Идея нагревать металл вихревыми токами Фуко, возбуждаемыми электромагнитным полем катушки, отнюдь не нова. Она давно и успешно эксплуатируется в промышленных плавильных печах, кузнечных мастерских, а также реализована в бытовых нагревательных приборах – плитах и электрокотлах. Последние довольно дороги, так что домашние умельцы не оставляют попыток сделать индукционный нагреватель воды своими руками. Наша задача – рассмотреть работоспособные варианты самодельных устройств и разобраться, можно ли применять их для отопления дома.

О принципе индуктивного нагрева

Для начала разъясним, как функционируют электронагреватели данного типа. Переменный ток, проходя по обмотке катушки, образует вокруг нее электромагнитное поле. Если ввести в центр индукционного элемента сердечник из магнитящегося металла, то он станет нагреваться от возникающих под воздействием поля вихревых токов. Вот и весь принцип.

Важное условие. Чтобы металлический сердечник нагревался, катушка должна питаться переменным током, меняющим знак и вектор поля с высокой частотой. При подаче на обмотку постоянного тока вы получите обыкновенный электромагнит.

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 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:

Здесь сердечником служит посуда из магнитного металлаПримечание. С индукционными котлами связано множество мифов. Например, продавцы утверждают, что они экономичнее других электрических обогревателей на 10—20%, хотя в действительности КПД всех электрокотлов равен 98%. Список преимуществ ограничивается тремя вышеперечисленными пунктами, остальное – реклама.

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.

Справка. Существуют и другие, полностью самодельные конструкции, где преобразователи частоты умельцы собирают с нуля. Но для этого нужны знания и навыки в области радиотехники, поэтому рассматривать их мы не будем, а просто приведем пример такой схемы.

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

Изготавливаем нагревательный элемент 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:

Как собрать индукционный котел

В этом случае дешевую китайскую плиту разбирать не нужно. Суть в том, чтобы сварить по ее размерам котловой бак, руководствуясь пошаговой инструкцией:

Окончательная сборка и запуск заключается в монтаже котла на стену и его врезке в систему отопления. Варочная панель вставляется в гнездо из уголков на задней стенке бака и подключается к электросети. Остается заполнить систему теплоносителем, стравить воздух и включить нагрев индуктора.

Выводы и рекомендации

Мы намеренно представили варианты индукционных водонагревателей несложной конструкции, чтобы каждый желающий мог сделать подобный агрегат своими силами. Но остался вопрос, нужно ли заниматься этим делом и тратить собственное время. На этот счет есть ряд объективных соображений:

Конечно, вы можете обойтись без дорогих покупок, досконально разобраться в конструкции и смастерить индуктивный нагреватель с нуля. Но выполнить все бесплатно не получится, ведь потребуется приобрести комплектующие для схемы. Заметьте, что бонусы от подобного отопительного агрегата невелики, так что всерьез браться за его изготовление с целью обогрева частного дома нецелесообразно.

Принцип действия индукционных нагревателей. Варианты самодельных конструкций и порядок изготовления. Выгодно ли собирать индуктор своими руками.

Источник: otivent.com

Электрическая схема индукционного нагревателя

Принцип действия

Последний вариант, наиболее часто используемый в котлах отопления, стал востребован за счёт простоты его реализации. Принцип работы установки индукционного нагрева основан на передаче энергии магнитного поля теплоносителю (воде). Магнитное поле формируется в индукторе. Переменный ток, проходя через катушку, создаёт вихревые потоки, которые трансформируют энергию в тепло.

Принцип работы установки индукционного нагреваВода, подаваемая через нижний патрубок в котёл, прогревается за счёт передачи энергии, и выходит через верхний патрубок, попадая дальше в систему отопления. Для создания давления используют встроенный насос. Постоянно циркулирующая в котле вода не позволяет элементам перегреваться. Кроме того, во время работы происходит вибрация теплоносителя (при низком уровне шума) за счёт чего невозможно отложение накипи на внутренних стенках котла.

Индукционные нагреватели могут быть реализованы различными способами.

Реализация в бытовых условиях

Индукционное отопление ещё не завоевало в достаточной степени рынок из-за высокой стоимости самой системы обогрева. Так, например, для промышленных предприятий подобная система обойдётся в 100 000 рублей, для бытового использования – от 25 000 руб. и выше. Поэтому вполне понятен интерес к схемам, которые позволяют создать самодельный индукционный нагреватель своими руками

Индукционный котел отопленияНа базе трансформатора

Основным элементом системы индукционного отопления с трансформатором станет само устройство, у которого есть первичная и вторичная обмотки. Вихревые потоки будут формироваться в первичной обмотке и создадут электромагнитное индукционное поле. Это поле будет воздействовать на вторичную, которая и есть, по сути, индукционный нагреватель, реализованный физически в виде корпуса котла отопления. Именно вторичная короткозамкнутая обмотка передает энергию теплоносителю.

Вторичная короткозамкнутая обмотка трансформатораГлавными элементами установки индукционного нагрева являются:

Сердечник – это две ферримагнитные трубки разного диаметра с толщиной стенок не менее 10 мм, вваренные друг в друга. Тороидальная обмотка из медного провода производится по внешней трубке. Необходимо наложить от 85 до 100 витков с равным расстоянием между витками. Переменный ток, изменяясь во времени, создаёт вихревые потоки в замкнутом контуре, которые и нагревают сердечник, следовательно, и теплоноситель, осуществляя индукционный нагрев.

С использованием высокочастотного сварочного инвертора

Индукционный нагреватель может быть создан с использованием сварочного инвертора, где главными компонентами схемы служат генератор переменного тока, индуктор и нагревательный элемент.

Генератор используется для преобразования стандартной частоты в сети электропитания 50 Гц в в ток с более высокой частотой. Этот модулированный ток подаётся на цилиндрическую катушку-индуктор, где в качестве обмотки используется медная проволока.

Медная проволока для обмоткиКатушка создаёт переменное магнитное поле, вектор которого меняется с заданной генератором частотой. Созданные вихревые токи, индуцированные магнитным полем, производят нагрев металлического элемента, который передаёт энергию теплоносителю. Таким образом реализуется ещё одна схема индукционного отопления, выполненная своими руками.

Нагревательный элемент тоже может быть создан своими руками из нарезанной металлической проволоки длиной около 5 мм и отрезка полимерной трубы, в которую помещается металл. При установке вентилей сверху и снизу трубы следует проверить плотность наполнения – не должно оставаться свободного пространства. Согласно схеме поверх трубы накладывается около 100 витков медной проводки, которая и является индуктором, подключаемым к клеммам генератора. Индукционный нагрев медной проволоки происходит за счёт вихревых токов, формируемых переменным магнитным полем.

Примечание: Индукционные нагреватели своими руками могут выполнены по любой схеме, главное помнить о том, что важно осуществить надёжную теплоизоляцию, в противном случае КПД системы отопления значительно упадёт.

Правила безопасности

Для систем отопления, где используется индукционный нагрев, важно соблюдать несколько правил во избежание утечек, потерь КПД, расходования электроэнергии, несчастных случаев.

Индукционный нагреватель: простые схемы для реализации своими руками Принцип работы индукционного нагревателя основан на двух физических эффектах: первый заключается в том, что при движении

Источник: opechi.com

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.

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,

Источник: kavmaster.ru

Рис. 1 Опытный образец индукционного теплонагревателя

Ниже приведена схема включения такого индукционного нагревателя в систему отопления.

1. ВИН, 2. Фланцевое соединение, 3. Шаровые краны, 4. Система безопасности, 5. Насос циркуляционный, 6. Фильтр сетчатый, 7. Мембранный бак 8. Регистры отопления, 9. Линия наполнения и слива системы отопления, 10. Шкаф управления, 11. Вход теплоносителя, 12. Датчик аварийного выключения, 13. Заземление.

Конструкция достаточно простая, питание от сети 3х380/50 через управляемый контактор. Но на этом преимущества кончаются. Использование промышленной частоты тока приводит к необходимости наматывать три индуктора — по одному на фазу; – с большим количеством витков дорогим медным проводом со стеклотканевой изоляцией; вес меди более половины веса всего нагревателя.

Анализируя преимущества и недостатки аналогичных нагревателей, приходим к выводу о необходимости использования повышенной частоты питающего напряжения на индукторе . Главным моментом этого новшества является то, что питание индукторов осуществляется на частоте порядка 5 000 -50 000 Гц от полупроводникового автогенератора, конструкция и схема которого достаточно оригинальны

Генератор этот состоит из трёхфазного выпрямителя, двух конденсаторов, перезарядной индуктивности и тиристора. Для управления тиристором имеется электронная плата, которая обеспечивает регулирование температуры и защиту от аварийных режимов. Повышенная частота питающего тока значительно уменьшает размер индукторов и количество медиидущее на их изготовление.

Конструкция нагревателя представляет собой две стальные трубы, вставленные одна в одну, с обеих торцов они герметизированы сваркой. Между этими трубами циркулирует жидкость системы отопления: вода, тосол, иные смеси. Индуктор монтируется во внутренней трубе и контакта с жидкостью не имеет. Индуктор содержит 15-25 витков изолированной медной шины 3х5 мм с отводом от средней точки.

1 – клеммная колодка;

3- внутренняя труба;

4 – наружная труба;

5 – жидкость системы отопления.

Электронное устройство преобразователя высокой частоты для электропитания индуктора

Рис. 4 Электрическая схема

Здесь VD1-VD6 – трёхфазный выпрямитель типа М6Д-80-10, А1 – устройство управления тиристором и регулятор температуры, VT1 – тиристор, Lр – перезарядная индуктивность, C1, C2 — главные накопительные конденсаторы, L1,L2 – нагревательный индуктор, Fs – автомат включения.

Устройство работает следующим образом. Трёхфазное напряжение питания от сети выпрямляется модулем VD1-VD6 и, имея пульсации напряжения всего 14% от номинального значения 530В, питает электронную схему преобразователя по схеме Фитча-Говелла. Ток заряжает конденсаторы С1 и С2 встречно, т.е. напряжения на них имеют разную полярность и на входе в индуктор нагрева L1, L2 напряжение в этот момент равно нулю. При этом балластами зарядки конденсаторов – устройством, ограничивающим зарядный ток – является сам же индуктор. Поскольку через обмотки L1 и L2 в обе стороны протекает изменяющийся от 0 до некоего максимального значения ток, он индуцирует во внутренней и, отчасти, в наружной трубе (см. рис.3) вихревой ток короткозамкнутого витка. Практически вся энергиямагнитного поля превращается в этих трубах в тепловую, а сам индуктор является с электротехнической точки зрения не индуктивностью, а резистором. Это позволяет использовать для нагрева цикл заряда, а заряд конденсаторов осуществляется до напряжения не более напряжения питания, т.е. 530 в.

Если после этого на управляющий электрод тиристора VT1 подать сигнал включения, последний откроется и соединит противоположенные полюса конденсатора С2 между собой через разрядную индуктивность Lр. Создаётся параллельный колебательный контур и конденсатор С2 начинает перезаряжаться до полной инверсии напряжения на его полюсах. Это происходит за время, определяемое величинами ёмкости С2 и индуктивности Lр и может составлять несколько десятков микросекунд. После перезарядки конденсаторы С1 и С2 становятся включёнными согласно последовательно, напряжение на их выходах становится равным двум напряжениям зарядки, т.е. до 1000 в., и через обмотки индуктора L1 и L2 начинает протекать ток, который также создаёт в трубах вихревые токи и приводит к их нагреву.

Тиристор VT1, оказавшись при обратной полярности напряжения, спустя некоторое время закроется и восстановит свои изолирующие свойства до подачи следующего импульса запуска.Таким образом нагрев труб происходит в обеих циклах: и заряда емкостей, и их разряда.

Тепловая мощность, выделяемая в трубах нагревателя, определяется частотой повторения циклов и может быть доведена при использовании обычных тиристоров до 3-5 кГц.

Устройство А1 (электронный блок управления) предназначено для управления, в соответствии с заданным значением температуры, импульсами запуска тиристора, и изменения этой частоты в зависимости от разницы заданной и реальной температуры теплоносителя и выключать всю систему при перегреве индуктора (более 1400С).

Расчёты параметров элементов и режимов работы для базовой модели тепловой мощностью 5 кВт уже сделаны. Практика работы с такими генераторами показывает, что реальные режимы работы отличаются от расчётных не более чем на 10%, так что особой подгонки элементов не требуется. Единственное, что достаточно сложно поддаётся расчёту – это нагревательный индуктор, здесь доведение его до расчётных параметров возможно только экспериментально.

Расчёт себестоимости серийного нагревателя тепловой мощностью 15 квт составляет всего порядка 12-15 тыс. руб. на изделие

В случае серийного производства при заключении прямых договоров поставки с производителями комплектующих и выпуске хотя бы 1 000 к-ов/год, эта себестоимость может быть снижена до 9 -10 тысяч рублей.

Пути снижения энергозатрат индукционного нагревателя от сети

Импульсно -резонансный режим работы трансформаторов –для нагрева жижкого теплоносителя -наиболее экономичен в работе индукторов -но пока мало изучен. Рассмотрим его подробнее

Весьма перспективно ввести вторичный контур такого индуктора в резонансный режим, а первичную катушку его силового трансформатора ввести в режим ударного возбуждения, причём первичную обмотку индуктора надо сделать бифилярной, чтобы индукционные токи совершали не вредную, а полезную работу. Скорее всего, рабочее количество витков первичной обмотки у такого индуктора получится довольно большим, что приведёт к полезному использованию реактивной мощности во вторичной обмотке для нагрева металла труб и воды . Таким образом, источник первичной мощности – в нашем случае обычная электросеть будет затрачивать на такой необычный индуктор минимальную электроэнергию – в основном на незатухающий процесс генерации электрических импульсов напряжения в ударном режиме, а резонансно настроенная вторичная обмотка будет расходовать на нагрев металла и воды именно реактивную мощность индуктора. При этом вторичная обмотка будет ее преобразовывать в полезную тепловую мощность омических потерь, поскольку во вторичном контуре индуктора возникнут индукционные незатухающие колебательные электрические токи. Следовательно, потребление электроэнергии таким оригинальным индуктором из сети будет минимально , поскольку в этом импульсно -резонансном режиме работы первичного контура индуктора -вторичная обмотка индуктора не будет значительно нагружать первичную обмотку трансформатора индуктора.

Резонансный преобразователь частоты для индуктора

Ниже приведена электрическая схема резонансного преобразователя частоты для экономичного индуктора нагрева воды

Бизнес-план по освоению серийного произвордства

Сфера применения индукционных нагревателей воды огромная: это автономное теплоснабжение многоэтажных домов и коттеджей, поселков, промышленных объектов и прочее. Нами разработан бизнес-план по освоению и производству таких нагревателей. Он учитывает потенциальную прибыль, затраты на создание произхводства, комплектацию, сертификацию и прочее. Ищем партнеров и инвесторов.

Индукционный нагрев металлических труб автономного тепловодоводоснабжения –один из самых перспективных методов и направлений автономной теплоэнергетики в плане экономии электроэнергии для получения дешевого тепла из воды. Для реализации таких систем тепловодоснабжения вполне подойдут и серийные сверочные трансформаторы .Наиболее экономичен в них для таких целей именно импульсный режим работы первичного контура индуктора.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СОЗДАНИЮ ИНДУКЦИОННОГО ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЯ ВОДЫ

А теперь мои соображения по поводу резонансного индукционного нагревателя (РИН):

Представим себе некий небольшой объем теплоносителя (стакан), внутри которого размещены электроды подключаемые к сети(220В, 50Гц). Стакан подсоединен к теплоотопительному прибору (при испытаниях была применена металлическая труба большого диаметра), установленному с небольшим уклоном к горизонту, таким образом, чтобы стакан находился в самой нижней точке конструкции. При подаче напряжения сети на электроды теплоноситель (вода) нагревается и закипает. Причем, если вода полностью испарится, протекание тока автоматически прекращается Теплоноситель испаряясь заполняет весь объем радиатора и отдавая ему тепло, конденсируется и затем стекает в стакан процесс возобновляется. Система герметична. Объем теплоносителя мал и, даже при его полном испарении повышение давления не приводит к разрыву системы. Сбросной клапан также предусмотрен.

А теперь, вместо нагрева электродами сделаем индукционный нагрев. При соответствующем оформлении это уже конвектор. В этом случае нам не нужно применять «серийный китайский сварочный трансформатор с высокочастотным инвертором», а можно, например, применить серийный китайский импульсный блок питания от компьютера, выкинув из него очень много ненужных для данного применения деталей.

Новейшие экологические и энергетические технологии, сайт академика Валерия Дудышева

Источник: new-energy21.ru

На одной из страниц пропагадирующих индукционные котлы была изложена откровенная паранойя, не удержусь и процитирую:

ТЭН нагревается от того, что через его проводник с повышенным сопротивлением протекает ток, поэтому в любом случае он нагревается до заданных 600 — 750* С и теплоноситель на его поверхности всегда кипит. Из-за этого ТЭН быстро обрастает накипью. От этого теплоотдача уменьшается, и ТЭН в конце концов перегорает.

В индукционном котле можно использовать разные теплоносители, даже нефтепродукты, если их не перегревать свыше 70* С.

ЧЁЁЁ. 600-750 градусов?! Ладно, берем масленный обогреватель, выкидываем термостат и греем до максимума, преддварительно помолясь, чтобы его не разорвало. Разумеется, что лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. Итак СМОТРИМ

Итак, температура спирали 421 градус при температуре радиатора 168 градусов и это с учетом того, что внутри масло, а его теплопроводность хуже воды в 5 раз. Откуда интересно тога берется 600-750 градусов? Так, на всякий случай, температура прлавления алюминия 660 градусов, меди 1100. Впрочем я знаю откуда — у некоторых нихромовых сплавом максимальная рабочая температура 750°С, но вот будет ли она достигнута есть великие сомнения.

ТЭН обрастает накипью? Да еще и фотку притулили?Мда.

Охо-хоюшки хо-хо. Для тех кто не в курсе — это тэн от стиральной машинки и в свое время я их менял довольно часто, потому как работал в ремонтной мастерской. Итак, это страшное слово НАКИПЬ:

Накипь – это твердые кальциевые отложения, которые плохо растворяются и образуются в результате образования пара или нагрева воды. Кроме известкового налета, при разогреве воды еще образуется углекислый газ. Но его количество имеет значение, только в промышленных масштабах работы с жесткой водой. Так в котельных, при очистке от накипи котлов нужно обязательно проветривать помещения, но и при кипячении воды также нужно обеспечить в помещении хорошую вентиляцию.

Образование накипи в процессе разогрева воды происходит всегда, если вода жесткая. Только вот накипь может быть разной, т.к. жесткость воды может быть не обязательно карбонатной. Понятно, что причина образования накипи карбонатной являются соли кальция и магния. В случае, если образование накипи происходит за счет силиката кальция, то накипь получается сульфатной. Кремнекислые соединения таких веществ, как железо, алюминий или кальций приводят к образованию накипи силикатной. Так, что образование накипи после работы с жесткой водой не означает, что выпала именно карбонатная накипь. Хотя следует уточнить, что карбонатная накипь самая распространенная.

Ха! Из этого не трудно сделать вывод, что накипь поставляется лишь с новой порцией воды, а воду в системе меняют крайне редко и этот самый слой накипи образуется лишь раз и по немногу утолщается с каждой новой порцией воды, а доливают воду в систему тоже не часто. Следовательно до состояния показанного на фото тэн котла дойдет примерно через 20 лет после того как сгниют алюминиевые радиаторы, поскольку накипь оседает не только на теле тэна, но и на тела самого котла, меньше, но все равно оседает.

И кстати сказать избавится от накипи в отоплении вполне возможно — 100 грамм антинакипиа в системе полностью ликвидируют эту проблему — проверено эксплуатацией электрокотла в течении трех отопительных сезонов.

Но возвращаемся к рекламе индукционных котлов:

В ТЭН- котлах можно использовать теплоносителем только воду и к тому же лучше всего дистиллированную.

В обслуживании ТЭН- котлы менее практичные, чем индукционные, потому что переходной контакт между проводником электроснабжения и проводником самого ТЭН- а постоянно перегретый, из-за этого окисляется и ослабляется. Необходимо постоянно следить за тем, чтобы проводник электроснабжения не отгорел в противном случае при отгорании — может быть повреждено резьбовое соединение ТЭН- а и такой рабочий нагревательный элемент приходится менять. этой проблемы в индукционных котлах не существует, потому что связь его нагревательного элемента с электроснабжением осуществляется через электромагнитное поле переменного тока.

Ну да, конечно, конечно. А катушка индуктора к розетке по беспроводной технологии присоединяется? КРУТО! Чаще всего отгорание происходит в точках соединения при больших нагрузках и не прерывной круглосуточной работе, так что как то не убедительно звучат перегретые контакты. Ладно, чё там дальше?

Индукционные котлы можно ставить в любом, даже не в обособленном месте. Они пожаробезопасны и работают бесшумно.

Ага. А тэн скате внутри котла постоянно стукаясь о стенки своей башкой и от этого в помещении вообще находится не возможно?

Индукционные котлы обеспечивают электрическую безопасность человека гораздо высшую, чем ТЭН- котлы, потому что сам ТЭН может перегорать двояко: а) с разгерметизацией корпуса; в этом случае разогретый нихром от попадания на него воды рассыпается — опасности попадания человека под напряжение нет; б) без разгерметизации корпуса; в этом случае разогретый нихром может прилипнуть к корпусу ТЭН- а. Нагревательный элемент продолжает работать, и через воду металлический корпус котла оказывается под напряжением.

Вполне логичный аргумент, если котел монтировать с нарушениями правил безопасности — любой силовой прибор должен быть заземлен. А дурака и батарейкой убить может, ну если с рогатки и в голову.

Индукционную катушку индукционного котла при мощностях 3 КВт и больше на 50 Гц маленькой и компактной сделать пока что не удается. Поэтому ТЭН- котел имеет намного меньшие габариты при той же мощности, чем индукционный котел.

Дак и не удасться ни когда — частота низкая, всего то 50 Гц, а нужна определенная индуктивность, да еще проводом, чтобы сам не грелся при прохождении через него этих самых 3 кВт. Так что индукционный котел всегда будет большиим.

Ну а принципиальные схемы индукционных котлов это вообще нечто. На одном из сайтов предлагалось использовать вот такую схему для индукционного котла:

Реально довольно долго улыбался — при питании 10. 30 вольт они собираются разогревать котел? Да блок питания для этой пукалки будет вырабатывать тепла больше, чем эта игрушка для детей среднего школьного возраста.

Не скрою попался и один довольно любопытный вариант схемы на тиристоре, но работа на звуоквых частотах не привлекла моего внимания.

Одна из рекламных речевок буквально расмешила:

Экономия на потреблении электричества

Потребление 2,5 кВт вместо 4–5 — прекрасный результат. Но его оказалось недостаточно для амбициозных и бережливых домашних мастеров. Но где взять дешёвую электроэнергию для плиты? Оказывается, ответ известен давно.

Этот прибор называется инвертор, и он преобразовывает постоянный ток в переменный. С его помощью можно свести потребление тока для отопления практически к нулю.

Для уменьшения расхода энергии нам понадобится следующее:

Два аккумулятора не менее 190 А•час (лучше 250 А•час). Инвертор на 4 кВт.

Зарядное устройство для аккумуляторов (24 В).

Трубы магистрали должны быть выполнены из немагнитного материала (пластик, алюминий, медь).

Аккумуляторы подключаем параллельно и ставим на постоянную «зарядку». Процесс, который происходит в электроцепи:

В аккумуляторах образуется постоянный ток, который подаётся на инвертор.

Инвертор преобразует постоянный ток в переменный 220 В.

Ток с инвертора подаётся на индукционную печь, которая работает в обычном режиме (расход).

Зарядное устройство постоянно подзаряжает аккумуляторы.

Честно, это цитата из интернета и на кого она расчитана я даже не представляю.

Делать сразу индукционный котел решительности не хватило, поэтому решил попробовать для начала собрать индукционную батарею отопления. Первое, что просилось само в руки — индукционная печка, но на тему ее покупки договоренности с жабой не образовалось, поэтому найдя в интернете схему индукционной плиты из нее была вычленена силовая часть, которая и была собрана.

У этого же продавца сразу заказал IRFPS37N50, будто чуял че то не хорошее. Да и доставка в этом варианте обошлась сравнительно не дорого — два заказа, а оплата доставки одна.

В общем наигравшись в доволь с однотактником я пришел к выводу, что штука то хорошая, но малейшая ошибка при регулировке убивает силовые транзисторы. Поэтому решил пойти другим путем — попробовать собрать двухтактную схему индукционного обогревателя, благо мощные полевики уже были на руках. Не много поразмышляв я решил использовать полумостовой драйвер IR2153, а чтобы он не убился тяжелыми затворами умощнил его эмиттерными повторителями на 1,5 А. В результате получилась следующая схема:

Идея была довольно проста — пленочные конденсаторы большие токи держат не очень хорошо, поэтому их использовать несколько штук, а если их будет несколько штук, то можно будет подобрать емкость таким образом, чтобы получившийся LC контур загнать в резонанс и получить максимальные магнитные поля.

В качестве теплообменника было решено использовать квадратную трубу — площадь теплообмена и снаружи и изнутри, а это естественно только на руку.

Были подозрения, что электроника будет сильно греться, поскольку на однотактном варианте приходилось использовать обдув радиатора. Ну а чтобы поток воздуха за зря не гонялся было решено использовать его в качестве и конвекционного потока — через трубу направить внутрь квадратной трубы теплообменника, тем самым увеличив производительность конструкции.

Закрепить катушки можно и на герметик, в принципе главное, чтобы они довольно крепко держались даже при падении обогревателя. Хотя конечно уронить такую штуку, если только во время транспортировки — тяжелая игрушка получилась, но ее не на себе носить, поэтому о весе вообще размышлений не было. На концы катушек были одеты высокотемпературные кембрики — не термоусадка, с стеклоткань, она значительно дороже термоусадки и выглядить как материал.

Был сделан чертеж, распечатан на бумаге, приклеен скотчем к листу ДСП, по углам были просверлены отверстия, в котрые были вставлены гвоздики. На гвоздики предварительно одеты кусочки термоусадочной трубки и на этом шаблоне были намотаны катушки. После намотки катушки были пролиты эпоксидынм клеем и прогреты феном для лучшей пропитки жгутов из многожильного провода, которым и были намотаны катушки. Использовался провод диаметром 0,35 мм, в жгуте было 28 жил. Делал позже еще катушки и промызывал их герметиком — уж больно они какие жидкие получились, хотя деражались довольно не плохо.

Дальше все это было собрано в один аппарат и отрегулировано. Как выяснилось в отличии от однотактного варианта силовые транзисторы при том же радиаторе в обдуве не нуждались, однако вентилятор все таки был оставлен — с ним гораздо лучше идет теплообмен. Однако обороты были снижены до минимальной слышимости — так и ресур у него будет больше, меньше пыли нагонит внутрь, да и гудением не будет раздражать.

После сборки естественно нужно было сравнить что собственно выгодней — масленик или индукционник. Было проведена целая куча замеров, но каждый раз индукционник по отношению к масленику оказывался в выигрыше, что довоольно сильно бесило зрителей с Ютуба. Да, конечно некоторые замеры были не совсем корректны, но последняя серия практически критик не вызвала, хотя мнения о том, что я не учился в школе и закон сохранения не знаю все равно мелькали. Да я собственно и не покушался на этот закон — речь идет о производительности и не более того.

В общем последние замеры были сведены в таблицу по результатам которой уже сами делайте выводы, что выгодней.

Тут же начали появляться вопросы типа «А не могли бы Вы собрать мне плату управления?» Да мог бы конечно, но вот только есть два ньюнаса:

Это дорого, потому что приходится делать платы вручную, ПОЛНОСТЬЮ вручную, поскольку очереди на сией девайс я не вижу и заказывать платы на заводе с минимальной партией 10 штук мне нет необходимости. А изготовление платы это и утюжка и ручное сверление, и лужение, т.е. довольно много времени, которое я не могу просто взять и подарить — срок жизни знаете ли ограничен и тратить ее на что то, что мне не интересно и не взяв за это деньги просто глупо.

Вероятность довести до ума сию конструкцию у не подготовленного паяльщика не очень велика, поскольку кроме платы требуется еще и индуктор, а это катушки количество витков в которых напрямую зависит от способа их соединения, толщины стали и расстояния между катушкой и сталью.

Результат соревнований индукционного оборгевателя и масленного конечно же впечатлил и идея сборки индукционного котла засела ОЧЕНЬ плотно в голове. Первое, что нужно было решить — какой индутор собрать. Разумеется, что в отличии отечественных индукционных котлов я собирался делать его не на 50 Гц. А для этого уже нужны были более серьезные конденсаторы — уж больно много в интернете фоток разорвавшихся пленочников. Поэтому и были заказны конденсаторы для индукционных плит — уж они то точно выдержат и ток и напряжение. Для подавления импульсных помех по питанию были заказаны конденсаторы и создания резонанса были приобретены конденсаторы серии MKP, которые используются в индукционных плитах. По питанию я брал на 5 мкФ и 3 мкФ, для индуктора на 0,27 мкФ. Там, где покупал я уже вывеска, что товар не доступен, поэтому выбирайте сами КОНДЕНСАТОРЫ MKP.

Еще одним фактором для создание индукционного котла послужило их серийное производство, правда не наше, а более компактоное и высокочастное — Китайские индукционные котлы мощностью 6 кВт и 10 кВт. Правда было понятно из фоток, что Китайцы уперлись в максимальную мощность 3 кВт с одной секции нагревателя, поскольку использовали однотактыне преобразователи — это видно из наличия двух и трех одинаковых плат управления с принудительной вентиляцией. Используя двухтактный мостовой инвертор я расчитывал получить 4-5 кВт с одной секции, а учитывая то, что силовая часть может обслуживать 2 секции индуктора, то проблем с мощность вообще не намечалось.

Почему ограничена мощность индукционного котла? Все довольно банально — для получения резонанса необходима определенная индуктивность. Если резонанс будет на звуковых частотах, то и управление и сам индуктор станет слышно, а это будет ОЧЕНЬ сильно утомлять, мягко говоря. Если уходить на более высокие частоты, то мы будем вынуждены уменьшать количество витков, а сила магнитного поля, необходимого для возникновения токов Фуко, т.е. вихревых токов, кторые и греют сталь, будет уменьшаться. Ведь сила магнитного поля прямо пропорциональна количеству витков и протекающему через них току. Мотать повышающий трансформатор для получения большего напржяжения не улбынулось по двум причинам:

Габариты и стоимость феррита

Проблемность изоляции индуктора, и силовой части управления

Да, да, изоляция тут тоже имеет не последнее значение — при резонансе и мостовом инверторе к катушке индуктора прилагает порядка 800 вольт. Если удвоить частоту, то придется уменьшать количество витков тоже в 2 раза, а для получения той же мощности придется увеличивать в 2 раза прилагаемое напряжение, а это уже 1600 вольт. Не, я не рискнул затевать такое, да и Вам не советую — уж слишком становтся опасной эта штука.

Первый вариант схемы управления дал понять, что кроме повышенной аккуратности нужно схему немного изменить, что и было сделано. Однако кое что на первом варианте я упел проверить:

Вообще не впечатлило. Однако немного поразмышляв я пришел к выводу, что с проверкой я сильно поторопился — магнитное поле вокруг катушки индуктора не было замкнуто, а это приводило к потерям — стальной лист, который находился рядом с котлом ощутимо нагрелся во время проведения опыта.

Ну а поскольку управление индукционным котлом я все таки ушатал, то решено было собрать не убиваемый стенд для проверки индукторов, ну и собственно новое, более продуманное управление для индукционного котла.

Посидев вечерок в итоге получилась вот такая схема проверочного стенда. В принципе из не традиционного здесь только первая ступень ограничения тока — действующее значение формируется не длительностью импульсов, как это обычно принято в контроллере TL494, а изменением частоты преобразования. Такое решение обусловлено прежде всего тем, что отпадает потребность бороться с импульсами самоиндукции, которые и вызывают нагрев силовых транзисторов, а посколько нагрузка имеет реактивное сопротивление, увеличивающееся от используемой частоты, то сомнений в работоспособности данного схемотехничекого решения не было. Кроме этого в схему был введен аналоговый частотомер, позволяющий орентироваться в используемых частотах. Разумеется, что шкала частотомера была проградуирована по показаниям реального частотомера.

Управление котлом тоже притерпело некоторые изменения и финальная принципиальная схема приобрела следующий вид:

Схемы имеют общий принцип управления протекающим через нагрузку током — регулировка частоты. В стенде частота зависит от протекающего через нагрузку тока, для котла же эта зависимость формируется терморегулятором. Причем регулировка имеет две ступени — первое уменьшение потребления происходит при достижении температуры теплоносителя определенной величины и производится ступенчато. Вторая ступень регулировки плавная и изменяет подаваемую на индуктор котла мощность в зависимости от температуры отапливаемого помещения. Таким образом инерционность нагревателя полностью отсутствует.

После неудачного испытания первой версии индукционного котла было опробована экранировка катушек ферритовыми стержнями — прирост производительности был ярко выраженным. Это конечно окрыляло, но не сильно — проект становился слишком дорогостоящим — феррита требовалось много,а он дешевизной не отличается.

Решение проблемы пришло в два этапа. Сначало было решено использовать тороидальный теплообменник с лабиринтом внутри, но немного поразмышляв появился набросок тороидального индукционного котла без лабиринта и с другим расположением входной и выходной труб.

Первое включение показало, что витков на котле намотано слишком мало и пришлось катушку уплотнять и доматывать.

До сборки платы управления индукционным котлом оставалась по сути неделя, но руки чесались — котел то уже был готов и готовность проверочного стенда тоже не давала покоя.

Была собрана и опробована модель отопления с несколькими вариантами электрических котлов, но финальный опыт был сорван — диаметр труб оказался слишком мал и вода в котле с тэном просто закипела:

Модель отопления была переделана — добавлен циркуляционный насос, который исключит закипание воды, а объем воды в модели возрос с полутора ведер до шести с половиной, что позволило значительно увеличить по времени протекание эксперимента. Итак, час ИКС, ну или момент исстины настал:

Скажу честно — расстроился. Ни какого волшебного прироста производительности не произошло. Понятно, что при самоциркуляции вероятность прироста скорей всего была бы — при медленном движении воды на поверхности тэна образовываются пузырьки, которые уносяться сами в расширительный бачок, унося и тепло, но при использовании циркуляционного насоса этот эффект сводится на нет — тэн слишком интенсивно омывается водой и газообразование уменьшается в десятки раз.

Разумеется индукционный котел загонялся и в резонанс, но зависимость протекающего тока линейна — он начинате увеличиваться при повышении частоты и приближении ее к резонансу, а миновав его ток так же линейно уменьшается. Ни каких всплесков протекающего через катушку тока выявлено не было.

Ну а поскольку модель собрана полноценная, то не попробовать побаловаться с электродным котлом я не удержался:

Дя этих опытов так же был куплен новый, современный электросчетчик, который после завершения замеров попросту оказался не нужным. Конечно же и в него был засунут мой любопытный нос:

В общем плату управления котлом собирать до конца я не стал — нет разницы в производительности тепла у индукционного котла и котла на тэнах, следовательно эта плата мне не понадобится. Нет, разбирать ее до конца пока не буду — в наличии есть и TL494 и IR2110, а силовые транзисторы на нее я пока не запаял. Пусть пока поваляется. А вот идеи индукционного нагрева я на вооружение возьму — с подобным комплектом силовых устройств можно не спешно или быстро греть множество стальных вещей для различных целей. Так что был и опыт приобретен и стенд остался для дальнейших опытов.

Конечно же жалко, что идея с индукционным котлом оказалась не состоятельной, но есть технология изготовления индукционных обогревателей, которые по электронике конечно сложнее заводского конвекционного, но используюя более точное поддержание температуры, или использование непрерывного регулирования, как в котле можно добится приличной экономии.

Еще раз напоминаю — речь идет не о КПД, а о производительности и не надо мне махать перед носом учебниками по физике и термодинамике — описанные в учебниках опыты поставлены в идеальных условиях, а жилище ни когда не будет в подобных условиях, у него всегда есть теплообмен с окружающей средой. Расчитать математически что и как будет происходить у меня ума не хватило, поэтому я и собрал несколько моделей и проверил все ОПЫТНЫМ путем и видел все собственными глазами. Так что уймите свой сарказм и если есть сомнения, то можете все повторить — все принципиальные схемы, все используемые конструкции описаны достаточно подробно.

Описание конструкции индукционного котла, индукционного обогревателя с полными описаниями и принципиальными схемами

Источник: soundbarrel.ru