Простой индукционный нагреватель воды. Особенности самостоятельной сборки индукционного водонагревателя

Каждый владелец загородного дома или коттеджа, в первую очередь, заботится о том, чтобы в его жилище всегда было тепло и уютно.

Достичь такого комфорта помогает правильно подобранное отопительное оборудование, которое бы эффективно обогревало дом и, в тоже время, затраты на него были минимальными. На сегодняшний день наиболее эффективными отопительными системами считают те, в которых для обогрева используют электрическое оборудование. Мы предлагаем рассмотреть альтернативный вариант электрического отопления.

Современный полет технической мысли позволил создать новый вид электрического оборудования для отопления, который называется воды. В этой статье мы попытаемся подробно рассказать о том, что собой представляет этот агрегат и какими преимуществами он обладает, а также опишем технологию его изготовления своими руками. (Об особенностях индукционного отопления Вы можете почитать ).

Из чего состоит и как работает

Любой индукционный нагреватель состоит из основных трех компонентов:

• инвертор, который преобразует бытовую электроэнергию в высокочастотный ток;
• индуктор, который создает электромагнитное поле;
• нагревательный элемент, с помощью которого непосредственно нагревается вода.

Принцип же действия нагревателя этого вида заключается в последовательном взаимодействии всех его основных компонентов. Иначе говоря:

• инвертор вырабатывает высокочастотный ток и подает его непосредственно на индуктор;
• катушка из определенного количества витков медной проволоки, которая и является индуктором, создает магнитное поле, считающееся причиной появления вихревых потоков;
• нагревательный элемент, который находится внутри индуктора, под воздействием вихревых токов хорошо разогревается;
• и как следствие, теплоноситель, который находится внутри теплообменника, одновременно с ним также разогревается, и в горячем виде непосредственно передается в отопительную систему.

Как видим, принцип работы агрегата этого вида достаточно простой, поэтому, можно смело допустить предположение, что индукционный нагреватель воды обладает целым рядом достоинств.

Преимущества

К числу позитивных характеристик индукционного агрегата можно отнести следующие важные моменты:

1. Долговечность использования. Благодаря не слишком замысловатой конструкции, индукционный нагреватель можно бесперебойно использовать в течение более 30 лет
2. Экономичность. Коэффициент полезного действия агрегата этого вида приближается к 100%. Иначе говоря, все электричество полностью перерабатывается в тепловую энергию, практически без потерь.
3. Удобство. Обслуживание индукционного нагревателя не требует постоянного технического обслуживания. Достигается это благодаря тому, что электромагнитное поле, помимо создания нагрева, образует вибрации, которые не дают возможности появлению накипи на внутренних стенках теплообменника.
4. Компактность. Нагреватели этого вида имеют небольшие габаритные размеры, что способствует их установке в помещениях любого типа.
5. Бесшумность. Индукционные агрегаты, благодаря своей конструкции, функционируют достаточно тихо.
6. Экологичность. Котел этого вида не производит выброс вредных продуктов сгорания, поэтому не требуется оборудования дымохода и системы вентиляции.

По анализу отзывов, основным недостатком такого агрегата является его высокая стоимость. Но существует оптимальный выход – сконструировать индукционный нагреватель воды своими руками.

Необходимые инструменты и материалы

Надумав сделать индукционный агрегат своими руками, прежде всего, нужно приготовить все необходимые материалы и инструменты.

Их перечень выглядит следующим образом:

Схема и порядок сборки

Конструирование индукционного нагревателя своими руками должно происходить согласно следующим последовательным этапам:

1. Нагревательный элемент. Один из торцов пластиковой трубы фиксируется металлической сеткой. Затем нержавеющая проволока нарезается кусачками на небольшие отрезки, которые плотно помещаются внутри трубы. При этом очень важно не допускать пустот. Второй торец трубы также фиксируется металлической сеткой.
2. Индуктор. Поверх пластиковой трубы наматывается медная проволока, которая будет создавать вихревые потоки. При этом очень важно знать, что количество витков должно быть не менее 90.
3. Инвертор. Этот прибор конструируется на тиристорах, которые позволяют эффективно преобразовывать обычную электроэнергию в высокочастотный ток. Тиристорный инвертор является самым важным компонентом индукционного нагревателя. Стоит также отметить, что у тиристорного преобразователя электронное управление, которое позволяет плавно регулировать подачу тока, а также надежно защищает от аварийных ситуаций.
4. Подключение. Когда индукционный нагреватель воды полностью смонтирован, то с помощью шаровых кранов и переходников он непосредственно подключается к отопительной системе.

Многих привлекает электрическое отопление тем, что оно работает автономно и не надо за ним постоянно присматривать. Негативной стороной таких отопительных котлов является стоимость и технические требования.

В некоторых местах их просто нельзя применить. Но многих владельцев это не пугает, и они считают, что именно простота эксплуатации перекрывает все недостатки.

Особенно тогда, когда на рынках сбыта появились новые типы , имеющих индуктивные катушки, а не ТЕНы. Они с мгновенной скоростью разогревают и экономно отапливают здание, по мнению владельцев агрегатов. Новый тип котлов называют индукционным.

Новый вид нагревателей удобен в эксплуатации. Считаются безопасными, в сравнении с газовыми нагревателями, нет сажи и копоти, что не скажешь о приборах с твёрдым топливом. И самое главное преимущество – нет нужды заготавливать твёрдое топливо (уголь, дрова, ).

И как только появились индукционные нагреватели, сразу нашлись умельцы, которые в целях экономии, пытаются создать такую установку своими руками.

В этой статье мы поможем вам сконструировать нагревательный прибор самостоятельно.

Устройство, где происходит нагревание металла и продуктов ему подобных без контакта, называют индукционным нагревателем. Работой управляет переменное индукционное поле, воздействующее на металл, и токи внутри образуют тепло.

Токи высокой частоты воздействуют на продукцию помимо изоляции, из-за чего конструкция является необыкновенной перед другими видами нагрева.

В сегодняшних индукционных нагревателях присутствуют полупроводниковые редукторы частоты. Такой тип нагревания широко используется в термообработке поверхностей из стали и различных соединений, сплавов.

Компактность оборудования используются в новаторских технологиях, при этом, присутствует огромный экономический эффект. Разнообразные модели помогают внедряться гибким и автоматизированным сочетаниям, включающие в себя транзисторные редукторы частот всестороннего типа и соединительные блоки, когда предпочитается индукционная система.

Описание

В состав типового нагревательного элемента входят следующие узлы:

1. Нагревательный элемент в виде прутка или металлической трубки.
2. Индуктор – это медная проволока, обрамляющая витками катушку. В процессе работы он исполняет роль генератора.
3. Генератор переменного тока. Отдельная конструкция, где происходит преобразование стандартного тока в величину с высокой частотой.

На практике, индукционные установки используются недавно. Теоретические изучения намного опережают. Такое можно объяснить одной преградой – получение высокой частоты магнитных полей. Дело в том, что использовать установки с низкой частотой считается неэффективным. Как только появились с высокой частотой, проблема разрешилась.

Генераторы ТВЧ прошли свой эволюционный период; от ламповых, до современных моделей, выполняющихся на базе IGBT. Теперь они более эффективные, имеют малый вес и размеры. Частотное ограничение их 100 кГц за счёт динамических потерь транзисторов.

Принцип работы и область применения

Генератором повышается частота тока и передаёт свою энергию катушке. Индуктором ведётся преобразование высокочастотного тока в переменное электромагнитное поле. С высокой частотой меняются электромагнитные волны.

Нагревание происходит за счёт разогрева вихревых токов, которые провоцируются переменными вихревыми векторами электромагнитного поля. Почти без потерь передаётся энергия с высоким КПД и энергии достаточно на разогрев теплоносителя и даже больше.

Аккумуляторная энергия передаётся на теплоноситель, который находится внутри трубы. Теплоноситель, в свою очередь, является охладителем нагревательного элемента. За счёт чего, увеличивается срок эксплуатации.

Промышленность является наиболее активным потребителем индукционных нагревателей, так как многие проектирования предусматривают вести с высокой термообработкой. С их использованием повышается прочность продукции.

В высокочастотных кузницах устанавливаются приборы с высокой мощностью.

Кузнечно-прессовые компании, используя такие агрегаты, повышают производительность труда и уменьшают износ штампов, сокращают расход металла. Установки со сквозным нагревом могут охватывать сразу некоторое количество заготовок.

При поверхностном упрочнении деталей, применение такого нагрева позволяет увеличить в несколько раз износостойкость и получить значительный экономический эффект.

Общепринятой областью применения устройств, являются пайка, плавка, нагрев перед деформацией, закалка ТВЧ. Но есть ещё зоны, где получают монокристаллические полупроводниковые материалы, наращивают эпитаксиальные плёнки, вспенивают материалы в эл. поле, ТВЧ сварка оболочек и труб.

Преимущества и недостатки

Плюсы:

1. Высокое качество нагрева.
2. Высокая точность управления и гибкость.
3. Надёжность. Может работать автономно, имея автоматику.
4. Греет любую жидкость.
5. КПД прибора 90%.
6. Длительный срок службы (до 30 лет).
7. Простота монтирования.
8. Нагревательный прибор не собирает накипь.
9. За счёт автоматики, экономия электроэнергии.

Минусы:

1. Высокая стоимость моделей с автоматикой.
2. Зависимость от электроснабжения.
3. Некоторые модели шумят.

Как сделать своими руками?

Допустим, вы решили сделать лично индукционный нагреватель, для этого подготавливаем трубу, в неё насыпаем небольшие куски стальной проволоки (9 см в длину).

Труба может быть пластиковой или металлической, главное, с толстенными стенками. Затем, она закрывается специальными переходниками со всех сторон.

Далее, на неё накручиваем медную проволоку до 100 витков и располагаем по центральной части трубки. В результате получится индуктор. К этой обмотке подсоединяем выходную часть инвертора. В качестве помощника прибегаем к .

В качестве нагревателя выступает труба.

Подготавливаем генератор и всю конструкцию собираем.

Необходимые материалы и инструменты:

• проволока из нержавеющей стали или катанка (диаметр 7 мм);
• вода;
• провод из эмалированной меди;
• сетка из металла, имеющая маленькие отверстия;
• переходники;
• толстостенная труба из пластика;

Пошаговое руководство:

1. Режим проволоку на кусочки , длиною 50 мм.
2. Подготавливаем оболочку для нагревателя. Используем толстостенную трубу (диаметр 50 мм).
3. Дно и верх корпуса закрываем сеткой.
4. Готовим индукционную катушку. Медным проводом делаем намотку на корпус 90 витков и располагаем их в центре оболочки.
5. Из трубопровода вырезаем часть трубы и устанавливаем индукционный котёл.
6. Катушку соединяем с инвертором и заполняем котёл водой.
7. Заземляем полученную конструкцию.
8. Проверяем систему в работе. Без воды использовать нельзя, так как может расплавиться пластиковая труба.

Из сварочного инвертора

Самым простым бюджетным вариантом является изготовление индукционного нагревателя, используя сварочный инвертор:

1. Для этого берём полимерную трубу , стенки её должны быть толстыми. С торцов монтируем 2 вентиля и подсоединяем разводку.
2. Засыпаем в трубу кусочки (диаметр 5 мм) металлической проволоки и монтируем верхний вентиль.
3. Далее, делаем 90 витков вокруг трубы медной проволокой , получаем индуктор. Нагревательным элементом является труба, генератором используем сварочный аппарат.
4. Прибор должен стоять в режиме переменного тока с высокой частотой.
5. Подсоединяем медную проволоку к полюсам сварочного аппарата и проверяем работу.

Работая индуктором, будет излучаться магнитное поле, при этом, вихревые токи будут раскалять рубленую проволоку, что приведёт к закипанию воды в полимерной трубе

1. Открытые участки конструкции, в целях безопасности, следует изолировать.
2. Применение индукционного нагревателя рекомендовано только в закрытых системах отопления, где обустроен насос для циркуляции теплоносителя.
3. Конструкцию с индукционным нагревателем размещают на 800 мм от потолка, 300 – от мебели и стен.
4. Установка манометра обезопасит вашу конструкцию.
5. Нагревательное устройство желательно оснастить автоматической системой управления.
6. Нагревательный прибор к электросети следует подсоединять специальными переходниками.

© При использовании материалов сайта (цитат, изображений) указание источника обязательно.

Индукционная печь изобретена давно, еще в 1887 г, С. Фарранти. Первая промышленная установка заработала в 1890 г. на фирме Benedicks Bultfabrik. Долгое время индукционные печи и в индустрии были экзотикой, но не вследствие дороговизны электричества, тогда оно было не дороже теперешнего. В процессах, происходящих в индукционных печах, было еще много непонятного, а элементная база электроники не позволяла создавать эффективные схемы управления ими.

В индукционно-печной сфере переворот произошел буквально на глазах в наши дни, благодаря появлению, во-первых, микроконтроллеров, вычислительная мощность которых превышает таковую персональных компьютеров десятилетней давности. Во-вторых, благодаря… мобильной связи. Ее развитие потребовало появления в продаже недорогих транзисторов, способных отдавать мощность в несколько кВт на высоких частотах. Они, в свою очередь, были созданы на основе полупроводниковых гетероструктур, за исследования которых российский физик Жорес Алферов получил Нобелевскую премию.

В конечном итоге, индукционные печки не только совершенно преобразились в промышленности, но и широко вошли в быт. Интерес к предмету породил массу самоделок, которые, в принципе, могли бы быть полезными. Но большинство авторов конструкций и идей (описаний которых в источниках много больше, чем работоспособных изделий) плоховато представляют себе как основы физики индукционного нагрева, так и потенциальную опасность неграмотно выполненных конструкций. Настоящая статья призвана прояснить некоторые наиболее смутные моменты. Материал построен на рассмотрении конкретных конструкций:

1. Промышленной канальной печи для плавки металла, и возможности ее создания самостоятельно.
2. Тигельных печей индукционного типа, самых простых в исполнении и наиболее популярных среди самодельщиков.
3. Индукционных водогрейных котлов, стремительно вытесняющих бойлеры с ТЭНами.
4. Бытовых варочных индукционных приборов, конкурирующих с газовыми плитами и по ряду параметров превосходящих микроволновки.

Примечание: все рассматриваемые устройства основаны на магнитной индукции, создаваемой катушкой индуктивности (индуктором), поэтому и называются индукционными. В них можно плавить/нагревать только электропроводящие материалы, металлы и т.п. Есть еще электроиндукционные емкостные печи, основанные на электрической индукции в диэлектрике между обкладками конденсатора, они применяются для «нежного» плавления и электротермообработки пластиков. Но распространены они гораздо меньше индукторных, рассмотрение их требует отдельного разговора, поэтому пока оставим.

Принцип действия

Принцип работы индукционной печи иллюстрирует рис. справа. В сущности она – электрический трансформатор с короткозамкнутой вторичной обмоткой:

• Генератор переменного напряжения G создает в индукторе L (heating coil) переменный ток I1.
• Конденсатор С совместно с L образуют колебательный контур, настроенный на рабочую частоту, это в большинстве случаев повышает техпараметры установки.
• Если генератор G автоколебательный, то С часто исключают из схемы, используя вместо него собственную емкость индуктора. Она у описанных ниже высокочастотных индукторов составляет несколько десятков пикофарад, что как раз соответствует рабочему диапазону частот.
• Индуктор в соответствии с уравнениями Максвелла создает в окружающем пространстве переменное магнитное поле с напряженностью H. Магнитное поле индуктора может как замыкаться через отдельный ферромагнитный сердечник, так и существовать в свободном пространстве.
• Магнитное поле, пронизывая помещенную в индуктор заготовку (или плавильную шихту) W, создает в ней магнитный поток Ф.
• Ф, если W электропроводящая, индуцирует в ней вторичный ток I2, то тем же уравнениям Максвелла.
• Если Ф достаточно массивна и цельная, то I2 замыкается внутри W, образуя вихревой ток, или ток Фуко.
• Вихревые токи по закону Джоуля-Ленца отдает полученную им через индуктор и магнитное поле от генератора энергию, нагревая заготовку (шихту).

Электромагнитное взаимодействие с точки зрения физики достаточно сильно и обладает довольно высоким дальнодействием. Поэтому, несмотря на многоступенчатое преобразование энергии, индукционная печь способна показать в воздухе или вакууме КПД до 100%.

Примечание: в среде из неидеального диэлектрика с диэлектрической проницаемостью >1 потенциально достижимый КПД индукционных печей падает, а в среде с магнитной проницаемостью >1 добиться высокого КПД проще.

Канальная печь

Канальная индукционная плавильная печь – первая из примененных в промышленности. Она и конструктивно похожа на трансформатор, см. рис. справа:

1. Первичная обмотка, питаемая током промышленной (50/60 Гц) или повышенной (400 Гц) частоты, выполнена из медной, охлаждаемой изнутри жидким теплоносителем, трубки;
2. Вторичная короткозамкнутая обмотка – расплав;
3. Кольцеобразный тигель из жаростойкого диэлектрика, в котором помещается расплав;
4. Наборный из пластин трансформаторной стали магнитопровод.

Канальные печи используются для переплавки дюраля, цветных спецсплавов, получения высококачественного чугуна. Промышленные канальные печи требуют затравки расплавом, иначе «вторичка» не замкнется накоротко и нагрева не будет. Или между крошками шихты возникнут дуговые разряды, и вся плавка просто взорвется. Поэтому перед пуском печи в тигель наливают немного расплава, а переплавленную порцию выливают не до конца. Металлурги говорят, что канальная печь имеет остаточную емкость.

Канальную печь на мощность до 2-3 кВт можно сделать и самому из сварочного трансформатора промышленной частоты. В такой печи можно расплавить до 300-400 г цинка, бронзы, латуни или меди. Можно переплавлять дюраль, только отливке нужно по остывании дать состариться, от нескольких часов до 2-х недель, в зависимости от состава сплава, чтобы набрала прочность, вязкость и упругость.

Примечание: дюраль вообще был изобретен случайно. Разработчики, обозлившись, что легировать алюминий никак не удается, бросили в лаборатории очередной «никакой» образец и ушли в загул с горя. Протрезвились, вернулись – а никакой изменил цвет. Проверили – а он набрал прочность едва ли не стали, оставшись легким, как алюминий.

«Первичку» трансформатора оставляют штатной, она уже рассчитана на работу в режиме КЗ вторички сварочной дугой. «Вторичку» снимают (ее потом можно поставить обратно и использовать трансформатор по прямому назначению), а вместо нее надевают кольцевой тигель. Но пытаться переделать в канальную печь сварочный ВЧ-инвертор опасно! Его ферритовый сердечник перегреется и разлетится в куски из-за того, что диэлектрическая проницаемость феррита >>1, см. выше.

Проблема остаточной емкости в маломощной печке отпадает: в шихту для затравки кладут проволочку из того же металла, согнутую в кольцо и со скрученными концами. Диаметр проволоки – от 1 мм/кВт мощности печи.

Но появляется проблема кольцевого тигля: единственный подходящий для малого тигля материал – электрофарфор. В домашних условиях обработать его самому невозможно, а где взять покупной подходящий? Прочие огнеупоры не годятся вследствие высоких диэлектрических потерь в них или пористости и малой механической прочности. Поэтому, хотя канальная печь дает плавку высочайшего качества, не требует электроники, а ее КПД уже при мощности 1 кВт превышает 90%, у самодельщиков они не в ходу.

Под обычный тигель

Остаточная емкость раздражала металлургов – сплавы-то плавились дорогие. Поэтому, как только в 20-х годах прошлого века появились достаточно мощные радиолампы, тут же родилась идея: выкинуть на (не будем повторять профессиональные идиомы суровых мужиков) магнитопровод, а обычный тигель засунуть прямо в индуктор, см. рис.

На промышленной частоте так не сделаешь, магнитное поле низкой частоты без концентрирующего его магнитопровода расползется (это т. наз. поле рассеяния) и отдаст свою энергию куда угодно, только не в расплав. Компенсировать поле рассеяния можно повышением частоты до высокой: если диаметр индуктора соизмерим с длиной волны рабочей частоты, а вся система – в электромагнитном резонансе, то до 75% и более энергии ее электромагнитного поля будет сосредоточено внутри «бессердечной» катушки. КПД выйдет соответственный.

Однако уже в лабораториях выяснилось, что авторы идеи проглядели очевидное обстоятельство: расплав в индукторе, хотя бы и диамагнитный, но электропроводящий, за счет собственного магнитного поля от вихревых токов изменяет индуктивность нагревательной катушки. Начальную частоту понадобилось устанавливать под холодную шихту и менять по мере ее плавления. Причем в пределах тем больших, чем больше заготовка: если для 200 г стали можно обойтись диапазоном в 2-30 МГц, то для болванки с железнодорожную цистерну начальная частота будет около 30-40 Гц, а рабочая – до нескольких кГц.

Подходящую автоматику на лампах сделать сложно, «тянуть» частоту за болванкой – нужен высококвалифицированный оператор. Кроме того, на низких частотах сильнейшим образом проявляет себя поле рассеяния. Расплав, который в такой печи еще и сердечник катушки, до некоторой степени собирает магнитное поле возле нее, но все равно, для получения приемлемого КПД понадобилось окружать всю печь мощным ферромагнитным экраном.

Тем не менее, благодаря своим выдающимся достоинствам и уникальным качествам (см. далее) тигельные индукционные печи широко применяются и в промышленности, и самодельщиками. Поэтому остановимся подробнее на том, как правильно сделать такую своими руками.

Немного теории

При конструировании самодельной «индукционки» нужно твердо помнить: минимум потребляемой мощности не соответствует максимуму КПД, и наоборот. Минимальную мощность от сети печка возьмет при работе на основной резонансной частоте, Поз. 1 на рис. Болванка/шихта при этом (и на более низких, дорезонансных частотах) работает как один короткозамкнутый виток, а в расплаве наблюдается всего одна конвективная ячейка.

В режиме основного резонанса в печке на 2-3 кВт можно расплавить до 0,5 кг стали, но разогрев шихты/заготовки займет до часа и более. Соответственно, общее потребление электричества от сети будет большим, а общий КПД – низким. На дорезонансных частотах – еще ниже.

Вследствие этого индукционные печи для плавки металла работают чаще всего на 2-й, 3-й и др. высших гармониках (Поз. 2 на рис.) Требуемая для разогрева/расплавления мощность при этом возрастает; для того же полкило стали на 2-й понадобится 7-8 кВт, на 3-ей 10-12 кВт. Но прогрев происходит очень быстро, за минуты или доли минут. Поэтому и КПД выходит высокий: печка не успевает «съесть» много, как расплав уже можно лить.

У печей на гармониках есть важнейшее, даже уникальное достоинство: в расплаве возникает несколько конвективных ячеек, мгновенно и тщательно его перемешивающих. Поэтому можно вести плавку в режиме т. наз. быстрой шихты, получая сплавы, которые в любых других плавильных печах выплавить принципиально невозможно.

Если же «задрать» частоту в 5-6 и более раз выше основной, то КПД несколько (ненамного) падает, но проявляется еще одно замечательное свойство индукционки на гармониках: поверхностный нагрев вследствие скин-эффекта, вытесняющего ЭМП к поверхности заготовки, Поз. 3 на рис. Для плавки этот режим используется редко, но для разогрева заготовок под поверхностную цементацию и закалку – милое дело. Современная техника без такого способа термообработки была бы просто невозможна.

О левитации в индукторе

А теперь проделаем фокус: накрутим первые 1-3 витка индуктора, затем перегнем трубку/шину на 180 градусов, и остальную обмотку навьем в обратном направлении (Поз 4 на рис.) Подключим к генератору, введем в индуктор тигель в шихтой, дадим ток. Дождемся расплавления, уберем тигель. Расплав в индукторе соберется в сферу, которая там останется висеть, пока не выключим генератор. Тогда – упадет вниз.

Эффект электромагнитной левитации расплава используют для очистки металлов путем зонной плавки, для получение высокоточных металлических шариков и микросфер, и т.п. Но для надлежащего результата плавку нужно вести в высоком вакууме, поэтому здесь о левитации в индукторе упомянуто только для сведения.

Зачем индуктор дома?

Как видим, даже маломощная индукционная печка для квартирной проводки и лимитов потребления мощновата. Для чего же стоит ее делать?

Во-первых, для очистки и разделения драгоценных, цветных и редких металлов. Берем, к примеру, старый советский радиоразъем с позолоченными контактами; золота/серебра на плакировку тогда не жалели. Кладем контакты в узкий высокий тигелек, суем в индуктор, плавим на основном резонансе (выражаясь профессионально, на нулевой моде). По расплавлении постепенно снижаем частоту и мощность, давая застыть болванке в течение 15 мин – получаса.

По остывании разбиваем тигелек, и что видим? Латунный столбик с ясно различимым золотым кончиком, который остается только отрезать. Без ртути, цианидов и прочих убийственных реагентов. Нагревом расплава извне любым способом этого не добиться, конвекция в нем не даст.

Ну, золото-золотом, а сейчас и черный металлолом на дороге не валяется. Но вот необходимость равномерного, или точно дозированного по поверхности/объему/температуре нагрева металлических деталей для качественной закалки у самодельщика или ИП-индивидуала всегда найдется. И тут опять выручит печка-индуктор, причем расход электричества будет посильным для семейного бюджета: ведь основная доля энергии нагрева приходится на скрытую теплоту плавления металла. А меняя мощность, частоту и расположение детали в индукторе, можно нагреть именно нужное место именно как надо, см. рис. выше.

Наконец, сделав индуктор специальной формы (см. рис. слева), можно отпустить закаленную деталь в нужном месте, на нарушая цементации с закалкой на конце/концах. Затем, где надо – гнем, плющим, а остальное остается твердым, вязким, упругим. В конце можно снова разогреть, где отпускали, и опять закалить.

Приступаем к печке: что нужно знать обязательно

Электромагнитное поле (ЭМП) воздействует на человеческий организм, хотя бы прогревая его во всем объеме, как мясо в микроволновке. Поэтому, работая с индукционной печью в качестве конструктора, мастера или эксплуатанта, нужно четко уяснить себе суть следующих понятий:

ППЭ – плотность потока энергии электромагнитного поля. Определяет общее физиологическое воздействие ЭМП на организм независимо от частоты излучения, т.к. ППЭ ЭМП одной и той же напряженности растет с ростом частоты излучения. По санитарным нормам разных стран допустимое значение ППЭ от 1 до 30 мВт на 1 кв. м. поверхности тела при постоянном (свыше 1 часа в сутки) воздействии и втрое-впятеро больше при однократном кратковременном, до 20 мин.

Примечание: особняком стоят США, у них допустимая ППЭ – 1000 мВт (!) на кв. м. тела. Фактически, американцы считают началом физиологического воздействия внешние его проявления, когда человеку уже становится плохо, а долговременные последствия облучения ЭМП полностью игнорируют.

ППЭ при удалении от точечного источника излучения падает по квадрату расстояния. Однослойная экранировка оцинковкой или мелкоячеистой оцинкованной сеткой снижает ППЭ в 30-50 раз. Вблизи катушки по ее оси ППЭ будет в 2-3 раза выше, чем сбоку.

Поясним на примере. Есть индуктор на 2 кВт и 30 МГц с КПД в 75%. Следовательно, наружу из него уйдет 0,5 кВт или 500 Вт. На расстоянии в 1 м от него (площадь сферы радиусом 1 м – 12,57 кв. м.) на 1 кв. м. придется 500/12,57=39,77 Вт, а на человека – около 15 Вт, это очень много. Индуктор нужно располагать вертикально, перед включением печи надевать на него заземленный экранирующий колпак, следить за процессом издали, а по его окончании немедленно выключать печь. На частоте в 1 МГц ППЭ упадет в 900 раз, и с экранированным индуктором можно работать без особых предосторожностей.

СВЧ – сверхвысокие частоты. В радиэлектронике СВЧ считают с т.наз. Q-диапазона, но по физиологии СВЧ начинается примерно со 120 МГц. Причина – электроиндукционный нагрев плазмы клеток и резонансные явления в органических молекулах. СВЧ обладает специфически направленным биологическим действием с долговременными последствиями. Достаточно получить 10-30 мВт в течение получаса, чтобы подорвать здоровье и/или репродуктивную способность. Индивидуальная восприимчивость к СВЧ крайне изменчива; работая с ним, нужно регулярно проходить специальную медкомиссию.

Пресечь СВЧ-излучение очень трудно, оно, как говорят профи, «сифонит» сквозь малейшую щелочку в экране или при малейшем нарушении качества заземления. Эффективная борьба с СВЧ-излучением аппаратуры возможна только на уровне его конструирования высококлассными специалистами.

Компоненты печи

Индуктор

Важнейшая часть индукционной печи – ее нагревательная катушка, индуктор. Для самодельных печей на мощность до 3 кВт пойдет индуктор из голой медной трубки диаметром 10 мм или медной же голой шины сечением не менее 10 кв. мм. Внутренний диаметр индуктора – 80-150 мм, количество витков – 8-10. Витки не должны соприкасаться, расстояние между ними – 5-7 мм. Также никакая часть индуктора не должна касаться его экрана; минимальный зазор – 50 мм. Поэтому для прохождения выводов катушки к генератору нужно предусмотреть окно в экране, не мешающее его снимать/ставить.

Индукторы промышленных печей охлаждают водой или антифризом, но на мощности до 3 кВт описанный выше индуктор при работе его в продолжении до 20-30 мин принудительного охлаждения не требует. Однако он сам при этом сильно нагревается, а окалина на меди резко снижает КПД печи вплоть до потери ею работоспособности. Сделать самому индуктор с жидкостным охлаждением невозможно, поэтому его придется время от времени менять. Применять принудительное воздушное охлаждение нельзя: пластиковый или металлический корпус вентилятора вблизи катушки «притянут» к себе ЭМП, перегреются, а КПД печи упадет.

Примечание: для сравнения – индуктор для плавильной печи на 150 кг стали согнут из медной трубы 40 мм наружным диаметром и 30 внутренним. Число витков – 7, диаметр катушки по внутри 400 мм, высота тоже 400 мм. Для его раскачки на нулевой моде нужно 15-20 кВт при наличии замкнутого контура охлаждения дистиллированной водой.

Генератор

Вторая главная часть печи – генератор переменного тока. Сделать индукционную печь, не владея основами радиоэлектроники хотя бы на уровне радиолюбителя средней квалификации, не стоит и пытаться. Эксплуатировать – тоже, ведь, если печка не под компьютерным управлением, настроить ее в режим можно, только чувствуя схему.

При выборе схемы генератора следует всячески избегать решений, дающих жесткий спектр тока. В качестве антипримера приводим довольно распространенную схему на тиристорном ключе, см. рис. выше. Доступный специалисту расчет по прилагаемой к ней автором осциллограмме показывает, что ППЭ на частотах свыше 120 МГц от индуктора, запитанного таким образом, превышает 1 Вт/кв. м. на расстоянии 2,5 м от установки. Убийственная простота, ничего не скажешь.

В качестве ностальгического курьеза приводим еще схему древнего лампового генератора, см. рис. справа. Такие делали советские радиолюбители еще в 50-х годах, рис. справа. Настройка в режим – воздушным конденсатором переменной емкости С, с зазором между пластинами не менее 3 мм. Работает только на нулевой моде. Индикатор настройки – неоновая лампочка Л. Особенность схемы – очень мягкий, «ламповый» спектр излучения, так что пользоваться этим генератором можно без особых мер предосторожности. Но – увы! – ламп для него сейчас не найдешь, а при мощности в индукторе около 500 Вт энергопотребление от сети – более 2 кВт.

Примечание: указанная на схеме частота 27,12 МГц не оптимальна, она выбрана из соображений электромагнитной совместимости. В СССР она была свободной («мусорной») частотой, для работы на которой разрешения не требовалось, лишь бы устройство помех никому не давало. А вообще-то С можно перестраивать генератор в довольно широком диапазоне.

На следующем рис. слева – простейший генератор с самовозбуждением. L2 – индуктор; L1 – катушка обратной связи, 2 витка эмалированного провода диаметром 1,2-1,5 мм; L3 – болванка или шихта. В качестве контурной емкости используется собственная емкость индуктора, поэтому эта схема не требует настройки, она автоматически входит в режим нулевой моды. Спектр мягкий, но при неправильной фазировке L1 мгновенно сгорает транзистор, т.к. он оказывается в активном режиме с КЗ по постоянному току в цепи коллектора.

Также транзистор может сгореть просто от изменения наружной температуры или саморазогрева кристалла – каких-либо мер по стабилизации его режима не предусмотрено. В общем, если у вас завалялись где-то старые КТ825 или им подобные, то начинать эксперименты по индукционному нагреву можно с этой схемки. Транзистор должен быть установлен на радиатор площадью не менее 400 кв. см. с обдувом от компьютерного или ему подобного вентилятора. Регулировка можности в индукторе, до 0,3 кВт – изменением напряжения питания в пределах 6-24 В. Его источник должен обеспечивать ток не менее 25 А. Мощность рассеивания резисторов базового делителя напряжения не менее 5 Вт.

Схема на след. рис. справа – мультивибратор с индуктивной нагрузкой на мощных полевых тразисторах (450 B Uk, не менее 25 A Ik). Благодаря применению емкости в цепи колебательного контура дает довольно мягкий спектр, но внемодовый, поэтому пригоден для разогрева деталей до 1 кг для закалки/отпуска. Главный недостаток схемы – дороговизна компонент, мощных полевиков и быстродействующих (граничная частота не менее 200 кГц) высоковольтных диодов в их базовых цепях. Биполярные мощные транзисторы в этой схеме не работают, перегреваются и сгорают. Радиатор здесь такой же, как и в предыдущем случае, но обдува уже не нужно.

Следующая схема уже претендует на звание универсальной, мощностью до 1 кВт. Это – двухтактный генератор с независимым возбуждением и мостовым включением индуктора. Позволяет работать на 2-3 моде или в режиме поверхностного нагрева; частота регулируется переменным резистором R2, а диапазоны частот переключаются конденсаторами С1 и С2, от 10 кГц до 10 МГц. Для первого диапазона (10-30 кГц) емкость конденсаторов С4-С7 должна быть увеличена до 6,8 мкФ.

Трансформатор между каскадами – на ферритовом кольце с площадью сечения магнитопровода от 2 кв. см. Обмотки – из эмалированного провода 0,8-1,2 мм. Радиатор транзисторов – 400 кв. см. на четверых с обдувом. Ток в индукторе практически синусоидальный, поэтому спектр излучения мягкий и на всех рабочих частотах дополнительных мер защиты не требуется, при условии работы до 30 мин в день через 2 дня на 3-й.

Видео: самодельный индукционный нагреватель в работе

Индукционные котлы

Индукционные водогрейные котлы, без сомнения, вытеснят бойлеры с ТЭНами везде, где электричество обходится дешевле других видов топлива. Но их неоспоримые достоинства породили и массу самоделок, от которых у специалиста иной раз буквально волосы дыбом встают.

Скажем, такая конструкция: пропиленовую трубу с проточной водой окружает индуктор, а он запитан от сварочного ВЧ-инвертора на 15-25 А. Вариант – из термостойкого пластика делают пустотелый бублик (тор), по патрубкам пропускают через него воду, а для нагрева обматывают шиной, образующий свернутый в кольцо индуктор.

ЭМП передаст свою энергию воде хорошо; та обладает неплохой электропроводностью и аномально высокой (80) диэлектрической проницаемостью. Вспомните, как стреляют в микроволновке оставшиеся на посуде капельки влаги.

Но, во-первых, для полноценного обогрева квартиры или зимой нужно не менее 20 кВт тепла, при тщательном утеплении снаружи. 25 А при 220 В дают всего 5,5 кВт (а сколько это электричество стоит по нашим тарифам?) при 100% КПД. Ладно, пусть мы в Финляндии, где электричество дешевле газа. Но лимит потребления на жилье – все равно 10 кВт, а за перебор нужно платить по увеличенному тарифу. И квартирная проводка 20 кВт не выдержит, нужно тянуть отдельный фидер от подстанции. Во что такая работа обойдется? Если еще электрикам далеко до перебора мощности по району и они ее разрешат.

Затем, сам теплообменник. Он должен быть или металлическим массивным, тогда будет действовать только индукционный нагрев металла, или из пластика с низкими диэлектрическими потерями (пропилен, между прочим, к таким не относится, годится только дорогой фторопласт), тогда вода непосредственно поглотит энергию ЭМП. Но в любом случае выходит, что индуктор греет весь объем теплообменника, а воде тепло отдает только внутренняя его поверхность.

В итоге, ценой больших трудов с риском для здоровья, получаем бойлер с КПД пещерного костра.

Индукционный котел отопления промышленного изготовления устроен совсем по-иному: просто, но в домашних условиях невыполнимо, см. рис. справа:

• Массивный медный индуктор подключается непосредственно к сети.
• Его ЭМП греет также массивный металлический лабиринт-теплообменник из ферромагнитного металла.
• Лабиринт одновременно изолирует индуктор от воды.

Стоит такой бойлер в несколько раз дороже обычного с ТЭНом, и пригоден для установки только на пластиковые трубы, но взамен дает массу выгод:

1. Никогда не сгорает – в нем нет раскаленной электроспирали.
2. Массивный лабиринт надежно экранирует индуктор: ППЭ в непосредственной близости от 30 кВт индукционного бойлера – ноль.
3. КПД – более чем 99,5%
4. Абсолютно безопасен: собственная постоянная времени обладающей большой индуктивностью катушки – более 0,5 с, что в 10-30 раз больше времени срабатывания УЗО или автомата. Его еще ускоряет «отдача» от переходного процесса при пробое индуктивности на корпус.
5. Сам же пробой вследствие «дубовости» конструкции исключительно маловероятен.
6. Не требует отдельного заземления.
7. Безразличен к удару молнии; сжечь массивную катушку ей не под силу.
8. Большая поверхность лабиринта обеспечивает эффективный теплообмен при минимальном температурном градиенте, что почти исключает образование накипи.
9. Огромная долговечность и простота пользования: индукционный бойлер совместно с гидромагнитной системой (ГМС) и фильтром-отстойником работает без обслуживания не менее 30 лет.

О самодельных котлах для ГВС

Здесь на рис. приведена схема маломощного индукционного нагревателя для систем ГВС с накопительным баком. В ее основе – любой силовой трансформатор на 0,5-1,5 кВт с первичной обмоткой на 220 В. Очень хорошо подходят сдвоенные трансформаторы от старых ламповых цветных телевизоров – «гробов» на двухстержневом магнитопроводе типа ПЛ.

Вторичную обмотку с таких снимают, первичку перематывают на один стержень, увеличив количество ее витков для работы в режиме, близком к КЗ (короткому замыканию) по вторичке. Сама же вторичная обмотка – вода в U-образном колене из трубы, охватывающем другой стержень. Пластиковая труба или металлическая – на промчастоте все равно, но металлическая должна быть изолирована от остальной системы диэлектрическими вставками, как показано на рис, чтобы вторичный ток замыкался только через воду.

В любом случае такая водогрейка опасна: возможная протечка соседствует с обмоткой под сетевым напряжением. Если уж идти на такой риск, то в магнитопроводе нужно насверлить отверстие под болт-заземлитель, и прежде всего наглухо, в грунт, заземлить трансформатор и бак стальной шиной не менее 1,5 кв. см. (не кв. мм!).

Далее трансформатор (он должен располагаться непосредственно под баком), с подключенным к нему сетевым проводом в двойной изоляции, заземлителем и водогрейным витком заливают в одну «куклу» силиконовым герметиком, как моторчик помпы аквариумного фильтра. Наконец, крайне желательно весь агрегат подключить к сети через быстродействующее электронное УЗО.

Видео: “индукционный” котел на основе бытовой плитки

Индуктор на кухне

Индукционные варочные поверхности для кухни стали уже привычными, см. рис. По принципу действия это та же индукционная печка, только в роли короткозамкнутой вторичной обмотки выступает днище любой металлической варочной посудины, см. рис. справа, а не только из ферромагнитного материала, как часто не знаючи пишут. Просто алюминиевая посуда выходит из употребления; медики доказали, что свободный алюминий – канцероген, а медная и оловянная давно уже не в ходу по причине токсичности.

Бытовая индукционная плитка – порождение века высоких технологий, хотя идея ее зародилась одновременно с индукционными плавильными печами. Во-первых, для изоляции индуктора от стряпни понадобился прочный, стойкий, гигиеничный и свободно пропускающий ЭМП диэлектрик. Подходящие стеклокерамические композиты появились в производстве сравнительно недавно, и на долю верхней пластины плиты приходится немалая доля ее стоимости.

Затем, все варочные посудины разные, а их содержимое изменяет их электрические параметры, и режимы приготовления блюд тоже разные. Осторожным подкручиванием ручек до нужной моды тут и специалист не обойдется, нужен высокопроизводительный микроконтроллер. Наконец, ток в индукторе должен быть по санитарным требованиям чистой синусоидой, а его величина и частота должны сложным образом меняться сообразно степени готовности блюда. То есть, генератор должен быть с цифровым формированием выходного тока, управляемым тем самым микроконтроллером.

Делать кухонную индукционную плиту самому нет смысла: на одни только электронные компоненты по розничным ценам денег уйдет больше, чем на готовую хорошую плитку. И управлять этими приборами пока еще сложновато: у кого есть, тот знает, сколько там кнопочек или сенсоров с надписями: «Рагу», «Жаркое» и т.п. Автор этой статьи видал плитку, где значилось отдельно «Борщ флотский» и «Суп претаньер».

Тем не менее, индукционные плиты имеют массу преимуществ перед прочими:

• Почти нулевая, в отличие от микроволновок, ППЭ, хоть сам на эту плитку садись.
• Возможность программирования для приготовления самых сложных блюд.
• Растопка шоколада, вытапливание рыбьего и птичьего жира, приготовление карамели без малейших признаков пригорания.
• Высокая экономичность как следствие быстрого нагрева и почти полного сосредоточения тепла в варочной посуде.

К последнему пункту: взгляните на рис. справа, там графики разогрева стряпни на индукционной плите и газовой конфорке. Кто знаком с интегрированием, тот сразу поймет, что индуктор на 15-20% экономичнее, а с чугунным «блином» его можно и не сравнивать. Затраты денег на энергоноситель при приготовлении большинства блюд для индукционной плиты сравнимы с газовой, а на тушение и варку густых супов даже меньше. Индуктор пока уступает газу только при выпечке, когда необходим равномерный прогрев со всех сторон.

Видео: неудавшийся индукционный нагреватель из кухонной плиты

В заключение

Итак, индукционные электроприборы для подогрева воды и приготовления пищи лучше покупать готовые, дешевле и проще выйдет. А вот завести самодельную индукционную тигельную печку в домашней мастерской не помешает: станут доступными тонкие способы плавки и термообработки металлов. Нужно только помнить о ППЭ с СВЧ и строго соблюдать правила конструирования, изготовления и эксплуатации.

Электрические нагревательные приборы исключительно удобны в эксплуатации. Они гораздо безопаснее, чем любое газовое оборудование, не производят копоти и сажи, в отличие от агрегатов, работающих на жидком или твердом топливе, наконец, для них не нужно заготавливать дрова и т. п. Главный недостаток электрических нагревателей - высокая стоимость электроэнергии. В поисках экономии некоторые умельцы решили изготовить индукционный нагреватель своими руками. Они получили отличное оборудование, для работы которого требуется гораздо меньше расходов.

Принцип работы индукционного нагрева

В работе индукционного нагревателя используется энергия электромагнитного поля, которую нагреваемый объект поглощает и преобразует в тепловую. Для генерирования магнитного поля используется индуктор, т. е. многовитковая цилиндрическая катушка. Проходя через этот индуктор, переменный электрический ток создает вокруг катушки переменное магнитное поле.

Самодельный инверторный нагреватель позволяет производить нагрев быстро и до очень высоких температур. С помощью таких устройств можно не только нагревать воду, но даже плавить различные металлы

Если внутрь индуктора или близ него разместить нагреваемый объект, его будет пронизывать поток вектора магнитной индукции, который постоянно меняется во времени. При этом возникает электрическое поле, линии которого располагаются перпендикулярно направлению магнитного потока и движутся по замкнутому кругу. Благодаря этим вихревым потокам электрическая энергия трансформируется в тепловую и объект нагревается.

Таким образом, электрическая энергия индуктора передается объекту без использования контактов, как это происходит в печах сопротивления. В результате тепловая энергия расходуется более эффективно, а скорость нагрева заметно повышается. Широко применяется этот принцип в области обработки металла: его плавки, ковки, пайки наплавки и т. п. С не меньшим успехом вихревой индукционный нагреватель можно использовать для подогрева воды.

Индукционный генератор тепла в системе отопления

Чтобы организовать отопление частного дома с помощью индукционного нагревателя, проще всего использовать трансформатор, который состоит из первичной и вторичной короткозамкнутой обмотки. Вихревые токи в таком устройстве возникают во внутренней составляющей и направляют образовавшееся электромагнитное поле на вторичный контур, который одновременно выполняет роль корпуса и нагревательного элемента для теплоносителя.

Обратите внимание, что в качестве теплоносителя при индукционном нагреве может выступать не только вода, но также антифриз, масло и любые другие токопроводящие среды. При этом степень очистки теплоносителя большого значения не имеет.

Инверторный нагреватель имеет компактные размеры, работает бесшумно и может быть установлен практически в любом подходящем месте, соответствующем требованиям техники безопасности

Чаще всего при изготовлении самодельных вихревых индукционных нагревателей используют недорогие модели сварочных инверторов, поскольку они удобны и полностью соответствуют требованиям

Необходимо отметить, что не стоит испытывать устройство, если в него не подается теплоноситель, иначе пластиковый корпус может очень быстро расплавиться.

Интересный вариант индукционного нагревателя, сделанного из варочной панели, представлен в видеоматериале:

Чтобы повысить безопасность конструкции, советуется выполнить изоляцию открытых участков медной катушки.

Следует размещать систему индукционного нагрева на расстоянии не менее 30 см от стен и мебели и не менее 80 см - от потолка или пола.

Чтобы сделать работу устройства более безопасной, рекомендуется оснастить его манометром, а также системой автоматического управления и приспособлениями для отвода попавшего в систему воздуха.

На результаты этой статьи потратилось почти год, ну и денег ушло не мало, поэтому просьба перед тем как делать выводы от первых строк дочитать до конца - очень многие вещи станут понятны.
Все началось с того, что назрела тема замены отопления дома. Газ это конечно хорошо, но котел у нас довольно старый и менять его не хочется - он с плавной регулировкой поддрежания температуры, а современные - дискретные, т.е. у них нет горения в половину или в 1/4 четверть от максимума, а чем о плавнее регулировка, тем экономней любой обогреватель. Да, экономия не большая, но даже 200-300 рублей экономии я могу потратить уже по своему усмотрению, а не оплачивая газ.
Ну как положено все началось с поисковика. Вбиваю поисковый запрос "Индукционный котел" и начал изучать найденные страницы... И пришлось серьезно задуматься...

Прежде всего смущал бред, которым пестрели страницы с описанием индукционного котла, принципа индукционного нагрева и убожеством схем управления. Можете проверить сами набрав в поисковике ИНДУКЦИОННЫЙ КОТЕЛ СВОИМИ РУКАМИ или ИНДУКЦИОННЫЙ КОТЕЛ ЧЕРТЕЖИ. Почти на всех страницах ссылки на видео, где мужик в ванной комнате сует за теплообменник индукционную печку и счастливо вещает о том, что все готово, подло умалчивая о том, что в печках предусмотрено автовыключение и перезапуск печки он делает каждые 2-3 часа.
На одной из страниц пропагадирующих индукционные котлы была изложена откровенная паранойя, не удержусь и процитирую:
ТЭН нагревается от того, что через его проводник с повышенным сопротивлением протекает ток, поэтому в любом случае он нагревается до заданных 600 - 750* С и теплоноситель на его поверхности всегда кипит. Из-за этого ТЭН быстро обрастает накипью. От этого теплоотдача уменьшается, и ТЭН в конце концов перегорает.
В индукционном котле можно использовать разные теплоносители, даже нефтепродукты, если их не перегревать свыше 70* С.
ЧЁЁЁ??!!! 600-750 градусов?! Ладно, берем масленный обогреватель, выкидываем термостат и греем до максимума, преддварительно помолясь, чтобы его не разорвало. Разумеется, что лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. Итак СМОТРИМ
Итак, температура спирали 421 градус при температуре радиатора 168 градусов и это с учетом того, что внутри масло, а его теплопроводность хуже воды в 5 раз. Откуда интересно тога берется 600-750 градусов? Так, на всякий случай, температура прлавления алюминия 660 градусов, меди 1100. Впрочем я знаю откуда - у некоторых нихромовых сплавом максимальная рабочая температура 750°С, но вот будет ли она достигнута есть великие сомнения.
ТЭН обрастает накипью? Да еще и фотку притулили? Мда...

Охо-хоюшки хо-хо... Для тех кто не в курсе - это тэн от стиральной машинки и в свое время я их менял довольно часто, потому как работал в ремонтной мастерской. Итак, это страшное слово НАКИПЬ:
Накипь – это твердые кальциевые отложения, которые плохо растворяются и образуются в результате образования пара или нагрева воды. Кроме известкового налета, при разогреве воды еще образуется углекислый газ. Но его количество имеет значение, только в промышленных масштабах работы с жесткой водой. Так в котельных, при очистке от накипи котлов нужно обязательно проветривать помещения, но и при кипячении воды также нужно обеспечить в помещении хорошую вентиляцию.
Образование накипи в процессе разогрева воды происходит всегда, если вода жесткая. Только вот накипь может быть разной, т.к. жесткость воды может быть не обязательно карбонатной. Понятно, что причина образования накипи карбонатной являются соли кальция и магния. В случае, если образование накипи происходит за счет силиката кальция, то накипь получается сульфатной. Кремнекислые соединения таких веществ, как железо, алюминий или кальций приводят к образованию накипи силикатной. Так, что образование накипи после работы с жесткой водой не означает, что выпала именно карбонатная накипь. Хотя следует уточнить, что карбонатная накипь самая распространенная.
Ха! Из этого не трудно сделать вывод, что накипь поставляется лишь с новой порцией воды, а воду в системе меняют крайне редко и этот самый слой накипи образуется лишь раз и по немногу утолщается с каждой новой порцией воды, а доливают воду в систему тоже не часто. Следовательно до состояния показанного на фото тэн котла дойдет примерно через 20 лет после того как сгниют алюминиевые радиаторы, поскольку накипь оседает не только на теле тэна, но и на тела самого котла, меньше, но все равно оседает.
И кстати сказать избавится от накипи в отоплении вполне возможно - 100 грамм антинакипиа в системе полностью ликвидируют эту проблему - проверено эксплуатацией электрокотла в течении трех отопительных сезонов.
Но возвращаемся к рекламе индукционных котлов:
В ТЭН- котлах можно использовать теплоносителем только воду и к тому же лучше всего дистиллированную.
В обслуживании ТЭН- котлы менее практичные, чем индукционные, потому что переходной контакт между проводником электроснабжения и проводником самого ТЭН- а постоянно перегретый, из-за этого окисляется и ослабляется. Необходимо постоянно следить за тем, чтобы проводник электроснабжения не отгорел в противном случае при отгорании - может быть повреждено резьбовое соединение ТЭН- а и такой рабочий нагревательный элемент приходится менять. этой проблемы в индукционных котлах не существует, потому что связь его нагревательного элемента с электроснабжением осуществляется через электромагнитное поле переменного тока.
Ну да, конечно, конечно. А катушка индуктора к розетке по беспроводной технологии присоединяется? КРУТО! Чаще всего отгорание происходит в точках соединения при больших нагрузках и не прерывной круглосуточной работе, так что как то не убедительно звучат перегретые контакты... Ладно, чё там дальше?
Индукционные котлы можно ставить в любом, даже не в обособленном месте. Они пожаробезопасны и работают бесшумно.
Ага!!! А тэн скате внутри котла постоянно стукаясь о стенки своей башкой и от этого в помещении вообще находится не возможно?
Индукционные котлы обеспечивают электрическую безопасность человека гораздо высшую, чем ТЭН- котлы, потому что сам ТЭН может перегорать двояко: а) с разгерметизацией корпуса; в этом случае разогретый нихром от попадания на него воды рассыпается - опасности попадания человека под напряжение нет; б) без разгерметизации корпуса; в этом случае разогретый нихром может прилипнуть к корпусу ТЭН- а. Нагревательный элемент продолжает работать, и через воду металлический корпус котла оказывается под напряжением.
Вполне логичный аргумент, если котел монтировать с нарушениями правил безопасности - любой силовой прибор должен быть заземлен. А дурака и батарейкой убить может, ну если с рогатки и в голову.
Индукционную катушку индукционного котла при мощностях 3 КВт и больше на 50 Гц маленькой и компактной сделать пока что не удается. Поэтому ТЭН- котел имеет намного меньшие габариты при той же мощности, чем индукционный котел.
Дак и не удасться ни когда - частота низкая, всего то 50 Гц, а нужна определенная индуктивность, да еще проводом, чтобы сам не грелся при прохождении через него этих самых 3 кВт. Так что индукционный котел всегда будет большиим.
Ну а принципиальные схемы индукционных котлов это вообще нечто. На одном из сайтов предлагалось использовать вот такую схему для индукционного котла:

Реально довольно долго улыбался - при питании 10...30 вольт они собираются разогревать котел? Да блок питания для этой пукалки будет вырабатывать тепла больше, чем эта игрушка для детей среднего школьного возраста.
Не скрою попался и один довольно любопытный вариант схемы на тиристоре, но работа на звуоквых частотах не привлекла моего внимания.

Одна из рекламных речевок буквально расмешила:
Экономия на потреблении электричества
Потребление 2,5 кВт вместо 4–5 - прекрасный результат. Но его оказалось недостаточно для амбициозных и бережливых домашних мастеров. Но где взять дешёвую электроэнергию для плиты? Оказывается, ответ известен давно.
Этот прибор называется инвертор, и он преобразовывает постоянный ток в переменный. С его помощью можно свести потребление тока для отопления практически к нулю.
Для уменьшения расхода энергии нам понадобится следующее:
Два аккумулятора не менее 190 А час (лучше 250 А час). Инвертор на 4 кВт.
Зарядное устройство для аккумуляторов (24 В).
Трубы магистрали должны быть выполнены из немагнитного материала (пластик, алюминий, медь).
Аккумуляторы подключаем параллельно и ставим на постоянную «зарядку». Процесс, который происходит в электроцепи:
В аккумуляторах образуется постоянный ток, который подаётся на инвертор.
Инвертор преобразует постоянный ток в переменный 220 В.
Ток с инвертора подаётся на индукционную печь, которая работает в обычном режиме (расход).
Зарядное устройство постоянно подзаряжает аккумуляторы.
Честно, это цитата из интернета и на кого она расчитана я даже не представляю.

В общем реклама индукционного котла разочаровала, но все равно смущение осталось - производители на перебой утверждали, что индукционный котел имеет гораздо большую производительность по сравнению с тэновым. Вот на этот крючок я и попался - производительность котла это по сути довольно не плохая экономия по свету.
Делать сразу индукционный котел решительности не хватило, поэтому решил попробовать для начала собрать индукционную батарею отопления. Первое, что просилось само в руки - индукционная печка, но на тему ее покупки договоренности с жабой не образовалось, поэтому найдя в интернете схему индукционной плиты из нее была вычленена силовая часть, которая и была собрана.

Идея была довольно проста - пленочные конденсаторы большие токи держат не очень хорошо, поэтому их использовать несколько штук, а если их будет несколько штук, то можно будет подобрать емкость таким образом, чтобы получившийся LC контур загнать в резонанс и получить максимальные магнитные поля.
В качестве теплообменника было решено использовать квадратную трубу - площадь теплообмена и снаружи и изнутри, а это естественно только на руку.

Были подозрения, что электроника будет сильно греться, поскольку на однотактном варианте приходилось использовать обдув радиатора. Ну а чтобы поток воздуха за зря не гонялся было решено использовать его в качестве и конвекционного потока - через трубу направить внутрь квадратной трубы теплообменника, тем самым увеличив производительность конструкции.

Дальше все это было собрано в один аппарат и отрегулировано. Как выяснилось в отличии от однотактного варианта силовые транзисторы при том же радиаторе в обдуве не нуждались, однако вентилятор все таки был оставлен - с ним гораздо лучше идет теплообмен. Однако обороты были снижены до минимальной слышимости - так и ресур у него будет больше, меньше пыли нагонит внутрь, да и гудением не будет раздражать.
После сборки естественно нужно было сравнить что собственно выгодней - масленик или индукционник. Было проведена целая куча замеров, но каждый раз индукционник по отношению к масленику оказывался в выигрыше, что довоольно сильно бесило зрителей с Ютуба. Да, конечно некоторые замеры были не совсем корректны, но последняя серия практически критик не вызвала, хотя мнения о том, что я не учился в школе и закон сохранения не знаю все равно мелькали. Да я собственно и не покушался на этот закон - речь идет о производительности и не более того.
В общем последние замеры были сведены в таблицу по результатам которой уже сами делайте выводы, что выгодней.

НАГРЕВ НЕ БОЛЬШОГО ПОМЕЩЕНИЯ ДО ТЕМПЕРАТУРЫ 40°С
	Израснодовано кВт	Средняя скорость ветра	Средняя температура на улице
Масленный обогреватель
Индукционный обогреватель
ПОДЕРЖАНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ В ТОМ ЖЕ ПОМЕЩЕНИИ В ТЕЧЕНИИ СУТОК МОЩНОСТЬ У ВСЕХ ПРИМЕРНО ОДИНАКОВАЯ
Индукционный
Масленный
Конвекционный
Два масленика
БОЛЕЕ ПОДРОБНО О ПОГОДЕ ДАННЫЕ С САЙТА СИНОПТИК

Совсем подробно о том, что и как делалось показано в видео. Показано ОЧЕНЬ подробно поэтому это больше полутора часов времени, так что запаситесь попкорном.

Тут же начали появляться вопросы типа "А не могли бы Вы собрать мне плату управления?" Да мог бы конечно, но вот только есть два ньюнаса:
Это дорого, потому что приходится делать платы вручную, ПОЛНОСТЬЮ вручную, поскольку очереди на сией девайс я не вижу и заказывать платы на заводе с минимальной партией 10 штук мне нет необходимости. А изготовление платы это и утюжка и ручное сверление, и лужение, т.е. довольно много времени, которое я не могу просто взять и подарить - срок жизни знаете ли ограничен и тратить ее на что то, что мне не интересно и не взяв за это деньги просто глупо.
Вероятность довести до ума сию конструкцию у не подготовленного паяльщика не очень велика, поскольку кроме платы требуется еще и индуктор, а это катушки количество витков в которых напрямую зависит от способа их соединения, толщины стали и расстояния между катушкой и сталью.
В общем я решил избавить себя от пустой болтовни на эту тему и снял видео с рекомендациями об изготовлении индукторов и если у кого то появляется желание приобрести плату я просто отправляю смотреть его это видео с вопросм "А сможете проделать так же?". Ряды покупателей таят как снег во время дождя...

Результат соревнований индукционного оборгевателя и масленного конечно же впечатлил и идея сборки индукционного котла засела ОЧЕНЬ плотно в голове. Первое, что нужно было решить - какой индутор собрать. Разумеется, что в отличии отечественных индукционных котлов я собирался делать его не на 50 Гц. А для этого уже нужны были более серьезные конденсаторы - уж больно много в интернете фоток разорвавшихся пленочников. Поэтому и были заказны конденсаторы для индукционных плит - уж они то точно выдержат и ток и напряжение. Для подавления импульсных помех по питанию были заказаны конденсаторы и создания резонанса были приобретены конденсаторы серии MKP, которые используются в индукционных плитах. По питанию я брал на 5 мкФ и 3 мкФ, для индуктора на 0,27 мкФ. Там, где покупал я уже вывеска, что товар не доступен, поэтому выбирайте сами КОНДЕНСАТОРЫ MKP .
Еще одним фактором для создание индукционного котла послужило их серийное производство, правда не наше, а более компактоное и высокочастное - Китайские индукционные котлы мощностью 6 кВт и 10 кВт . Правда было понятно из фоток, что Китайцы уперлись в максимальную мощность 3 кВт с одной секции нагревателя, поскольку использовали однотактыне преобразователи - это видно из наличия двух и трех одинаковых плат управления с принудительной вентиляцией. Используя двухтактный мостовой инвертор я расчитывал получить 4-5 кВт с одной секции, а учитывая то, что силовая часть может обслуживать 2 секции индуктора, то проблем с мощность вообще не намечалось.
Почему ограничена мощность индукционного котла? Все довольно банально - для получения резонанса необходима определенная индуктивность. Если резонанс будет на звуковых частотах, то и управление и сам индуктор станет слышно, а это будет ОЧЕНЬ сильно утомлять, мягко говоря. Если уходить на более высокие частоты, то мы будем вынуждены уменьшать количество витков, а сила магнитного поля, необходимого для возникновения токов Фуко, т.е. вихревых токов, кторые и греют сталь, будет уменьшаться. Ведь сила магнитного поля прямо пропорциональна количеству витков и протекающему через них току. Мотать повышающий трансформатор для получения большего напржяжения не улбынулось по двум причинам:
Габариты и стоимость феррита
Проблемность изоляции индуктора, и силовой части управления
Да, да, изоляция тут тоже имеет не последнее значение - при резонансе и мостовом инверторе к катушке индуктора прилагает порядка 800 вольт. Если удвоить частоту, то придется уменьшать количество витков тоже в 2 раза, а для получения той же мощности придется увеличивать в 2 раза прилагаемое напряжение, а это уже 1600 вольт. Не, я не рискнул затевать такое, да и Вам не советую - уж слишком становтся опасной эта штука.
Первый вариант схемы управления дал понять, что кроме повышенной аккуратности нужно схему немного изменить, что и было сделано. Однако кое что на первом варианте я упел проверить:

Вообще не впечатлило... Однако немного поразмышляв я пришел к выводу, что с проверкой я сильно поторопился - магнитное поле вокруг катушки индуктора не было замкнуто, а это приводило к потерям - стальной лист, который находился рядом с котлом ощутимо нагрелся во время проведения опыта.
Ну а поскольку управление индукционным котлом я все таки ушатал, то решено было собрать не убиваемый стенд для проверки индукторов, ну и собственно новое, более продуманное управление для индукционного котла.
Посидев вечерок в итоге получилась вот такая схема проверочного стенда. В принципе из не традиционного здесь только первая ступень ограничения тока - действующее значение формируется не длительностью импульсов, как это обычно принято в контроллере TL494, а изменением частоты преобразования. Такое решение обусловлено прежде всего тем, что отпадает потребность бороться с импульсами самоиндукции, которые и вызывают нагрев силовых транзисторов, а посколько нагрузка имеет реактивное сопротивление, увеличивающееся от используемой частоты, то сомнений в работоспособности данного схемотехничекого решения не было. Кроме этого в схему был введен аналоговый частотомер, позволяющий орентироваться в используемых частотах. Разумеется, что шкала частотомера была проградуирована по показаниям реального частотомера.

УВЕЛИЧИТЬ СХЕМУ

Управление котлом тоже притерпело некоторые изменения и финальная принципиальная схема приобрела следующий вид:

УВЕЛИЧИТЬ СХЕМУ

Схемы имеют общий принцип управления протекающим через нагрузку током - регулировка частоты. В стенде частота зависит от протекающего через нагрузку тока, для котла же эта зависимость формируется терморегулятором. Причем регулировка имеет две ступени - первое уменьшение потребления происходит при достижении температуры теплоносителя определенной величины и производится ступенчато. Вторая ступень регулировки плавная и изменяет подаваемую на индуктор котла мощность в зависимости от температуры отапливаемого помещения. Таким образом инерционность нагревателя полностью отсутствует.
После неудачного испытания первой версии индукционного котла было опробована экранировка катушек ферритовыми стержнями - прирост производительности был ярко выраженным. Это конечно окрыляло, но не сильно - проект становился слишком дорогостоящим - феррита требовалось много,а он дешевизной не отличается.
Решение проблемы пришло в два этапа. Сначало было решено использовать тороидальный теплообменник с лабиринтом внутри, но немного поразмышляв появился набросок тороидального индукционного котла без лабиринта и с другим расположением входной и выходной труб.
Первое включение показало, что витков на котле намотано слишком мало и пришлось катушку уплотнять и доматывать.
До сборки платы управления индукционным котлом оставалась по сути неделя, но руки чесались - котел то уже был готов и готовность проверочного стенда тоже не давала покоя.
Была собрана и опробована модель отопления с несколькими вариантами электрических котлов, но финальный опыт был сорван - диаметр труб оказался слишком мал и вода в котле с тэном просто закипела:

Модель отопления была переделана - добавлен циркуляционный насос, который исключит закипание воды, а объем воды в модели возрос с полутора ведер до шести с половиной, что позволило значительно увеличить по времени протекание эксперимента. Итак, час ИКС, ну или момент исстины настал:

Скажу честно - расстроился. Ни какого волшебного прироста производительности не произошло. Понятно, что при самоциркуляции вероятность прироста скорей всего была бы - при медленном движении воды на поверхности тэна образовываются пузырьки, которые уносяться сами в расширительный бачок, унося и тепло, но при использовании циркуляционного насоса этот эффект сводится на нет - тэн слишком интенсивно омывается водой и газообразование уменьшается в десятки раз.
Разумеется индукционный котел загонялся и в резонанс, но зависимость протекающего тока линейна - он начинате увеличиваться при повышении частоты и приближении ее к резонансу, а миновав его ток так же линейно уменьшается. Ни каких всплесков протекающего через катушку тока выявлено не было.
Ну а поскольку модель собрана полноценная, то не попробовать побаловаться с электродным котлом я не удержался:

Дя этих опытов так же был куплен новый, современный электросчетчик, который после завершения замеров попросту оказался не нужным. Конечно же и в него был засунут мой любопытный нос:

В общем плату управления котлом собирать до конца я не стал - нет разницы в производительности тепла у индукционного котла и котла на тэнах, следовательно эта плата мне не понадобится. Нет, разбирать ее до конца пока не буду - в наличии есть и TL494 и IR2110, а силовые транзисторы на нее я пока не запаял. Пусть пока поваляется. А вот идеи индукционного нагрева я на вооружение возьму - с подобным комплектом силовых устройств можно не спешно или быстро греть множество стальных вещей для различных целей. Так что был и опыт приобретен и стенд остался для дальнейших опытов.
Конечно же жалко, что идея с индукционным котлом оказалась не состоятельной, но есть технология изготовления индукционных обогревателей, которые по электронике конечно сложнее заводского конвекционного, но используюя более точное поддержание температуры, или использование непрерывного регулирования, как в котле можно добится приличной экономии.
Еще раз напоминаю - речь идет не о КПД, а о производительности и не надо мне махать перед носом учебниками по физике и термодинамике - описанные в учебниках опыты поставлены в идеальных условиях, а жилище ни когда не будет в подобных условиях, у него всегда есть теплообмен с окружающей средой. Расчитать математически что и как будет происходить у меня ума не хватило, поэтому я и собрал несколько моделей и проверил все ОПЫТНЫМ путем и видел все собственными глазами. Так что уймите свой сарказм и если есть сомнения, то можете все повторить - все принципиальные схемы, все используемые конструкции описаны достаточно подробно.