Aquecedor de indução de vórtice caseiro de um inversor de soldagem

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Aparelhos que aquecem com eletricidade em vez de gás são seguros e convenientes. Esses aquecedores não produzem fuligem e odores desagradáveis, mas consomem uma grande quantidade de eletricidade. Uma excelente saída é montar um aquecedor por indução com as próprias mãos. Isso economiza dinheiro e contribui para o orçamento familiar. Existem muitos esquemas simples segundo os quais o indutor pode ser montado independentemente.

Para facilitar a compreensão dos circuitos e a montagem correta da estrutura, será útil pesquisar a história da eletricidade. Métodos para aquecimento de estruturas metálicas por corrente de bobina eletromagnética são amplamente utilizados em produção industrial de eletrodomésticos - caldeiras, aquecedores e fogões. Acontece que você pode fazer um aquecedor de indução durável e funcional com suas próprias mãos.

O princípio de funcionamento dos dispositivos

O princípio de funcionamento dos dispositivos

O famoso cientista britânico do século 19 Faraday passou 9 anos pesquisando para converter ondas magnéticas em eletricidade. Em 1931, finalmente foi feita uma descoberta, chamada indução eletromagnética. O enrolamento do fio da bobina, no centro do qual há um núcleo de metal magnético, cria um campo magnético sob o poder da corrente alternada. Sob a ação de fluxos de vórtice, o núcleo aquece.

A descoberta de Faraday começou a ser utilizada tanto na indústria quanto na fabricação de motores caseiros e aquecedores elétricos. A primeira fundição baseada em um indutor de vórtice foi aberta em 1928 em Sheffield. Mais tarde, de acordo com o mesmo princípio, as oficinas das fábricas foram aquecidas e, para aquecer água, superfícies metálicas, os conhecedores montaram um indutor com as próprias mãos.

O esquema do dispositivo daquela época é válido hoje. Um exemplo clássico é uma caldeira de indução, que inclui:

• núcleo de metal;
• quadro;
• isolamento térmico.

As características do circuito para acelerar a frequência da corrente são as seguintes:

• a frequência industrial de 50 Hz não é adequada para dispositivos caseiros;
• a conexão direta do indutor à rede levará a um zumbido e baixo aquecimento;
• o aquecimento efetivo é realizado a uma frequência de 10 kHz.

Montagem de acordo com esquemas

Qualquer pessoa familiarizada com as leis da física pode montar um aquecedor indutivo com as próprias mãos. A complexidade do dispositivo varia de acordo com o grau de preparação e experiência do mestre.

Existem muitos tutoriais em vídeo, após os quais você pode criar um dispositivo eficaz. Quase sempre é necessário utilizar os seguintes componentes básicos:

• fio de aço com diâmetro de 6-7 mm;
• fio de cobre para o indutor;
• malha metálica (para prender o fio dentro da caixa);
• adaptadores;
• tubos para o corpo (de plástico ou aço);
• inversor de alta frequência.

Isso será suficiente para montar uma bobina de indução com suas próprias mãos, e é ela quem está no coração do aquecedor de água instantâneo. Depois de preparar os elementos necessários você pode ir diretamente para o processo de fabricação do dispositivo:

• corte o fio em segmentos de 6-7 cm;
• cubra o interior do tubo com uma malha de metal e encha o fio até o topo;
• feche da mesma forma a abertura do tubo pelo lado de fora;
• enrole o fio de cobre ao redor da caixa plástica pelo menos 90 vezes para a bobina;
• insira a estrutura no sistema de aquecimento;
• usando um inversor, conecte a bobina à eletricidade.

De acordo com um algoritmo semelhante, você pode montar facilmente uma caldeira de indução, para a qual deve:

• cortar peças em bruto de um tubo de aço de 25 por 45 mm com uma parede não mais espessa que 2 mm;
• soldá-los juntos, conectando-os com diâmetros menores;
• soldar tampas de ferro nas extremidades e fazer furos para tubos rosqueados;
• faça uma montagem para um fogão de indução soldando dois cantos de um lado;
• insira a placa no suporte pelos cantos e conecte à rede elétrica;
• adicione refrigerante ao sistema e ligue o aquecimento.

Muitos indutores operam com uma potência não superior a 2 - 2,5 kW. Esses aquecedores são projetados para uma sala de 20 a 25 m²

Se o gerador for usado em um serviço de carro, você poderá conectá-lo a uma máquina de solda, mas é importante considerar algumas nuances:

• Você precisa de AC, não DC como um inversor. A máquina de solda terá que ser examinada quanto à presença de pontos onde a tensão não tem direção direta.
• O número de voltas para um fio de seção transversal maior é selecionado por um cálculo matemático.
• O resfriamento dos elementos de trabalho será necessário.

Sobre o princípio do aquecimento indutivo

Primeiro, vamos explicar como funcionam os aquecedores elétricos por indução. A corrente alternada, passando pelas espiras da bobina, forma um campo eletromagnético ao seu redor. Se um núcleo metálico magnético for colocado dentro do enrolamento, ele será aquecido por correntes parasitas que surgem sob a influência do campo. Esse é todo o princípio.

O próprio elemento de aquecimento é chamado de indutor e é a parte principal da instalação. Nas caldeiras de aquecimento, é um tubo de aço com um líquido refrigerante fluindo para dentro e, nos fogões de cozinha, é uma bobina plana o mais próximo possível da placa, conforme mostrado na foto abaixo.

A segunda parte aquecedor de indução - diagrama, aumentando a frequência da corrente. A questão é que a tensão frequência industrial 50 Hz inadequado para tais dispositivos. Se você conectar o indutor diretamente à rede, ele começará a zumbir forte e levemente aquecer o núcleo e junto com os enrolamentos. Para converter efetivamente a eletricidade em calor e transferi-la completamente para o metal, a frequência deve ser aumentada para pelo menos 10 kHz, que é o que o circuito elétrico faz.

Quais são as reais vantagens das caldeiras de indução sobre elementos de aquecimento e caldeiras de eletrodos:

1. Uma parte que aquece a água é um simples pedaço de tubo que não participa de processos eletroquímicos (como em geradores de calor de eletrodos).Portanto, a vida útil do indutor é limitada apenas pelo desempenho da bobina e pode chegar a 10 a 20 anos.
2. Pela mesma razão, o elemento é igualmente “amigo” de todos os tipos de refrigerantes - água, anticongelante e até óleo de motor, não há diferença.
3. O interior do indutor não é coberto com incrustações durante a operação.

Prós e contras de dispositivos de indução para aquecimento de água

O dispositivo tem um design bastante simples e não requer documentos especiais que permitam o uso e instalação. O aquecedor de água por indução tem um alto grau de eficiência e ótima confiabilidade para o usuário. Ao usá-lo como caldeira para aquecimento, você nem precisa instalar uma bomba, pois a água flui pelos tubos por convecção (quando aquecido, o líquido praticamente se transforma em vapor).

Além disso, o dispositivo possui várias vantagens, o que o distingue de outros tipos de aquecedores de água. Então, aquecedor de indução:

Nos aquecedores por indução, a água aquece devido ao tubo por onde passa, e este último é aquecido devido à corrente de indução criada pela bobina.

• muito mais barato que suas contrapartes, esse dispositivo pode ser facilmente montado de forma independente;
• completamente silencioso (embora a bobina vibre durante a operação, essa vibração não é perceptível a uma pessoa);
• vibra durante a operação, devido à qual a sujeira e a incrustação não aderem às paredes e, portanto, não precisam ser limpas;
• possui um gerador de calor que pode ser facilmente vedado devido ao princípio de funcionamento: o refrigerante está dentro do elemento de aquecimento e a energia é transferida para o aquecedor através de um campo eletromagnético, não são necessários contatos; portanto, não serão necessárias gomas de vedação, vedações e outros elementos que possam se deteriorar ou vazar rapidamente;
• simplesmente não há nada para quebrar o gerador de calor, pois a água é aquecida por um tubo comum, que não pode se deteriorar ou queimar, ao contrário de um elemento de aquecimento;

Não se esqueça que a manutenção de um aquecedor de indução será muito mais barata do que uma caldeira ou caldeira a gás. O dispositivo tem um mínimo de peças que quase nunca falham.

Apesar do grande número de vantagens, o aquecedor de água por indução tem várias desvantagens:

• a primeira e mais dolorosa para os proprietários é a conta de luz; o dispositivo não pode ser chamado de econômico, então você deve pagar uma quantidade razoável de tempo para seu uso;
• em segundo lugar, o dispositivo fica muito quente e aquece não apenas a si mesmo, mas também o espaço circundante, por isso é melhor não tocar no corpo do gerador de calor durante sua operação;
• em terceiro lugar, o dispositivo possui eficiência e dissipação de calor extremamente altas; portanto, ao usá-lo, certifique-se de instalar um sensor de temperatura, caso contrário, o sistema poderá explodir.

Vantagens das unidades do tipo indução

As vantagens indiscutíveis deste tipo de dispositivos de aquecimento doméstico incluem as seguintes características:

• eficiência - o processamento de energia elétrica em calor ocorre quase completamente sem perdas significativas;
• facilidade de uso - não é necessária manutenção constante de unidades desse tipo;
• dimensões compactas - os aquecedores de água por indução são pequenos, podem ser instalados no sistema de aquecimento em quase qualquer ambiente;
• silêncio em operação - este equipamento opera de forma bastante silenciosa, não ocorre ruído durante sua operação;
• longa vida útil - as unidades de indução são duráveis, podem funcionar ininterruptamente por 30 anos ou mais;
• alto desempenho ambiental - não ocorrem emissões nocivas durante a operação do dispositivo, uma chaminé e um sistema de ventilação não são necessários.

Muitas pessoas pensam que as caldeiras de indução são muito mais lucrativas do que outras opções de aquecimento doméstico. E em comparação com equipamentos equipados com elementos de aquecimento, o tempo de aquecimento dessas unidades é quase duas vezes mais rápido. Devido à constante circulação e vibração do líquido, não se forma calcário nos tubos e no interior do aparelho, o que facilita muito a manutenção e cuidados com o sistema de aquecimento.

Aparência de caldeiras de indução

Mas este tipo de dispositivo também tem algumas desvantagens. E a principal desvantagem é que o equipamento de indução é bastante caro em termos de custo. Mas você pode tentar fazer esse aquecedor para aquecer a casa.

Adendo. Se você possui certas habilidades e conhecimentos técnicos, pode montar um aquecedor de indução para sua casa com suas próprias mãos. Mas antes de prosseguir com o processo de montagem do dispositivo, você deve primeiro avaliar realisticamente suas capacidades e experiência na criação de tais unidades, pois não é tão fácil fazê-las.

Opções para dispositivos caseiros

Na Internet, há um número suficiente de vários designs criados para vários fins. Pegue um aquecedor de indução de pequeno porte feito de uma fonte de alimentação de computador de 250-500 W. O modelo mostrado na foto é útil para o mestre na garagem ou serviço de carro para fundir hastes de alumínio, cobre e latão.

Mas para aquecimento de ambientes, o design não é adequado devido à baixa potência. Existem duas opções reais na Internet, cujos testes e trabalhos são filmados em vídeo:

• um aquecedor de água feito de um tubo de polipropileno alimentado por um inversor de soldagem ou um painel de cozinha por indução;
• caldeira de aço com aquecimento da mesma placa.

Agora vamos dar uma olhada em como os aquecedores de indução do tipo "faça você mesmo" são feitos e, o mais importante, como eles funcionam.

Fazemos um elemento de aquecimento de um tubo

Se você esteve intimamente envolvido na busca de informações sobre esse tópico, provavelmente já se deparou com esse design, pois o mestre postou sua montagem no popular recurso de vídeo do YouTube. Depois disso, muitos sites publicaram versões em texto da fabricação desse indutor na forma de instruções passo a passo. Resumidamente, o aquecedor é feito assim:

1. Dentro de um tubo de polipropileno com um diâmetro de 40 mm e um comprimento de 50 cm, encontram-se escovas de metal para lavar louça (você pode cortar fio - fio-máquina). Eles devem ser atraídos por um ímã.
2. Ramos com roscas são soldados ao tubo para conexão à rede de aquecimento.
3. Do lado de fora, 4-5 hastes de textolite são coladas ao longo do corpo. Um fio com seção transversal de 1,7-2 mm² com isolamento de vidro é enrolado neles, usado em transformadores de soldagem.
4. A placa é desmontada e o indutor plano "nativo" é desmontado. Em vez disso, um aquecedor caseiro do tubo é conectado.

Como você pode imaginar, o papel do elemento de aquecimento aqui é desempenhado por escovas de metal localizadas no campo magnético alternado da bobina. Se você ligar a placa ao máximo, enquanto passa simultaneamente água corrente por uma caldeira improvisada, será possível aquecê-la de 15 a 20 ° C, o que foi demonstrado pelos testes da unidade.

Como a potência da maioria dos fogões de indução está na faixa de 2 a 2,5 kW, usando um gerador de calor é possível aquecer ambientes com uma área total de não mais de 25 m². Existe uma maneira de aumentar o calor conectando o indutor à máquina de solda, mas existem algumas dificuldades aqui:

1. O inversor produz uma corrente contínua, mas é necessária uma corrente alternada. Para conectar o aquecedor de indução, o dispositivo terá que ser desmontado e encontrado no diagrama do ponto onde a tensão ainda não foi retificada.
2. É necessário pegar um fio de seção transversal maior e selecionar o número de voltas por cálculo. Como opção, fio de cobre Ø1,5 mm em isolamento de esmalte.
3. Será necessário organizar o resfriamento do elemento.

O autor demonstra a verificação de desempenho de um aquecedor de água indutivo em seu vídeo abaixo. Testes mostraram que a unidade precisa ser melhorada, mas o resultado final, infelizmente, é desconhecido. Parece que o artesão deixou o projeto inacabado.

De um inversor de soldagem

A opção de orçamento mais simples é fabricar um aquecedor por indução usando um inversor de soldagem:

1. Para fazer isso, pegamos um tubo de polímero, suas paredes devem ser grossas. Nas extremidades, montamos 2 válvulas e conectamos a fiação.
2. Enchemos o tubo com pedaços (5 mm de diâmetro) de fio de metal e montamos a válvula superior.
3. Em seguida, fazemos 90 voltas ao redor do tubo com fio de cobre, obtemos um indutor. O elemento de aquecimento é um tubo, usamos uma máquina de solda como gerador.
4. O instrumento deve estar no modo CA de alta frequência.
5. Conectamos o fio de cobre aos pólos da máquina de solda e verificamos o trabalho.

Trabalhando como um indutor, um campo magnético será irradiado, enquanto as correntes parasitas aquecerão o fio picado, o que levará à ebulição da água em um tubo de polímero.

Instruções de fabricação

Plantas

Figura 1. Diagrama elétrico do aquecedor por indução

Figura 2. Dispositivo.

Figura 3. Esquema de um aquecedor por indução simples

Para a fabricação do forno, você precisará dos seguintes materiais e ferramentas:

• ferro de solda;
• solda;
• placa textolite.
• mini furadeira.
• radioelementos.
• pasta térmica.
• reagentes químicos para gravação de placas.

Adicional materiais e suas características:

1. Para fazer uma bobina que emitirá um campo magnético alternado necessário ao aquecimento, é necessário preparar um pedaço de tubo de cobre com 8 mm de diâmetro e 800 mm de comprimento.
2. Transistores de potência poderosos são a parte mais cara de uma configuração de indução caseira. Para montar o circuito do gerador de frequência, é necessário preparar 2 desses elementos. Para esses fins, os transistores das marcas são adequados: IRFP-150; IRFP-260; IRFP-460. Na fabricação do circuito, são usados ​​2 transistores de efeito de campo idênticos aos listados.
3. Para a fabricação de um circuito oscilatório, serão necessários capacitores cerâmicos com capacidade de 0,1 mF e tensão de operação de 1600 V. Para que uma corrente alternada de alta potência se forme na bobina, são necessários 7 desses capacitores.
4. Durante a operação de tal dispositivo de indução, os transistores de efeito de campo estarão muito quentes e se os radiadores de liga de alumínio não estiverem conectados a eles, após alguns segundos de operação na potência máxima, esses elementos falharão. A colocação de transistores em dissipadores de calor deve ser feita através de uma fina camada de pasta térmica, caso contrário a eficiência desse resfriamento será mínima.
5. Os diodos que são usados ​​no aquecedor por indução devem ser de ação ultrarrápida. Os mais indicados para este circuito, diodos: MUR-460; UV-4007; HER-307.
6. Resistores usados ​​no circuito 3: 10 kOhm com potência de 0,25 W - 2 unid. e potência de 440 ohms - 2 watts. Diodos Zener: 2 peças. com uma tensão de operação de 15 V. A potência dos diodos zener deve ser de pelo menos 2 watts. Um indutor para conectar-se às saídas de energia da bobina é usado com indução.
7. Para alimentar todo o dispositivo, você precisará de uma fonte de alimentação com capacidade de até 500. W. e uma voltagem de 12 - 40 V. Você pode alimentar este dispositivo a partir de uma bateria de carro, mas não poderá obter as leituras de energia mais altas com essa voltagem.

O próprio processo de fabricação de um gerador eletrônico e bobina leva um pouco de tempo e é realizado na seguinte sequência:

1. Uma espiral com um diâmetro de 4 cm é feita de um tubo de cobre. Para fazer uma espiral, um tubo de cobre deve ser enrolado em uma haste com uma superfície plana com um diâmetro de 4 cm. A espiral deve ter 7 voltas que não devem tocar . Os anéis de montagem são soldados nas 2 extremidades do tubo para conexão aos radiadores do transistor.
2. A placa de circuito impresso é feita de acordo com o esquema.Se for possível fornecer capacitores de polipropileno, devido ao fato de tais elementos terem perdas mínimas e operação estável em grandes amplitudes de flutuações de tensão, o dispositivo funcionará muito mais estável. Os capacitores do circuito são instalados em paralelo, formando um circuito oscilatório com uma bobina de cobre.
3. O aquecimento do metal ocorre dentro da bobina, após o circuito ser conectado a uma fonte de alimentação ou bateria. Ao aquecer o metal, é necessário garantir que não haja curto-circuito nos enrolamentos da mola. Se você tocar o metal aquecido 2 voltas da bobina ao mesmo tempo, os transistores falharão instantaneamente.

Recursos de operação

A montagem de aquecedores caseiros é apenas metade da batalha

Igualmente importante é a operação correta da estrutura resultante. Inicialmente, cada um desses dispositivos representa um certo perigo, pois não é capaz de controlar independentemente o nível de aquecimento do refrigerante. A este respeito, cada aquecedor requer um certo refinamento, ou seja, a instalação e conexão de controles adicionais e dispositivos automáticos.

A este respeito, cada aquecedor requer um certo refinamento, ou seja, a instalação e conexão de controles adicionais e dispositivos automáticos.

Em primeiro lugar, a saída do tubo está equipada com um conjunto padrão de dispositivos de segurança - uma válvula de segurança, um manômetro e um dispositivo para ventilação de ar. Deve-se lembrar que os aquecedores de água por indução funcionarão normalmente somente se houver circulação forçada de água.O circuito de fluxo por gravidade levará muito rapidamente ao superaquecimento do elemento e à destruição do tubo de plástico.

Para evitar tais situações, um termostato é instalado no aquecedor, conectado a um dispositivo de desligamento de emergência. Engenheiros elétricos experientes usam para isso termostatos com sensores de temperatura e relés que desligam o circuito quando o refrigerante atinge a temperatura definida.

Os projetos caseiros são caracterizados por uma eficiência bastante baixa, pois, em vez de uma passagem livre, há um obstáculo no caminho da água na forma de partículas de arame. Eles cobrem quase completamente o tubo, causando aumento da resistência hidráulica. Em situações de emergência, são possíveis danos e ruptura do plástico, após o que a água quente certamente levará a um curto-circuito. Normalmente, esses aquecedores são usados ​​em salas pequenas como um sistema de aquecimento adicional durante a estação fria.

A utilização de bobinas de indução em vez dos tradicionais elementos de aquecimento nos equipamentos de aquecimento permitiu aumentar significativamente a eficiência das unidades com menor consumo de eletricidade. Os aquecedores por indução apareceram à venda há relativamente pouco tempo, além disso, a preços bastante altos. Portanto, os artesãos não deixaram este tópico sem atenção e descobriram como fazer um aquecedor de indução a partir de um inversor de soldagem.