Самодельный индукционный нагреватель. Индукционный нагреватель: схемы самостоятельного изготовления Индукционная закалка своими руками

Уникальность человека заключается в том, что он все время изобретает приборы и механизмы, которые в значительной степени облегчают труд в той или иной сфере трудовой или жизненной деятельности.

Для этого, как правило, применяются новейшие разработки в области науки.

Исключением не стал и индукционный нагрев. В последнее время принцип индукции получил широкое применение во многих сферах, к которым можно смело отнести:

в металлургии индукционный нагрев используется для плавки металлов;
в некоторых отраслях промышленности используются специальные печи быстрого разогрева, функционирование которых основано на принципе индукции;
в бытовой сфере индукционные нагреватели можно использовать, например, для приготовления пищи, нагрева воды или отопления частного дома. (Об особенностях индукционного отопления Вы можете прочитать в ).

На сегодняшний день существует великое множество индукционных установок промышленного типа. Но это отнюдь не означает, что конструкция таких приборов очень сильно замысловатая.

Простейший индукционный нагреватель вполне возможно изготовить для бытовых нужд своими руками. В этой статье подробно поговорим об индукционном нагревателе, а также о различных способах его изготовления своими руками.

Виды

Индукционные агрегаты для нагрева, которые конструируются своими руками, как правило, принято разделять на два основных вида:

(сокращенно – ВИН), которые в основном используются для нагрева воды и обогрева жилища;
обогреватели, в конструкции которых предусмотрено использование различных типов электронных деталей и узлов.

Вихревой индукционный нагреватель (ВИН) состоит из следующих конструктивных компонентов:

устройство, которое преобразует обычную электроэнергию в высокочастотный ток;
индуктор, являющийся своего рода трансформатором, который образовывает магнитное поле;
теплообменник или нагревательный элемент, который расположен внутри индуктора.

Принцип функционирования ВИН заключается в следующих этапах:

Замечание специалиста: так как индукционная катушка считается самым важным элементом нагревателя этого вида, то к ее изготовлению нужно подойти достаточно щепетильно: медная проволока должна аккуратными витками наматываться на пластиковую трубу. Количество витков должно быть не менее 100.

Как видно из описания, конструкция ВИН достаточно не сложная, поэтому вихревой нагреватель смело можно сделать своими руками.

Как изготовить

Первый вариант.

Электронная схема нагревателя. (Для увеличения нажмите) Достаточно простой и, в то же время, мощный индукционный нагреватель можно сконструировать на основе печатной платы, схема которой показана на рисунке.

Особенностями этой схемы являются следующие важные моменты:

Такая конструкция, по сути, представляет собой мультивибратор, который организован на транзисторах большой мощности.
Важным элементом схемы является сопротивление, которое не будет давать возможности перегреваться транзисторам, что в целом скажется на эффективном функционировании всего индуктора.
Непосредственно сам индуктор должен иметь вид своего рода спирали, и состоять из 6–8 витков медной проволоки
Чтобы не особо задумываться над конструкцией регулятора напряжения, то его можно взять уже в готовом варианте из компьютерного блока питания.

Совет специалиста: так как индуктором будет выделяться сильное тепло, то, во избежание поломок, рекомендуется устанавливать транзисторы на специальные радиаторы.

Второй вариант.
Этот способ устройства индукционного нагревателя основан на применении электронного трансформатора.

Суть его заключается в следующем:

две трубы между собой соединяются с помощью сварки таким образом, чтобы в разрезе напоминали форму бублика (такая конфигурация будет одновременно служить как проводник и нагревательный элемент);
медная проволока, при этом, непосредственно наматывается на корпус;
для качественного движения теплоносителя в корпус ввариваются два патрубка, через один с которых вода будет заходить в нагреватель, а через другой будет подаваться в отопительную систему.

Таким образом, мы указали все возможные способы сборки индукционного нагревателя с применением электронных деталей. Надеемся, что наши советы и рекомендации станут для вас весьма познавательной информацией.

Смотрите видео, в котором опытный пользователь объясняет один из вариантов изготовления индукционного нагревателя своими руками:

Индукционный нагрев – это современный способ термической обработки электропроводящих веществ и материалов, который имеет наиболее высокий коэффициент полезного действия среди существующих методов. Для более экономичной работы отопительных и бытовых приборов, сегодня, используют специальные индукционные нагреватели. Как работают индукционные устройства и как самостоятельно сделать аппарат индукционного нагрева – читайте ниже.

Принцип индукционного нагрева основан на воздействии переменного тока на обмотку трансформатора и последующем возникновении электромагнитного поля. В результате возникновения магнитного поля, между магнитными и немагнитными деталями образуется электрический ток. Именно высокочастотными токами (ТВЧ) и происходит нагрев различных электропроводящих материалов.

Индукционный нагрев имеет массу преимуществ:

Устройство индукционного нагрева имеет небольшой вес, поэтому его легко можно использовать в бытовых целях;
Индукционный нагрев идеально подходит для всех видов термической обработки металла, среди которых особой популярностью пользуется сварка, пайка, ковка;
Высокочастотный нагрев может производиться в вакууме, защитном газе;
С помощью индукции можно быстро и равномерно прогреть электропроводящие вещества, получить сверхчистые металлы.

Кроме того, такой способ нагрева является сверхэкономичный: он преобразовывается до 90% потребленной в тепло (при том, что обычные электрические нагреватели имеют, в среднем, показатели в 45-50%).

Вихревой индукционный нагреватель

Благодаря экономической выгоде, сегодня, индукционный нагрев имеет широкое применение. Аппарат вихревого индукционного нагрева отлично подходит для помещений площадью до 60 кв. м, отапливать которые необходимо электричеством. Так, ВИН можно использовать для отопления частных домов, производственных и складских помещений, АЗС, автосервиса и других отдельно стоящих объектов.

К основным преимуществам использования ВИН в качестве “сердца” отопительной системы можно отнести то, что:

Нагрев происходит практически моментально, ведь тепло возникает непосредственно в детали;
С годами установка работает с той же мощностью, ее производительность не снижается;
В сравнении с обычными электрическими нагревательными элементами, индукционный вихревой аппарат экономит до 50% электроэнергии.

Именно поэтому сегодня, все больше, компаний по производству бытовой техники и производственных машин используют индукционный нагрев. Примером такого использования, помимо отопительных котлов, может служить индукционная электрическая печь. В пищевой промышленности используется ультразвуковой индукционный нагреватель. Для нагрева металлов в промышленности применяют инверторный индукционный аппарат, для плавки цветных металлов – плавильно-восстановительный агрегат, ковки железа и изготовления заготовок – индукционный электрический горн.

Схема индукционного нагревателя на основе печатной платы

Сделать ВИН можно и своими руками. Для того, чтобы правильно собрать вихревой аппарат индукционного нагрева, необходимо найти схему устройства. Наиболее простой является схема печатной платы, которая представляет собой прерыватель, работающий на высокомощных транзисторах.

Характерными отличиями такой схемы являются:

Нагревательный индуктор (катушка) в виде спирали с 6-8 витками;
Наличие регулятора напряжения (можно взять со старого компьютерного блока);
Наличие сопротивления, защищающего транзисторы от перегрева.

Транзисторы в нагревателе, собранном по такой схеме, рекомендуют устанавливать на специальные радиаторы: это позволит избежать перегрева устройства. По такой же схеме можно собрать индукторный водонагреватель.

Устройство вихревого индукционного нагревателя включает в себя:

Катушку;
Теплообменник;
Клеммную коробку;
Шкаф управления;
Входной и выходной патрубки.

В основе такой схемы лежит резонансный принцип работы, происходящий в последовательном колебательном контуре. Магнитный поток между витками катушки замыкается по воздуху.

Чтобы собрать нагреватель для водяного отопления, проще всего будет использовать схему с трансформатором, состоящим из первичной и вторичной короткозамкнутых обмоток. Вода будет нагреваться, проходя по трубам внутри катушки и подаваться нагретой из выходного патрубка.

При этом, следует помнить, что в системах водяного отопления с ВИД необходимо использовать насос для принудительной циркуляции воды.

Если возможности установить проточный насос нет, то можно выбрать в качестве нагревательного элемента механический подогреватель для жидкого теплоносителя или прикрепить к стенке резервуара с теплоносителем обогреватель на постоянных магнитах.

Экодом - мечта или реальность? Может ли дом совсем не потреблять энергию? Ответы на следующей странице:

Простейший индукционный нагреватель своими руками

Самый бюджетный индукционный генератор можно сделать, взяв трансформаторный магнитопровод. Достаточно мощное приспособление для индукционного нагрева можно собрать из электронного трансформатора, который представляет собой импульсный блок питания.

Для того, чтобы собрать устройство необходимо:

Спаять основной трансформатор из электрического;
Изготовить индуктор на базе ферритовой чашки;
Запаять концы проводов на место импульсного блока питания.

Такой нагреватель будет иметь КПД не менее 65%. Этого будет достаточно для того, чтобы собрать небольшую индукционную электрическую печь. Кроме того, с помощью такого приспособления можно будет быстро плавить провода с диаметром до 4 мм.

Как сделать индукционный нагреватель своими руками: инструкция

Аппарат индукционного нагрева можно сделать из инверторного источника тока сварочного аппарата. При этом, конструкцию можно упростить, поместив внутрь индукционной катушки прямую трубу. Она будет работать в качестве сердечника. Для того, чтобы сделать нагреватель вам понадобиться: полимерная труба диаметром 5 см; стальная проволока диаметром 0,6 см; медный провод на 3мм; строительная металлическая мелкоячеистая сетка.

Приступаем к работе:

Нарезаем катанку на отрезки длиной в 3-6 мм;
Закрываем один конец трубы строительной сеткой;
Засыпаем внутрь трубы отрезки проволоки;
Закрываем сеткой второй конец трубы;
Поверх трубы выполняем обмотку (витков должно быть не менее 85 и не более 95);
Изолируем концы обмотки и присоединяем их к выходу одного из видов источника питания сварочной дуги.

Приспособление готово! Теперь, во время работы аппарата, катушка будет создавать электромагнитное поле и потоки вихревого тока. Это приведет к тому, что приспособление станет быстро нагреваться.

Индукционный нагреватель из сварочного инвертора: особенности

В обычном виде индукционные нагреватели, сделанные из сварочного инвертора, представляют повышенную опасность, ведь они не могут автономно контролировать температуру воды. Так, использование нагревателя в системах с теплоносителем может быть чревато короткими замыканиями и разрывом труб. Это может произойти из-за высокого гидравлического сопротивления в системе, которое возникает вследствие движения теплоносителя сквозь куски катанки. Поэтому, такие устройства требуют доработок.

Чтобы избежать аварийных ситуаций, следует снабжать самодельный аппарат индукционного нагрева, сделанный из сварочного инвертора, устройствами аварийного отключения.

Для контроля нагрева можно применить терморегулятор с температурным датчиком температуры и реле, размыкающим цепь, когда температура теплоносителя достигнет установленных значений. Кроме того, избежать разрыва системы можно будет, прикрепив к нагревателю через тройник, с одной стороны, предохранительный клапан.

Опытные электрики говорят о том, что переделка одного из видов источников питания сварочной дуги в нагреватель не оправдана: тепловую мощность нагревателя будет ограничивать электрическая мощность инвертора.

Такого генератора тепла хватит на обогрев комнаты, площадь которой составляет не более 30 кв. м. Экономия средств, в этом случае, составит 30-50% (в зависимости от габаритов апартаментов). При этом, дорогостоящего сегодня сварочного аппарата вы лишитесь.

Что такое индукционный нагреватель (видео)

Индуктивный нагрев – это современный способ термической обработки электропроводящих веществ, который нашел широкое бытовое применение. Так, вихревые индукционные нагреватели отлично подходят для организации более экономичной и эффективной работы отопительной системы. Сделать индукционный генератор, при этом, можно сделать самостоятельно. Главное – учитывать рекомендации профессиональных электриков и выполнять все работы последовательно!

Индукционный нагреватель — устройство для нагрева металлов, путем воздействия токами Фуко. Сам принцип такого нагревателя известен с давних времен, а сейчас индукционные нагреватели активно применяются во многих областях промышленности. Наш самодельный индуктор прост в использовании, имеет относительно простую конструкцию и не требует никакой настройки. При этом, нагреватель довольно мощный.

Работает схема индуктора по принципу последовательного резонанса. Повысить мощность устройства можно несколькими способами — подбором более мощных полевых ключей, использованием конденсатора большей емкости в контуре, повышением питающего напряжения.

Собирал я такой индуктор своими руками, чисто из любопытства, чтобы проверить работоспособность схемы.

Дроссель — взял готовый от компьютерного блока питания. Намотан на кольце от порошкового железа и содержит 10-25 витков провода 1,5мм.

Полевые транзисторы — тут выбор большой, в моем случае были использованы N-канальные высоковольтные полевые транзисторы серии IRF740, но желательно использовать полевые транзисторы ориентируясь по минимальному сопротивлению открытого перехода, а также максимально допустимого тока. В стандартном варианте советуется использовать силовые ключи серии IRFP250.

Параметры этого транзистора:

Структура N-канал
Максимальное напряжение сток-исток Uси: 200 В
Максимальный ток сток-исток при 25 ºС Iси макс.: 30 А
Максимальное напряжение затвор-исток Uзи макс.: ±20 В
Сопротивление канала в открытом состоянии Rси вкл.: 85 мОм
Максимальная рассеиваемая мощность Pси макс.: 190 Вт
Крутизна характеристики S: 12000 мА/В
Корпус: TO247AC
Пороговое напряжение на затворе: 4 В

Очень мощный и довольно дорогой транзистор, но с ним можно получить высокую мощность, при этом потребление может быть в районе 20-40 Ампер!!!

Контур был намотан на оправе с диаметром 4,5 см и состоит из 2х3 витков. Советую мотать сразу 6 витков, затем с 3 витка снять лак на небольшом участке и там же запаять провод, который будет отводом, на него подается силовой плюс. В моем случае для намотки контура был использован провод 1.5мм, но в идеале нужен провод 3-5мм, мотается по тому же принципу.

Стабилитроны 12-15 Вольт, желательно с мощностью 1-2 ватт, все использованные резисторы 0,5 ватт.

Диоды — обязательно нужны быстрые с обратным напряжением не менее 400 Вольт, можно ставить дешевые ультрафасты UF4007, в моем случае были использованы диоды серии HER305 — с обратным напряжением 400 Вольт, при допустимом токе 3 Ампер.

Увеличить мощность схемы, означает увеличить ток в контуре. Чем больше емкость конденсатора С1, тем больше ток. В моем случае были использованы пленки на 250 Вольт 6 шт 0,33мкФ, но число кол-во конденсаторов в стандартном варианте советуется 15-20 штук с той же емкостью, напряжение конденсаторов 250-400Вольт.

Основной недостаток схемы — немыслимое количество тепловыделения на транзисторах, с моими, довольно хорошими ключами пришлось охлаждать схему двумя кулерами, но даже они не успевали должным образом отводить тепло, поэтому буду думать о водяном охлаждении…

Самодельный индуктор довольно быстро способен разогреть болты стандарта М6, до желтого оттенка.

Содержание

Сегодня электроэнергия обходится потребителям совсем недешево, но работающие на таком ресурсе отопительные приборы пользуются у населения определенной популярностью. Большой интерес вызывают устройства, функционирующие на принципе электромагнитной индукции. В статье описано, как работает подобное устройство, где используется, и как сделать индукционный нагреватель своими руками. Но прежде - немного истории.

Вихревой индукционный нагреватель

В начале девятнадцатого века ученый из Англии Фарадей проводил эксперименты, преследуя цель преобразовать магнетизм в электроэнергию. У него вышло получить поток энергии в первичной обмотке, состоящей из провода, накрученного на сердечник, изготовленный из железа. Таким образом стала открыта электромагнитная индукция. Произошло это в 1831 г.

Первую плавильню, использующую мощный водонагреватель, работающий по принципу индукции, открыли в Англии, в тридцатых годах прошлого века. В восьмидесятых прошлого века принцип индукции применялся более активно. Специалисты разработали вихревые нагреватели. Ими обогревали заводские цеха и различные производственные помещения. Через некоторое время начали производить бытовые устройства.

Принцип работы индуктора

Вихревые нагреватели обычно используются для отопительных котлов. Они пользуются большим спросом у населения за счет своей мощности и простой конструкции. Функционирование их основывается на передаче теплоносителю энергии магнитного поля. Вода, подающаяся в аппарат, нагревается путем подачи энергии. Далее она подается в отопительную систему. Чтобы появилось давление, применяется насос. Вода циркулирует и защищает элементы от перегрева. Теплоноситель вибрирует, что предотвращает появление накипи на стенках оборудования.

Если изучить изнутри индукционный обогреватель, там можно обнаружить металлический корпус, изоляцию и сердечник. Основное отличие такого нагревателя от промышленных - обмотка медными проводниками. Последняя находится между 2-ух сваренных стальных труб.

Принцип электромагнитной индукции

Самодельный индукционный нагреватель мало весит, обладает хорошим КПД и компактными размерами. Как сердечник, тут используется труба с обмоткой. Вторая труба нужна для нагревания. Ток, генерируемый магнитным полем, греет воду. По такому принципу функционируют самодельные устройства и часть современных нагревателей.

Устройство нагревательного прибора

Прибор состоит из таких элементов :

Пластиковая трубка.
Сетка из нержавейки.
Проволока из стали.
Медная проволока.
Сварочный инвертор.

Одно из главных достоинств данного устройства - это простая конструкция. Схема индукционного нагревателя примерно такова. В круглом корпусе находится катушка - индуктор. Внутри последнего находится отрезок стальной трубы с 2-мя патрубками на концах. Они нужны для присоединения прибора к отопительной системе. После подключения через трубу будет проходить вода. Труба будет нагреваться. От соприкосновения с ней разогревается теплоноситель.

Схема устройства индукционного нагревателя

У других видов прибора катушка крепится к электрической сети, однако имеется и другая схема подключения. Отличается она преобразователем, который повышает частоту колебаний тока, подаваемого на катушку. Этот преобразователь называется инвертором и состоит их 3-х модулей:

Выпрямитель.
Инвертор с 2-мя транзисторами.
Схема управления транзисторами.

Процессы, происходящие в устройстве, похожи на работу трансформатора. Разница во вторичной обмотке, которая тут короткозамкнута и расположена внутри первичной. Еще одно отличие в том, что в случае с трансформатором нагрев - побочный эффект, его стараются избежать.

Интересный факт: обслуживание индукционника обойдется гораздо дешевле, чем, если использовать газовый котел или бойлер. Аппарат состоит из минимума деталей, практически не выходящих из строя. Ломаться в нагревателе нечему. Воду греет обыкновенная трубка, которая в отличие от того же ТЭНа не может перегореть либо испортиться.

Сфера применения

Сегодня применение индукционного нагрева используется очень часто. Основные области применения :

плавка металла, получение новых сплавов;
производство металлической проволоки;
ювелирное дело;
производство котлов отопления;
термическая обработка запчастей для транспортных средств;
медицинская отрасль (дезинфекция инструментов, врачебного оборудования);
машиностроение, обогрев автосервиса;
промышленные печи.

Недостатки и достоинства

Рассмотрим положительные характеристики и преимущества индукционного оборудования:

Нагрев производится в любой среде.
Возможность изготовления сверхчистых сплавов.
Быстрый нагрев и плавка любого материала, который проводит ток.
Элементы прибора монтируются снаружи, врезки отсутствуют. Это гарантирует исключение протечек.
Индукционный водонагреватель не загрязняет окружающую среду.
Удобен при необходимости нагрева определенного участка поверхности.
Площадь контакта теплоносителя с поверхностью нагревателя во много раз больше, нежели в аппаратах с трубчатыми электронагревателями. За счет этого среда греется очень быстро.
Компактные размеры прибора.
Оборудование легко настраивается на нужный режим работы и без труда регулируется.
Имеется возможность изготовления прибора любой формы (в том числе самостоятельно). Это предупреждает локальный нагрев и способствует равномерному распределению тепла.

Простой нагреватель индукционного типа

Проточный нагреватель такого типа практически не имеет минусов, если сравнивать с приборами, работающими по иным принципам. Единственная сложность эксплуатации в том, что необходимо сопоставить индуктор с заготовкой. Иначе нагрев будет недостаточным и маломощным.

Процесс изготовления своими руками

Для работы пригодятся следующие инструменты:

сварочный инвертор;
сварочный генерирующий ток силой от 15 ампер.

Еще понадобится проволока из меди, которая наматывается на корпус сердечника. Устройство будет выполнять роль индуктора. Контакты проволоки соединяются с клеммами инвертора так, чтобы не образовалось скруток. Отрезок материала, нужный для сборки сердечника, должен быть нужной длины. В среднем число витков равно 50, диаметр проволоки - 3-м миллиметрам.

Медная проволока разного диаметра для обмотки

Теперь перейдем к сердечнику. В его роли будет полимерная труба, сделанная из полиэтилена. Такой вид пластмассы выдерживает довольно высокую температуру. Диаметр сердечника - 50 миллиметров, толщина стенок - минимум 3 мм. Данная деталь используется как калибр, на который навивается проволока из меди, формируя индуктор. Собрать простейший индукционный нагреватель воды может практически любой человек.

На видео увидите способ - как самостоятельно организовать индукционный нагрев воды для отопления:

Первый вариант

На 50-миллиметровые отрезки рубится проволока, ей заполняется пластиковая трубка. Чтобы она не высыпалась из трубы, следует закупорить торцы проволочной сеткой. На концах ставятся переходники от трубы, в том месте, где подключается нагреватель.

На корпус последнего медной проволокой наматывается обмотка. Для этой цели нужно примерно 17 метров проволоки: нужно сделать 90 витков, диаметр трубы - 60 миллиметров. 3,14×60×90=17 м.

Важно знать! В ходе проверки функционирования устройства следует тщательно удостовериться, что в нем есть вода (теплоноситель). Иначе корпус устройства быстро расплавится.

Труба врезается в трубопровод. Нагреватель подключается к инвертору. Осталось заполнить устройство водой и включить. Все готово!

Второй вариант

Этот вариант гораздо попроще. Выбирается прямой участок метрового размера на вертикальной части трубы. Его следует тщательно очистить от краски, используя наждачку. Далее этот участок трубы покрывается тремя слоями электротехнической ткани. Медной проволокой наматывается индукционная катушка. Вся система подключения хорошенько изолируется. Теперь можно подключить сварочный инвертор, и процесс сборки полностью завершен.

Индукционная катушка, обмотанная медной проволокой

Перед тем как начинать изготовление водонагревателя своими руками, желательно ознакомиться с характеристиками заводских изделий и изучить их чертежи. Это поможет разобраться с исходными данными самодельного оборудования и избежать возможных ошибок.

Третий вариант

Чтобы сделать нагреватель этим более сложным способом, нужно использовать сварку. Для работы еще понадобится трехфазный трансформатор. Друг в друга нужно вварить две трубы, которые будут выполнять роль нагревателя и сердечника. На корпус индукционника накручивается обмотка. Таким образом повышается производительность прибора, который имеет компактные размеры, что очень удобно при его эксплуатации в домашних условиях.

Обмотка на корпусе индукционника

Для подвода и отвода воды, в корпус индукционника ввариваются 2 патрубка. Чтобы не терять тепло и предотвратить возможные утечки тока, нужно сделать изоляцию. Она избавит от проблем, описанных выше, и полностью исключит появление шума при работе котла.

Техника безопасности должна соблюдаться всегда. Особенно когда мастерят что-то самостоятельно. Здесь нагреватели применяются для систем, имеющих принудительную циркуляцию. Теплоэнергия вырабатывается очень быстро и может возникнуть перегрев теплоносителя.

Нельзя забывать про предохранительный клапан. Он крепится на нагревателе. В случае когда циркулярный насос перестанет работать, то стопроцентно случится перегрев теплоносителя. Если клапан не будет установлен заранее, то произойдет разрыв системы. Последняя должна из предосторожности оснащаться термостатом. Если нагреватель заключен в металлический корпус, то он обязательно заземляется.

Нагреватель в металлическом корпусе

Так как у самодельной конструкции нет нормального экранирования, то индукционник устанавливается как минимум в 80-и сантиметрах от горизонтальных поверхностей. Расстояние до стены - от 30 сантиметров.

Совет: мощность самодельных нагревателей может способствовать распространению электромагнитного излучения. Устройство желательно экранировать оцинкованной сталью и не устанавливать в жилом помещении! Электромагнитное переменное поле есть внутри и снаружи катушки. Оно будет нагревать все металлические поверхности, расположенные рядом.

Так, без глобальных финансовых трат, нетрудно собственноручно сделать этот нехитрый прибор. Схема сборки проста, и справиться с работой по сборке нагревателя собственноручно сможет практически каждый. Тут не требуется профильных технических знаний. Завершить работу можно буквально за несколько часов.

Самодельный индукционный нагреватель 4 кВт.

Представьте такой фокус. Человек берёт в руки железный гвоздь и засовывает его в медную петлю - индуктор. Гвоздь тут же раскаляется добела. Секрет фокуса - индукционный нагрев. Старинная технология, впервые разработанная русским электротехником Вологдиным в 1880 году, и, к сожалению, до сих пор мало распространённая среди домаших мастеров.

По медной петле - индуктору - пропускается электрический ток большой силы (сотни ампер) и большой частоты (десятки - сотни кГц). В результате в металлической заготовке, стоящей внутри индуктора или рядом с ним, наводятся токи Фуко, тоже большой силы и частоты. Высокочастотный ток в заготовке под действием скин-эффекта вытесняется в тонкие поверхностные слои, в результате чего его плотность резко возрастает. Слой заготовки, по которому протекают большие токи, начинает быстро разогреваться. Температура может достичь нескольких тысяч градусов, что позволяет плавить металл в домашних условиях, придумывать и создавать свои собственные необычные сплавы; сваривать и паять металлические детали; закаливать отвёртки, свёрла, ножи и так далее, применять установку в кузнечных и ремонтных мастерских.

Индукционный нагрев позволяет разогревать электропроводящие материалы (любой металл, графит, электропроводную керамику) бесконтактно. Прямо через воздух, через слой воды, через стеклянную, деревянную или пластиковую стенку, в вакуумной камере или в камере с защитным газом. При этом заготовка остаётся идеально чистой, так как не окисляется в газовой струе, не касается грязной поверхности печки и т п.

_________________________________________________________________________

За основу был взят инвертор Сергея Владимировича Кухтецкого, разработанны й в Институте химии. Схема инвертора, её подробное описание и рекомендации по сборке опубликованы по адресу: www.icct.ru В схеме применены современные электронные компоненты, что позволяет собрать мощный и надёжный инвертор в домашних условиях за небольшую цену порядка нескольких тысяч рублей (цены на промышленные аналоги достигают десятков и сотен тысяч руб).

На форуме induction.listbb.ru совместными усилиями с форумчанами Derba, Феникс, Jab, Фулюган, Ostap, -CE- проведена до работка схемы, установлена дополнительная плата фазовой автоподстройки частоты ФАПЧ для автоматического удержания резонанса, установлена скоростная защита от превышения тока (как при превышении питания, так и в результате пробоя силовых мосфетов из-за их перегрева или сбоя модуля управления). Добавлены некоторые детали, уменьшающие вероятность перегрева мосфетов и сбоя модуля управления (приводящие к появлению сквозных токов в силовом мосте).

Потребляемая мощность инвертора в зависимости от применяемых индукторов: 1...4 кВт.
Частота тока в индукторе: 300 кГц.
Сила тока в индукторе: ~400А.
Максимальный потребляемый от сети ток при двухвитковом индукторе - 20А, потребляемое напряжение - 220V.

Индукционной нагреватель снабжён защитой, отключающей схему при превышении напряжения питания, при коротком замыкании индуктора, при заливании индуктора водой.

Схемы и обсуждение доработок смотрите на форуме: induction.listbb.ru и

Видео - плавление низкоуглеродистой стали (гайки) на воздухе:

Видео - плавление высокоуглеродистой стали (шарик от подшипника из стали ШХ-15):

Видео - плавление низкоуглеродистой стали в защитном газе (аргоне):

Видео - нагрев стального шарика через слой воды. Возможность нагрева железяк через слой воды интересна, вода электромагнитному полю не помеха

Мощное высокочастотное электромагнитное поле выталкивает железные заготовки из индуктора. С одной стороны это создаёт проблемы - сложно греть мелкие заготовки, их выносит из индуктора прочь и приходится их как-то закреплять (так называемый эффект электромагнитного дутья).
С другой стороны, можно плавить металл в подвешенном состоянии - (левитационная плавка, плавка в электромагнитном тигле):

Доработка инвертора для индукционного нагрева.

Метод бесконтактного нагрева жидкометаллических образцов токами высокой частоты в вакууме или защитном газе является оптимальным для экспериментов с мелкими образцами электропроводящих материалов.

Промышленные инверторы высокой частоты не обладают нужными для проведения эксперимента характеристиками (высокой мощностью при высокой частоте, необходимой для нагрева мелких образцов), в связи с чем был изготовлен самодельный инвертор. За основу был принят инвертор, разработанный Сергеем Кухтецким в Институте химии и химической технологии РАН, работающий следующим образом.
Индуктор для нагрева образцов, представляющий собой катушку колебательного контура совместно с компенсирующий батареей конденсаторов, накачивается от независимо работающего генератора высокой частоты.

Генератор выполнен по схеме полный мост, его частота автоматически подстраивается под собственную частоту колебательного контура вручную и не может изменяться во время работы. Предлагаемый инвертор не имеет схемы защиты силовых транзисторов от сквозных токов и схемы управления мощностью нагрева (Рис.1).

Рис.1. Блок-схема простого инвертора для индукционного нагрева.

Эксплуатация данного простого инвертора выявило следующие проблемы. В результате нагрева образца, а также в результате движения образца в индукторе происходит изменение индуктивности, входящей в состав колебательного контура, и изменению его собственной частоты. Поскольку частота работы инвертора задается генератором с неизменяемой во время работы частотой, рассогласование частот колебательного контура и генератора приводит к резкому падению мощности нагрева, вибрациям заготовки в индукторе, а также выходу силовых транзисторов на неоптимальный режим работы в емкостном режиме, что приводит к выходу их из строя.

Для решения указанных проблем инвертор был дооборудован схемой фазовой автоподстройки частоты ФАПЧ, схемой скоростной защиты силовых транзисторов от превышения тока и импульсным регулятором мощности с управлением от ПК. Схемы защиты и регулирования мощности выполнены в виде отдельных модулей и могут применяться для иных задач.

Схема ФАПЧ состоит из генератора с изменяемой частотой, датчика тока, датчика напряжения, регулируемой линии задержки, формирователя управляющих импульсов для силового моста. Датчики тока и напряжения измеряют соответствующие величины на колебательном контуре, после чего производится сравнение их фаз. Нулевой сдвиг фаз означает синхронную работу колебательного контура на собственной частоте и задающего генератора. В случае сдвига фаз задающий генератор автоматически корректирует частоту, подстраивая ее под собственную частоту колебательного контура (Рис.2). Электрическая схема доработанного инвертора приведена на Рис.5.

Настройка диапазона слежения ФАПЧ, порядок действий:

Необходимо определить собственную частоту колебательного контура, например, следующим образом.

1) Снять с шин колебательного контура согласующий трансформатор.

2) Подсоединить к шинам, соединяющим индуктор с батареей конденсаторов, осциллограф.

3) Настроить осциллограф в режим ожидания (в режим одиночного измерения Trigger).

4) Кратковременно коснуться шин колебательного контура батареей типа «крона». На экране появится "дребезг" – собственные колебания контура. При необходимости провести данную процедуру несколько раз о получения устойчивой картины на экране осциллографа.

Период собственных колебаний измеряется по сетке осциллографа, далее по формуле f = 1 / период , вычисляется собственная частота колебательного контура.

Настройка диапазона работы ФАПЧ проводится следующим образом.

1) К выходу микросхемы фапч-генератора CD4046 подсоединяется осциллограф.

2) Задать минимальную частоту работы генератора CD4046. Для этого плюс источника питания напряжением 1 вольт подсоединить к выводу 9 микросхемы CD4046, минус источника питания подсоединить к общей шине.

3) Выставить минимальную частоту вращением потенциометра на ножке 12 микросхемы сd4046 на 30 кГц ниже собственной частоты колебательного контура (подбирается опытным путём для надёжного подхватывания ФАПЧ).

4) Задать максимальную частоту работы генератора CD4046. Для этого плюс источника питания напряжением 4.5 вольта подсоединить к выводу 9 микросхемы CD4046, минус источника питания подсоединить к общей шине.

5) Вращением потенциометра на ножке 11 микросхемы CD4046 задать частоту на 30 кГц выше собственной.

В результате проделанных операций инвертор автоматически стартует с подхватыванием резонанса и удерживает его в процессе работы.

Рис.2. Блок-схема инвертора для индукционного нагрева с ФАПЧ.

Модуль защиты состоит из выполненного на шунте датчика тока, схемы фиксации превышения тока с настройкой порога срабатывания и схемы отключения питания. Питание подводится к инвертору через шунт. В момент превышения тока на шунте фиксируется превышение падения напряжения, что приводит к перебрасыванию триггера и подаче сигнала запирания на силовой транзистор (Рис.3). Электрическая схема модуля защиты приведена на Рис.6.

Рис.3. Блок-схема модуля скоростной защиты.

Видео - срабатывание модуля скоростной защиты:

Импульсный регулятор мощности выполнен по схеме понижающего ШИМ-преобразователя типа step-down. Регулирование мощности осуществляется посредством изменения скважности управляющего ШИМ-сигнала. Управляющий сигнал генерируется микроконтроллером STM32F767 (готовая отладочная плата со встроенным USB-программатором). Параметры регулирования мощности задаются с компьютера через интерфейс USB, входящий в состав любого ПК, данное решение позволяет синхронизировать сбор данных и управление экспериментальной установкой (блок-схема изображена на Рис.4).

Рис.4. Блок-схема импульсного регулятора мощности.

Программа микроконтроллера предусматривает как ручное (педаль, ручка энкодера), так и дистанционное управление регулятором мощности (с помощью ПК), осуществление плавного старта и стопа, стабилизации выходной мощности по току или по напряжению, индикации работы прибора. Электрическая схема импульсного регулятора мощности приведена на Рис.7.

Рис.5. Схема инвертора для индукционного нагрева образцов с фазовой автоподстройкой частоты.

Рис.6. Электрическая схема универсального скоростного прерывателя тока для защиты установки индукционного нагрева.

Рис.7. Электрическая схема универсального импульсного регулятора мощности.