Как сделать индукционный нагреватель своими руками из сварочного инвертора — Стиль жизни

Индукционный нагреватель своими руками

Известен ряд конструкций индукторов, изготовленных из сварочного инвертора, принцип действия которых может быть использован для наведения в металле вихревых токов Фуко.

Изготовление самодельного индуктора заключается в следующем. Вначале потребуется изготовить прочный корпус, в котором будет находиться узел крепления нагреваемой заготовки. Корпус необходимо подвергнуть закалке, чтобы он не деформировался под воздействием возможных ударов. Ещё лучше, если материал подвергнуть азотированию: в этом случае реализуются два преимущества — дополнительное увеличение твердости за счет более полного превращения остаточного аустенита в мартенсит, и улучшение скин-эффекта, когда по внешней стороне заготовки будет протекать более мощный ток. Прочность оценивается по пробе на искру.

Следующей стадией является изготовление нагревающей катушки. Её делают из индивидуально изолированных проводов: в этом случае потери мощности будут минимальными. Подойдёт и медная трубка – она имеет большую площадь поверхности, по которой будут наводиться вихревые токи, при этом собственный нагрев индуктора из-за высокой электропроводности меди практически отсутствует.

После подключения катушки к системе водяного охлаждения и проверки системы прокачки индуктор готов к работе.

Особенности эксплуатации самоделки

При благополучной сборке индукционного устройства нужно научиться правильно его использовать. Каждая система представляет опасность, т.к. не умеет автоматически регулировать интенсивность нагрева теплоносителя. Проблема решается посредством некоторых доработок, которые сводятся к монтажу и подсоединению дополнительных механизмов.

Индукционная катушка

Рабочая катушка состоит из проволоки диаметром 3.3 мм. Рекомендуется изготавливать ее из медной трубы, в которую можно интегрировать примитивный контур охлаждения. В процессе работы катушка подвергается интенсивного нагреву. Поэтому нужно собирать ее из устойчивых к температурному воздействию материалов.

Индукционная катушка должна быть из материалов, устойчивых к температурному воздействию.

Модуль резонансного конденсатора

Для сборки резонансного конденсатора, который напоминает небольшую батарею, нужно использовать 23 небольших конденсатора. Емкость детали составит 2,3 мкФ. Допускается применение конденсаторов емкостью 100 нФ.

Такие типы не предназначаются для схемы индукционного нагревателя, но они хорошо справляются со своей задачей.

Установка индукционного нагревателя

Чтобы исключить перегрев индукционного нагревателя и деформацию трубы из пластика, нужно предусмотреть термостат и подключить его к системе аварийного отключения.

Как работает индукционный нагреватель?

Для реализации процесса индукционного нагрева используется известный физический принцип, когда для деформирования в горячем состоянии заготовку размещают в магнитном поле кольцеобразного индуктора. Питание такой катушки производится электрическим переменным током частоты, резко выше, чем обычная (50 или 60 Гц).

Принцип работы индукционного нагревателя следующий. Создаваемые в электромагнитном поле вихревые токи (у них есть и другое название – токи Фуко) производят нагрев металла

Непосредственное соприкосновение заготовки и нагревательного элемента не обязательно, важно только, чтобы индуктор равномерно охватывал нагреваемую поверхность металла. Используя трансформатор, установка подключается к генератору, который обеспечивает требующиеся значения мощности и частоты

Индукционным нагревом можно обеспечить сравнительно быстрое повышение температуры поверхностных слоёв. В частности, для нагревания прутковой заготовки сечением 35…40 мм и длиной 140….150 мм потребуется около 20…25 с.

Примерные диапазоны соответствия наилучшей частоты тока и поперечного сечения круглого прутка приведены в таблице.

Диаметр, мм	20…40	40…60	60…80	80…100	100…120
Частота, кГц	100…40	40…10	10…4	4…1	1…0,5

Для полосового металла применять индукционный нагрев менее выгодно, чем для круглого прутка, поскольку расстояние между внутренним диаметром катушки и металлом непостоянно.

Обычно применяется частота от 10 кГц, тогда КПД индукционного нагревателя достигает максимума. Частота регулируется в зависимости от:

требуемой производительности нагрева;
температуры нагреваемого металла;
размеров поперечного сечения.

Конструкции промышленных индукторов снабжаются устройствами для автоматической загрузки-выгрузки нагретых заготовок. Это необходимо потому, чтобы интервал между нагревом и пластическим деформированием металла был минимальным.

Время нагрева стальных заготовок невелико: для сечения 20 мм оно составляет всего 10 с, поэтому потери металла в окалину незначительны.

https://youtube.com/watch?v=0zW2OFHFPWk

Шаг 1: Компоненты

Основные компоненты высокочастотного индукционного нагревателя для нагрева металла электричеством — инвертор, драйвер, соединительный трансформатор и колебательный контур RLC. Вы увидите схему чуть позже. Начнем с инвертора. Это — электрическое устройство, которое изменяет постоянный ток на переменный. Для мощного модуля он должен работать стабильно. Сверху находится защита, которая используется, чтобы защитить привод логического элемента МОП-транзистора от любого случайного перепада напряжения. Случайные перепады вызывают шум, который приводит к переключению на высокие частоты. Это приводит к перегреву и отказу МОП-транзистора.

Линии с большой силой тока находятся внизу печатной платы. Много слоев меди используются, чтобы позволить им пропускать более 50А тока. Нам не нужен перегрев

Также обратите внимание на большие алюминиевые радиаторы с водяным охлаждением с обеих сторон. Это необходимо, чтобы рассеивать тепло, вырабатываемое МОП-транзисторами

Изначально я использовал вентиляторы, но чтобы справиться с этой мощностью, я установил небольшие водяные насосы, благодаря которым вода циркулирует через алюминиевые теплоотводы. Пока вода чистая, трубки не проводят ток. У меня также установлены тонкие слюдяные пластины под МОП-транзисторами, чтобы гарантировать отсутствие проводимости через стоки.

Как вести электрод и правильный угол наклона электрода

После розжига дуги контролируйте сварочную ванну. Удерживайте электрод на расстоянии 2-3 мм от поверхности свариваемых заготовок. Вы должны видеть и отделять сварочную ванну от шлака.

Сварочная ванна – это яркое белое пятно из раскалённого металла.

Электрод держите под углом от 30° до 60°, одновременно сохраняя оптимальное расстояние, т.к. стержень плавиться. Контролируйте его положение и состояние сварочной ванны. Ускоряйте или замедляйте движение руки в зависимости от различных условий и случаев.

Угол наклона электрода сварщик выбирает в зависимости от пространственного положения, сварного шва и выставленного тока. Чем быстрей вы ведёте электрод, тем меньше нагрев металла и величина провара. Если вести электрод медленно, то можно перегреть металл и прожечь дыру в изделии.

Тренироваться самостоятельно новичку сначала нужно на толстом листе металла. Задача: научиться разжигать сварочную дугу и вести электрод по горизонтальной поверхности, чтобы получился качественный шов.

После этого можно приступать к сварке в других пространственных положениях. Хорошим подспорьем для новичков станет видео — Сварка для «чайников» от FORUMHOUSE, в котором технический специалист Денис Замыслов расскажет об азах сварочного мастерства и выборе инверторного аппарата.

ТВЧ печи для закалки от ЗАО “СМК”

Модульная конструкция ТВЧ установок индукционного нагрева позволяет компоновать рабочие станции с различными характеристиками, соответствующими техническим и экономическим потребностям заказчика. Это также даёт возможность менять изначальную комплектацию (при изменении модели генератора или контроллера).

имеет опыт автоматизации процессов термической обработки по условиям технического задания Заказчика.

Принцип работы:

Индукционный нагрев осуществляется за счет энергии электромагнитного поля. Петля индуктора необходимого размера подносится к обрабатываемой детали. Средне- и высокочастотный переменный ток (ТВЧ), проходящий по петле, создает на поверхности обрабатываемой детали вихревые токи, величина которых может контролироваться и программироваться. Индукционный нагрев происходит без непосредственного контакта, при этом термообработке подвергаются только металлические части. Индукционный нагрев характеризуется высокой эффективностью переноса энергии без потерь тепла. Глубина проникновения индуцируемых токов напрямую зависит от рабочей частоты генератора (ТВЧ установки индукционного нагрева) — чем выше частота, тем больше плотность тока на поверхности обрабатываемой детали. Понижая рабочую частоту можно увеличить глубину проникновения ТВЧ, т.е. глубину нагрева.

Преимущества:

Генераторы (ТВЧ установки индукционного нагрева) CEIA обладают следующими преимуществами:

высокая эффективность;
малые габариты и возможность встраивания в автоматизированные лини;
локализация области нагрева (благодаря точно подобранному индуктору);
микропроцессор, обеспечивающий повторяемость рабочего цикла;
система самодиагностики, подающая сигнал и выключающая установку в случае неполадки;
возможность выноса в рабочую зону только нагревательной головы с индуктором (соединительный кабель длиной до 4 м);
оборудование соответствует требованиям электротехнической безопасности и имеет сертификат ISO 9001.

Применение:

Генераторы (ТВЧ установки индукционного нагрева) CIEA применяется для различных видов термообработки всех токопроводящих изделий (металлические сплавы, цветные металлы, углеродные и кремниевые соединения):

нагрева;
закалки;
отжига;
пайки инструмента, в том числе и алмазного или твердосплавного;
пайки микросхем, разъёмов, кабелей;
пайки алюминия.

ПКФ «Цвет» специализируется на оказании услуг металлообработки, у нас большой опыт работы в этом направлении. Мы оказываем различные услуги упомянутого спектра, а закалка ТВЧ входит в их число. Эта услуга пользуется широким спросом на территории РФ. Компания обладает всем необходимым оборудованием для решения рассматриваемой задачи. Сотрудничество с нами будет выгодным, удобным и комфортным.

Основные характеристики

Закалка стали ТВЧ позволяет придать материалу достаточный уровень прочности. Данная процедура считается самой распространенной. Подобной обработке подвергают не только саму деталь, но и отдельные части заготовки, которые должны обладать определенными показателями прочности. Применение упомянутой процедуры существенно продлевает срок эксплуатации различных деталей.

Закалка металла ТВЧ основана на применении электротока, проходящего по поверхности детали, последняя находится в индукторе. В результате обработки деталь нагревается на определенную глубину, остальная часть изделия не нагревается. Данный метод имеет множество преимуществ, так как применения данной технологии дает возможность контролировать режим зажим закалки, заменить легированную сталь на углеродистую.

Обработанные заготовки приобретают высокие прочностные характеристики, в ходе выполнения задачи не возникает закалочных трещин. Обрабатываемая поверхность не окисляется и не обезуглероживается. Закалка токами высокой частоты выполняется в короткий срок, поскольку отсутствует необходимость нагревать заготовку целиком. Компания применяет высококачественное оборудования для выполнения обработки рассматриваемого вида. Мы осуществляем закалку ТВЧ на высоком профессиональном уровне.

Преимущества самодельного устройства

Нагреватели имеют несколько важных достоинств. К ним относят следующие пункты:

На поверхности агрегата не появляется накипь, поскольку при образовании вихревых токов происходит вибрация. Подобная особенность исключает дополнительные траты на очистку котлов.
Теплогенератор отличается максимальной герметичностью, даже если он изготовлен своими руками. Вероятность протечек в котлах исключается, поскольку теплоноситель прогревается внутри трубы, а тепловая энергия передается посредством электромагнитного поля. В устройстве системы не предусмотрены разъемные соединения.
Нагревательный прибор не нуждается в ремонте или обслуживании, поскольку он представляет собой трубку из меди. Для сравнения, спираль ТЭНа часто перегорает и требует замены.
Во время работы инверторного оборудования отсутствует избыточный шум. При этом агрегат создает вибрации, но их частота настолько низкая, что они практически не ощущаются.
Сборка и обслуживание системы не сопровождаются большими затратами. Это позволяет без особых сложностей и финансовых вложений соорудить обогревательный прибор в домашних условиях.

Особенности эксплуатации

Самодельная сборка нагревателя – это лишь половина дела

Не менее важное значение имеет правильная эксплуатация получившейся конструкции. Изначально, каждый такой прибор представляет определенную опасность, поскольку он не способен самостоятельно контролировать уровень нагрева теплоносителя

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

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

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

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

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

Использование индукционных катушек вместо традиционных ТЭН в отопительном оборудовании позволило значительно увеличить КПД агрегатов при меньшем потреблении электроэнергии. Индукционные нагреватели появились в продаже относительно недавно, к тому же по достаточно высоким ценам. Поэтому народные умельцы не оставили эту тему без внимания и придумали, как сделать индукционный нагреватель из сварочного инвертора.

Какие бывают виды и типы электродов по маркам

Если зайти в любой специализированный магазин по продаже сварочного оборудования и посмотреть на ассортимент, то глаза просто разбегаются от предложений разных типов электродов. Что купить?

Выбирая электроды для сварки, обратите внимание на состав сердечника. Металл стержня должен быть идентичен свариваемому металлу

Есть электроды следующих видов. Для сварки:

Углеродистой и легированной стали
Для сваривания нержавейки и цветных металлов.

Упростим выбор. В быту чаще всего сваривают обычный «черный» металл – профильные и круглые трубы, уголки, полосы, арматуру, швеллеры, двутавровые балки, трубы водопровода и т.д.

Также обратите внимание на обмазку электродов. Есть четыре типа покрытий – основной, рутиловый, кислый и целлюлозный

Оставим за рамками данной статьи кислое и целлюлозное покрытие электродов. Для домашних работ сварщику достаточно электродов с рутиловым покрытием (марки МР-3 и ОК 63) и основным покрытием (марка УОНИ 13/55).

Плюсы электродов с основным покрытием:

Подходят для сварки ответственных конструкций с высокими требованиями к качеству шва.
Шов пластичен и ударостоек.

Недостаток электродов с основным покрытием:

Повышенные требования к чистоте поверхности свариваемого металла и обработке кромок деталей.
Для начинающих сварщиков более сложен повторный поджиг электрода.

Плюсы электродов с рутиловым покрытием:

Металл меньше разбрызгивается.
Легкий повторный поджиг электрода.
Стабильность дуги во всех пространственных положениях.

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.

Необходимые материалы и инструменты

Чтобы смонтировать индукционный котел из сварочного инвертора самому, прежде всего, нужно приготовить все необходимые инструменты и материалы, к которым можно отнести следующее:

инвертор от агрегата для сварки, который значительно облегчит монтаж нагревателя;
пластиковая труба с толстыми стенками, которая будет корпусом собираемого устройства;
нержавеющая проволока из металла, которая станет нагреваемым элементом в электромагнитном поле;
металлическая сетка, роль которой будет заключаться в удержании внутри прибора кусков нержавеющей проволоки;
медная проволока для создания индуктора;
циркуляционный насос для беспрерывной подачи воды;
терморегулятор;
переходники и шаровые краны для подсоединения нагревателя к отоплению;
кусачки для обработки проволоки.

Особенности эксплуатации

Самодельная сборка нагревателя – это лишь половина дела

Устройство самодельного нагревателя

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

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

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

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

Инструкция по изготовлению

Чертежи

Рисунок 1. Электрическая схема индукционного нагревателя

Рисунок 2. Устройство.

Рисунок 3. Схема простого индукционного нагревателя

Для изготовления печи понадобятся следующие материалы и инструменты:

паяльник;
припой;
текстолитовая плата.
мини-дрель.
радиоэлементы.
термопаста.
химические реагенты для травления платы.

Дополнительные материалы и их особенности:

Для изготовления катушки, которая будет излучать необходимое для нагрева переменное магнитное поле, необходимо приготовить отрезок медной трубки диаметром 8 мм, и длиной 800 мм.
Мощные силовые транзисторы являются самой дорогой частью самодельной индукционной установки. Для монтажа схемы частотного генератора необходимо приготовить 2 таких элемента. Для этих целей подойдут транзисторы марок: IRFP-150; IRFP-260; IRFP-460. При изготовлении схемы используются 2 одинаковых из перечисленных полевых транзисторов.
Для изготовления колебательно контура понадобятся керамические конденсаторы ёмкостью 0,1 mF и рабочим напряжением 1600 В. Для того, чтобы в катушке образовался переменный ток высокой мощности, потребуется 7 таких конденсаторов.
При работе такого индукционного прибора, полевые транзисторы будут сильно разогреваться и если к ним не будут присоединены радиаторы из алюминиевого сплава, то уже через несколько секунд работы на максимальной мощности, данные элементы выйдут из строя. Ставить транзисторы на теплоотводы следует через тонкий слой термопасты, иначе эффективность такого охлаждения будет минимальна.
Диоды, которые используются в индукционном нагревателе, обязательно должны быть ультрабыстрого действия. Наиболее подходящими для данной схемы, диоды: MUR-460; UF-4007; HER – 307.
Резисторы, которые используются в схеме 3: 10 кОм мощностью 0,25 Вт – 2 шт. и 440 Ом мощностью – 2 Вт. Стабилитроны: 2 шт. с рабочим напряжением 15 В. Мощность стабилитронов должна составлять не менее 2 Вт. Дроссель для подсоединения к силовым выводам катушки используется с индукцией.
Для питания всего устройства понадобится блок питания мощностью до 500. Вт. и напряжением 12 – 40 В. Запитать данное устройство можно от автомобильного аккумулятора, но получить наивысшие показания мощности при таком напряжении не получится.

Сам процесс изготовления электронного генератора и катушки занимает немного времени и осуществляется в такой последовательности:

Из медной трубы делается спираль диаметром 4 см. Для изготовления спирали следует медную трубку накрутить на стержень с ровной поверхностью диаметром 4 см. Спираль должна иметь 7 витков, которые не должны соприкасаться. На 2 конца трубки припаиваются крепёжные кольца для подключения к радиаторам транзистора.
Печатная плата изготавливается по схеме. Если есть возможность поставить полипропиленовые конденсаторы, то благодаря тому, что такие элементы обладают минимальными потерями и устойчивой работой при больших амплитудах колебания напряжений, устройство будет работать намного стабильнее. Конденсаторы в схеме устанавливаются параллельно образуя с медной катушкой колебательный контур.
Нагрев металла происходит внутри катушки, после того как схема будет подключена к блоку питания или аккумулятору. При нагреве металла необходимо следить за тем, чтобы не было короткого замыкания обмоток пружины. Если коснуться нагреваемым металлом 2 витка катушки одновременно, то транзисторы выходят из строя моментально.

Источник: ledsshop.ru