Индукционный нагрев, основные принципы и технологии. Как сделать индукционный нагреватель своими руками? Модуль индукционного нагрева машины высокой частоты

Привет всем. Сегодня рассмотрим популярную штуку - индукционный нагреватель прямиком с Китая, точнее с магазина бенггуд.

Такие платы китайцы выпускают с разными модификациями, на любой вкус.

Мой образец не из самых бюджетных бюджетных, в комплекте есть индуктор, нынче достать медную трубу нужного диаметра довольно трудно, поэтому если брать такую плату, то лучше сразу с индуктором.

Итак, это популярная схема ZVS драйвера, на базе которого можно построить все, что угодно, от простых преобразователей до индукционных нагревателей, я намерен детально протестировать этот образец, раскрыть потенциал, и сделать все возможные замеры, поэтому одной статьей не ограничимся.

В комплекте плата и сам индуктор, схема нагревателя сейчас перед вами.

Заявленная мощность 1киловатт, входное напряжение от 12 до 36 Вольт при максимальном токе в 20 Ампер, тут китайцы опровергают самих себя, ведь даже при максимальном напряжении и токе потребляемая мощность будет не более 720 ватт, но зная эту схему, скажу, что она может питаться и от большего напряжения, вплоть до 60 вольт и потреблять токи более 20 Ампер, так, что если речь идет о потребляемой мощности, то она может перевалить за 1000 ватт, но вот на счет полезной мощности с учетом КПД схемы, китайцы молчат. В реальности полезная мощность около 200-250 ватт при питании от источника в 36В.

Печатная плата двухсторонняя, сделана отлично, но китайцы слегка поленились почистить остатки флюса, силовые дорожки производитель дополнительно залудил, в общем, нареканий нет, размеры платы вы сейчас видите на своих экранах. (Позже, при подаче 36 Вольт спустя некоторое время одна из силовых дорожек попросту сгорела, пришлось усилить многожильным медным проводом и все дополнительно залудить)

Схема имеет принудительное охлаждение в виде кулера, расположен он непосредственно над транзисторами и питается от отдельного понижающего стабилизатора на базе микросхемы XL2596. Плата стабилизатора приклеена к кулеру соплями (горячими).

Силовых транзисторов 2, это мощные полевики IRFP260 (200В 50А), а схема из себя представляет двухтактный автогенератор.

Для ограничения тока затворов ключей использованы мощные резисторы на 470 Ом, на вид они двухваттные, но размеры чуть больше стандартных двухваттных резисторов, так, что возможно резисторы на 3 или 4 ватта.

Резисторы одновременно являются ограничителями для стабилитронов, которые не допускают на затворе ключей образования повышенного напряжения, стабилизируя на уровне 12 Вольт, видно посадочное место для линейного стабилизатора на 12 или 15 вольт, поскольку стабилитроны в некоторых версиях заменены на линейный стабилизатор.

Индуктор с батареей конденсаторов образуют параллельный колебательный контур, параметры этих составляющих задают рабочую частоту схемы в целом, поскольку это резонансный преобразователь.

Батарея состоит из 6 и специализированных конденсаторов, емкость каждого 0,33 мкФ, общая емкость около 2-х мкФ.

Такие конденсаторы предназначены для работы в высокочастотных схемах и применяются в частности в индукционных нагревателях, так, что это идеальный вариант для подобной схемы.

На плате имеются латунные стойки для крепления кулера и индуктора, довольно удобное решение.

Дросселей два, по ним поступает силовое питание, оба дросселя идентичны, намотаны на кольцах из порошкового железа. Количество витков 30, диаметр провода 1 мм, индуктивность 74мкГн.

Индуктор или контур, из себя представляет медную трубу с диаметром 5мм, внутренний диаметр индуктора 42-мм, количество витков почти 8, витки можно растянуть или сжать, главное не замкнуть.

Питание подается на клеммник, который расположен в укромном местечке под кулером.

Такой же клеммник имеется и спереди, к нему можно подключать контур. Удобен такой клеммник в случае использование контуров из медного провода.

На клеммах питания полярность подписана, проблем с подключением не возникнет.

Я думаю с платой все понятно, переходим к тестам. Хочу сразу сказать, полностью нагружу индуктор в одном из следующих статьей, поскольку для максимального разгона нужно водяное охлаждение, а у меня, к сожалению, нет соответствующего водяного насоса.

Итак, первым делом давайте проверим ток холостого хода от источника в 12 Вольт.

Как видим, схема потребляет около 2-х Ампер, скажу, что для именно этой схемы - такое потребление является нормой.

От источника в 24 Вольт потребление выросло до 4 А, что и стоило ожидать.

И наконец, от источника в 36 Вольт схема потребляет почти 5.5А в холостую.

Рабочая частота составляет около 90 кГц,

Это форма импульсов на затворе одного из ключей.

На индукторе наблюдаем чистую синусоиду, обратите внимание на размах амплитуды, многократно превышает напряжение питания.

Для тестов были куплены 3 полностью новых аккумулятора на 12 Вольт от бесперебойника, подключил последовательно для получения 36 Вольт.
За пару секунд можно нагреть тонкую жесть на подобии лезвий от канцелярских ножиков и т.п.

Сейчас вы видите потребление схемы в случае нагрева жестяной гильзы от аккумулятора 18650, напряжение аккумуляторов просело до 26 Вольт.

Без вентилятора нагревается все - ключи, дросселя, конденсаторы и затворные резисторы, контур нагревается особо критично даже без нагрузки, поэтому он в виде трубы и если собираетесь использовать нагреватель для каких-то целей обязательно впустите водяное охлаждение, иначе контур раскалиться буквально до красна. Также очень рекомендую усилить силовые шины на плате, китайцы их залудили, но греются ужасно.

У читателей может возникнуть вполне нормальный вопрос - будет ли такой индукционник нагревать иные металлы помимо железа, скажу, что греет, но так слабо, что почти незаметно. Пробовал алюминий, латунь, медь, олово, нагрев еле чувствуется, но не смотря на это таким индуктором расплавить некоторые металлы получится, если тигель установить в железную трубу, а лучше трубу в тигель, железо нагреется и тепло передастся металлу, который подлежит плавлению.

В любом случае нужно помнить, что схема любительская и для серьезных целей не годиться из-за отсутствия схемы ШИМ управления, контроля тока, температуры, защит и прочих узлов которые содержат в дорогие, профессиональные нагреватели, но профессиональны модели могут стоить в несколько сотен тысяч рублей, а наша платка стоит всего каких-то 36 вечнозеленых долларов.

В случае эксплуатации советую поставить предохранитель по питанию Ампер на 40, чтобы не спалить ключи в случае чего, а это легко сделать, если случайно замкнуть витки контура при больших питающих напряжениях, либо перепутать полярность питания.
На сегодня все, подписывайтесь на нашу группу, чтобы не пропускать обновления.

Товар можно купить

Видео-обзор

Приветствую пользователей сайта Радиосхемы . Недавно у меня появилась идея сделать . На просторах интернета были найдены несколько схем для построения устройства. Из них выбрал самую, на мой взгляд, простую по сборке и настройке, и главное - реально рабочую.

Схема устройства

Список деталей

1. Полевой транзистор IRFZ44V 2 шт.
2. Диоды ультра быстрые UF4007 или UF4001 2 шт.
3. Резистор на 470 Ом на 1 или 0.5 Вт 2 шт.
4. Конденсаторы плёночные
1) 1 мкФ на 250в 3 шт.
2) 220 нФ на 250в 4 штуки.
3) 470 нФ на 250в
4) 330 нФ на 250в
5. Провод медный диаметром 1.2 мм.
6. Провод медный диаметром 2 мм.
7. Кольца от дросселей компьютерном блоке питания 2 шт.

Сборка устройства

Задающая часть нагревателя выполнена на полевых транзисторах IRFZ44V. Распиновка транзистора IRFZ44V.

Транзисторы нужно поставить на большой радиатор. Если устанавливать транзисторы на один радиатор то транзисторы нужно установить на резиновые прокладки и пластмассовые шайбочки чтобы не было замыкания между транзисторов.

Дросселя намотаны на кольцах от компьютерных БП. Сделанные из порошкового железа. Проводом 1,2 мм 7-15 витков.

Батарея конденсаторов должна быть на 4.7 мкФ. Желательно использовать не один конденсатор, а несколько конденсаторов. Конденсаторы должны быть подключены параллельно.

Катушка нагревателя сделана на проводе диаметром 2 мм 7-8 витков.

После сборки устройство работает сразу. Питается устройство от аккумулятора 12 вольт 7.2 А/ч. Напряжение питания устройства 4.8-28 вольт. При продолжительной работе перегреваются: батарея конденсаторов, полевые транзисторы и дросселя. Потребление тока при холостом ходу 6-8 Ампер.

При внесении в контур металлического предмета потребление тока сразу увеличивается до 10-12 А.

Вот проект индукционного нагревателя металлов простейшей конструкции, он собран по схеме мультивибратора и часто выступает как первый нагреватель, который делают радиолюбители.

Принцип действия ТВЧ установки

Катушка создает высокочастотное магнитное поле, и в металлическом предмете в середине катушки возникают вихревые токи, которые будут его разогревать. Даже маленькие катушки раскачивают ток около 100 A, поэтому параллельно с катушкой, подключена резонансная емкость, которая компенсирует ее индукционный характер. Схема катушка-конденсатор должна работать на их резонансной частоте.

ТВЧ катушка самодельная

Схема принципиальная электрическая

Схема индукционного нагревателя от 12В

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.

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.

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.

Нагрев отвертки до синего цвета ТВЧ
Нагрев ножа ТВЧ

Второй вариант схемы — с питанием от сети

Чтоб удобнее настраивать резонанс можно собрать более совершенную схему с драйвером IR2153. Рабочая частота настраивается регулятором 100к в резонанс. Частотами можно управлять в диапазоне примерно 20 — 200 кГц. Схема управления нуждается в вспомогательном напряжении 12-15 В от сетевого адаптера, а силовая часть через диодный мост может быть подключена напрямую к сети 220 В. Дроссель имеет около 20 витков 1,5 мм на ферритовом сердечнике 8×10 мм.

Схема индукционного нагревателя от сети 220В

Рабочая катушка ТВЧ должна быть из толстой проволоки или лучше медной трубки, и имеет около 10-30 витков на оправке 3-10 см. Конденсаторы 6 х 330n 250V. И то, и другое через некоторое время сильно нагревается. Резонансная частота около 30 кГц. Эта самодельная установка индукционного нагрева собрана в пластиковом корпусе и работает уже более года.

Приборы, осуществляющие нагрев за счет электричества, а не газа, безопасны и удобны. Такие нагреватели не производят копоти и неприятного запаха, но потребляют большое количество электроэнергии. Отличный выход - собрать индукционный нагреватель своими руками. Это и экономия средств, и вклад в бюджет семьи. Существует много простых схем, по которым индуктор можно собрать самостоятельно.

Для того чтобы было легче разобраться в схемах и правильно собрать конструкцию, нелишним будет заглянуть в историю электричества. Способы нагрева металлических конструкций электромагнитным током катушки широко используются в промышленном изготовлении бытовых приборов - котлов, нагревателей и плит. Оказывается, можно сделать рабочий и долговечный индукционный нагреватель своими руками.

Принцип работы устройств

Принцип работы устройств

Знаменитый британский ученый XIX века Фарадей в течение 9 лет проводил исследования, чтобы преобразовать магнитные волны в электричество. В 1931 году наконец было совершено открытие, получившее название электромагнитная индукция. Проволочная обмотка катушки, в центре которой находится сердечник из магнитящегося металла, создает магнитное поле под силой переменного тока. Под действием вихревых потоков сердечник нагревается.

Важный нюанс - нагревание произойдет, если переменный ток, питающий катушку, будет менять вектор и знак поля на высоких частотах.

Открытие Фарадея стали применять как в промышленности, так и при изготовлении самодельных моторов и электронагревателей. Первую плавильню на основе вихревого индуктора открыли в 1928 году в Шеффилде. Позже по тому же принципу обогревали цеха заводов, а для нагрева воды, металлических поверхностей знатоки собирали индуктор своими руками.

Схема устройства того времени действительна и сегодня. Классический пример - индукционный котел, в составе которого имеются:

• металлический сердечник;
• корпус;
• тепловая изоляция.

Меньший вес, размер и более высокий КПД осуществляются за счет тонких стальных труб, служащих основой сердечника. В кухонных плитках индуктором выступает сплющенная катушка, расположенная вблизи варочной панели.

Особенности схемы для ускорения частоты тока следующие:

• промышленная частота в 50 Гц не подходит для самодельных приборов;
• прямое подключение индуктора к сети приведет к гулу и слабому нагреву;
• эффективное нагревание осуществляется при частоте 10 кГц.

Сборка по схемам

Собрать индуктивный нагреватель своими руками может любой человек, знакомый с законами физики. Сложность устройства будет варьироваться от степени подготовленности и опытности мастера.

Существует множество видеоуроков, следуя которым можно создать эффективное устройство. Практически всегда необходимо использовать такие основные составляющие:

• стальная проволока диаметром 6−7 мм;
• медная проволока для катушки индуктивности;
• сетка из металла (для удержания проволоки внутри корпуса);
• переходники;
• трубы для корпуса (из пластика или стали);
• высокочастотный инвертор.

Этого будет достаточно для сборки индукционной катушки своими руками, а ведь именно она находится в основе проточного водонагревателя. После подготовки необходимых элементов можно подходить непосредственно к процессу изготовления аппарата:

• нарезать проволоку на отрезки в 6−7 см;
• металлической сеткой покрыть внутреннюю часть трубы и засыпать проволоку доверху;
• аналогично закрыть отверстие трубы снаружи;
• намотать на пластиковый корпус медную проволоку не менее 90 раз для катушки;
• вставить конструкцию в систему отопления;
• с помощью инвертора подключить катушку к электричеству.

Желательно предварительно заземлить инвертор и приготовить антифриз или воду.

По похожему алгоритму можно легко собрать индукционный котел, для чего следует:

• нарезать заготовки из стальной трубы 25 на 45 мм со стенкой не толще 2 мм;
• сварить их друг с другом, соединяя меньшими диаметрами между собой;
• приварить железные крышки к торцам и просверлить отверстия для патрубков с резьбой;
• сделать крепление для индукционной печки, приварив с одной стороны два уголка;
• вставить варочную панель в крепление из уголков и подключить к электросети;
• внести в систему теплоноситель и включить нагрев.

Многие индукторы работают на мощности не выше 2 - 2,5 кВт. Такие обогреватели рассчитаны на помещение 20 - 25 м². Если генератор используют в автосервисе, можно подключить его к сварочному аппарату, но важно учитывать определенные нюансы:

• Необходим переменный ток, а не постоянный как у инвертора. Сварочный аппарат придется исследовать на наличие точек, где напряжение не имеет прямой направленности.
• Количество витков к проводу большего сечения подбирается математическим вычислением.
• Потребуется охлаждение работающих элементов.

Создание усложненных приборов

Сделать нагревательную установку ТВЧ своими руками сложнее, но это подвластно радиолюбителям, ведь для ее сбора потребуется схема мультивибратора. Принцип работы аналогичен - вихревые токи, возникающие из взаимодействия металлического наполнителя в центре катушки и ее собственного высокомагнитного поля, нагревают поверхность.

Конструирование ТВЧ-установок

Поскольку даже небольшого размера катушки вырабатывают ток около 100 А, вместе с ними потребуется подключить резонирующую емкость для уравновешивания индукционной тяги. Существует 2 вида рабочих схем для нагревательной ТВЧ в 12 В:

• подключенная к питанию сети.

• целенаправленная электрическая;
• подключенная к питанию сети.

В первом случае мини ТВЧ-установку можно собрать за час. Даже при отсутствии сети в 220 В можно использовать такой генератор где угодно, но при наличии автомобильных аккумуляторов как источников питания. Конечно, она недостаточно мощная, чтобы плавить металл, но способна нагреться до высоких температур, необходимых для мелкой работы, например, нагрев ножей и отверток до синего цвета. Для ее создания необходимо приобрести:

• полевые транзисторы BUZ11, IRFP460, IRFP240;
• автомобильный аккумулятор от 70 А/ч;
• высоковольтные конденсаторы.

Ток источника питания 11 А в процессе нагревания снижается до 6 А из-за сопротивления металла, но необходимость в толстых проводах, выдерживающих ток 11−12 А, сохраняется, чтобы избежать их перегрева.

Вторая схема для индукционной установки нагрева в пластиковом корпусе более сложная, на основе драйвера IR2153, но по ней удобнее выстроить резонанс по регулятору в 100к. Управлять схемой необходимо через адаптер сети с напряжением от 12 В. Силовую часть можно подвести напрямую к основной сети в 220 В, используя диодный мост. Частота резонанса получается 30 кГц. Потребуются следующие элементы:

• ферритовый сердечник 10 мм и дроссель 20 витков;
• медная трубка в качестве катушки ТВЧ в 25 витков на оправку 5−8 см;
• конденсаторы 250 V.

Вихревые нагреватели

Более мощную установку, способную греть болты до желтого цвета, можно собрать по простой схеме. Но при работе выделение тепла будет довольно большим, поэтому рекомендуется устанавливать радиаторы на транзисторы. Также потребуется дроссель, позаимствовать который можно из блока питания любого компьютера, и следующие вспомогательные материалы:

• стальной ферромагнитный провод;
• медная проволока в 1,5 мм;
• полевые транзисторы и диоды под обратное напряжение от 500 В;
• стабилитроны мощностью 2−3 Вт с расчетом на 15 В;
• простые резисторы.

В зависимости от желаемого результата, намотка провода на медную основу составляет от 10 до 30 витков. Далее идет сборка схемы и подготовка катушки-основы нагревателя примерно из 7 витков медной проволоки в 1,5 мм. Она подключается к схеме, а затем к электричеству.

Умельцы, знакомые со сваркой и управлением трехфазным трансформатором, способны еще больше повысить КПД устройства при одновременном снижении веса и размера. Для этого нужно сварить основания двух труб, которые послужат как сердечником, так и нагревателем, а в корпус после обмотки вварить два патрубка для осуществления подвода и отвода теплоносителя.

Ориентируясь на схемы, можно достаточно быстро собрать индукторы различной мощности для нагрева воды, металлов, обогрева дома, гаража и автосервиса. Необходимо помнить и о правилах безопасности для эффективной службы нагревателей такого типа, ведь утечка теплоносителя из самодельного устройства может закончиться пожаром.

Есть определенные условия организации работы:

• расстояние между индукционным котлом, стенами, электроприборами должно быть не меньше 40 см, а от пола и потолка лучше отступить 1 м;
• с помощью манометра и устройства по сбросу воздуха обеспечивается система безопасности за выходным патрубком;
• пользоваться устройствами желательно в закрытых контурах с принудительной циркуляцией теплоносителя;
• возможно применение в пластиковых трубопроводах.

Самостоятельная сборка индукционных генераторов обойдется недорого, но и не бесплатно, ведь нужны комплектующие достаточно хорошего качества. Если у человека нет специальных знаний и опыта в радиотехнике и сварке, то не стоит самостоятельно собирать обогреватель для большой площади, ведь мощность нагрева не превысит 2,5 кВт.

Однако самостоятельная сборка индуктора может рассматриваться как самообразование и повышение квалификации хозяина дома на практике. Можно начать с небольших приборов по простым схемам, а поскольку принцип действия в более сложных устройствах тот же, только добавляются дополнительные элементы и преобразователи частоты, то и освоить его поэтапно будет легко и вполне бюджетно.

Вконтакте