Индукционный водонагреватель своими руками схема

Обновлено: 20.05.2024

Индукционный нагрев происходит очень быстро. Нагревателями, сделанными по этому принципу, на производствах раскаляют докрасна металлические заготовки для закалки. Подобным устройствам можно найти применения и в домашней мастерской. Собрать такой нагреватель совсем несложно, так как все необходимые для этого компоненты есть в свободной продаже.

Материалы:

Простая схема индукционного нагревателя всего на друх транзисторах

Это очень простая схема с самовозбуждением. Питание осуществляется от источника постоянного тока напряжением 12 В. Транзисторы устанавливаются на радиатор через диэлектрическую термопрокладку. Катушка содержит 8 витков с отводом от середины.

Процесс изготовления нагревателя

Первым делом нужно залудить ножки транзисторов.

Между первой и третьей паяем резистор на 10 кОм. Затем выгибаем из медной проволоки перемычку, и припаиваем к третьей ножке. К первой же дополнительно паяем резистор 22 кОм.

Аналогично подключаем резисторы на второй транзистор. После этого нужно соединить заготовки. Для этого паяем перемычку от первого транзистора к третьей ножке второго.

Теперь используя медные перемычки, спаиваем вместе 3 конденсатора. Концы перемычек припаиваем к центральным ножкам транзисторов.

Далее нужно подпаять резисторы 22 кОм к перемычкам на конденсаторах. Так как те не изолированы, то нужно смотреть, чтобы проволока не касалась между собой.

Из проволоки сворачиваем спираль. В данном случае сделано 8 витков вокруг аккумуляторной батареи. Спираль припаивается к перемычкам конденсаторов.

Закрепляем схему транзисторами к основанию. Для этого обязательно применяются изолирующие прокладки. Затем подсоединяем к схеме аккумулятор на 12В.

Теперь при помещении в спираль металлических предметов, те будут практически мгновенно разогреваться до высоких температур.

Естественно возле катушки загорится и лампочка накаливания с прикрепленной к контакту собственной спиралью.

Смотрите видео

Принцип действия индукционного нагревателя

После открытия Фарадеем электромагнитной индукции в 1831 году, силу индукции стали использовать в промышленности, различных моторах и генераторах, в трансформаторных устройствах. Были созданы нагреватели, которые работали на основе того же принципа индукции, что и печь для плавки металла. Чуть позже стали изготавливать бытовые приборы.

Итак, электромагнитная индукция возникает в обмотке из проволоки, намотанной на железный сердечник.

При разборке индукционного котла можно увидеть, что в его конструкцию входят: сердечник, электро- и теплоизоляция, и кроме этого непосредственно корпус. Данный обогреватель отличается от промышленных, главным образом, наличием тороидальной обмотки с медными проводниками. Ее расположение находится между двух сваренных между собой труб.

Материалом для изготовления этих труб служит ферримагнитная сталь. Стенки таких труб имеют толщину более 10 мм. Благодаря данному типу конструкции нагреватель весит гораздо меньше, его габариты более компактные, а КПД гораздо выше.

Сердечником здесь служит труба с обмоткой. Другая, необходима для непосредственного нагрева теплоносителя. Индукционный ток, генерируемый высокочастотным магнитным полем с внешней обмотки на трубу, служит для нагрева теплоносителя. Данный процесс вызывает вибрацию стенок, из-за чего на них не может отложиться накипь.

Из-за нагрева сердечника при работе происходит и нагрев теплоносителя. Температура сердечника увеличивается благодаря вихревым токам. Они образуются из-за магнитного поля, генерируемого токами высокого напряжения. Это является основным принципом индукционных нагревателей воды, а также большинства современных котлов.

Применение силы индукции для обогрева

Нагревательные приборы, использующие в основе своего функционирования электроэнергию, определенно являются наиболее удобными и максимально комфортными при эксплуатации. Их безопасность гораздо выше, нежели у оборудования, которое работает от газа. Кроме того, данные устройства не оставляют как остаточные продукты своего функционирования сажи и копоти.

Главным недостатком таких приборов, пожалуй, можно назвать, высокий расход электроэнергии. Для большей экономии народные мастера придумали, как самостоятельно изготавливать индукционные нагреватели. Как результат, получается агрегат, для функционирования которого требуется в разы меньше электричества.

Простой индукционный нагреватель 12 В

Простой индукционный нагреватель состоит мощного генератора высокой частоты и низкоомной катушки-контура, которая является нагрузкой генератора.

Генератор с самовозбуждением генерирует импульсы на основании резонансной частоты контура. В результате в катушке возникает мощное переменное электромагнитное поле частотой порядка 35 кГц.

Если в центр этой катушки поместить сердечник из токопроводящего материала, то внутри него возникнет электромагнитная индукция. В результате частой смены эта индукция вызовет в сердечнике вихревые токи, которые в свою очередь повлекут за собой выделение тепла. Это классический принцип преобразования электромагнитной энергии в тепловую.

Индукционные нагреватели очень давно используются во многих областях производства. С их помощью можно делать закалку, бесконтактную сварку, и самое главное — точечный прогрев, а также плавление материалов.

Элементы, которые понадобятся:

Изготовление простого индукционного нагревателя 12 В:

Намотать индуктор.
Собрать схему навесным монтажом, отделив колодкой индуктор от всей схемы.
Конденсатор желательно располагать в непосредственной близости от выводов катушки.
Транзисторы установить на радиаторы.
Запитать всю установку от аккумулятора 12 Вольт.

Работает отлично. Лезвие канцелярского ножа нагревает до красноты очень быстро.

Транзисторы и сам индуктор греются, если работает постоянно. На небольшое время – не критично почти.

Схема и описание индукционного нагревателя на 500 Ватт

Схема индукционного нагревателя мощностью 500 Ватт, который можно собрать самостоятельно! В сети можно найти огромное множество данных схем, но они сразу же становятся неинтересны, так как в своем большинстве они либо абсолютно нерабочие, либо функционируют не так как ожидалось. Но приведенная схема индукционного нагревателя проверена и абсолютно рабочая, но ее главным плюсом является ее простота, которую по достоинству оценит каждый.

Компоненты и катушка:

В рабочей катушке самодельного индукционного нагревателя 5 витков, для намотки применяется медная трубка около 1 см диаметром, но можно использовать и трубку меньшего диаметра. Данный диаметр выбран не просто так, так как через трубку проходит вода для охлаждения транзисторов и катушки.

Можно использовать транзисторы IRFP150, если нет возможности найти IRFP250. Конденсаторы можно использовать пленочные емкостью 0,27 мкФ 160 Вольт, но если таких нет, подойдут и с емкостью 0,33 мкФ и выше. Стоит помнить, что схема запитывается напряжением до 60 Вольт, но в данном случае необходимо установить конденсаторы с напряжением 250 Вольт. В случае если схема подключается к питанию до 30 Вольт, то на 150 более чем достаточно.

Стабилитроны используются любые на 13-15 Вольт от 1 Ватта, к примеру, можно применять 1N5349 и похожие. Диоды можно применять типа UF4007 и им подобные. Резисторы на 470 Ом от 2-х Ватт.

В качестве радиаторов, можно применять медные пластины, припаиваемые напрямую к трубке, в виду того что в данной конструкции применяется водяное охлаждение. С профессиональной точки зрения, данный вид охлаждения является наиболее эффективным, в виду сильного нагревания транзисторов ни один вентилятор и никакие радиаторы не способны спасти их от перегревания.

Расположение охлаждающих пластин проходит таким образом, чтобы трубка катушка проходила через них. Пластины и трубка спаиваются друг с другом при помощи газовой горелки и большого паяльника для пайки автомобильных радиаторов.

Конденсаторы располагаются на двухстороннем текстолите, для более качественного охлаждения плату припаивают таким же образом напрямую к трубке катушки.

Дроссели наматываются на ферритовые кольца, как правило такие можно найти в компьютерном блоке питания, провод необходимо использовать медный изолированный.

Основные правила и рекомендации

Данными системами рекомендуется пользоваться в закрытых отопительных контурах с принудительной циркуляцией теплоносителя. Можно данные устройства использовать с пластиковыми трубопроводами.

Котел необходимо установить так, чтобы между ним, стенами и другими устройствами, работающими от электричества, было не менее 30 см. От пола и потолка также должна быть соблюдена дистанция в 80 см.

Кроме того, специалисты настоятельно рекомендуют установить систему безопасности на индуктивный прибор за выходным патрубком. Для этого потребуется манометр, устройство сброса воздуха и подрывной клапан.

Таким образом, теперь вы знаете, как сделать индукционный нагреватель своими руками без лишних капиталовложений и хлопот. Данный агрегат будет служить верой и правдой ни один год, обогревая жилище. Схема сборки достаточно простая и ее монтаж займет всего пару часов.

Сейчас мы узнаем как сделать своими руками индукционный нагреватель, который можно использовать для разных проектов или просто для удовольствия. Вы сможете мгновенно плавить сталь, алюминий или медь. Вы можете использовать её для пайки, плавления и ковки металлов. Вы можете использовать самодельный индуктивный нагреватель и для литья.

Мое учебное пособие охватывает теорию, компоненты и сборку некоторых из важнейших компонентов.

Инструкция большая, в ней мы рассмотрим основные шаги, дающие вам представление о том, что входит в такой проект, и о том, как его спроектировать, чтобы ничего не взорвалось.

Для печи я собрал очень точный недорогой криогенный цифровой термометр. Кстати, в тестах с жидким азотом он неплохо себя показал против брендовых термометров.

Шаг 1: Компоненты

Основные компоненты высокочастотного индукционного нагревателя для нагрева металла электричеством — инвертор, драйвер, соединительный трансформатор и колебательный контур RLC. Вы увидите схему чуть позже. Начнем с инвертора. Это — электрическое устройство, которое изменяет постоянный ток на переменный. Для мощного модуля он должен работать стабильно. Сверху находится защита, которая используется, чтобы защитить привод логического элемента МОП-транзистора от любого случайного перепада напряжения. Случайные перепады вызывают шум, который приводит к переключению на высокие частоты. Это приводит к перегреву и отказу МОП-транзистора.

Линии с большой силой тока находятся внизу печатной платы. Много слоев меди используются, чтобы позволить им пропускать более 50А тока. Нам не нужен перегрев. Также обратите внимание на большие алюминиевые радиаторы с водяным охлаждением с обеих сторон. Это необходимо, чтобы рассеивать тепло, вырабатываемое МОП-транзисторами.

Шаг 2: Схема инвертора

Это схема для инвертора. Схема на самом деле не такая сложная. Инвертированный и неинвертированный драйвер повышает или понижает напряжение 15В, чтобы настроить переменный сигнал в трансформаторе (GDT). Этот трансформатор изолирует чипы от мосфетов. Диод на выходе мосфета действует для ограничения пиков, а резистор минимизирует колебания.

Конденсатор C1 поглощает любые проявления постоянного тока. В идеале, вам нужны самые быстрые перепады напряжения на цепи, так как они уменьшают нагрев. Резистор замедляет их, что кажется нелогичным. Однако если сигнал не угасает, вы получаете перегрузки и колебания, которые разрушают мосфеты. Больше информации можно получить из схемы демпфера.

Диоды D3 и D4 помогают защитить МОП-транзисторы от обратных токов. C1 и C2 обеспечивают незамкнутые линии для проходящего тока во время переключения. T2 — это трансформатор тока, благодаря которому драйвер, о котором мы поговорим далее, получает обратный сигнал от тока на выходе.

Шаг 3: Драйвер

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

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

Я проведу вас по цепи:

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

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

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

Шаг 4: Передохнём

Тем не менее, давайте продолжим.

Шаг 5: LC-контур

К этой части есть несколько подходов. Если вам нужен мощный нагреватель, вам понадобится конденсаторный массив для управления током и напряжением.

Во-первых, вам нужно определить, какую рабочую частоту вы будете использовать. Более высокие частоты имеют больший скин-эффект (меньшее проникновение) и хороши для небольших объектов. Более низкие частоты лучше для больших объектов и имеют большее проникновение. Более высокие частоты имеют большие потери при переключении, но через бак пройдет меньше тока. Я выбрал частоту около 70 кГц и дошел до 66 кГц.

Мой конденсаторный массив имеет ёмкость 4,4 мкФ и может выдерживать более 300А. Моя катушка около 1мкГн. Также я использую импульсные пленочные конденсаторы. Они представляют собой осевой провод из самовосстанавливающегося металлизированного полипропилена и имеют высокое напряжение, высокий ток и высокую частоту (0.22 мкФ, 3000В). Номер модели 224PPA302KS.

Я использовал две медные шины, в которых просверлил соответствующие отверстия с каждой стороны. Паяльником я припаял конденсаторы к этим отверстиям. Затем я прикрепил медные трубки с каждой стороны для водного охлаждения.

Не берите дешевые конденсаторы. Они будут ломаться, и вы заплатите больше денег, чем если бы вы сразу купили хорошие.

Шаг 6: Сборка трансформатора

Если вы внимательно читали статью, вы зададите вопрос: а как управлять LC-контуром? Я уже рассказывал об инверторе и контуре, не упоминая, как они связаны.

Соединение осуществляется через соединительный трансформатор. Мой от Magnetics, Inc. Номер детали — ZP48613TC. Adams Magnetics также является хорошим выбором при выборе ферритовых тороидов.

Тот, что слева, имеет провод 2мм. Это хорошо, если ваш входной ток ниже 20А. Провод перегреется и сгорит, если ток больше. Для высокой мощности вам нужно купить или сделать литцендрат. Я сделал сам, сплетя 64 нити из проволоки 0.5мм. Такой провод без проблем может выдержать ток 50А.

Инвертор, который я показал вам ранее, принимает высоковольтный постоянный ток и изменяет его на переменные высокие или низкие значения. Эта переменная квадратная волна проходит черезч соединительный трансформатор через переключатели мосфета и конденсаторы связи постоянного тока на инверторе.

Медная трубка из емкостного конденсатора проходит через нее, что делает ее одновитковой вторичной обмоткой трансформатора. Это, в свою очередь, позволяет сбрасываемому напряжению проходить через конденсатор емкости и рабочую катушку (контур LC).

Шаг 7: Делаем рабочую катушку

Возьмите медную трубку от холодильника 9мм и заполните ее чистым песком. Перед тем, как сделать это, закройте один конец какой-нибудь лентой, а также закройте другой после заполнения песком. Вкопайте трубу соответствующего диаметра в землю. Отмерьте длину трубки для вашей катушки и начните медленно наматывать её на трубу. Как только вы сделаете один виток, остальные будет сделать несложно. Продолжайте наматывать трубку, пока не получите количество желаемых витков (обычно 4-6). Второй конец нужно выровнять с первым. Это упростит подключение к конденсатору.

Теперь снимите колпачки и возьмите воздушный компрессор, чтобы выдуть песок. Желательно делать это на улице.

Обратите внимание, что медная трубка также служит для водного охлаждения. Эта вода циркулирует через емкостный конденсатор и через рабочую катушку. Рабочая катушка генерирует много тепла от тока. Даже если вы используете керамическую изоляцию внутри катушки (чтобы удерживать тепло), вы по-прежнему будете иметь чрезвычайно высокие температуры в рабочем пространстве, нагревающие катушку. Я начну работу с большим ведром ледяной воды и через некоторое время она станет горячей. Советую заготовить очень много льда.

Шаг 8: Обзор проекта

Выше представлен обзор проекта на 3 кВт. Он имеет простой PLL-драйвер, инвертор, соединительный трансформатор и бак.

Видео демонстрирует 12кВт индукционный горн в работе. Основное различие заключается в том, что он имеет управляемый микропроцессором драйвер, более крупные МОП-транзисторы и теплоотводы. Блок 3кВт работает от 120В переменного тока; блок 12 кВт использует 240В.

Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.

Схема индукционного нагревателя на 500 Ватт, который можно сделать своими руками! В интернете множество подобных схем, но интерес к ним пропадает, так как в основном они или не работают или работают но не так как хотелось бы. Данная схема индукционного нагревателя полностью рабочая, проверенная, а главное, не сложная, думаю вы оцените!

Схема индукционного нагревателя:

Компоненты и катушка:

Рабочая катушка содержит 5 витков, для намотки была использована медная трубка диаметром около 1 см, но можно и меньше. Такой диаметр был выбран не случайно, через трубку подаётся вода для охлаждения катушки и транзисторов.

Транзисторы ставил IRFP150 так как IRFP250 под рукой не оказалось. Конденсаторы плёночные 0,27 мкФ 160 вольт, но можно поставить 0,33 мкФ и выше, если первые найти не получится. Обратите внимание, что схему можно питать напряжением до 60 вольт, но в этом случае, рекомендуется ставить конденсаторы на напряжение 250 вольт. Если схема будет питаться напряжением до 30 вольт, то на 150 вполне хватит!

Стабилитроны можно ставить любые на 12-15 вольт от 1 Ватт, например 1N5349 и им подобные. Диоды можно использовать UF4007 и ему подобные. Резисторы 470 Ом от 2-х Ватт.

Немного фотографий:

За место радиаторов, были использованы медные пластины, которые припаиваются прямо к трубке, так как в данной конструкции используется водное охлаждение. На мой взгляд это самое эффективное охлаждение, потому что транзисторы греются хорошо и ни какие вентиляторы и супер радиаторы не спасут их от перегрева!

Охлаждающие пластины на плате расположены таким образом, что бы трубка катушки проходила через них. Пластины и трубку нужно припаять между собой, для этого я использовал газовую горелку и большой паяльник для пайки автомобильных радиаторов.

Конденсаторы расположены на двух стороннем текстолите, плата припаивается так же к трубке катушки на прямую, для лучшего охлаждения.

Дроссели намотаны на ферритовых кольцах, лично я достал их из компьютерного блока питания, провод использовался медных в изоляции.

Индукционный нагреватель получился достаточно мощным, латунь и алюминий плавит очень легко, железные детали тоже плавит, но немного медленнее. Так как я использовал транзисторы IRFP150 то по параметрам, схему можно питать напряжением до 30 вольт, поэтому мощность ограничивается только этим фактором. Так что всё таки советую использовать IRFP250.

На этом всё! Ниже оставлю видео работы индукционного нагревателя и список деталей, которые можно купить на AliExpress по очень низкой цене!

Читайте также: