Как да направите индукционен нагревател със собствени ръце от заваръчен инвертор

Индукционните отоплителни котли – това са уреди, които се отличават с много висока ефективност. Те позволяват значително да се намалят разходите за електроенергия в сравнение с традиционните уреди, оборудвани с нагревателни елементи.

Моделите от промишлено производство не са евтини. Въпреки това всеки домашен майстор, владеещ обикновен набор от инструменти, може да направи индукционен нагревател със собствените си ръце. В помощ на него предлагаме подробно описание на принципа на действие и сглобяването на ефективен нагревател.

Принцип на работа на индукционния нагревател

Индукционното нагряване е невъзможно без използването на три основни елемента:

• индуктор;
• генератор;
• нагревателен елемент.

Индукторът представлява намотка, обикновено изработена от медна жица, с чиято помощ се генерира магнитно поле. Генератор на променлив ток се използва за получаване на високочестотен поток от стандартния поток на домашната електрическа мрежа с честота 50 Hz.

Като нагревателен елемент се използва метален предмет, способен да абсорбира топлинна енергия под въздействието на магнитно поле. Ако се свържат правилно тези елементи, може да се получи високоефективен уред, който е идеален за загряване на течен топлоносител и отопление на дома.

С помощта на генератор електрическият ток с необходимите характеристики се подава към индуктора, т.е. към медната намотка. При преминаването ѝ потокът от заредени частици формира магнитно поле.

Принципът на действие на индукционните нагреватели се основава на възникването на токове вътре в проводниците, които се появяват под въздействието на магнитни полета.

Особеността на полето се състои в това, че то притежава способността при високи честоти да променя посоката на електромагнитните вълни. Ако в това поле се постави някакъв метален предмет, той ще започне да се нагрява без пряк контакт с индуктора под въздействието на създадените вихрови токове.

Високочестотен електрически ток, постъпващ от инвертора към индукционната намотка, създава магнитно поле с постоянно променящ се вектор на магнитните вълни. Поставеният в това поле метал бързо се нагрява.

Липсата на контакт позволява да се направят загубите на енергия при прехода от един вид в друг нищожни, с което се обяснява повишеният КПД на индукционните котли.

За да се подгрее водата за отоплителния кръг, достатъчно е да се осигури нейният контакт с металния нагревател. Често като нагревателен елемент се използва метална тръба, през която просто се пропуска поток от вода. Водата попътно охлажда нагревателя, което значително увеличава срока на неговата експлоатация.

Електромагнитът на индукционния уред се получава чрез навиване на тел около сърцевина от феромагнит. Получената в резултат индукционна намотка се нагрява и предава топлината на нагряваното тяло или на протичащия наблизо топлоносител през топлообменник.

Предимства и недостатъци на уреда

„Плюсовете“ на вихровия индукционен нагревател са безброй много. Това са проста за самостоятелно изработване схема, повишена надеждност, висок КПД, относително ниски разходи за електроенергия, дълъг срок на експлоатация, малка вероятност за възникване на повреди и т.н.

Производителността на уреда може да бъде значителна, агрегатите от този тип се използват успешно в металургичната промишленост. По скорост на нагряване на топлоносителя устройствата от този тип уверено съперничат на традиционните електрически котли, температурата на водата в системата бързо достига необходимото ниво.

По време на работа на индукционния котел нагревателят леко вибрира. Тази вибрация отстранява от стените на металната тръба варовиковите отлагания и други възможни замърсявания, поради което такъв уред се нуждае от почистване изключително рядко. Разбира се, отоплителната система трябва да се защити от тези замърсявания с помощта на механичен филтър.

Индукционната намотка нагрява метала (тръба или парчета тел), поставени вътре в нея, с помощта на високочестотни вихрови токове, контактът не е задължителен

Постоянният контакт с вода свежда до минимум и вероятността от прегаряне на нагревателя, което е доста често срещан проблем за традиционните котли с нагревателни елементи. Въпреки вибрацията, котелът работи изключително тихо, допълнителна шумоизолация на мястото на инсталиране на уреда няма да е необходима.

Още индукционните котли са добри с това, че те практически никога не изтичат, стига монтажът на системата да е изпълнен правилно. Това е много ценно качество за електрическото отопление, тъй като изключва или значително намалява вероятността от възникване на опасни ситуации.

Отсъствието на течове се дължи на безконтактния начин на предаване на топлинна енергия към нагревателя. Топлоносителят с помощта на описаната по-горе технология може да се загрее почти до парообразно състояние.

Това осигурява достатъчна топлинна конвекция, за да стимулира ефективното движение на топлоносителя по тръбите. В повечето случаи отоплителната система няма да се налага да се оборудва с циркулационна помпа, въпреки че всичко зависи от особеностите и схемата на конкретната отоплителна система.

Понякога циркулационна помпа е необходима. Инсталирането на уреда е относително лесно. Въпреки че за това ще са необходими някои умения за монтаж на електрически уреди и отоплителни тръби. Но този удобен и надежден уред има редица недостатъци, с които също трябва да се съобразяваме.

Например, котелът загрява не само топлоносителя, но и цялото заобикалящо го работно пространство. Трябва да се отдели за такъв агрегат отделно помещение и да се премахнат от него всички странични предмети. За човек продължителният престой в непосредствена близост до работещ котел също може да бъде небезопасен.

За работа на индукционните нагреватели е необходим електрически ток. Както домашно направените, така и оборудването от фабрично производство се свързват към битовата мрежа за променлив ток.

За работа на уреда е необходима електрическа енергия. В местности, където свободният достъп до това благо на цивилизацията липсва, индукционният котел ще бъде безполезен. И дори там, където се наблюдават чести прекъсвания на електричеството, той ще демонстрира ниска ефективност. При невнимателно боравене с уреда може да настъпи експлозия.

Ако прегреете топлоносителя, той ще се превърне в пара. В резултат на това налягането в системата рязко ще се повиши, което тръбите просто няма да издържат, те ще се разкъсат. Затова за нормална работа на системата, уредът трябва да се снабди поне с манометър, а още по-добре – с устройство за аварийно изключване, терморегулатор и т.н.

Всичко това може значително да повиши цената на самоделния индукционен котел. Въпреки че уредът се счита за практически безшумен, това не винаги е така. Някои модели поради различни причини все пак могат да издават някои шумове. За устройство, изработено самостоятелно, вероятността за такъв изход нараства.

В конструкцията както на заводските, така и на самоделните индукционни нагреватели практически няма износващи се компоненти. Те служат дълго и работят безупречно.

Стъпки за изработка на самоделката

Не е толкова сложно да направите такова устройство самостоятелно. За целта ще ви трябва:

1. Изработете нагревателния елемент.
2. Изработете индукторната намотка от медна жица.
3. Вземете готов генератор за променлив ток.
4. Присъединете нагревателя с намотката към отоплителната система.
5. Свържете намотката към генератора.
6. Подайте захранване към системата.
7. Направете пробен пуск, за да проверите работата на агрегата.

В промишлените модели като нагревател се използва метална тръба с дебели стени, но да се осигури достатъчна мощност на самоделното устройство, за да загрее такъв елемент, е много трудно и няма голям смисъл. Индукционната намотка може да загрее всеки метал, затова нагревателят може да се модифицира.

Промишлените модели на индукционни котли са снабдени с нагревателен елемент, направен от дебела метална тръба. В домашни условия е трудно да се копира такъв агрегат.

Като корпус за индукционния нагревател от заваръчен инвертор се използва парче пластмасова тръба. То трябва да бъде малко по-голямо по диаметър от отоплителните тръби. Дължината на тръбата за нагревателя може да бъде приблизително един метър, вътрешният диаметър може да варира в границите 50-80 мм.

За свързване на нагревателя към системата трябва да се монтират преходници в долната и горната част на корпуса. Долната част на тръбата трябва да се затвори с решетка, след което вътре в корпуса се поставя пълнител, състоящ се от малки метални частици. Пълнителят може да се получи например от тел, пръчка, тясна метална тръба и т.н.

Дължината на отрязъците може да се варира произволно. Най-често за това се използва стоманена тел с диаметър 6-8 мм, която просто се нарязва на малки парченца. Някои майстори препоръчват да се нарязва на дълги пръчки, приблизително по 90 см, т.е. почти по дължината на нагревателя.

За корпуса на нагревателния елемент на индукционния котел, който сте изработили със собствените си ръце, ще е необходима широка пластмасова тръба с диаметър около 50 мм.

Колкото по-високо е магнитното съпротивление на стоманата, от която е изработена телта, толкова по-добре ще се нагрява. В зависимост от размерите на тези парчета се избира и защитната мрежа, която се монтира в долната част на корпуса. Пълнителят се изсипва или поставя в тръбата до самия връх. След това горната част също се затваря с мрежа.

Схемата позволява да се получи представа за това как да се свърже индукционната спирала към нагревателя на котела и към заваръчния апарат.

По този начин самоделният нагревател за индукционния котел изглежда като дебела пластмасова тръба, пълна с метални парчета и затворена от двете страни с мрежа. Отгоре и отдолу нагревателят има преходници за свързване към отоплителния кръг. Полимерната тръба за нагревателя трябва да има достатъчно дебели стени.

Освен това, всяка пластмаса за тези цели не е подходяща, материалът трябва да понася въздействието на доста силно нагряване и при това да не отделя в атмосферата или в топлоносителя никакви опасни вещества. Сега трябва да се изработи индукционната решетка. За целта се взема медна тел и се навива директно върху корпуса на нагревателя.

При някои модели самоделни индукционни нагреватели вместо пластмасова тръба се използва тясна медна тръбичка. Това не е най-добрият вариант, тъй като правилното навиване на такъв елемент в спирала няма да бъде лесно.

Колкото повече навивки от тел, толкова по-добре. Счита се, че индукционната намотка трябва да има не по-малко от 90 навивки. Индукторът се навива на тръбата много плътно, между навивките не трябва да има никаква междина.

За намотката е подходящ изолиран меден проводник с диаметър 1-1,5 мм. По-дебел кабел не е необходим тук, тъй като ще затрудни работата по намотката и ще бъде по-трудно да се разположат навивките плътно една до друга.

Тази схема ще помогне да се свърже правилно намотката на индуктора към инверторния заваръчен апарат; ако това се направи неправилно, намотката ще се превърне в електромагнит (+).

Наличието на междини може да доведе до появата на шум поради вибрациите, с които е съпроводена работата на такъв агрегат. С течение на времето такава ситуация може да доведе до разрушаване на изолацията, което ще предизвика късо съединение между навивките.

Отгоре и отдолу, освен преходниците, трябва да се монтират спирателни кранове. Те са необходими, за да се осигури възможност при необходимост да се спре водата в отоплителния кръг.

При инсталирането на нагревателя трябва да се помни, че долният му край трябва да бъде насочен към обратната тръба, тръбата, предназначена за събиране на охладения топлоносител в дву тръбна отоплителна система. Най-лесният начин да се сдобиете с генератор на променливо поле – е да вземете инвертор от заваръчен апарат.

Контактите на индукционната намотка се присъединяват към полюсите на инвертора. Веднага след като към агрегата се подаде захранване и той се включи в мрежата, домашният индукционен котел ще започне да работи.

За изработването на такова устройство ще свърши работа дори евтин заваръчен апарат, например модел от китайско производство, който позволява регулиране на силата на тока, започвайки от ниво от 10 А. До преходника на подаването трябва да се монтира датчик на терморегулатора. Свързването на заваръчния инвертор се извършва чрез този терморегулатор.

На изходите е необходимо да се поставят изправителни диоди. За това ще трябва да се отвори корпусът на заваръчния апарат и да се запоят проводници към изхода, след което да се присъединят към диодите. Ако свързването се извърши без диоди, директно, то към намотката ще постъпи ток с изправено напрежение и намотката ще работи като електромагнит, а не като индуктор.

За създаването на индукционна спирала се препоръчва да се използва меден тел с напречно сечение 1,5 мм в надеждна изолираща обвивка, трябва да се направят около 90 навивки.

В някои съвременни заваръчни апарати има сензор за допир, който стартира работата в момента, когато електродът докосва работната повърхност. Този момент трябва да се вземе предвид, така че сензорът или да реагира в точния момент, или да не влияе на работата на домашния котел.

Ако при преправянето на заваръчния апарат неопитният майстор срещне проблеми, по-добре е да се обърне за професионален съвет.

За изработка на индукционен котел със собствени ръце може да се вземе всеки заваръчен апарат с подходящи характеристики. При необходимост уредът може да се използва отново за заваръчни работи.

Ако всичко е направено правилно, заваръчният апарат в бъдеще може да се използва по предназначение. Ще трябва да се отпояват проводниците с диодите и да се извърши обратно сглобяване. Под въздействието на високочестотен променлив ток индукционната намотка ще създаде магнитно поле.

Металът, намиращ се вътре в полимерния корпус, ще започне да се нагрява и да предава топлина на водата, която циркулира по отоплителния контур. За загряване на топлоносителя на уреда ще са необходими само няколко минути.

Мястото за индукционния нагревател трябва да се избере правилно. Агрегатът трябва да се разположи на 800 мм под нивото на тавана, а от стените и мебелите трябва да го отделят минимум 300 мм.

Няколко думи за безопасността

Самоделните индукционни котли обикновено не са снабдени с контролни и защитни системи, което ги прави небезопасни. Ето защо, преди да включите агрегата, е необходимо да се уверите, че кухината на корпуса е запълнена с течна топлоносител.

Ако полимерният корпус на нагревателя бъде подложен на постоянно нагряване без омиване с топлоносител, той просто ще се разтопи, понякога това води не само до деформация на нагревателя, но и до пълното му повреждане.

Агрегатите от този тип често се използват за нагряване и топене на метали. Високите температури, получени от индукционния нагревател, изискват внимателно отношение към въпросите на безопасността.

Опасна може да бъде и загубата на нагорещен метален пълнител от разтопения корпус. В този случай ще трябва почти напълно да демонтирате устройството и да направите нов нагревателен елемент за него.

Свързването към електрозахранването трябва да се извърши чрез отделен кабел, проведен от таблото. Разбира се, е необходимо внимателно да се изолират всички контакти. Инверторът на заваръчния апарат също трябва да се заземи, това е важен момент за осигуряване на безопасността.

За целта ще е необходим кабел с напречно сечение най-малко четири милиметра. Някои специалисти препоръчват да се даде предпочитание на шестмилиметров кабел. За да се предотврати прегряване на самоделния индукционен нагревател поради липса на вода в системата, се препоръчва да се монтира клапан за свръхналягане на входа на нагревателя.

Индукционният нагревателен уред заема относително малко място, но трябва да бъде разположен на определено разстояние от тавана, стените, мебелите и т.н.

Самоделното устройство от този тип, което не е снабдено със специални защитни средства, е потенциално опасен обект, който изисква постоянен контрол. Ето защо си струва да похарчите малко повече пари, но да придобиете необходимите устройства.

При това няма да навреди да се оценят разходите, може би покупката на готов индукционен котел ще излезе не много по-скъпо. Промишлените устройства обикновено са снабдени с цялата необходима защита.

Характеристиките и поетапната технология за изработка на още един вариант на самоделен индукционен котел за отоплителната система са представени тук.

Изводи и полезно видео по темата

Клип #1. Преглед на принципите на индукционното нагряване:

Клип #2. Интересен вариант за изработка на индукционен нагревател:

За инсталиране на индукционен нагревател не е необходимо да се получава разрешение от контролните органи, промишлените модели на такива устройства са напълно безопасни, те са подходящи както за частна къща, така и за обикновен апартамент. Но собствениците на самоделни агрегати не трябва да забравят за техниката на безопасност.

Коментирайте, моля, предложения от нас материал за запознаване. Задавайте въпроси по интересни или неясни моменти. Може би Вие имате собствен опит в изграждането или монтажа на индукционен котел? Можете да разкажете и да публикувате уникални снимки в блока за коментари, разположен по-долу.