Индукционная система отопления - преимущества и недостатки

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.

Отсутствие нагревательного элемента

Первое – в эл.котле индукционном, якобы нагревательных элементов нет. А вот в тэновом, их иногда более десятка, а значит высока вероятность их поломки, может и нескольких сразу.

Но если бы не было нагревательного элемента, то чем бы тогда котел нагревал воду? Та же самая катушка по сути и выполняет эту роль, только без соприкосновения с жидкостью. Поэтому данный элемент присутствует в любом таком агрегате.

А вот что касается высокой вероятности выхода ТЭНов из строя, то это напрямую зависит от той продукции и производителя, что вы покупаете.

Есть специалисты установившие за годы своей работы более 500 тэновых котлов, и не поменявшие по гарантии за все это время ни одного элемента.

Достоинства и недостатки

Индукционный котел обладает достаточно внушительным списком положительных характеристик. Перед выбором типа нагревателя рекомендуется обязательно с ним ознакомиться:

безопасность;
сниженная вероятность возникновения поломок и неисправностей;
долгий срок эксплуатации, нагреватель сможет без проблем выполнять свои функции в течение 25 лет и более при правильной установке и грамотном обслуживании;
простота эксплуатации и отсутствие накипи на поверхности нагревательных элементов даже после долгого срока службы;
высокая скорость нагрева теплоносителя, индукционный котел помогает теплоносителю достигнуть необходимой температуры в два раза быстрее, чем традиционные электрические котлы отопления;
бесшумность работы;
герметичность;
бесконтактная передача тепла значительно повышает надежность конструкции;
экологическая безопасность;
возможность сборки своими руками;
невысокая стоимость элементов;
небольшой расход электроэнергии по сравнению с другими электрическими устройствами.

Стоит отметить, что при этом имеются и негативные моменты в использовании индукционного нагрева. К ним можно отнести:

зависимость от подачи электрической энергии и необходимость дополнительных затрат на нее;
создание магнитного поля, которое может негативно воздействовать на человека;
риск взрыва из-за высокого давления в системе.

Последние два минуса можно устранить. Воздействие магнитного поля снижается при правильном выборе места установки, подальше от спальных комнат. Чтобы избежать чрезмерного повышения давления пара в системе и возникновения аварийной ситуации устанавливают специальные датчики в подающей магистрали.

Принцип действия

Если разобрать котел индукционного типа, то там вы найдете сердечник, электрическую и тепловую изоляцию, затем корпус. Отличие этого нагревателя от тех, которые используются в промышленности — это тороидальная обмотка медными проводниками. Она расположена между двух сваренных между собой труб. Эти трубы изготавливаются из ферромагнитной стали. Стенка такой трубы — более 10 мм. В результате такой конструкции нагреватель имеет гораздо меньший вес, более высокий КПД, а также небольшие размеры. В качестве сердечника здесь работает труба с обмоткой. А другая служит непосредственно для нагревания теплоносителя.

Ток индукции, который генерируется магнитным полем высокой частоты с внешней обмотки на трубу, нагревает теплоноситель. Этот процесс вызывает вибрацию стенок. Благодаря чему на них не откладывается накипь.

Нагрев происходит за счет того, что в процессе работы нагревается сердечник. Его температура повышается из-за вихревых токов. Последние образуются за счет магнитного поля, которое, в свою очередь, генерируется токами высокого напряжения. Так работает индукционный нагреватель воды и многие современные котлы.

Установка своими руками

Для монтажа настенного обогревателя понадобится следующий набор инструментов и материалов:

Обогреватель + комплект запчастей к нему.
Терморегулятор.
Отвертка.
Строительная рулетка и карандаш.
Электродрель.
Шуруповерт.

Определитесь с местом размещения обогревателя. Учитывайте расположение окон, дверей, близость розетки. Если вы не уверены, где именно проходит в стене электрическая проводка и боитесь попасть прямо в нее, воспользуйтесь специальным детектором для определения проводки, арматуры, труб.
Сделайте отметку на стене при помощи рулетки, где будет находиться крепление и отмерьте карандашом. Линия между двумя точками должна быть идеально ровной, поэтому воспользуйтесь строительным уровнем для надежности.
Просверлите с помощью электродрели необходимые отверстия.
В образовавшиеся отверстия необходимо вмонтировать кронштейны, которые идут в комплекте с прибором. Используем для этого шуроповерт и саморезы.
Положите обогреватель на стол и снимите заглушку, через которую выводятся провода.
Прикрутите крепеж к обогревателю согласно инструкции.
Аккуратно повесьте обогреватель на кронштейн.
Теперь зафиксируйте нагреватель на стене.
Произведите подключение трехжильного кабеля с сечением, который соответствует электрической нагрузке в доме (рекомендовано ПВС 3*1,5).
Подсоединение термостата. Для этого определите место его размещения. Лучше всего его повесить на уровне 1,5 метра от пола.

Вы должны понимать, что термостат является средним звеном между автоматическим выключателем и нагревателем.

Подведите два провода ноль и фазу к термостату от автоматического выключателя.
Откройте гнездо в термостате для подключения и соедините его с нагревательным прибором.
Подключить в электрическую сеть.

Во время первого «запуска» электрического обогревателя в комнате может появиться неприятный запах, но это временное явление, и уже через 15-20 минут запах должен исчезнуть.

В заключение следует отметить, что настенный электрический обогреватель для дачи – отличное решение во всех смыслах. Он легко монтируется, недорого стоит и при этом позволяет все время поддерживать в доме комфортный микроклимат.

Техника безопасности при эксплуатации плиты

После появления исследований о влиянии электромагнитного поля на организм человека производители индукционной техники разрабатывают новые способы, чтобы минимизировать возможный негативный эффект. Например, устанавливаются датчики, которые не позволят устройству начать работу, если на конфорке нет посуды, или она смещена относительно центра. Кроме того, индукционные катушки оснащаются специальным графитовым слоем, который экранирует создаваемые токи.

Но основной залог безвредности использования прибора заключается в соблюдении правил по безопасной работе самими владельцами индукционных плит.

Перед покупкой индукционной поверхности следует ознакомиться с инструкцией и требованиями по безопасной установке и использованию понравившейся модели.
Необходимо уделить внимание выбору посуды: оптимальный вариант – отмеченная специальным значком кухонная утварь, которая по размерам соответствует диаметру конфорки и имеет ровное (без изъянов) дно.
Лучше воздержаться от использования металлических предметов для перемешивания пищи во время приготовления.
Не следует находиться у работающего устройства более 2 часов.
Из-за недостаточности исследований беременность может быть фактором, ограничивающим время пребывания у плиты на расстоянии менее 30 см.
Безопасное от индукционной плиты расстояние для людей с кардиостимуляторами или дефибрилляторами составляет 50 см, однако во избежание сбоев в работе имплантированных в организм устройств лучше воздержаться от покупки подобного рода приборов.

Итак, индукционные плиты, наряду с микроволновками и мобильными телефонами, пополнили список устройств, о безопасности использования которых ведутся споры. Несмотря на многочисленные видео и форумы, где доказывается или оспаривается вредность индукции, чтобы решить этот вопрос однозначно, требуются обширные независимые научные исследования. На данном этапе каждый потенциальный пользователь должен сам выбрать, покупать ли ему индукционную варочную панель или нет, взвесив все за и против. Если соблюдать правила эксплуатации плиты, то воздействие электромагнитного поля будет в малых дозах, которые либо не оказывают существенного влияния на организм, либо проявят себя через значительное время, когда найти связь явлений будет практически невозможно.

Обогреватель из индукционной плитки

Индукционная плита

Зная этот принцип можно за пару часов соорудить полноценный обогреватель, который будет не только эффективным, но и экономным. Используя его можно сэкономить около 50% электроэнергии, если сравнивать с аналогичным калорифером, работающем на ТЭНах.

Что понадобится для изготовления

Вариант индукционного нагревателя

Для изготовления понадобится:

Плитка подойдёт самая дешевая, без встроенных программ для приготовления пищи. Стоимость около 1,2 тыс.рублей.

Продаётся в строительных магазинах, в отделе сантехника. Стоимость около 500 рублей.

Два фитинга для соединения шланга
Алюминиевый радиатор

Количество секций подбирается под отапливаемую площадь. Примерный расчет 1кВт на 10 м².

Делаем котёл отопления

Обязательно нужно закольцевать спираль, иначе она не будет нагреваться

Котёл отопления – ёмкость, где будет происходить нагрев теплоносителя, т.е. воды. Для его изготовления из гофрированного металлического шланга формируем спираль, как показано на рис.2. Для этого понадобится около 1 метра. Формировать спираль нужно таким образом, чтобы оставшихся концов шланга хватало для подключения к алюминиевому радиатору.

Полученную спираль нужно закольцевать, т.е. соединить окончание спирали с её центром при помощи медного отрезка трубки (см. рис.2). Это нужно для того, чтобы индукционная плитка распознавала котёл и нагревала его.

Можно сделать котёл и другой формы. Например, как показано на фото ниже.

Эта вариация тоже закольцована, соединена при помощи олова

Подсоединяем котел к радиатору

Верх – подача, низ – обратка, — система самотёка

При помощи фитингов подсоединяем оба конца к радиатору. Схема развязки вверх-низ, односторонняя.

Подключение к плитке и проверка работоспособности

Проверяем работоспособность на полной мощности

Теперь заливаем в систему теплоноситель. Откручиваем верхнюю гайку радиатора и наполняем его водой. Немного оставляем пустого пространства, которое нужно для расширения воды.

Помещаем спираль-котёл на индукционную плитку. И проверяем работоспособность системы. Если всё сделано правильно, то радиатор нагреется до 60 градусов в течение 5 минут.

Более компактное положение

Чтобы плитка не занимала место, её можно прикрепить к стене, т.е. вертикально.

Приборы управления и контроля

Параллельный тумблер

Для того чтобы организовать автоматическое управление индукционным отоплением без лишних затрат нужно включение плиты сделать механическим. Для этого разбираем плиту, и на плате находим клеммы включения и припаиваем к ним параллельный тумблер. Это нужно для того, чтобы плита начинала работать при подключении к электросети сразу же.

Теперь можно подключить различные регулировочные датчики. Например, датчик температуры.

Датчик температуры

Также можно настроить включение отопления по таймеру. С этой задачей справится обычный механический таймер, — минимальное значение 15 минут.

Бюджетный таймер включения

Изготовление и укладка тротуарной плитки своими руками: пошаговая инструкция, на сухую и мокрую смесь. Изготовление формы, вибростола (Фото & Видео) +Отзывы

Устройство и принцип работы котла

При пропускании электрического тока через токопроводящий материал в последнем происходит выделение тепла, мощность которого прямо пропорциональна силе тока и его напряжению (закон Джоуля — Ленца). Вызвать протекание тока в проводнике можно двумя способами. Первый состоит в его непосредственном подключении к источнику электричества. Этот способ будем называть контактным.

Второй – бесконтактный – был открыт Майклом Фарадеем в начале19-го века. Ученый выяснил, что при изменении параметров магнитного поля, пересекающего проводник, в последнем появляется электродвижущая сила (ЭДС). Это явление получило название электромагнитной индукции. Где есть ЭДС – там будет и электроток, а значит и нагрев, причем в данном случае — бесконтактный. Такие токи называют наведенными или вихревыми или токами Фуко.

Индукционный котел отопления — принцип работы

Вызвать электромагнитную индукцию можно по-разному. Проводник можно перемещать или вращать в постоянном магнитном поле, как это делается в современных электрогенераторах. А можно менять параметры самого магнитного поля (интенсивность и направление силовых линий), оставляя при этом проводник неподвижным.

Подобные манипуляции с магнитным полем стали возможными благодаря еще одному открытию. Как выяснил Ханс-Кристиан Эрстед в 1820-м году, намотанный в виде катушки провод при подключении к источнику тока превращается в электромагнит. Меняя параметры тока (силу и направление), мы добьемся изменения параметров генерируемого данным устройством магнитного поля. При этом в проводнике, находящемся в этом поле, будет возникать электрический ток, сопровождающийся нагревом.

Ознакомившись с этим несложным теоретическим материалом, читатель наверняка уже представил себе в общих чертах устройство индукционного котла отопления. Действительно, он имеет довольно простую конструкцию: внутри экранированного и теплоизолированного корпуса имеется труба из особого сплава (можно использовать и сталь, но характеристики при этом будут чуть хуже), установленная в гильзе из диэлектрического материала; на гильзу в виде катушки намотана медная шина, подключаемая к электросети.

Котел индукционный после монтажа

Посредством двух патрубков труба врезается в систему отопления, в результате чего по ней будет протекать теплоноситель. Переменный ток, протекающий через катушку, создаст переменное магнитное поле, которое в свою очередь наведет вихревые токи в трубе. Вихревые токи обусловят нагрев стенок трубы и частично теплоносителя по всему объему, заключенному внутри катушки. Для более быстрого нагрева вместо одной трубы может быть установлено несколько параллельных трубок меньшего диаметра.

Читатели, осведомленные о стоимости индукционных котлов, конечно, заподозрили, что в их конструкции имеется еще что-нибудь. Ведь не может теплогенератор, состоящий только из трубы и куска провода, стоить в 2,5 – 4 раза дороже ТЭНового аналога. Чтобы нагрев был достаточно интенсивным, через катушку нужно пропускать не обычный ток из городской сети с частотой 50 Гц, а высокочастотный, поэтому индукционный котел оснащается выпрямителем и инвертором.

Выпрямитель превращает переменный ток в постоянный, затем он подается на инвертор – электронный модуль, состоящий из пары ключевых транзисторов и управляющей схемы. На выходе инвертора ток снова становится переменным, только с уже гораздо большей частотой. Такой преобразователь имеется не во всех моделях индукционных котлов, некоторые из них все-таки работают на частоте в 50 Гц. Однако, применение высокочастотного переменного тока позволяет значительно уменьшить размеры устройства.

Принцип электромагнитной индукции

В различных описаниях авторы указывают на сходство индукционного котла с трансформатором. Это вполне справедливо: катушка из провода играет роль первичной обмотки, а труба с теплоносителем – замкнутой накоротко вторичной обмотки и одновременно магнитопровода.

Почему же тогда трансформатор не греется? Дело в том, что магнитопровод трансформатора выполнен не из цельного элемента, а из множества изолированных друг от друга пластин. Но даже эта мера не способна полностью предотвратить нагрев. Так, например, в магнитопроводе трансформатора напряжением 110 кВ в режиме холостого хода выделяется ни много ни мало 11 кВт тепла.

Преимущества оборудования

Устройство для обогрева помещений индукционного типа имеет свои превосходства:

требует минимальных вложений;
имеет высокий коэффициент полезного действия;
такое оборудование можно собрать самому, в домашних условиях;
коэффициент полезного действия почти стопроцентный. Устройство почти не теряет тепла в процессе нагрева;
обычно при нагреве ТЭНы или бойлеры, образуют накипь в системе. В этом виде нагревателя, такая проблема отсутствует;
при нагревании никаких вредных веществ не выделяет, а значит, имеет экологически чистый процесс работы;
в систему можно наливать не только воду, но и антифриз и масло;

Индукционный нагреватель: принцип действия

не нуждается в постоянном обслуживании оборудования;
с установкой сможет справиться даже не профессионал и эксплуатация не нуждается в наличии особых знаний;
котел очень хорошо защищен с точки зрения пожарной безопасности. Электрическая составляющая достаточно надежная и не дает сбоев;
такой вид обогревателей можно использовать совместно с другими;
может работать как на постоянном, так и на переменном токе;
эксплуатация возможна в течение двадцати лет;
аппарат очень хорошо подходит для дач или частых строений.

Но даже при таком количестве достоинств, котел имеет минусы:

цена такого устройства достаточно высокая. И вряд ли окупится в течение 1 – 2 отопительных сезонов;
существует необходимость в постоянном электрическом энергоснабжении;
устройство имеет большой вес;
устанавливается только с закрытой системой отопления.

Но если есть решение поменять дровяную печь или котел на обогреватель такого типа, то можно сразу избавиться от нескольких проблем:

в жилище больше не будет запаха гари;
при растопке котла нет копоти;
не нужно будет выгребать сажу и пепел;
отпадет необходимость в приобретении дров или угля.

Кроме того не нужно занимать место или специальное помещение под хранение твердого топлива.

https://youtube.com/watch?v=k6fXWhDlyXc

Нюансы

При проведении опытов по нагреву и закалке металлов, внутри индукционной спирали температура может быть значительна и составляет 100 градусов Цельсия. Этот теплонагревательный эффект можно использовать для нагрева воды для бытовых нужд или для отопления дома.
Схема нагревателя рассмотренного выше (рисунок 3), при максимальной нагрузке способна обеспечить излучение магнитной энергии внутри катушки равное 500 Вт. Такой мощности недостаточно для нагрева большого объёма воды, а сооружение индукционной катушки высокой мощности потребует изготовление схемы, в которой необходимо будет использовать очень дорогие радиоэлементы.
Бюджетным решением организации индукционного нагрева жидкости, является использование нескольких устройств описанных выше, расположенных последовательно. При этом, спирали должны находиться на одной линии и не иметь общего металлического проводника.
В качестве теплообменника используется труба из нержавеющей стали диаметром 20 мм. На трубу «нанизываются» несколько индукционных спиралей, таким образом, чтобы теплообменник оказался в середине спирали и не соприкасался с её витками. При одновременном включении 4 таких устройств, мощность нагрева будет составлять порядка 2 Квт, что уже достаточно для проточного нагрева жидкости при небольшой циркуляции воды, до значений позволяющих использовать данную конструкцию в снабжении тёплой водой небольшого дома.
Если соединить такой нагревательный элемент с хорошо изолированным баком, который будет расположен выше нагревателя, то в результате получится бойлерная система, в которой нагрев жидкости будет осуществляться внутри нержавеющей трубы, нагретая вода будет подниматься вверх, а её место будет занимать более холодная жидкость.
Если площадь дома значительна, то количество индукционных спиралей может быть увеличено до 10 штук.
Мощность такого котла можно легко регулировать путём отключения или включения спиралей. Чем больше одновременно включённых секций, тем больше будет мощность работающего таким образом отопительного устройства.
Для питания такого модуля понадобится мощный блок питания. Если есть в наличии инверторный сварочный аппарат постоянного тока, то из него можно изготовить преобразователь напряжения необходимой мощности.
Благодаря тому, что система работает на постоянном электрическом токе, который не превышает 40 В, эксплуатация такого устройства относительно безопасна, главное обеспечить в схеме питания генератора блок предохранителей, которые в случае короткого замыкания обесточат систему, там самым исключив возможность возникновения пожара.
Можно таким образом организовать “бесплатное” отопление дома, при условии установки для питания индукционных устройств аккумуляторных батарей, зарядка которых будет осуществляться за счёт энергии солнца и ветра.
Аккумуляторы следует объединить в секции по 2 шт., подключённые последовательно. В результате, напряжение питания при таком подключении будет не менее 24 В., что обеспечит работу котла на высокой мощности. Кроме этого, последовательное подключение позволит снизить силу тока в цепи и увеличить срок эксплуатации аккумуляторов.

Схема

Упрощенная схема, рассчитанная на мощность в 1600 Вт. На практике работоспособный вариант, требующий определенных доработок и совершенствования.

Схема индукционного нагревателя имеет свои плюсы:

элементарные сборочно-монтажные процедуры;
компоненты схемы доступны для покупки.

Данный высокочастотный экспериментальный индукционный нагреватель функционирует на основе принципа «двойного полумоста». Схема дополнена транзисторами в количестве 4 шт, с защищенными изоляцией затворами. Серийная модель этого компонента — IGBT. Управление реализовано на микросхеме IR2153.

Конструкция обеспечивает создание мощности, равной по схеме полного моста. При функционировании на основе тактируемого полумостового драйвера затвора принципиальное построение агрегата упрощается как в проекте, так и в изготовлении и сборке, работе. Представленный диод двойного типа с увеличенной мощностью маркировки STTH200L06TV1 (2x 120A).

Для применения будет приемлемо задействовать в схеме диоды уменьшенной мощности — около 30А. Транзисторы IGBT в своем составе имеют встроенные диоды — это дополнительно упростит схему.

Показания рабочей частоты регулируются потенциометром. Появление резонанса отражается максимальной яркостью светодиодов.

Индукционные установки профессионального уровня имеют усложненные схемы с автоматической настройкой по основным показателям системы. Для простейших конструкций, таких как индукционный нагреватель воды выполненный своими руками, основным критерием будет являться простота в схеме. В этом случае при ошибке сборки или проектирования можно быстро устранить недочеты.