Как сделать индукционный нагреватель: 2 способа

Что нужно знать о безопасности

Не забывайте, что мы имеем дело с источником повышенной опасности – электрическим нагревательным прибором, поэтому при его сборке и использовании необходимо соблюдать некоторые правила:

Обязательно используйте отдельную электрическую линию для подключения индукционного котла, а также оснастите его группой безопасности.

1. Если в котле циркуляция воды осуществляется естественным путем, то обязательно оснащайте его датчиком температуры, чтобы при перегреве устройство отключалось автоматически.
2. Не подключайте самодельный водонагреватель в розетку, лучше проведите для этого отдельную линию с увеличенным сечением кабеля.
3. Все открытые участки проводов нужно заизолировать, чтобы обезопасить людей от удара током или ожога.
4. Ни в коем случае не включайте индуктор, если труба не заполнена водой. В противном случае труба расплавится, а прибор замкнет или он может и вовсе загореться.
5. Устройство нужно монтировать на высоте 80 см от пола, но так, чтобы до потолка оставалось около 30 см. Также не стоит его устанавливать в жилой зоне, так как электромагнитное поле плохо сказывается на здоровье людей.
6. Не забудьте сделать заземления индуктора.
7. Обязательно подключайте прибор через автомат, чтобы в случае аварии последний отключил питание от водонагревателя.
8. В систему трубопровода нужно вмонтировать предохранительный клапан, который будет снижать давление в системе автоматически.

Что такое индукция и ее принцип

Электромагнитная индукция была открыта еще более ста лет назад. Она позволяет генерировать тепло с помощью высокочастотных токов – данная технология активно применяется для выплавки металлов. Дошла эта технология и до бытовых потребителей – мы можем увидеть ее воплощение на кухне в виде индукционных электрических печей. Индукционные печи позволяют быстро разогревать пищу и отличаются небольшими габаритами. Еще одним достоинством является их продолжительный срок службы.

Индукционный нагреватель представляет собой мощную катушку, на которую подается переменный ток высокой частоты. Внутри катушки помещается металлический сердечник, разогревающийся под действием вихревых токов. Таким образом, никаких привычных нагревательных элементов здесь нет, а тепло генерируется исключительно за счет индукционного нагрева.

Магнитная индукция используется в металлургической промышленности. Здесь она позволяет избавиться от угольных и газовых печей, отличающихся большими размерами. Сегодня в металлургических цехах стоят небольшие индукционные печи, быстро разогревающие металлы и сплавы до высоких температур. Они безопасны для людей и позволяют сократить время, затрачиваемое на переработку металлов.

С помощью индукционной катушки можно быстро нагреть металл до очень высоких температур.

В бытовой сфере магнитная индукция работает в индукционных кухонных печах и в электрических индукционных котлах. В чем заключаются преимущества такого нагрева?

• Отсутствует прямой контакт между нагреваемым телом и индукционной катушкой.
• Отсутствие накипи в индукционных котлах, что связано с отсутствием привычных нагревательных элементов.
• Продолжительный срок службы оборудования.
• Быстрый прогрев теплоносителей и металлических конструкций.
• Высокая эффективность оборудования.
• Безопасность для окружающих.

Электромагнитная индукция греет быстро и очень эффективно – коэффициент полезного действия тех же индукционных котлов достигает 98-99%. Также здесь отсутствует прямой контакт теплоносителя и токоведущих частей, что значительно повышает безопасность оборудования.

Напомним, что в ТЭНовых и электродных электрических отопительных котлах используется прямой контакт нагревательных элементов и теплоносителя.

Сделать индукционный нагреватель воды своими руками не так уж и сложно, как это может показаться на первый взгляд. Многие люди, обладающие познаниями в области электротехники и «прямыми руками», умеючи создают индукционные нагреватели, используемые для обогрева жилых домов. Давайте разберемся, как создаются такие нагреватели и что нам понадобится для самостоятельной сборки оборудования.

Виды

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

• вихревые индукторные нагреватели (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:

• преобразователь передает высокочастотный ток на индуктор, который представлен в виде цилиндра из медной проволоки;
• индуктор образовывает электромагнитное поле, которое провоцирует появление вихревых потоков;
• теплообменник, находящийся внутри индуктора, под воздействием этих вихревых потоков разогревается, и как следствие, нагревается и теплоноситель, который потом в таком виде поступает в отопительную систему.

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.

Варианты самодельных устройств

На просторах интернета размещено достаточное количество разнообразных конструкций, создаваемых для различных целей. Взять индукционный малогабаритный нагреватель, сделанный из компьютерного блока питания 250—500 Вт. Модель, показанная на фото, пригодится мастеру в гараже или автосервисе для плавки стержней из алюминия, меди и латуни.

Но для отопления помещений конструкция не подойдет по причине малой мощности. В интернете есть два реальных варианта, чьи испытания и работа засняты на видео:

• водонагреватель из полипропиленовой трубы с питанием от сварочного инвертора либо индукционной кухонной панели;
• стальной котел с нагревом от той же варочной панели.

Теперь давайте подробнее разберем, как делаются индукционные нагреватели своими руками, а главное, — как они потом функционируют.

Изготавливаем нагревательный элемент из трубы

Если вы плотно занимались поиском информации по данной теме, то наверняка столкнулись с этой конструкцией, поскольку мастер выложил ее сборку на популярном видеоресурсе YouTube. После чего многие сайты разместили текстовые версии изготовления этого индуктора в виде пошаговых инструкций. Вкратце нагреватель делается так:

1. Внутрь трубы из полипропилена диаметром 40 мм и длиной 50 см наталкиваются металлические ершики для мытья посуды (можно рубленую проволоку — катанку). Они должны притягиваться магнитом.
2. К трубе припаиваются отводы с резьбами для подключения к отопительной сети.
3. Снаружи вдоль корпуса приклеиваются 4—5 стержней из текстолита. На них наматывается провод сечением 1.7—2 мм² со стеклоизоляцией, применяющийся в сварочных трансформаторах.
4. Варочная панель разбирается и «родной» индуктор плоской формы демонтируется. Вместо него подключается самодельный нагреватель из трубы.

Как нетрудно догадаться, роль нагревательного элемента здесь играют металлические ершики, находящиеся в переменном магнитном поле катушки. Если запустить варочную панель на максимум, одновременно пропуская через импровизированный котел проточную воду, то ее удастся нагреть на 15—20 °С, что и показали испытания агрегата.

Поскольку мощность большинства индукционных плит лежит в пределах 2—2.5 кВт, то с помощью теплогенератора можно обогреть помещения общей площадью не более 25 м². Есть способ увеличить нагрев, подключив индуктор к сварочному аппарату, но здесь есть свои сложности:

1. Инвертор выдает постоянный ток, а нужен переменный. Для подсоединения индукционного нагревателя аппарат придется разобрать и найти на схеме точки, где напряжение еще не выпрямлено.
2. Нужно взять провод большего сечения и подобрать число витков путем расчета. Как вариант, медную проволоку Ø1.5 мм в эмалевой изоляции.
3. Понадобится организовать охлаждение элемента.

Проверку работоспособности индуктивного водонагревателя автор демонстрирует в своем видео, представленном ниже. Испытания показали, что агрегат требует доработки, но конечный результат, к сожалению, неизвестен. Похоже, что умелец оставил проект незавершенным.

Из сварочного инвертора

Самым простым бюджетным вариантом является изготовление индукционного нагревателя, используя сварочный инвертор:

1. Для этого берём полимерную трубу, стенки её должны быть толстыми. С торцов монтируем 2 вентиля и подсоединяем разводку.
2. Засыпаем в трубу кусочки (диаметр 5 мм) металлической проволоки и монтируем верхний вентиль.
3. Далее, делаем 90 витков вокруг трубы медной проволокой, получаем индуктор. Нагревательным элементом является труба, генератором используем сварочный аппарат.
4. Прибор должен стоять в режиме переменного тока с высокой частотой.
5. Подсоединяем медную проволоку к полюсам сварочного аппарата и проверяем работу.

Работая индуктором, будет излучаться магнитное поле, при этом, вихревые токи будут раскалять рубленую проволоку, что приведёт к закипанию воды в полимерной трубе .

Принцип индукционного нагрева

Чтобы самому сделать какое-либо устройство, надо сначала понять, как оно работает. Действие индукционных водонагревателей мы рассмотрим на примере серийных котлов российского производства Эдисон, изготавливаемых на заводе компании Сибтехномаш. Эти котлы послужат прототипом нашего будущего самодельного прибора, поскольку все элементы их конструкции находятся на виду, в отличие от аппаратов других торговых марок.

Заводской котел Эдисон представляет собой блок из нескольких нагревательных элементов индукционного типа. Каждый элемент – это стальная труба расчетного диаметра в виде змеевика, внутри которой циркулирует теплоноситель. Она опоясывает индукционную катушку, называемую индуктором, по ней протекает ток высокой частоты, создаваемый отдельно стоящим в шкафу трансформатором. В результате вокруг катушки образуется мощное электромагнитное поле, чей вектор изменяет направление с огромной частотой. Это поле нагревает металлические стенки трубы, а от них подогревается и теплоноситель.

Возникает вопрос: зачем городить столь сложную конструкцию, когда есть старые добрые ТЭНы либо простые электродные котлы? Смысл в том, чтобы избавиться от недостатков этих нагревательных элементов, сохранив достоинства. Индукционный теплогенератор прогревает воду так же быстро, как и электродный котел, но при этом его рабочая часть не подвержена разрушению. Индукционная катушка – весьма надежный элемент и не перегорит, как обычный ТЭН, так как не испытывает большой нагрузки.

Источник электроэнергии

Как мы помним, наша схема индукционного нагревателя предполагает наличие источника питания. Он подает напряжение на катушку, вызывая нагрев сердечника и теплоносителя. Что может выступать в качестве источника переменного тока? Обычная электрическая сеть нам не подойдет – частота тока в ней слишком низка. У нас остается два источника питания:

Из инверторного сварочного аппарата получится отличный источник питания для индукционного нагревателя.

• индукционная кухонная печь;
• инверторный сварочный аппарат.

Если у вас есть индукционная печь, которую не жалко разобрать, воспользуйтесь ей. Недостатком печки станет ее слишком низкая мощность. Поэтому мы рекомендуем воспользоваться инверторным сварочным аппаратом. Просто подключите катушку к выходу аппарата и включите его в сеть – наш самодельный индукционный нагреватель, который мы собрали своими руками, готов к запуску и эксплуатации.

Обратите внимание, что теперь вам стоит позаботиться о надлежащем исполнении нагревателя. Для того чтобы сделать его безопасным, поместите катушку в какой-нибудь аккуратный корпус. Например, это может быть толстая пластиковая труба большого диаметра

Разместите в ней катушку, после чего закрепите всю конструкцию на штатном месте. Подключите к самодельному нагревателю отопительные трубы и попробуйте запустить систему, проверяя ее эффективность

Например, это может быть толстая пластиковая труба большого диаметра. Разместите в ней катушку, после чего закрепите всю конструкцию на штатном месте. Подключите к самодельному нагревателю отопительные трубы и попробуйте запустить систему, проверяя ее эффективность.

Если у вас есть познания в области конструирования электронной техники, вы можете попробовать собрать инверторный преобразователь для индукционного нагревателя своими руками. Схему такого преобразователя можно найти в Интернете

Обратите внимание, что источник питания должен получиться достаточно мощным, чтобы обеспечить надлежащее питание нагревателя и его выход на максимальную мощность. В противном случае вас будут ждать холодные или едва теплые батареи

Особенности эксплуатации

Самодельная сборка нагревателя – это лишь половина дела

Не менее важное значение имеет правильная эксплуатация получившейся конструкции. Изначально, каждый такой прибор представляет определенную опасность, поскольку он не способен самостоятельно контролировать уровень нагрева теплоносителя. В связи с этим, каждому нагревателю требуется определенная доработка, то есть установка и подключение дополнительных контрольных и автоматических устройств

В связи с этим, каждому нагревателю требуется определенная доработка, то есть установка и подключение дополнительных контрольных и автоматических устройств.

В первую очередь выход трубы оборудуется стандартным набором устройств, обеспечивающих безопасность – предохранительным клапаном, манометром и приспособлением для отвода воздуха. Следует помнить, что индукционные водонагреватели будут нормально работать лишь при наличии принудительной циркуляции воды. Самотечная схема очень быстро приведет к перегреву элемента и разрушению пластиковой трубы.

Во избежание подобных ситуаций, в нагревателе устанавливается термостат, подсоединенный к устройству аварийного отключения. Опытные электротехники используют для этих целей терморегуляторы с температурными датчиками и реле, отключающие цепь при достижении теплоносителем заданной температуры.

Самодельные конструкции отличаются довольно низкой эффективностью, поскольку вместо свободного прохода, на пути воды имеется препятствие в виде частиц проволоки. Они почти полностью перекрывают трубу, вызывая повышенное гидравлическое сопротивление. При нештатных ситуациях возможны повреждения и разрыв пластика, после чего горячая вода непременно приведет к короткому замыканию. Обычно такие нагреватели используются в небольших помещениях, в качестве дополнительной системы отопления в холодное время года.

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.

Устройство самодельного нагревателя

Классическое индукционное устройство рекомендуется рассматривать на примере конструкции водонагревателя отопительной системы. Подобные схемы чаще всего используются на дачах и в загородных домах. Изготовление прибора начинается с индуктора. Для этого медную проволоку нужно намотать в один ряд, придав ей изначально цилиндрическую форму. Каждый виток изолируется от соседнего, исключая контакты между ними.

Количество витков, обеспечивающее нормальную работоспособность, составляет в среднем 80-100. Медные проводники могут иметь разное сечение – от 2,5 до 4 мм 2 . Сердечником служит сама отопительная труба, но на практике данный вариант не дает нужного эффекта.

Поэтому, чтобы сделать нагрев теплоносителя более интенсивным, рекомендуется воспользоваться пластиковой трубой определенной длины. Ее внутреннее пространство заполняется стальной проволокой Д 5-6 мм, разрезанной на короткие части. В этом случае, за счет индукции начинает нагреваться проволока, обтекаемая водой. Площадь теплообмена существенно увеличивается, и теплоноситель нагревается намного быстрее. Для того чтобы обрезки проволоки не смыло водным потоком, концы участка трубы ограничиваются защитой из стальных сеток.

Соединение индуктора и инвертора может быть выполнена разными способами. Некоторые специалисты изготавливают дополнительный промежуточный трансформатор. Затем к его вторичной обмотке подключается индуктор вместе с конденсатором. В другом варианте на тороидальный трансформатор высокой частоты, имеющийся в инверторе, наматывается медный провод в количестве одного витка. Далее, к нему напрямую подключается индуктор.

Во всех случаях нельзя пользоваться плюсовой и минусовой клеммами инвертора, предназначенными для сварки. На выходе у них выпрямленное напряжение, которое сопровождают пульсации высокой частоты. Под его воздействием рабочее магнитное поле не появится, а индуктор перегреется и сгорит. Инвертор придется переделывать, что само по себе достаточно сложно, поскольку будут нужны знания и навыки работы с радиоэлектронными схемами.

Принципы работы

Для сборки индукционного котла своими руками необходимо изучить, из чего он состоит и понять принципы его работы.

Устройство нагревается за счет энергии электромагнитного поля. Теплоноситель ее забирает на себя и преобразует в тепло.

Магнитное поле создается в индукторе (это цилиндрическая катушка с большим количеством витков). Проходя через нее, электричество создает вокруг себя напряжение. Магнитный поток движется по замкнутому кругу перпендикулярно электрическому полю. Переменный ток создает вихревые потоки и генерирует энергию в тепло. Передача электроэнергии нагревателю происходит без прямого контакта.

Индукционное тепло расходуется эффективно и экономно, поэтому вода при таком способе нагревания за короткий промежуток времени достигает высоких температур. Теплоноситель получает около 97% энергии.

Компоненты индукционного водонагревателя

Организация системы отопления в собственном доме с помощью индукционного котла не потребует ее серьезной перепланировки. В основе используется трансформатор, состоящий из первичной и вторичной обмоток.

Вихревые потоки образуются в первичной обмотке из электрической энергии и создают электромагнитное поле. Оно попадает на вторичную, которая несет функцию нагревателя.

Вторичная обмотка представляет собой корпус котла. В него входят такие элементы, как:

• внешняя обмотка;
• сердечник;
• электроизоляция;
• тепловая изоляция.

Для подвода холодной воды в устройство и отвода теплой в систему отопления к водонагревателю устанавливают два патрубка. Нижний монтируют на вводный участок, а верхний на отводящую горячую воду часть.

Тепло, которое создается котлом, отдается теплоносителю. Чаще всего в его качестве выступает вода, так как она способна быстро забрать тепло. За счет встроенного насоса горячая вода через патрубок поступает в отопительную систему. Жидкость постоянно циркулирует, поэтому перегрев оборудования не возможен. Подается остывшая вода, а отводится горячая.

При циркуляции отопительная жидкость вибрирует, что не дает откладываться накипи внутри труб. Устанавливать индукционный водонагреватель можно в любом помещении, так как в процессе эксплуатации не создается шум.

О принципе индуктивного нагрева

Для начала разъясним, как функционируют электрические индукционные нагреватели. Переменный ток, проходя по виткам катушки, образует вокруг нее электромагнитное поле. Если поместить внутрь обмотки сердечник из магнитящегося металла, то он станет нагреваться вихревыми токами, возникающими под воздействием поля. Вот и весь принцип.

Сам нагревательный элемент носит название индуктора и является главной частью установки. В отопительных котлах он представляет собой стальную трубу с протекающим внутри теплоносителем, а в кухонных плитах – плоскую катушку, максимально приближенную к варочной панели, как изображено далее на фото.

Вторая часть индукционного нагревателя — схема, повышающая частоту тока. Дело в том, что напряжение с промышленной частотой 50 Гц малопригодно для работы подобных устройств. Если присоединить индуктор к сети напрямую, то он начнет сильно гудеть и слабо прогревать сердечник, причем вместе с обмотками. Чтобы эффективно преобразовывать электричество в теплоту и полностью передавать ее металлу, частоту нужно повысить минимум до 10 кГц, чем и занимается электросхема.

В чем заключаются реальные преимущества индукционных котлов перед ТЭНовыми и электродными:

1. Деталь, нагревающая воду, — это простой кусок трубы, не участвующий в электрохимических процессах (как в электродных теплогенераторах). Поэтому срок службы индуктора ограничивается только работоспособностью катушки и может достигать 10—20 лет.
2. По той же причине элемент одинаково хорошо «дружит» со всеми видами теплоносителей – водой, антифризом и даже машинным маслом, разницы нет.
3. Внутренности индуктора не покрываются накипью в процессе эксплуатации.

Достоинства и недостатки индукционных нагревателей

К достоинствам индукционных электронагревателей относятся следующие эксплуатационные характеристики и свойства:

Индукционный нагреватель своими руками

• Вихревые токи генерируют не только тепло, но и вибрацию. Поэтому на стенках нагревательного элемента не оседает накипь. Следовательно, индукционные котлы не нуждаются в чистке.
• Нагревательный элемент у такого котла – это обычная труба, разогреваемая вихревыми токами. И при постоянной циркуляции теплоносителя по требе она не может перегореть физически, в отличие от нагревательной спирали традиционного ТЭНа. То есть, о замене или ремонте нагревательного элемента можно даже не задумываться.
• Даже самодельный вихревой теплогенератор герметичен изначально. Ведь разогрев теплоносителя осуществляется внутри цельнометаллического нагревательного элемента. Причем энергия передается нагревателю дистанционно – посредством электромагнитного поля. Поэтому, ввиду отсутствия разъемных соединений, протечек в индукционных котлах не может быть в принципе.
• Котел не шумит, хотя нагревательный элемент может вибрировать. Но частота этой вибрации далека от диапазона звуковых волн. Поэтому индукционный нагреватель работает беззвучно.
• Вся конструкция собирается из дешевых, легкодоступных деталей. Поэтому индукционный нагреватель дешев просто до неприличия.

Словом, такая схема нагрева теплоносителя надежна, долговечна и очень эффективна. Причем при использовании индукционного котла можно отказаться даже от циркуляционного насоса – теплоноситель «пойдет» по трубам под влиянием тепловой конвекции, разогреваясь на старте практически до парообразного состояния.

А в перечень недостатков индукционных нагревателей следует включить такие факты:

• Во-первых, переменно электромагнитное поле разогревает не только нагревательный элемент, но и все окружающее пространство, в том числе и ткани тела человека. Поэтому от такого устройства нужно держаться подальше.
• Во-вторых, нагревательный прибор работает на электричестве. А это не самый дешевый источник энергии.
• В-третьих, прибор очень эффективен, а теплоотдача нагревателя просто колоссальна, поэтому риск детонации котла от перегрева теплоносителя есть всегда. Впрочем, этот дефект устраняет обычный датчик давления.

Однако, если вы готовы мириться с недостатками, то это отопительный прибор был создан специально для вас. И ниже по тексту мы предложим вам схему самостоятельной сборки такого котла.