем отфильтровать ее с помощью фильтра нижних частот, чтобы получить значение постоянного тока, пропорциональное размаху напряжения синусоидальной волны. Это постоянное напряжение может быть максимизировано при очень низких требованиях к частоте дискретизации, поскольку это сигнал постоянного тока. Я выбрал простой однополупериодный выпрямитель и параллельный RC-фильтр нижних частот.

Защита входа

В качестве последнего штриха к схеме я добавил стабилитрон на 3,3 В и резистор перед выводом АЦП в качестве защиты входа в Teensy в случае ошибки пользователя (например, пользователь слишком сильно поворачивает тотем и поднимается выше 300 В (размах)). от напряжения катушки).

Рисунок 12: Полная схема цепи обратной связи.

Программное обеспечение

Код этого проекта можно найти на Github. Основы кода заключаются в том, чтобы пройти через предварительно установленный диапазон частот (50-150 кГц) с шагом 10 кГц, найти диапазон, который дает наибольший отклик, и пройти через этот диапазон с шагом 1 кГц, чтобы найти резонансную частоту в пределах 1 кГц. Поскольку сигнал обратной связи был немного зашумленным, в программном обеспечении был реализован усредняющий фильтр, чтобы предотвратить любые неправильные показания.

Результаты обратной связи

Следующие формы сигналов показывают работу цепи обратной связи. Обратите внимание, что сигнал постоянного тока имеет более низкое значение, когда частота не резонансная, чем когда она находится в резонансе.

Рисунок 13: Вне резонанса, сигнал постоянного тока (синий) имеет очень низкое значение.

Рисунок 14: При резонансе сигнал постоянного тока (синий) имеет более высокое значение.

При желании резистивный делитель можно отрегулировать для максимального увеличения динамического диапазона. АЦП Teensy был достаточно точным, чтобы система могла найти резонансную частоту лучше, чем у человека, но чувствительность и точность можно отрегулировать, изменив программное обеспечение и изменив схему резисторного делителя.

Как построить индукционный нагреватель и как он работает?

Как построить индукционный нагреватель и как он работает?

#DIY

Индукционный нагрев — это процесс нагрева с помощью электропроводящего объекта.Объект обычно металлический и использует вихревые токи для производства тепла. Процесс работает по принципу электромагнитной индукции. Этот процесс нагрева точен,
быстр, эффективен и является бесконтактной техникой.

Система индукционного нагрева включает в себя индукционный источник питания и преобразует
в переменный ток. Ток подается на рабочую головку и катушку.
Он генерирует в ней электромагнитное поле.
Компонент расположен в катушке индукционного нагревателя, а
Поле индуцирует ток на заготовке, переходящий в выделение тепла.

Посмотрите видео ниже

В индукционном нагревателе используется система индукционного нагрева для нагрева с различными целями. Эти нагреватели применяют в промышленности, металлургических цехах,
, индукционном варке и чаще всего для кипячения воды. Процедура изготовления индукционного нагревателя проста и эффективна.

Работает по принципу высокочастотной магнитной индукции.Схема очень проста и использует только общие компоненты. Индукционная катушка металлическая и обычно используется медь. Он потребляет ток 5А и нагревает кончик отвертки всего за 30 секунд.

Схема состоит из встроенных транзисторов для индукции тока в катушке. Схема управления индукционного нагревателя использует переключение нулевого напряжения на
Активируйте транзисторы и обеспечивает эффективный поток энергии. Ток протекает в катушке и производит вихревые токи. Благодаря вихревым токам вокруг заготовки индуцируется магнитное поле.Магнитное поле наводит на компонент ток, который превращается в тепловыделение.

С помощью поля переменного тока
Энергия проходит через рабочую катушку индукционного нагревателя на рабочем месте.
Ток, проходящий через катушку индукционного нагревателя.
Создает магнитное поле и наводит вихревые токи на заготовке. Это генерирование вихревых токов на компоненте нагревает его до необходимой температуры.

Дополнительная принципиальная схема