Схема самодельного индукционного нагревателя

Индукционные отопительные котлы – это приборы, которые отличаются очень высоким КПД. Они позволяют заметно снизить затраты на электроэнергию по сравнению с традиционными приборами, оборудованными ТЭНами.

Устройство и принцип работы индукционного котла

Агрегат состоит из основных элементов:

  • Корпуса;
  • Индукционной катушки;
  • Сердечника.

Принцип работы индукционных котлов чрезвычайно прост: проходя через катушку, электрический ток генерирует сильное электромагнитное поле. В соответствии с законом Джоуля – Ленца под воздействием электромагнитных волн трубчатый сердечник интенсивно разогревается, отдавая тепловую энергию циркулирующему внутри него теплоносителю.

О производительности таких систем свидетельствует тот факт, что, начиная с 30-х годов ХХ столетия, принцип электромагнитного нагрева успешно применяется в металлоплавильных печах.

Плюсы и минусы индукционных устройств для нагрева воды

Прибор имеет довольно простую конструкцию и не требует специальных документов, разрешающих использование и установку. Индукционный нагреватель воды имеет высокую степень эффективности и оптимальную для пользователя надежность. При использовании его в качестве котла для отопления можно даже не устанавливать насос, так как вода течет по трубам благодаря конвекции (при нагреве жидкость практически превращается в пар).

Также устройство обладает рядом преимуществ, что выгодно отличает его среди других видов водонагревателей. Итак, индукционный нагреватель:

В индукционных нагревателях вода становится горячей за счет трубы по которой течет, а последняя нагревается за счет индукционного тока, создаваемого катушкой.

  • намного дешевле своих аналогов, такое устройство можно без проблем собрать самостоятельно;
  • полностью бесшумный (хотя катушка и вибрирует при работе, но эта вибрация не ощутима для человека);
  • во время работы вибрирует, благодаря чему грязь и накипь не прилипает к его стенкам, поэтому и в чистке не нуждается;
  • имеет теплогенератор, который можно легко сделать герметичным благодаря принципу работы: теплоноситель находится внутри нагревательного элемента и энергия передается нагревателю посредством электромагнитного поля, никаких контактов не нужно; поэтому не понадобятся уплотнительные резинки, сальники и прочие элементы, способные быстро испортиться или протекать;
  • ломаться в теплогенераторе просто нечему, так как воду нагревает обычная труба, которая неспособна испортиться или перегореть, в отличие от ТЭНа;

Не стоит забывать и о том, что обслуживание индукционного нагревателя выйдет намного дешевле, чем бойлера или газового котла. Устройство имеет минимум деталей, которые практически никогда не выходят из строя.

Несмотря на огромное количество достоинств, индукционный водонагреватель имеет и ряд недостатков:

  • первый и самый болезненный для владельцев – это счет за электричество; прибор нельзя назвать экономичным, поэтому придется выкладывать порядочную сумму раз за его использование;
  • второе – устройство сильно греется и нагревает не только себя, но и окружающее пространство, поэтому лучше не прикасаться к корпусу теплогенератора во время его работы;
  • третье – прибор имеет крайне высокую эффективность и теплоотдачу, поэтому при его использовании обязательно устанавливайте датчик температуры, иначе может взорваться система.

Схема ZVC драйвера

Стандартный вариант генератора

Схема ZVC драйвера

Усиленный вариант схемы

Схема ZVC драйвера

Но видно мне войти в их число не судьба…

Схема ZVC драйвера
Схема ZVC драйвера

Были куплены все необходимые детали — новые полевые транзисторы, новые фаст диоды и стабилитроны. Всё перед пайкой было испытано на транзистор-тестере, в том числе для определения правильной цоколёвки.

Схема ZVC драйвера
Схема ZVC драйвера

Была собрана шикарная катушка из чистой меди диаметром 5 мм. Но работать сей девайс упорно отказывался.

Схема ZVC драйвера
Схема ZVC драйвера

Подозрение пало на дросселя, которые большинство радиолюбителей рекомендует мотать на желтых порошковых кольцах от БП АТХ.

Схема ZVC драйвера
Схема ZVC драйвера

Добыча искомых и установка также оказалась безрезультативной — индукционный нагреватель металлов как не работал раньше, так и не собирался работать дальше. Подключение различных вариантов катушек совместно с конденсаторами разной емкости картину не изменили — «открывает рыба рот, но не слышно что поёт», то есть транзисторы открываются, ток тянут, а генерации не происходит…

  • В конце концов всё это изрядно надоело, многодневные танцы с бубном закончились, и пришлось с поклоном идти к китайцам на ихний Алиэкспресс, заказывать за 7 долларов готовый модуль генератора.
  • Спустя 2 недели эта штука была доставлена курьером прямо на дом и после подключения к компьютерному блоку питания на 12 В успешно заработала.

Причём она работала и от 5-ти вольт, и с маленькой штатной катушкой, и с большой самодельной, в общем генерировала мощное электромагнитное поле во всех позах (с теми же деталями и схемой). Раскаляет 3 мм штырь до красна за 20 секунд. С железкой 6 мм возится несколько минут, при этом жутко греется само (в основном транзисторы и катушка).

Читайте также:  Газовая колонка зажигается и тухнет: почему так происходит

На что тут грешить — даже не знаю. Может конденсаторы не те, может транзисторы… В любом случае факт остается фактом: промышленная плата заработала, а самодельная нет. Так что кто хочет — может смело кинуть в меня куском канифоли, другие — посочувствовать, третьи сами попробовать собрать этот индукционник и написать в х о результатах…

Схема принципиальная электрическая

Схема индукционного нагревателя от 12В

Схема принципиальная электрическая

Вот оригинальная схема генератора индукционного нагревателя, а ниже неё чуть изменённый вариант, по которому и была собрана конструкция мини ТВЧ установки. Ничего дефицитного тут нет — купить придётся только полевые транзисторы, использовать можно BUZ11, IRFP240, IRFP250 или IRFP460. Конденсаторы специальные высоковольтные, а питание будет от автомобильного аккумулятора 70 А/ч — он будет очень хорошо держать ток.

Схема принципиальная электрическая

Проект на удивление оказался успешным — всё заработало, хоть и собрано было «на коленке» за час. Особенно порадовало что не требует сеть 220 В — авто аккумуляторы позволяют питать её хоть в полевых условиях (кстати, может из неё походную микроволновку сделать?). Можно поэкспериментировать в направлении чтобы снизить напряжение питания до 4-8 В как от литиевых АКБ (для миниатюризации) с сохранением хорошей эффективности нагрева. Массивные металлические предметы конечно плавить не получится, но для мелких работ пойдёт.

Схема принципиальная электрическая

Ток потребления от источника питания 11 А, но после прогрева падает до примерно 7 A, потому что сопротивление металла при нагреве заметно увеличивается. И не забудьте сюда использовать толстые провода, способные выдержать более 10 А тока, иначе провода при работе станут горячие.

Схема принципиальная электрическая

Нагрев отвертки до синего цвета ТВЧ

Схема принципиальная электрическая

Нагрев ножа ТВЧ

Схема принципиальная электрическая

Особенности монтажа котельной установки и её эксплуатации

Для обеспечения непрерывной циркуляции теплоносителя, система отопления, оборудованная индукционным электрокотлом, должна быть закрытая, в обязательном порядке снабжённая циркуляционным насосом. Существуют некоторые правила установки индукционного котла в помещении.

Котёл должен быть смонтирован на расстоянии не менее 30 см от поверхностей стен. От пола и от потолка дистанция должна быть более 80 см. Для возможности наблюдения за работой системы и обеспечения её безопасности сразу за патрубком вывода теплоносителя следует встроить манометр, подрывной клапан, автоматическое устройство, предназначенное для отвода воздуха.

Перед началом работы следует обязательно проверить наличие в системе теплоносителя. Подача электроэнергии при его отсутствии гарантирует выход оборудования из строя. Устанавливать такой котёл можно в любом помещении здания, с учётом его монтажа на указанном выше расстоянии от его стен, потолка и пола.

Многих потребителей, использовавших при монтаже системы пластиковые трубы, волнует вопрос: можно ли к ним подсоединять инновационный котёл? Такой проблемы не существует, пластиковые трубы для систем отопления рассчитаны на использование любого отопительного оборудования.

Техника безопасности

  1. Медная катушка не должна иметь открытых неизолированных участков.
  2. Подобные индукционные обогреватели нужно использовать вместе с насосом, чтобы поддерживать температуру в системе на одном уровне.
  3. Система отопления должна быть закрытого типа, т.к. в обратном случае существует риск того, что из нее уйдет теплоноситель. Это станет причиной перегрева проволоки и расплавления корпуса.
  4. Отопитель не должен находиться рядом с легковоспламеняющимися предметами, а также на расстоянии ближе 30 см от стен.
  5. Необходимо обязательно оснастить систему манометром и механизмом отвода воздуха. Воздушные пробки внутри корпуса котла могут стать причиной его разрушения.

Преимущества заводской модели

Прежде чем браться за изготовление котла самостоятельно, стоит знать об особенностях индукционных моделей, выполненных фабрично.

Первая особенность заключена в гибкости выбора вариантов мощностей котла. На отечественном рынке представлены устройства с мощностью от 3 до 80 кВт, поэтому для любой площади помещения можно подобрать нужный котел. С самодельным устройством подбирать параметры котла придется буквально экспериментальным путем.

Второй фактор, свидетельствующий в пользу серийного индукционного котла отопления, заключается в его комплектации. В нем будет установлен блок управления, который поможет запрограммировать работу устройства и в случае нештатных ситуаций соответствующим образом на них отреагировать.

Эта особенность, прежде всего, относится к вопросам безопасности, но также и к общему комфорту пользованием.

Преимущества и недостатки индукционных котлов

Единственная альтернатива индукционным котлам – газовая система отопления, но только по уровню расходов. В сравнении с другими вариантами индукционные агрегаты выигрывают по всем параметрам.

Рекомендуем к прочтению:Инверторный котел отопления для частного дома

Достоинства:

  • отсутствие ограничений по типу теплоносителя;
  • простота обслуживания, низкий риск поломок и ремонта;
  • высокочастотные вибрации снижают вероятность образования накипи;
  • длительный срок эксплуатации до 40 лет;
  • бесшумная работа;
  • отсутствие сервисного обслуживания;
  • нагревание теплоносителя в предельно короткие сроки (до 5 минут).

Если правильно выбрать качественный котел, то риск протечки исключается – оборудование выполняется в монолитном виде, поэтому протечка будет явным заводским браком.

Перечень недостатков:

  1. Высокие требования к теплоносителю, поэтому лучше установить полипропиленовый фильтр на 5 мкр.
  2. Не помешает монтаж качественных воздухоотводчиков. Устройство индукционного котла отопления подразумевает контакт теплоносителя с магнитным полем, что повышает вероятность появления воздушных пробок.
  3. Источник магнитного поля высокой мощности может негативно влиять на работу сотовых телефонов, Wi-Fi.
Читайте также:  Как выбрать и рассчитать газовый котел для отопления дома

Также в расчет следует принимать массу изделий (до 40 кг) и высокую цену оборудования.

Индукционные котлы

Индукционные водогрейные котлы, без сомнения, вытеснят бойлеры с ТЭНами везде, где электричество обходится дешевле других видов топлива. Но их неоспоримые достоинства породили и массу самоделок, от которых у специалиста иной раз буквально волосы дыбом встают.

Скажем, такая конструкция: пропиленовую трубу с проточной водой окружает индуктор, а он запитан от сварочного ВЧ-инвертора на 15-25 А. Вариант – из термостойкого пластика делают пустотелый бублик (тор), по патрубкам пропускают через него воду, а для нагрева обматывают шиной, образующий свернутый в кольцо индуктор.

ЭМП передаст свою энергию воде хорошо; та обладает неплохой электропроводностью и аномально высокой (80) диэлектрической проницаемостью. Вспомните, как стреляют в микроволновке оставшиеся на посуде капельки влаги.

Но, во-первых, для полноценного обогрева квартиры или частного дома зимой нужно не менее 20 кВт тепла, при тщательном утеплении снаружи. 25 А при 220 В дают всего 5,5 кВт (а сколько это электричество стоит по нашим тарифам?) при 100% КПД. Ладно, пусть мы в Финляндии, где электричество дешевле газа. Но лимит потребления на жилье – все равно 10 кВт, а за перебор нужно платить по увеличенному тарифу. И квартирная проводка 20 кВт не выдержит, нужно тянуть отдельный фидер от подстанции. Во что такая работа обойдется? Если еще электрикам далеко до перебора мощности по району и они ее разрешат.

Затем, сам теплообменник. Он должен быть или металлическим массивным, тогда будет действовать только индукционный нагрев металла, или из пластика с низкими диэлектрическими потерями (пропилен, между прочим, к таким не относится, годится только дорогой фторопласт), тогда вода непосредственно поглотит энергию ЭМП. Но в любом случае выходит, что индуктор греет весь объем теплообменника, а воде тепло отдает только внутренняя его поверхность.

В итоге, ценой больших трудов с риском для здоровья, получаем бойлер с КПД пещерного костра.

Индукционный котел отопления промышленного изготовления устроен совсем по-иному: просто, но в домашних условиях невыполнимо, см. рис. справа:

Схема индукционного водогрейного котла

  • Массивный медный индуктор подключается непосредственно к сети.
  • Его ЭМП греет также массивный металлический лабиринт-теплообменник из ферромагнитного металла.
  • Лабиринт одновременно изолирует индуктор от воды.

Стоит такой бойлер в несколько раз дороже обычного с ТЭНом, и пригоден для установки только на пластиковые трубы, но взамен дает массу выгод:

  1. Никогда не сгорает – в нем нет раскаленной электроспирали.
  2. Массивный лабиринт надежно экранирует индуктор: ППЭ в непосредственной близости от 30 кВт индукционного бойлера – ноль.
  3. КПД – более чем 99,5%
  4. Абсолютно безопасен: собственная постоянная времени обладающей большой индуктивностью катушки – более 0,5 с, что в 10-30 раз больше времени срабатывания УЗО или автомата. Его еще ускоряет «отдача» от переходного процесса при пробое индуктивности на корпус.
  5. Сам же пробой вследствие «дубовости» конструкции исключительно маловероятен.
  6. Не требует отдельного заземления.
  7. Безразличен к удару молнии; сжечь массивную катушку ей не под силу.
  8. Большая поверхность лабиринта обеспечивает эффективный теплообмен при минимальном температурном градиенте, что почти исключает образование накипи.
  9. Огромная долговечность и простота пользования: индукционный бойлер совместно с гидромагнитной системой (ГМС) и фильтром-отстойником работает без обслуживания не менее 30 лет.

О самодельных котлах для ГВС

Схема индукционного водонагревателя для ГВС

Здесь на рис. приведена схема маломощного индукционного нагревателя для систем ГВС с накопительным баком. В ее основе – любой силовой трансформатор на 0,5-1,5 кВт с первичной обмоткой на 220 В. Очень хорошо подходят сдвоенные трансформаторы от старых ламповых цветных телевизоров – «гробов» на двухстержневом магнитопроводе типа ПЛ.

Вторичную обмотку с таких снимают, первичку перематывают на один стержень, увеличив количество ее витков для работы в режиме, близком к КЗ (короткому замыканию) по вторичке. Сама же вторичная обмотка – вода в U-образном колене из трубы, охватывающем другой стержень. Пластиковая труба или металлическая – на промчастоте все равно, но металлическая должна быть изолирована от остальной системы диэлектрическими вставками, как показано на рис, чтобы вторичный ток замыкался только через воду.

В любом случае такая водогрейка опасна: возможная протечка соседствует с обмоткой под сетевым напряжением. Если уж идти на такой риск, то в магнитопроводе нужно насверлить отверстие под болт-заземлитель, и прежде всего наглухо, в грунт, заземлить трансформатор и бак стальной шиной не менее 1,5 кв. см. (не кв. мм!).

Далее трансформатор (он должен располагаться непосредственно под баком), с подключенным к нему сетевым проводом в двойной изоляции, заземлителем и водогрейным витком заливают в одну «куклу» силиконовым герметиком, как моторчик помпы аквариумного фильтра. Наконец, крайне желательно весь агрегат подключить к сети через быстродействующее электронное УЗО.

Читайте также:  Как произвести расчет расхода газа на отопление дома?

Преимущества и недостатки прибора

“Плюсов” у вихревого индукционного нагревателя великое множество. Это простая для самостоятельного изготовления схема, повышенная надежность, высокий КПД, относительно низкие затраты на электроэнергию, длительный срок эксплуатации, малая вероятность возникновения поломок и т.п.

Производительность прибора может быть значительной, агрегаты этого типа успешно используются в металлургической промышленности. По скорости нагрева теплоносителя устройства этого типа уверенно соперничают с традиционными электрическими котлами, температура воды в системе быстро достигает необходимого уровня.

Во время функционирования индукционного котла нагреватель слегка вибрирует. Эта вибрация стряхивает со стенок металлической трубы известковый осадок и другие возможные загрязнения, поэтому в очистке такой прибор нуждается крайне редко. Конечно, отопительную систему следует защитить от этих загрязнений с помощью механического фильтра.

Индукционная катушка нагревает металл (трубу или куски проволоки), помещенные внутри нее, с помощью высокочастотных вихревых токов, контакт не обязателен

Постоянный контакт с водой сводит к минимуму и вероятность перегорания нагревателя, что является довольно частой проблемой для традиционных котлов с ТЭНами. Несмотря на вибрацию, котел работает исключительно тихо, дополнительная шумоизоляция в месте установки прибора не понадобится.

Еще индукционные котлы хороши тем, что они практически никогда не протекают, если только монтаж системы выполнен правильно. Это очень ценное качество для электрического отопления, так как исключает или значительно сокращает вероятность возникновения опасных ситуаций.

Отсутствие протечек обусловлено бесконтактным способом передачи тепловой энергии нагревателю. Теплоноситель с помощью описанной выше технологии можно разогреть чуть ли не до парообразного состояния.

Это обеспечивает достаточную тепловую конвекцию, чтобы стимулировать эффективное перемещение теплоносителя по трубам. В большинстве случаев отопительную систему не придется оборудовать циркуляционным насосом, хотя все зависит от особенностей и схемы конкретной системы отопления.

Например, котел греет не только теплоноситель, но и все окружающее его рабочее пространство. Нужно выделить для такого агрегата отдельное помещение и удалить из него все посторонние предметы. Для человека длительное пребывание в непосредственной близости от работающего котла также может быть небезопасным.

Для работы индукционным нагревателям необходим электроток. Как самоделки, так и оборудование заводского изготовления подключают к бытовой сети переменного тока

Для работы прибора необходима электроэнергия. В местностях, где свободный доступ к этому благу цивилизации отсутствует, индукционный котел будет бесполезен. Да и там, где наблюдаются частые перебои с электричеством, он продемонстрирует невысокую эффективность

При неосторожном обращении с прибором может произойти взрыв

Если перегреть теплоноситель, он превратится в пар. В результате давление в системе резко возрастет, чего трубы просто не выдержат, их разорвет. Поэтому для нормальной работы системы прибор следует снабдить как минимум манометром, а еще лучше – устройством аварийного отключения, терморегулятором и т.п.

Все это может заметно повысить стоимость самодельного индукционного котла. Хотя прибор и считается практически бесшумным, это не всегда так. Некоторые модели в силу разных причин могут все же издавать некоторые шумы. Для устройства, выполненного самостоятельно, вероятность такого исхода возрастает.

В конструкции как заводских, так и самодельных индукционных нагревателей практически нет изнашивающихся компонентов. Они долго служат и безупречно работают

Рекомендации по технике безопасности

Самостоятельное изготовление индуктора влечет за собой повышенный риск возникновения аварий, поэтому при монтаже необходимо соблюдать следующие правила:

  1. Нельзя включать нагревательный элемент, не подключенный к системе водоснабжения. При отсутствии теплоносителя в системе, не происходит должного охлаждения элементов, что способно привести к расплавлению полимерных деталей.
  2. Необходимо подключать котел к отдельной линии энергопотребления. Для ее изготовления используется кабель сечением 4-6 мм2.
  3. Установка циркуляционного насоса обязательна, он позволит предотвращение разрыва труб при высокой температуре теплоносителя.
  4. Для предотвращения детонации системы на выходе устанавливают клапан избыточного давления. При необходимости он снизит давление в системе и предотвратить поломку.
  5. Размещать индуктор стоит на расстоянии не менее 80 см от поверхности пола и не менее 30 см от стен.
  6. Открытые металлические участки должны быть изолированы.
  7. Заземление установки является обязательным мероприятием.

Для уверенности в надежности системы эти рекомендации необходимо учесть. Проверка оборудования в частном доме в большинстве случаев не производится, поэтому при решении изготавливать индукционный котел своими руками, владелец дома возлагает на себя всю ответственность за его безопасность.

Необходимо помнить, что данный прибор обладает очень серьезной мощностью и создает высокие температуры в трубах. Важно не пренебрегать установкой дополнительных датчиков и элементов, обеспечивающих безопасность. Только в этом случае индукционный котел не создаст проблем, и его эксплуатация не приведет к плачевным последствиям.