Индукционный нагреватель для ржавых гаек своими руками. Индукционный нагреватель: схема нагрева своими руками, как сделать вихревой из сварочного инвертора

Индукционный нагрев (Induction Heating) - метод бесконтактного нагрева токами высокой частоты (англ. RFH - radio-frequency heating, нагрев волнами радиочастотного диапазона) электропроводящих материалов.

Описание метода.

Индукционный нагрев - это нагревание материалов электрическими токами, которые индуцируются переменным магнитным полем. Следовательно - это нагрев изделий из проводящих материалов (проводников) магнитным полем индукторов (источников переменного магнитного поля). Индукционный нагрев проводится следующим образом. Электропроводящая (металлическая, графитовая) заготовка помещается в так называемый индуктор, представляющий собой один или несколько витков провода (чаще всего медного). В индукторе с помощью специального генератора наводятся мощные токи различной частоты (от десятка Гц до нескольких МГц), в результате чего вокруг индуктора возникает электромагнитное поле. Электромагнитное поле наводит в заготовке вихревые токи. Вихревые токи разогревают заготовку под действием джоулева тепла (см. закон Джоуля-Ленца).

Система «индуктор-заготовка» представляет собой бессердечниковый трансформатор, в котором индуктор является первичной обмоткой. Заготовка является вторичной обмоткой, замкнутой накоротко. Магнитный поток между обмотками замыкается по воздуху.

На высокой частоте вихревые токи вытесняются образованным ими же магнитным полем в тонкие поверхностные слои заготовки Δ (Поверхностный-эффект), в результате чего их плотность резко возрастает, и заготовка разогревается. Нижерасположенные слои металла прогреваются за счёт теплопроводности. Важен не ток, а большая плотность тока. В скин-слое Δ плотность тока уменьшается в e раз относительно плотности тока на поверхности заготовки, при этом в скин-слое выделяется 86,4 % тепла (от общего тепловыделения. Глубина скин-слоя зависит от частоты излучения: чем выше частота, тем тоньше скин-слой. Также она зависит от относительной магнитной проницаемости μ материала заготовки.

Для железа, кобальта, никеля и магнитных сплавов при температуре ниже точки Кюри μ имеет величину от нескольких сотен до десятков тысяч. Для остальных материалов (расплавы, цветные металлы, жидкие легкоплавкие эвтектики, графит, электролиты, электропроводящая керамика и т. д.) μ примерно равна единице.

Например, при частоте 2 МГц глубина скин-слоя для меди около 0,25 мм, для железа ≈ 0,001 мм.

Индуктор сильно нагревается во время работы, так как сам поглощает собственное излучение. К тому же он поглощает тепловое излучение от раскалённой заготовки. Делают индукторы из медных трубок, охлаждаемых водой. Вода подаётся отсасыванием - этим обеспечивается безопасность в случае прожога или иной разгерметизации индуктора.

Применение:
Сверхчистая бесконтактная плавка, пайка и сварка металла.
Получение опытных образцов сплавов.
Гибка и термообработка деталей машин.
Ювелирное дело.
Обработка мелких деталей, которые могут повредиться при газопламенном или дуговом нагреве.
Поверхностная закалка.
Закалка и термообработка деталей сложной формы.
Обеззараживание медицинского инструмента.

Преимущества.

Высокоскоростной разогрев или плавление любого электропроводящего материала.

Возможен нагрев в атмосфере защитного газа, в окислительной (или восстановительной) среде, в непроводящей жидкости, в вакууме.

Нагрев через стенки защитной камеры, изготовленной из стекла, цемента, пластмасс, дерева - эти материалы очень слабо поглощают электромагнитное излучение и остаются холодными при работе установки. Нагревается только электропроводящий материал - металл (в том числе расплавленный), углерод, проводящая керамика, электролиты, жидкие металлы и т. п.

За счёт возникающих МГД усилий происходит интенсивное перемешивание жидкого металла, вплоть до удержания его в подвешенном состоянии в воздухе или защитном газе - так получают сверхчистые сплавы в небольших количествах (левитационная плавка, плавка в электромагнитном тигле).

Поскольку разогрев ведётся посредством электромагнитного излучения, отсутствует загрязнение заготовки продуктами горения факела в случае газопламенного нагрева, или материалом электрода в случае дугового нагрева. Помещение образцов в атмосферу инертного газа и высокая скорость нагрева позволят ликвидировать окалинообразование.

Удобство эксплуатации за счёт небольшого размера индуктора.

Индуктор можно изготовить особой формы - это позволит равномерно прогревать по всей поверхности детали сложной конфигурации, не приводя к их короблению или локальному непрогреву.

Легко провести местный и избирательный нагрев.

Так как наиболее интенсивно разогрев идет в тонких верхних слоях заготовки, а нижележащие слои прогреваются более мягко за счёт теплопроводности, метод является идеальным для проведения поверхностной закалки деталей (сердцевина при этом остаётся вязкой).

Лёгкая автоматизация оборудования - циклов нагрева и охлаждения, регулировка и удерживание температуры, подача и съём заготовок.

Установки индукционного нагрева:

На установках с рабочей частотой до 300 кГц используют инверторы на IGBT-сборках или MOSFET-транзисторах. Такие установки предназначены для разогрева крупных деталей. Для разогрева мелких деталей используются высокие частоты (до 5 МГц, диапазон средних и коротких волн), установки высокой частоты строятся на электронных лампах.

Также для разогрева мелких деталей строятся установки повышенной частоты на MOSFET-транзисторах на рабочие частоты до 1,7 МГц. Управление транзисторами и их защита на повышенных частотах представляет определённые трудности, поэтому установки повышенной частоты пока ещё достаточно дороги.

Индуктор для нагрева мелких деталей имеет небольшие размеры и небольшую индуктивность, что приводит к уменьшению добротности рабочего колебательного контура на низких частотах и снижению КПД, а также представляет опасность для задающего генератора (добротность колебательного контура пропорциональна L/C, колебательный контур с низкой добротностью слишком хорошо «накачивается» энергией, образует короткое замыкание по индуктору и выводит из строя задающий генератор). Для повышения добротности колебательного контура используют два пути:
- повышение рабочей частоты, что приводит к усложнению и удорожанию установки;
- применение ферромагнитных вставок в индукторе; обклеивание индуктора панельками из ферромагнитного материала.

Так как наиболее эффективно индуктор работает на высоких частотах, промышленное применение индукционный нагрев получил после разработки и начала производства мощных генераторных ламп. До первой мировой войны индукционный нагрев имел ограниченное применение. В качестве генераторов тогда использовали машинные генераторы повышенной частоты (работы В. П. Вологдина) или искровые разрядные установки.

Схема генератора может быть в принципе любой (мультивибратор, RC-генератор, генератор с независимым возбуждением, различные релаксационные генераторы), работающей на нагрузку в виде катушки-индуктора и обладающей достаточной мощностью. Необходимо также, чтобы частота колебаний была достаточно высока.

Например, чтобы «перерезать» за несколько секунд стальную проволоку диаметром 4 мм, необходима колебательная мощность не менее 2 кВт при частоте не менее 300 кГц.

Выбирают схему по следующим критериям: надёжность; стабильность колебаний; стабильность выделяемой в заготовке мощности; простота изготовления; удобство настройки; минимальное количество деталей для уменьшения стоимости; применение деталей, в сумме дающих уменьшение массы и габаритов, и др.

На протяжении многих десятилетий в качестве генератора высокочастотных колебаний применялась индуктивная трёхточка (генератор Хартли, генератор с автотрансформаторной обратной связью, схема на индуктивном делителе контурного напряжения). Это самовозбуждающаяся схема параллельного питания анода и частотно-избирательной цепью, выполненной на колебательном контуре. Она успешно использовалась и продолжает использоваться в лабораториях, ювелирных мастерских, на промышленных предприятиях, а также в любительской практике. К примеру, во время второй мировой войны на таких установках проводили поверхностную закалку катков танка Т-34.

Недостатки трёх точки:

Низкий кпд (менее 40 % при применении лампы).

Сильное отклонение частоты в момент нагрева заготовок из магнитных материалов выше точки Кюри (≈700С) (изменяется μ), что изменяет глубину скин-слоя и непредсказуемо изменяет режим термообработки. При термообработке ответственных деталей это может быть недопустимо. Также мощные твч-установки должны работать в узком диапазоне разрешённых Россвязьохранкультурой частот, поскольку при плохом экранировании являются фактически радиопередатчиками и могут оказывать помехи телерадиовещанию, береговым и спасательным службам.

При смене заготовок (например, более мелкой на более крупную) изменяется индуктивность системы индуктор-заготовка, что также приводит к изменению частоты и глубины скин-слоя.

При смене одновитковых индукторов на многовитковые, на более крупные или более малогабаритные частота также изменяется.

Под руководством Бабата, Лозинского и других учёных были разработаны двух- и трёхконтурные схемы генераторов, имеющих более высокий кпд (до 70 %), а также лучше удерживающие рабочую частоту. Принцип их действия состоит в следующем. За счёт применения связанных контуров и ослабления связи между ними, изменение индуктивности рабочего контура не влечёт сильного изменения частоты частотозадающего контура. По такому же принципу конструируются радиопередатчики.

Современные твч-генераторы - это инверторы на IGBT-сборках или мощных MOSFET-транзисторах, обычно выполненные по схеме мост или полумост. Работают на частотах до 500 кГц. Затворы транзисторов открываются с помощью микроконтроллерной системы управления. Система управления в зависимости от поставленной задачи позволяет автоматически удерживать

А) постоянную частоту
б) постоянную мощность, выделяемую в заготовке
в) максимально высокий КПД.

Например, при нагреве магнитного материала выше точки Кюри толщина скин-слоя резко увеличивается, плотность тока падает, и заготовка начинает греться хуже. Также пропадают магнитные свойства материала и прекращается процесс перемагничивания - заготовка начинает греться хуже, сопротивление нагрузки скачкообразно уменьшается - это может привести к "разносу" генератора и выходу его из строя. Система управления отслеживает переход через точку Кюри и автоматически повышает частоту при скачкообразном уменьшении нагрузки (либо уменьшает мощность).

Замечания.

Индуктор по возможности необходимо располагать как можно ближе к заготовке. Это не только увеличивает плотность электромагнитного поля вблизи заготовки (пропорционально квадрату расстояния), но и увеличивает коэффициент мощности Cos(φ).

Увеличение частоты резко уменьшает коэффициент мощности (пропорционально кубу частоты).

При нагреве магнитных материалов дополнительное тепло также выделяется за счет перемагничивания, их нагрев до точки Кюри идет намного эффективнее.

При расчёте индуктора необходимо учитывать индуктивность подводящих к индуктору шин, которая может быть намного больше индуктивности самого индуктора (если индуктор выполнен в виде одного витка небольшого диаметра или даже части витка - дуги).

Имеются два случая резонанса в колебательных контурах: резонанс напряжений и резонанс токов.
Параллельный колебательный контур – резонанс токов.
В этом случае на катушке и на конденсаторе напряжение такое же, как у генератора. При резонансе, сопротивление контура между точками разветвления становится максимальным, а ток (I общ) через сопротивление нагрузки Rн будет минимальным (ток внутри контура I-1л и I-2с больше чем ток генератора).

В идеальном случае полное сопротивление контура равно бесконечности - схема не потребляет тока от источника. При изменение частоты генератора в любую сторону от резонансной частоты полное сопротивление контура уменьшается и линейный ток (I общ) возрастает.

Последовательный колебательный контур – резонанс напряжений.

Главной чертой последовательного резонансного контура является то, что его полное сопротивление минимально при резонансе. (ZL + ZC – минимум). При настройке частоты на величину, превышающую или лежащую ниже резонансной частоты, полное сопротивление возрастает.
Вывод:
В параллельном контуре при резонансе ток через выводы контура равен 0, а напряжение максимально.
В последовательном контуре наоборот - напряжение стремится к нулю, а ток максимален.

Статья взята с сайта http://dic.academic.ru/ и переработана в более понятный для читателя текст, компанией ООО «Проминдуктор».

Использование индукционных катушек вместо традиционных ТЭН в отопительном оборудовании позволило значительно увеличить КПД агрегатов при меньшем потреблении электроэнергии. Индукционные нагреватели появились в продаже относительно недавно, к тому же по достаточно высоким ценам. Поэтому народные умельцы не оставили эту тему без внимания и придумали, как сделать индукционный нагреватель из сварочного инвертора.

Индукционные нагреватели с каждым днем набирают популярность у потребителя благодаря следующим достоинствам:

• высокий показатель КПД;
• агрегат работает практически бесшумно;
• индукционные котлы и нагреватели считаются достаточно безопасными в сравнении с газовым оборудованием;
• нагреватель работает полностью в автоматическом режиме;
• оборудование не требует постоянного обслуживания;
• благодаря герметичности аппарат, исключаются протечки;
• из-за вибраций электромагнитного поля образование накипи становится невозможным.

Также к преимуществам данного типа нагревателя можно отнести простоту его конструкции и доступность материалов для сборки аппарата своими руками.

Схема работы индукционного нагревателя

Нагреватель индукторного типа содержит следующие элементы.

1. Генератор тока . Благодаря данному модулю переменный ток бытовой электросети преобразуется в высокочастотный.
2. Индуктор . Изготавливается из медной проволоки, скрученной в виде катушки, для образования магнитного поля.
3. . Представляет собой металлическую трубу, размещенную внутри индуктора.

Все перечисленные элементы, взаимодействуя между собой, работают по следующему принципу . Выработанный генератором высокочастотный ток поступает на катушку индуктора, изготовленную из медного проводника. Ток высокой частоты преобразуется индуктором в электромагнитное поле. Далее, металлическая труба, находящаяся внутри индуктора, разогревается благодаря воздействию на нее вихревых потоков, возникающих в катушке. Теплоноситель (вода), проходящий через нагреватель, забирает тепловую энергию и переносит ее в отопительную систему. Также теплоноситель выступает в роли охладителя нагревательного элемента, что продляет “жизнь” отопительному котлу.

Ниже предоставлена электрическая схема индукционного нагревателя.

На следующем фото показано, как работает индукционный нагреватель металла.

Важно! Если прикоснуться разогреваемой деталью к двум виткам индуктора, то произойдет межвитковое замыкание, от которого мгновенно выгорят транзисторы.

Сборка и монтаж системы

Подключать индуктор к клеммам сварочного аппарата, предназначенным для подсоединения сварочных кабелей, нельзя. Если это сделать, то агрегат просто выйдет из строя. Чтобы приспособить инвертор под работу с индукционным нагревателем, потребуется достаточно сложная переделка аппарата, требующая, в первую очередь, знаний в радиоэлектронике.

В двух словах, эта переделка выглядит так: катушку, а именно ее первичную обмотку, требуется подсоединить после преобразователя высокой частоты инвертора вместо встроенной индукционной катушки последнего. Кроме этого, потребуется удалить диодный мост и спаять конденсаторный блок.

Как происходит переделка сварочного инвертора в индукционный нагреватель, можно узнать из этого видео .

Индукционная печь для металла

Чтобы сделать индукционный нагреватель из сварочного инвертора, потребуются следующие материалы.

1. Инверторный сварочный аппарат . Хорошо, если в агрегате будет реализована функция плавной регулировки тока.
2. Медная трубка диаметром около 8 мм и длиной, достаточной, чтобы сделать 7 витков вокруг заготовки 4-5 см в диаметре. Кроме этого, после витков должны остаться свободные концы трубки длиной около 25 см.

Для сборки печи выполните следующие действия.

1. Подберите какую-либо деталь диаметром 4-5 см, которая будет служить шаблоном для наматывания катушки из медной трубки. Это может быть деревянная круглая деталь, металлическая или пластиковая труба.
2. Возьмите медную трубку и заклепайте один ее конец молотком.
3. Плотно заполните трубку сухим песком и заклепайте второй ее конец. Песок не даст трубке сломаться при скручивании.
4. Сделайте 7 витков трубки вокруг шаблона, после чего спилите ее концы и высыпьте песок.
5. Подсоедините получившуюся катушку к переделанному инвертору.

Совет! Если предполагается, что индукционная печь будет работать длительное время на большой мощности, то к трубке рекомендуется подвести водяное охлаждение.

Индукционный нагреватель для воды

Для сборки отопительного котла потребуются следующие конструктивные элементы.

1. Инвертор. Аппарат выбирается такой мощности, какая нужна для отопительного котла.
2. Толстостенная труба (пластиковая), можно марки PN Ее длина должна быть 40-50 см. Сквозь нее будет проходить теплоноситель (вода). Внутренний диаметр трубы должен быть не меньше 5 см. В таком случае наружный диаметр будет равняться 7,5 см. Если внутренний диаметр будет меньше, то и производительность котла буде невысокой.
3. Стальная проволока . Также можно взять пруток из металла диаметром 6-7 мм. Из проволоки или прутка нарезаются небольшие куски (4-5 мм). Эти отрезки будут выполнять роль теплообменника (сердечника) индуктора. Вместо стальных отрезков можно использовать цельнометаллическую трубку меньшего диаметра или стальной шнек.
4. Палочки или стержни из текстолита , на которые будет наматываться индукционная катушка. Применение текстолита убережет трубу от нагретой катушки, поскольку данный материал устойчив к высоким температурам.
5. Изолированный кабель сечением 1,5 мм 2 и длиной 10-10,5 метров. Изоляция кабеля должна быть волокнистой, эмалевой, стекловолоконной или асбестовой.

Совет! Вместо стальной проволоки допускается использовать металлическую губку из нержавейки. Но перед покупкой их проверяют магнитом: если мочалка притягивается магнитом, то ее можно использовать в качестве нагревателя.

Индукционный котел отопления собирается по следующему алгоритму. Заполните корпус теплообменника изделиями из металла, о которых говорилось выше. На конце трубы, служащей корпусом, припаяйте переходники, подходящие по диаметру к трубам отопительного контура.

При необходимости, к переходникам можно припаять уголки. Также следует припаять муфты-американки . Благодаря им нагреватель будет легко демонтировать, для проведения ремонта или профилактического осмотра.

На следующем этапе на корпус теплообменника необходимо наклеить текстолитовые полоски , на которые будет наматываться катушка. Также следует сделать из того же текстолита пару стоек высотой 12-15 мм. На них будут расположены контакты для подключения нагревателя к переделанному инвертору.

Поверх полосок из текстолита намотайте катушку. Между витками должно быть расстояние не менее 3 мм. Намотка должна состоять из 90 витков проводника. Концы кабеля необходимо закрепить на ранее подготовленных стойках.

Вся конструкция помещается в кожух, который в целях безопасности будет выполнять роль изоляции. Для кожуха подойдет пластиковая труба диаметром большим, чем катушка. В защитном кожухе необходимо сделать 2 отверстия для вывода электрического кабеля. В торцы трубы можно установить заглушки, после чего в них следует проделать отверстия под патрубки. Через последние котел будет подсоединяться к отопительной магистрали.

Важно! Испытывать нагреватель можно лишь после заполнение его водой. Если включить его “на сухую”, то пластиковая труба расплавится, и придется собирать нагреватель заново.

Схема подключения состоит из следующих элементов.

1. Источник высокочастотного тока . В данном случае – это видоизмененный инвертор.
2. Элементы безопасности . В эту группу могут входить: термометр, предохранительный клапан, манометр и т.д.
3. Шаровые краны . Используются для слива или заправки системы водой, а также для перекрытия подачи воды на определенном участке контура.
4. Циркуляционный насос . Благодаря ему вода сможет двигаться по отопительной системе.
5. Фильтр. Применяется для очистки теплоносителя от механических загрязнений. Благодаря очистке воды продлевается срок службы всего оборудования.
6. Расширительный бачок мембранного типа. Применяется для компенсации теплового расширения воды.
7. Радиатор отопления . Для индукционного отопления лучше использовать либо алюминиевые радиаторы, либо биметаллические, поскольку они при небольших габаритах имеют высокую теплоотдачу.
8. Шланг, через который можно заполнять систему либо сливать из нее теплоноситель.

Как видно из вышеописанного метода, самостоятельно изготовить индукционный нагреватель вполне возможно. Но лучше покупного он не будет. Даже если вы обладаете необходимыми знаниями в электротехнике, следует задуматься, насколько будет безопасной эксплуатация такого аппарата, поскольку он не оборудован ни специальными датчиками, ни блоком контроля. Поэтому рекомендуется отдать предпочтение готовому оборудованию, изготовленному в заводских условиях.

Сегодня индукционные теплогенераторы применяются довольно широко. В сравнении с традиционными отопительными котлами, они отличаются более высоким КПД. Кроме этого, применение индукционного нагревателя воды позволяет снизить расходы на электроэнергию. Так как заводские модели агрегатов этого типа имеют высокую стоимость, владельцы частных домов часто решают собрать аппарат самостоятельно.

Принцип действия

Идея изготовить самодельный водонагреватель индукционного типа кажется весьма привлекательной. Такой агрегат практически не уступает в эффективности фабричным моделям, но обойдется владельцу дома в значительно меньшую сумму. Чтобы сделать индукционный нагреватель своими руками, потребуется три основных элемента:

• Генератор.
• Нагревательный элемент.
• Индуктор.

Генератор необходим для получения переменного электрического тока высокой частоты из стандартной домашней сети. В роли индуктора используется катушка, изготовленная из медной проволоки. Задача этого элемента конструкции состоит в генерации магнитного поля. Для изготовления нагревателя используется предмет из металла , способного поглощать теплоэнергию под воздействием магнитного поля.

Простой индукционный нагреватель своими руками

Если все эти элементы правильно соединены, то получится мощный электронагреватель, способный обеспечить нагрев жидкого теплоносителя для отопления строения. Благодаря генератору, электроток с требуемыми показателями поступает на индуктор. Это приводит к появлению на витках катушки магнитного вихревого поля.

Особенность этого поля заключается в способности изменять направление электромагнитных волн при высоких частотах. Если в него поместить металлический предмет, то он начинает нагреваться. Ввиду отсутствия контакта, при переходе энергии из одного вида в другой потери будут минимальными. Поэтому собранный своими руками котел индукционного типа обладает высоким КПД.

Чтобы нагреть теплоноситель, достаточно обеспечить его контакт с металлическим нагревателем, например, трубкой. Именно так работает проточный нагреватель. Так как вода одновременно охлаждает агрегат, то его срок службы значительно увеличивается.

ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ СВОИМИ РУКАМИ. РАСКАЛЯЕМ МЕТАЛЛ

Преимущества и недостатки

Разобравшись с принципом работы индукционного нагревателя, можно рассмотреть его положительные и отрицательные стороны. Учитывая высокую популярность теплогенераторов этого типа, можно предположить, что преимуществ у него значительно больше, чем недостатков. Среди наиболее значимых плюсов можно выделить:

Так как показатель производительности индукционного котла находится в широком диапазоне, то можно без особых проблем подобрать агрегат под конкретную систему обогрева здания. Эти устройства способны быстро нагревать теплоноситель до заданной температуры, что сделало их достойным конкурентом традиционным котлам.

Во время работы индукционного нагревателя наблюдается небольшая вибрация, благодаря которой с труб стряхивается накипь. В результате можно реже проводить чистку агрегата. Так как теплоноситель находится в постоянном контакте с нагревательным элементом, то риски его выхода из строя сравнительно малы.

Часть 1. ИНДУКЦИОННЫЙ КОТЕЛ своими руками - это просто. Приспособление для индукционной плитки.

Если во время монтажа индукционного котла не было допущено ошибок, то протечки практически исключены. Этот связано с бесконтактной передачей теплоэнергии нагревателю. Использование индукционной технологии нагрева воды позволяет довести его практически до газообразного состояния . Таким образом достигается эффективное движение воды по трубам, и в некоторых ситуациях можно даже обойтись без использования циркуляционных насосных установок.

К сожалению, идеальных устройств сегодня не существует. Вместе с большим количеством преимуществ, индукционные нагреватели имеют и ряд недостатков. Так как для работы агрегата требуется электроэнергия, то в регионах с частыми перебоями в подаче электричества он не сможет работать с максимальной эффективностью. При перегреве теплоносителя резко возрастает давление в системе и трубы может разорвать. Чтобы этого избежать, индукционный нагреватель нужно оснастить устройством аварийного отключения.

В зависимости от потребностей, можно самостоятельно изготовить индукционный нагреватель различной мощности. Это может быть не только котел для отопительной системы, но и устройство, предназначенное для работы от напряжения в 12 В.

Простой нагреватель

Такое устройство состоит из двух основных элементов – генератора и катушки с низким показателем индуктивности. Простой электронагреватель будет работать от питающего напряжения в 12в. Самовозбуждающийся генератор передает импульсы на индуктор, в котором возникает магнитное поле с частотой около 35 кГц. При помещении в центр катушки металлического предмета, он начнет нагреваться. В домашних условиях этот аппарат можно использовать для бесконтактной сварки, точечного прогрева материала, а также закалить детали из металла.

Собрать такой индуктор по схеме своими руками довольно легко, так как там указаны все необходимые радиодетали.

​

Вместо диодов Шоттки можно использовать другие. Основными требованиями к этим деталям является рабочий ток 1 А и достаточное быстродействие. Изготовить своими руками индукционную катушку несложно – достаточно сделать 10 витков с отводом от центра. Чем больше толщина используемой проволоки, тем лучше.

Мощный агрегат

В промышленных агрегатах в роли нагревателя используются железные трубы. Однако в домашних условиях будет довольно сложно получить достаточную мощность для нагрева таких элементов. Впрочем, особого смысла в этом и нет. Так как индуктор может разогреть любой металл, то самодельный нагреватель можно модифицировать. Корпусом для агрегата может стать толстостенная пластиковая труба, материал которой способен выдерживать сильный нагрев.

Ее длина может составлять около 1 м, а внутренний диаметр равен 50-80 мм. Для подключения агрегата к отопительному контуру необходимо установить переходники. Монтируются эти устройства в верхней и нижней части корпуса. Нижняя часть пластиковой трубы закрывается решеткой, после чего внутренняя полость корпуса заполняется небольшими частичками железа.

При выборе материала для изготовления наполнителя следует обратить внимание на показатель магнитного сопротивления. Чем он выше, тем активнее будет нагреваться материал. Защитная решетка, установленная в нижней части корпуса, подбирается в зависимости от размера частиц наполнителя. Когда внутренняя полость корпуса будет заполнена, необходимо закрыть его сверху решеткой.

Индукционная катушка наматывается непосредственно на корпус нагревательного элемента. Исходя из практического опыта, для создания эффективного агрегата количество витков должно составлять минимум 90. Также следует помнить, что между витками не должно быть зазора. Если игнорировать это требование, при работе может наблюдаться шум. Что касается материала обмотки, то достаточно использовать изолированный проводник сечением от 1 до 1,5 мм 2 .

Нагревательный элемент необходимо монтировать так, чтобы его нижняя часть была подключена к обратке. В качестве генератора проще всего использовать инвертор от старого сварочного аппарата. Основным требованием здесь является возможность регулировки силы тока от минимального уровня в 10 А. Остается соединить катушку с инвертором и подать на него питающее напряжение. Сразу после этого агрегат начнет работать.

Во время разработки самодельного устройства важно помнить о его безопасной эксплуатации. Чтобы избежать проблем, стоит приобрести специальные средства аварийного отключения. А промышленные изделия и так оснащены серьезными средствами защиты.

Некоторое время назад купили в Китае пару индуктивных преобразователей с надеждой, что, несмотря на простоту конструкции и небольшое количество радиодеталей можно будет потом использовать это устройство в мастерской, например, как помощь при ослабление прикипевших болтов или для закалки небольших по размерам металлов. Как оказалось, 100 Вт мощности очень мало для данных целей, тем не менее устройство работает очень прилично и эффектно, не хуже чем .

Принципиальная схема индукционного нагревателя

1 вариант схемы
2 вариант схемы

С первого взгляда на плату видно, что количество элементов ограничено необходимым минимумом. Схема состоит из двух моп-транзисторов, двух высокоскоростных диодов, двух индуктивностей, резисторов и резонансных элементов — то есть внешней катушки и большой емкости.

Перейдем к тестам схемы

При первых же испытаниях генератора, во время определения предела мощности, сгорели транзисторы. Пробовали сюда IRFR120, но из-за низкого максимального тока простояли они всего пару секунд. Затем пришёл черед IRFR2905 — это транзисторы низковольтные 50 А, с которыми нагреватель работал даже лучше, чем с оригинальными mosfet, где маркировка не видна совсем.

При подключении постоянного напряжения 12 В устройство потребляет около 1,8 А. При приближении металлического предмета к катушке ток начинает расти. В пике удалось достичь тока около 12 А что дает почти 150 Вт, то есть даже больше, чем заявляет производитель. Во время холостого хода идёт около 20 Вт потребляемой мощности и ничего не греется, что может свидетельствовать о правильности работы всей конструкции.

Для теста использовался простой трансформаторный блок питания. В ходе экспериментов проверили на нагрев три элемента: отвертка 6 мм, болт 8 мм, и тот же болт с двумя гайками.

Как стало видно, среднего размера отвертка может этим устройством нагреться до точки кипения в течение 2 минут. Это вполне достойный результат. Если мы сможем домашним способом закалить наконечник отвертки, то такой нагреватель будет полезен.

На разогрев болта до точки кипения необходимо около 3 минут — также хороший результат, учитывая простоту устройства.

Разогрев болта с двумя гайками потребовал 4 минуты — довольно долго. Вы можете использовать таким образом устройства для подогрева застрявшей гайки с целью ее откручивания, однако процесс будет долгий и неудобный. Кроме того, полностью её вставить внутрь катушки может не получиться, что значительно ухудшит эффективность этой операции.

Нагреватель индукционный стоил около 9 долларов, то есть меньше, чем 600 рублей. Это небольшая сумма как за устройство, которое в состоянии эффективно подогреть небольшие металлические предметы. Конечно, нельзя сравнивать этот нагреватель с более дорогими аналогичными девайсами за несколько тысяч рублей (что тоже есть в продаже на Али), но для домашних, любительских или даже небольших мастерских применений — вполне пригодится.

Индукционный нагреватель позволяет нагреть металл вплоть до красноты, даже не прикасаясь к нему. Основой такого нагревателя является катушка, в которой создаётся поле высокой частоты, которое и действует на помещённый внутрь металлический объект. В металле наводится ток высокой плотности, который заставляет металл нагреваться. Таким образом, для создания индукционного нагревателя понадобится схема, генерирующая высокочастотные колебания и сама катушка.

Схема

Выше представлена схема универсального ZVS-драйвера, основой которого являются мощные полевые транзисторы. Лучше всего применить IRFP260, рассчитанные на ток более 40 А, но если достать такие не удаётся, можно применить IRFP250, они так же подходят для этой схемы. D1 и D2 – стабилитроны, можно применить любые, на напряжение от 12 до 16 вольт. D3 и D4, ультрабыстрые диоды, можно применить, например, SF18 или UF4007. Резисторы R3 и R4 желательно взять мощностью 3-5 ватт, иначе возможен их нагрев. L1 – катушка индуктивности, можно брать в пределах 10-200 мкГн. Она должна быть намотана достаточно толстым медным проводом, иначе не избежать её нагрева. Изготовить её самим очень просто – достаточно намотать 20-30 витков провода сечением 0,7-1 мм на любом ферритовом колечке. Особое внимание стоит уделить конденсатору С1 – он должен быть рассчитан на напряжение минимум 250 вольт. Ёмкость может варьироваться от 0,250 до 1 мкФ. Через этот конденсатор будет протекать большой ток, поэтому он должен быть массивным, иначе не избежать его нагрева. L2 и L3 – это та самая катушка, внутрь которой помещается нагреваемый предмет. Она представляет собой 6-10 витков толстого медного провода на оправке диаметром 2-3 сантиметра. На катушке необходимо сделать отвод от середины и подключить его к катушке L1.

(cкачиваний: 481)

Сборка схемы нагревателя

Схема собирается на кусочке текстолита размерами 60х40 мм. Рисунок печатной платы полностью готов к печати и отзеркаливать его не нужно. Плата выполняется методом ЛУТ, ниже представлены несколько фотографий процесса.

После сверления отверстий плату обязательно нужно залудить толстым слоем припоя для лучшей проводимости дорожек, ведь через них будут протекать большие токи. Как обычно, сначала запаиваются мелкие детали, диоды, стабилитроны и резисторы на 10 кОм. Мощные резисторы на 470 Ом для экономии места устанавливаются на плату стоя. Для подключения проводов питания можно использовать клеммник, место под него на плате предусмотрено. После запаивания всех деталей нужно смыть остатки флюса и проверить соседние дорожки на замыкание.

Изготовление индукционной катушки

Катушка представляет собой 6-10 витков толстого медного провода на оправке диаметром 2-3 сантиметра, оправка обязательно должна быть диэлектрической. Если провод хорошо держит форму, можно и вовсе обойтись без неё. Я использовал обычный провод 1,5 мм и намотал его на отрезок пластиковой трубы. Для скрепления витков хорошо подходит изолента.

От середины катушки делается отвод, можно просто снять изоляцию с провода и подпаять туда третий провод, как я и сделал. Все провода должны иметь большое сечение, чтобы избежать лишних потерь.

Первый запуск и испытания нагревателя

Напряжение питания схемы лежит в пределах 12-35 вольт. Чем больше напряжение, тем сильнее нагревается металлический объект. Но вместе с этим и возрастает тепловыделение на транзисторах – если при питании 12 вольт они почти не нагреваются, то при 30-ти вольтах им уже может потребоваться радиатор с активным охлаждением. Следует так же следить за конденсатором С1 – если он ощутимо нагревается, значит следует взять более высоковольтный, или собрать батарею из нескольких конденсаторов. При первом запуске понадобится амперметр, включенный в разрыв одного из питающих проводов. На холостом ходу, т.е. при отсутствии металлического объекта внутри катушки, схема потребляет около 0,5 ампер. Если ток в норме, можно помещать металлический объект внутрь катушки и смотреть, как он нагревается буквально на глазах. Удачной сборки.