Як зробити індукційний нагрівач для опалення своїми руками

Ідея нагрівати метал індукційним струмом Фуко, створеним електромагнітним полем котушки, зовсім не нова. Вона давно і успішно експлуатується в промислових плавильних печах, ковальських майстернях, навіть побутових нагрівальних приладах – плитах і електрокотлах. Ці опалювачі досить дорогі, тому домашні умільці не залишають спроб зробити індукційний нагрівач своїми руками. Наша задача – розглянути працездатні версії саморобних пристроїв і розібратися, чи можна застосовувати їх для опалення будинку.

Про індукційний нагрів

Для початку роз’яснимо, як функціонують електричні індукційні нагрівачі. Змінний струм, проходячи витками котушки, створює навколо неї електромагнітне поле. Якщо помістити всередину обмотки сердечник з металу, то він нагріватиметься вихровим струмом, що виникає під впливом поля. Ось і весь принцип.

Важлива умова. Щоб металевий сердечник нагрівався, котушка повинна живитися змінним струмом, який міняє знак і вектор поля з високою частотою. Якщо подати на обмотку постійний струм, отримаєте звичайний електромагніт.

Сам нагрівальний елемент називається індуктором і є головною частиною установки. В опалювальних котлах він являє собою сталеву трубу з теплоносієм, що протікає всередині, як показано на фото. В кухонних плитах це пласка котушка, максимально наближена до варильної панелі.

Друга частина індукційного нагрівача – схема, що підвищує частоту струму. Справа в тому, що напруга з промисловою частотою 50 Гц непридатна для роботи індуктивних пристроїв. Якщо приєднати індуктор до мережі напряму, він сильно гудітиме і прогріватиме сердечник разом з обмотками. Щоб ефективно перетворювати електрику на теплоту та повністю передавати її металу, частоту треба підвищити до 10 кГц, це і робить інверторна схема живлення.

В чому полягають реальні переваги індукційних котлів перед ТЕНовими чи електродними:

1. Деталь, що нагріває воду, – це простий шматок труби, він не бере участі в електрохімічних процесах (як в електродних теплогенераторах). Тому термін служби індуктора обмежується тільки працездатністю котушки і може досягати 10–20 років. Однак ця інформація не перевірена достеменно.
2. З тієї ж причини сердечник однаково добре «дружить» з усіма видами теплоносіїв – водою, антифризом, навіть машинним маслом, різниці немає.
3. Нутрощі індуктора не покриваються накипом під час експлуатації.

Примітка. З індукційними котлами пов’язано безліч міфів. Наприклад, продавці стверджують, що вони економічніші за інші електрокотли на 10–20%, хоча насправді ККД всіх електричних нагрівачів складає 98%. Список переваг обмежується трьома перерахованими вище пунктами, решта – реклама.

Варіанти саморобних пристроїв

На просторах інтернету розміщена достатня кількість різноманітних конструкцій, створюваних для різних цілей. Взяти індукційний малогабаритний нагрівач, зроблений з комп’ютерного блока живлення потужністю 250–500 Вт. Зображений на фото пристрій стане в нагоді майстру в гаражі чи автосервісі для плавки стрижнів з алюмінію, міді і латуні.

Але для опалення приміщень така конструкція не годиться через малу потужність. В інтернеті є 2 реальні конструкції, випробувані та зняті на відео:

• водонагрівач з поліпропіленової труби, що живиться від зварювального інвертора або індукційної кухонної панелі;
• сталевий котел з нагріванням від тієї самої індукційної конфорки.

Довідка. Також існують інші, повністю саморобні конструкції, де перетворювачі частоти (інвертори) умільці роблять з нуля. Та для цього потрібні знання і навички у сфері радіотехніки, тому ми не будемо їх розглядати, а просто наведемо приклад такої схеми.

Далі розберемо детальніше, як можна зробити індукційний нагрівач своїми руками, а головне, як він потім функціонуватиме.

Виготовляємо нагрівальний елемент з труби

Якщо ви ретельно займалися пошуком інформації, то напевно зіткнулися з цією конструкцією, оскільки майстер виклав її на популярному відеоресурсі YouTube. Після чого багато сайтів розмістили текстову версію виготовлення цього індуктора у вигляді покрокових інструкцій. Якщо коротко, то індукційний нагрівач робиться так:

1. Труба з поліпропілену діаметром 40 мм і 50 см завдовжки щільно наповнюється металевими йоржиками для миття посуду (чи рубаною проволокою). Наповнювач має притягатися магнітом.
2. До труби треба припаяти відводи з різьбами для підключення до опалювальної мережі.
3. Зовні вздовж корпусу приклеюються 4–5 стрижнів з текстоліту. На них намотується дріт перетином 1.7–2 мм² зі склоізоляцією, який застосовується в зварювальних трансформаторах.
4. Варильна панель розбирається, «рідний» індуктор пласкої форми демонтується. Замість нього підключається саморобний нагрівач з труби.

Важливий нюанс. Довжину і перетин дроту для намотування котушки слід визначати по штатному індукторові печі. Характеристики дроту мають відповідати потужності польових транзисторів в електросхемі. Якщо взяти довший дріт, то впаде потужність, коротший – перегріватимуться транзистори. Подробиці дивіться на відео:

Як неважко здогадатися, нагрівальним елементом виступають металеві йоржики, які знаходяться в змінному магнітному полі котушки. Якщо запустити плиту на максимум, одночасно пропускаючи через імпровізований котел проточну воду, то її вдасться нагріти на 15–20 °C, що і показали випробування агрегата.

Оскільки потужність більшості індукційних плит лежить в межах 2–2.5 кВт, нагрівачем можна опалити приміщення загальною площею 25 квадратних метрів. Є спосіб збільшити нагрів, підключивши індуктор до зварювального апарата. Але тут є свої труднощі:

1. Інвертор видає постійний струм, а потрібен змінний. Для під’єднання індукційного нагрівача апарат доведеться розібрати та знайти у схемі точки, де напруга ще не випрямлена.
2. Треба взяти дріт більшого перетину та підібрати число витків шляхом розрахунку. Як варіант, підійде мідний дріт Ø1.5 мм в емалевій ізоляції.
3. Необхідно передбачити охолодження елемента.

Перевірку працездатності індуктивного водонагрівача автор демонструє у своєму відео, представленому нижче. Випробування показали, що агрегат потребує доопрацювання, але кінцевий результат, на жаль, невідомий. Схоже, що умілець залишив проект незавершеним.

Як зробити індукційний котел

В цьому випадку дешеву китайську плиту розбирати не доведеться. Треба зварити за її розмірами котловий бак, керуючись покроковою інструкцією:

1. Візьміть сталеву профільну трубу 20 х 40 мм з товщиною стінки 2 мм та наріжте з неї заготовки, орієнтуючись за шириною панелі.
2. Зваріть трубки між собою по довжині, стикуючи меншими сторонами.
3. Зверху і знизу до торців герметично приваріть залізні кришки. Зробіть в них отвори і поставте патрубки з різьбами.
4. До однієї зі сторін прикріпіть зварюванням 2 кутника, щоб вони утворили полку для індукційної печі.
5. Пофарбуйте індукційний нагрівач термостійкою емаллю з балончика. Детальніше процес складання показаний у відеоролику.

Остаточне складання і запуск полягає в монтажі котла на стіну і підключенні до системи опалення. Варильна панель вставляється у гніздо з кутників на задній стінці бака і підключається до електромережі. Лишається заповнити систему теплоносієм, стравити повітря та ввімкнути нагрів індуктора.

Тут виникає та сама проблема, що і в попередній конструкції. Безсумнівно, індукційний нагрів працюватиме, але його потужності 2.5 кВт вистачить для обігріву 2 невеликих кімнат під час морозів. Восени і навесні, коли температура не опустилася нижче нуля, саморобний котел зможе опалювати площу 35–40 м². Як правильно підключити індукційний нагрівач до опалення, дивіться в наступному відеосюжеті:

Висновки та рекомендації

Ми навмисно представили найпростіші варіанти індукційних водонагрівачів, щоб кожен бажаючий міг зробити такий агрегат власноруч. Та лишається питання, чи доцільно займатися цією справою і витрачати власний час. Замість відповіді наведемо кілька об’єктивних міркувань:

1. Користувачі, які не розбираються в електриці і радіотехніці, навряд чи зможуть збільшити потужність нагріву понад 2.5 кВт. Для цього необхідно скласти схему перетворювача частоти.
2. ККД індуктора анітрохи не вищий, ніж у інших електричних котлів. Але зробити опалювач з ТЕНами набагато простіше.
3. Якщо у вас будинку не завалялася індукційна панель, то її доведеться купити за 60…80 у. о. Стільки коштують дешеві китайські вироби в інтернет-магазинах. За ті самі гроші можна придбати готовий електродний котел потужністю до 10 кВт.
4. Електроплити оснащуються автоматикою безпеки, що відмикає побутовий прилад через 1 чи 2 години роботи. Це дуже незручно при експлуатації.
5. Якщо з різних причин теплоносій витече з саморобного теплогенератора, то нагрів не припиниться. Це загрожує пожежею.

Звичайно, ви можете обійтися без дорогих покупок, досконально розібратися в конструкції і змайструвати індукційний нагрівач з нуля. Але зробити все безкоштовно не вийде, адже треба купувати комплектуючі для схеми. Зауважте, що переваги такого опалювального агрегату невеликі, так що всерйоз братися за його виготовлення з метою обігріву приватного будинку недоцільно.