Domowa nagrzewnica indukcyjna wirowa z falownika spawalniczego

Kup części na Aliexpress

Urządzenia ogrzewające prądem, a nie gazem, są bezpieczne i wygodne. Takie grzejniki nie wytwarzają sadzy i nieprzyjemnych zapachów, ale zużywają dużą ilość energii elektrycznej. Doskonałym wyjściem jest montaż nagrzewnicy indukcyjnej własnymi rękami. Oszczędza to pieniądze i przyczynia się do budżetu rodzinnego. Istnieje wiele prostych schematów, zgodnie z którymi cewkę indukcyjną można zmontować niezależnie.

Aby ułatwić zrozumienie obwodów i prawidłowy montaż konstrukcji, warto przyjrzeć się historii elektryczności. Metody nagrzewania konstrukcji metalowych prądem cewki elektromagnetycznej są szeroko stosowane w produkcja przemysłowa sprzętu AGD - kotły, grzejniki i piece. Okazuje się, że sprawną i trwałą nagrzewnicę indukcyjną można wykonać własnymi rękami.

Zasada działania urządzeń

Zasada działania urządzeń

Słynny XIX-wieczny brytyjski naukowiec Faraday spędził 9 lat na badaniach nad przekształceniem fal magnetycznych w energię elektryczną. W 1931 roku dokonano wreszcie odkrycia, zwanego indukcją elektromagnetyczną. Drutowe uzwojenie cewki, w środku którego znajduje się rdzeń z metalu magnetycznego, wytwarza pole magnetyczne pod wpływem prądu przemiennego. Pod wpływem przepływów wirowych rdzeń nagrzewa się.

Odkrycie Faradaya zaczęło być wykorzystywane zarówno w przemyśle, jak i przy produkcji domowych silników i grzałek elektrycznych. Pierwsza odlewnia oparta na induktorze wirowym została otwarta w 1928 roku w Sheffield. Później, zgodnie z tą samą zasadą, ogrzewano warsztaty fabryk, a do podgrzewania wody, powierzchni metalowych koneserzy montowali cewkę indukcyjną własnymi rękami.

Schemat urządzenia z tamtych czasów obowiązuje do dziś. Klasycznym przykładem jest kocioł indukcyjny, w skład którego wchodzą:

• metalowy rdzeń;
• rama;
• izolacja cieplna.

Cechy obwodu do przyspieszania częstotliwości prądu są następujące:

• częstotliwość przemysłowa 50 Hz nie nadaje się do urządzeń domowych;
• bezpośrednie podłączenie cewki indukcyjnej do sieci doprowadzi do buczenia i niskiego ogrzewania;
• efektywne ogrzewanie odbywa się z częstotliwością 10 kHz.

Montaż według schematów

Każdy, kto zna prawa fizyki, może własnoręcznie złożyć grzałkę indukcyjną. Złożoność urządzenia będzie się różnić w zależności od stopnia przygotowania i doświadczenia mistrza.

Istnieje wiele samouczków wideo, po których można stworzyć skuteczne urządzenie. Prawie zawsze konieczne jest użycie następujących podstawowych komponentów:

• drut stalowy o średnicy 6-7 mm;
• drut miedziany do cewki indukcyjnej;
• metalowa siatka (do trzymania drutu wewnątrz obudowy);
• adaptery;
• rury do korpusu (wykonane z tworzywa sztucznego lub stali);
• falownik wysokiej częstotliwości.

To wystarczy, aby zmontować cewkę indukcyjną własnymi rękami i to ona jest sercem przepływowego podgrzewacza wody. Po przygotowaniu niezbędnych elementów możesz przejść bezpośrednio do procesu produkcyjnego urządzenia:

• pociąć drut na odcinki 6-7 cm;
• przykryj wnętrze rury metalową siatką i wypełnij drut do góry;
• podobnie zamknąć otwór rury od zewnątrz;
• owinąć miedziany drut wokół plastikowej obudowy co najmniej 90 razy dla cewki;
• włóż konstrukcję do systemu grzewczego;
• za pomocą falownika podłączyć cewkę do prądu.

Według podobnego algorytmu bez problemu zmontujesz kocioł indukcyjny, do którego należy:

• wyciąć półfabrykaty ze stalowej rury 25 na 45 mm ze ścianą nie grubszą niż 2 mm;
• zespawaj je ze sobą, łącząc je z mniejszymi średnicami;
• przyspawać żelazne osłony na końcach i wywiercić otwory na rury gwintowane;
• wykonać uchwyt do kuchenki indukcyjnej, spawając dwa rogi z jednej strony;
• włóż płytę do uchwytu od rogów i podłącz do sieci;
• dodaj płyn chłodzący do systemu i włącz ogrzewanie.

Wiele cewek pracuje z mocą nie większą niż 2 - 2,5 kW. Takie grzejniki są przeznaczone do pomieszczenia o powierzchni 20 - 25 m²

Jeśli generator jest używany w serwisie samochodowym, możesz podłączyć go do spawarki, ale ważne jest, aby wziąć pod uwagę pewne niuanse:

• Potrzebujesz AC, a nie DC jak falownika. Spawarka będzie musiała zostać zbadana pod kątem obecności punktów, w których napięcie nie ma bezpośredniego kierunku.
• Liczba zwojów drutu o większym przekroju jest wybierana na podstawie obliczeń matematycznych.
• Wymagane będzie chłodzenie elementów roboczych.

O zasadzie nagrzewania indukcyjnego

Najpierw wyjaśnijmy, jak działają elektryczne nagrzewnice indukcyjne. Prąd przemienny, przechodzący przez zwoje cewki, tworzy wokół niej pole elektromagnetyczne. Jeśli magnetyczny rdzeń metalowy zostanie umieszczony wewnątrz uzwojenia, zostanie on nagrzany przez prądy wirowe powstające pod wpływem pola. To cała zasada.

Sam element grzejny nazywany jest cewką indukcyjną i jest główną częścią instalacji. W kotłach grzewczych jest to stalowa rura z przepływającym wewnątrz płynem chłodzącym, a w piecach kuchennych jest to wężownica płaska jak najbliżej płyty grzejnej, jak pokazano na poniższym zdjęciu.

Druga część nagrzewnica indukcyjna - schemat, zwiększając częstotliwość prądu. Chodzi o to, że napięcie częstotliwość przemysłowa 50 Hz nieodpowiednie dla takich urządzeń. Jeśli podłączysz cewkę indukcyjną bezpośrednio do sieci, zacznie mocno szumieć i lekko nagrzewać rdzeń i razem z uzwojeniami. Aby skutecznie przekształcić energię elektryczną w ciepło i całkowicie przenieść ją do metalu, częstotliwość musi zostać zwiększona do co najmniej 10 kHz, co robi obwód elektryczny.

Jakie są rzeczywiste zalety kotłów indukcyjnych nad elementami grzejnymi i kotłami elektrodowymi:

1. Część podgrzewająca wodę to prosta rura, która nie uczestniczy w procesach elektrochemicznych (jak w elektrodowych generatorach ciepła).Dlatego żywotność cewki jest ograniczona tylko wydajnością cewki i może osiągnąć 10-20 lat.
2. Z tego samego powodu element jest równie „przyjacielski” ze wszystkimi rodzajami płynów chłodzących - wodą, płynem niezamarzającym, a nawet olejem silnikowym, nie ma różnicy.
3. Wnętrze cewki indukcyjnej nie jest pokryte kamieniem podczas pracy.

Plusy i minusy urządzeń indukcyjnych do podgrzewania wody

Urządzenie ma dość prostą konstrukcję i nie wymaga specjalnych dokumentów pozwalających na użytkowanie i instalację. Indukcyjny podgrzewacz wody charakteryzuje się wysoką sprawnością i optymalną niezawodnością dla użytkownika. Używając go jako kotła do ogrzewania, nie trzeba nawet instalować pompy, ponieważ woda przepływa przez rury w wyniku konwekcji (po podgrzaniu ciecz praktycznie zamienia się w parę).

Ponadto urządzenie posiada szereg zalet, które odróżniają je od innych typów podgrzewaczy wody. A więc nagrzewnica indukcyjna:

W nagrzewnicach indukcyjnych woda nagrzewa się dzięki rurze, przez którą przepływa, a ta ostatnia jest podgrzewana przez prąd indukcyjny wytwarzany przez cewkę.

• znacznie tańsze niż ich odpowiedniki, takie urządzenie można łatwo zmontować niezależnie;
• całkowicie cichy (chociaż cewka wibruje podczas pracy, ta wibracja nie jest zauważalna dla osoby);
• wibruje podczas pracy, dzięki czemu brud i kamień nie przyklejają się do jego ścian i dlatego nie wymagają czyszczenia;
• posiada generator ciepła, który można łatwo uszczelnić ze względu na zasadę działania: chłodziwo znajduje się wewnątrz elementu grzejnego, a energia jest przekazywana do grzałki za pomocą pola elektromagnetycznego, nie są potrzebne żadne styki; dlatego nie będą potrzebne gumy uszczelniające, uszczelki i inne elementy, które mogą szybko ulec pogorszeniu lub przeciekać;
• po prostu nie ma nic do złamania w generatorze ciepła, ponieważ woda jest podgrzewana przez zwykłą rurę, która nie jest w stanie zepsuć się ani wypalić, w przeciwieństwie do elementu grzejnego;

Nie zapominaj, że konserwacja nagrzewnicy indukcyjnej będzie znacznie tańsza niż kocioł lub kocioł gazowy. Urządzenie ma minimum części, które prawie nigdy nie zawodzą.

Pomimo ogromnej liczby zalet, indukcyjny podgrzewacz wody ma szereg wad:

• pierwszym i najbardziej bolesnym dla właścicieli jest rachunek za prąd; urządzenia nie można nazwać ekonomicznym, więc za jego użytkowanie trzeba zapłacić przyzwoitą ilość czasu;
• po drugie, urządzenie bardzo się nagrzewa i nagrzewa nie tylko siebie, ale także otaczającą przestrzeń, dlatego lepiej nie dotykać korpusu generatora ciepła podczas jego pracy;
• po trzecie, urządzenie ma wyjątkowo wysoką wydajność i odprowadzanie ciepła, dlatego podczas jego użytkowania należy zainstalować czujnik temperatury, w przeciwnym razie system może eksplodować.

Zalety jednostek typu indukcyjnego

Niewątpliwymi zaletami tego typu domowych urządzeń grzewczych są następujące cechy:

• wydajność - przetwarzanie energii elektrycznej na ciepło odbywa się prawie całkowicie bez znacznych strat;
• łatwość użytkowania - nie jest wymagana stała konserwacja jednostek tego typu;
• kompaktowe wymiary - indukcyjne podgrzewacze wody są niewielkich rozmiarów, można je zainstalować w systemie grzewczym w prawie każdym pomieszczeniu;
• cisza w pracy - sprzęt ten pracuje dość cicho, podczas jego pracy nie występuje żaden hałas;
• długa żywotność - jednostki indukcyjne są trwałe, mogą pracować nieprzerwanie przez 30 lat lub dłużej;
• wysoka efektywność środowiskowa - podczas pracy urządzenia nie występują szkodliwe emisje, nie jest wymagany komin i instalacja wentylacyjna.

Wiele osób uważa, że ​​kotły indukcyjne są znacznie bardziej opłacalne niż inne opcje ogrzewania domu. A w porównaniu do urządzeń wyposażonych w elementy grzejne, czas nagrzewania tych jednostek jest prawie dwukrotnie szybszy. Dzięki stałej cyrkulacji i wibracjom cieczy w rurach i wewnątrz urządzenia nie tworzy się kamień, co znacznie ułatwia konserwację i pielęgnację instalacji grzewczej.

Wygląd kotłów indukcyjnych

Ale tego typu urządzenie ma też pewne wady. Główną wadą jest to, że sprzęt indukcyjny jest dość drogi pod względem kosztów. Ale możesz sam spróbować zrobić taki grzejnik do ogrzewania domu.

Rada. Jeśli masz pewne umiejętności i wiedzę techniczną, możesz własnoręcznie zmontować nagrzewnicę indukcyjną do swojego domu. Ale zanim przystąpisz do montażu urządzenia, musisz najpierw realistycznie ocenić swoje możliwości i doświadczenie w tworzeniu takich jednostek, ponieważ ich wykonanie nie jest takie łatwe.

Opcje dla domowych urządzeń

W Internecie istnieje wystarczająca liczba różnych projektów stworzonych do różnych celów. Weźmy małą nagrzewnicę indukcyjną wykonaną z zasilacza komputerowego o mocy 250-500 W. Model pokazany na zdjęciu przyda się mistrzowi w garażu lub serwisie samochodowym do topienia prętów aluminiowych, miedzianych i mosiężnych.

Ale w przypadku ogrzewania pomieszczeń projekt nie jest odpowiedni ze względu na niską moc. W Internecie są dwie prawdziwe opcje, których testy i prace są filmowane na wideo:

• podgrzewacz wody wykonany z rury polipropylenowej zasilany falownikiem spawalniczym lub indukcyjnym panelem kuchennym;
• kocioł stalowy z ogrzewaniem z tej samej płyty.

Teraz przyjrzyjmy się bliżej, jak powstają nagrzewnice indukcyjne do samodzielnego montażu, a co najważniejsze, jak wtedy działają.

Wykonujemy element grzejny z rury

Jeśli byłeś ściśle zaangażowany w poszukiwanie informacji na ten temat, prawdopodobnie natknąłeś się na ten projekt, ponieważ mistrz opublikował swój zespół w popularnym zasobie wideo na YouTube. Następnie wiele witryn opublikowało wersje tekstowe produkcji tego induktora w formie instrukcji krok po kroku. Krótko mówiąc, grzałka robi się tak:

1. Wewnątrz rurki wykonanej z polipropylenu o średnicy 40 mm i długości 50 cm znajdują się metalowe szczotki do mycia naczyń (można użyć drutu posiekanego - walcówka). Musi być przyciągnięty przez magnes.
2. Odgałęzienia z gwintami są przylutowane do rury w celu podłączenia do sieci ciepłowniczej.
3. Na zewnątrz wzdłuż korpusu przyklejono 4-5 prętów tekstolitowych. Nawinięty jest na nie drut o przekroju 1,7-2 mm² z izolacją szklaną, który stosuje się w transformatorach spawalniczych.
4. Płyta jest demontowana, a „rodzimy” płaski induktor jest zdemontowany. Zamiast tego podłączony jest domowy grzejnik z rury.

Jak można się domyślić, rolę elementu grzejnego pełnią tu metalowe szczotki umieszczone w zmiennym polu magnetycznym cewki. Jeśli uruchomisz płytę do maksimum, jednocześnie przepuszczając bieżącą wodę przez zaimprowizowany kocioł, możliwe będzie podgrzanie jej o 15-20 ° C, co wykazały testy urządzenia.

Ponieważ moc większości kuchenek indukcyjnych mieści się w zakresie 2–2,5 kW, za pomocą generatora ciepła można ogrzewać pomieszczenia o łącznej powierzchni nie większej niż 25 m². Istnieje sposób na zwiększenie ciepła poprzez podłączenie cewki indukcyjnej do spawarki, ale są tutaj pewne trudności:

1. Falownik wytwarza prąd stały, ale potrzebny jest prąd przemienny. Aby podłączyć nagrzewnicę indukcyjną, należy zdemontować urządzenie i znaleźć na schemacie punkty, w których napięcie nie zostało jeszcze wyprostowane.
2. Konieczne jest wzięcie drutu o większym przekroju i obliczenie liczby zwojów. Opcjonalnie drut miedziany Ø1,5 mm w izolacji emaliowanej.
3. Konieczne będzie zorganizowanie chłodzenia elementu.

Autor przedstawia kontrolę działania indukcyjnego podgrzewacza wody w swoim filmie poniżej. Testy wykazały, że urządzenie wymaga poprawy, ale ostateczny wynik niestety nie jest znany. Wygląda na to, że rzemieślnik zostawił projekt niedokończony.

Z falownika spawalniczego

Najprostszą opcją budżetową jest wykonanie nagrzewnicy indukcyjnej za pomocą falownika spawalniczego:

1. Aby to zrobić, bierzemy rurę polimerową, jej ściany muszą być grube. Od końców montujemy 2 zawory i podłączamy okablowanie.
2. Napełniamy rurę kawałkami (średnica 5 mm) drutu metalowego i montujemy górny zawór.
3. Następnie wykonujemy 90 zwojów wokół rury drutem miedzianym, otrzymujemy cewkę indukcyjną. Elementem grzejnym jest rura, używamy spawarki jako generatora.
4. Przyrząd musi być w trybie AC o wysokiej częstotliwości.
5. Podłączamy drut miedziany do biegunów spawarki i sprawdzamy pracę.

Działając jako cewka indukcyjna, wypromieniowane zostanie pole magnetyczne, podczas gdy prądy wirowe rozgrzeją posiekany drut, co doprowadzi do wrzenia wody w rurze polimerowej.

Instrukcje produkcyjne

Plany

Rysunek 1. Schemat elektryczny nagrzewnicy indukcyjnej

Rysunek 2. Urządzenie.

Rysunek 3. Schemat prostej nagrzewnicy indukcyjnej

Do produkcji pieca potrzebne będą następujące materiały i narzędzia:

• lutownica;
• lutować;
• tablica tekstolitowa.
• mini wiertarka.
• radioelementy.
• pasta termiczna.
• odczynniki chemiczne do trawienia płyt.

Dodatkowy materiały i ich cechy:

1. Aby wykonać cewkę, która będzie emitować zmienne pole magnetyczne niezbędne do nagrzewania, konieczne jest przygotowanie kawałka miedzianej rurki o średnicy 8 mm i długości 800 mm.
2. Potężne tranzystory mocy są najdroższą częścią domowej instalacji indukcyjnej. Aby zamontować obwód generatora częstotliwości, konieczne jest przygotowanie 2 takich elementów. Do tych celów odpowiednie są tranzystory marek: IRFP-150; IRFP-260; IRFP-460. Do produkcji obwodu wykorzystywane są 2 identyczne z wymienionych tranzystorów polowych.
3. Do produkcji obwodu oscylacyjnego potrzebne będą kondensatory ceramiczne o pojemności 0,1 mF i napięciu roboczym 1600 V. Aby w cewce powstał prąd przemienny o dużej mocy, wymaganych jest 7 takich kondensatorów.
4. Podczas pracy takiego urządzenia indukcyjnego tranzystory polowe będą bardzo gorące i jeśli nie zostaną do nich przymocowane grzejniki ze stopu aluminium, to po kilku sekundach pracy przy maksymalnej mocy elementy te ulegną awarii. Umieszczenie tranzystorów na radiatorach powinno odbywać się przez cienką warstwę pasty termicznej, w przeciwnym razie wydajność takiego chłodzenia będzie minimalna.
5. Diody zastosowane w nagrzewnicy indukcyjnej muszą działać ultraszybko. Najbardziej odpowiednie dla tego obwodu diody: MUR-460; UV-4007; HER-307.
6. Rezystory stosowane w obwodzie 3: 10 kOhm o mocy 0,25 W - 2 szt. i moc 440 omów - 2 waty. Diody Zenera: 2 szt. o napięciu roboczym 15 V. Moc diod Zenera musi wynosić co najmniej 2 waty. Przy indukcji zastosowano dławik do podłączenia do wyjść mocy cewki.
7. Do zasilania całego urządzenia potrzebny będzie zasilacz o mocy do 500 W. i napięcie 12 - 40 V. Możesz zasilać to urządzenie z akumulatora samochodowego, ale przy tym napięciu nie będziesz w stanie uzyskać najwyższych odczytów mocy.

Sam proces wytwarzania generatora elektronicznego i cewki zajmuje trochę czasu i odbywa się w następującej kolejności:

1. Spirala o średnicy 4 cm wykonana jest z rury miedzianej, aby wykonać spiralę, rurkę miedzianą należy nawinąć na pręt o płaskiej powierzchni o średnicy 4 cm Spirala powinna mieć 7 zwojów, które nie powinny się stykać . Pierścienie montażowe są przylutowane do 2 końców rury w celu podłączenia do radiatorów tranzystorowych.
2. Płytka drukowana wykonana jest zgodnie ze schematem.Jeśli istnieje możliwość zasilania kondensatorów polipropylenowych, to dzięki temu, że takie elementy mają minimalne straty i stabilną pracę przy dużych amplitudach wahań napięcia, urządzenie będzie pracowało znacznie stabilniej. Kondensatory w obwodzie są zainstalowane równolegle, tworząc obwód oscylacyjny z miedzianą cewką.
3. Nagrzewanie metalu następuje wewnątrz cewki, po podłączeniu obwodu do zasilacza lub akumulatora. Podczas podgrzewania metalu należy upewnić się, że nie ma zwarcia uzwojeń sprężynowych. Jeśli dotkniesz rozgrzanego metalu 2 zwoje cewki w tym samym czasie, tranzystory natychmiast ulegną awarii.

Funkcje operacyjne

Domowy montaż grzejnika to tylko połowa sukcesu

Równie ważne jest prawidłowe działanie powstałej konstrukcji. Początkowo każde takie urządzenie stwarza pewne niebezpieczeństwo, ponieważ nie jest w stanie samodzielnie kontrolować poziomu nagrzewania się chłodziwa. W związku z tym każdy grzejnik wymaga pewnego udoskonalenia, czyli instalacji i podłączenia dodatkowych urządzeń sterujących i automatycznych.

W związku z tym każdy grzejnik wymaga pewnego udoskonalenia, czyli instalacji i podłączenia dodatkowych urządzeń sterujących i automatycznych.

Przede wszystkim wylot rury wyposażony jest w standardowy zestaw urządzeń zabezpieczających - zawór bezpieczeństwa, manometr oraz urządzenie do odpowietrzania. Należy pamiętać, że nagrzewnice indukcyjne działają normalnie tylko przy wymuszonym obiegu wody.Obwód grawitacyjny bardzo szybko doprowadzi do przegrzania elementu i zniszczenia plastikowej rury.

Aby uniknąć takich sytuacji, w nagrzewnicy montowany jest termostat, podłączony do awaryjnego urządzenia wyłączającego. Doświadczeni inżynierowie elektrycy używają w tym celu termostatów z czujnikami temperatury i przekaźnikami, które wyłączają obwód, gdy płyn chłodzący osiągnie ustawioną temperaturę.

Domowe projekty charakteryzują się dość niską wydajnością, ponieważ zamiast swobodnego przejścia na drodze wody znajduje się przeszkoda w postaci drobinek drutu. Prawie całkowicie zakrywają rurę, powodując zwiększony opór hydrauliczny. W sytuacjach awaryjnych możliwe jest uszkodzenie i pęknięcie plastiku, po czym gorąca woda z pewnością doprowadzi do zwarcia. Zazwyczaj grzejniki te są stosowane w małych pomieszczeniach jako dodatkowy system grzewczy w zimnych porach roku.

Zastosowanie w urządzeniach grzewczych cewek indukcyjnych zamiast tradycyjnych elementów grzejnych pozwoliło na znaczne zwiększenie sprawności jednostek przy mniejszym zużyciu energii elektrycznej. Nagrzewnice indukcyjne pojawiły się w sprzedaży stosunkowo niedawno, ponadto po dość wysokich cenach. Dlatego rzemieślnicy nie pozostawili tego tematu bez uwagi i wymyślili, jak zrobić nagrzewnicę indukcyjną z falownika spawalniczego.