Calentador de inducción de vórtice casero de un inversor de soldadura

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Los electrodomésticos que calientan con electricidad en lugar de gas son seguros y convenientes. Dichos calentadores no producen hollín ni olores desagradables, pero consumen una gran cantidad de electricidad. Una excelente salida es ensamblar un calentador de inducción con sus propias manos. Esto ahorra dinero y contribuye al presupuesto familiar. Hay muchos esquemas simples según los cuales el inductor se puede ensamblar de forma independiente.

Para facilitar la comprensión de los circuitos y ensamblar la estructura correctamente, será útil investigar la historia de la electricidad. Los métodos para calentar estructuras metálicas por corriente de bobina electromagnética se utilizan ampliamente en producción industrial de electrodomésticos - Calderas, calentadores y estufas. Resulta que puedes hacer un calentador de inducción duradero y que funcione con tus propias manos.

El principio de funcionamiento de los dispositivos.

El principio de funcionamiento de los dispositivos.

El famoso científico británico del siglo XIX, Faraday, pasó 9 años investigando para convertir las ondas magnéticas en electricidad. En 1931, finalmente se hizo un descubrimiento, llamado inducción electromagnética. El devanado de alambre de la bobina, en cuyo centro hay un núcleo de metal magnético, crea un campo magnético bajo el poder de la corriente alterna. Bajo la acción de los flujos de vórtice, el núcleo se calienta.

El descubrimiento de Faraday comenzó a utilizarse tanto en la industria como en la fabricación de motores y calentadores eléctricos caseros. La primera fundición basada en un inductor de vórtice se abrió en 1928 en Sheffield. Más tarde, según el mismo principio, los talleres de las fábricas se calentaron y, para calentar agua, superficies metálicas, los conocedores ensamblaron un inductor con sus propias manos.

El esquema del dispositivo de esa época es válido hoy. Un ejemplo clásico es una caldera de inducción, que incluye:

• núcleo metálico;
• cuadro;
• aislamiento térmico.

Las características del circuito para acelerar la frecuencia de la corriente son las siguientes:

• la frecuencia industrial de 50 Hz no es adecuada para dispositivos caseros;
• la conexión directa del inductor a la red provocará zumbidos y bajo calentamiento;
• el calentamiento efectivo se lleva a cabo a una frecuencia de 10 kHz.

Montaje según esquemas

Cualquiera que esté familiarizado con las leyes de la física puede ensamblar un calentador inductivo con sus propias manos. La complejidad del dispositivo variará según el grado de preparación y experiencia del maestro.

Hay muchos tutoriales en video, siguiendo los cuales puede crear un dispositivo efectivo. Casi siempre es necesario utilizar los siguientes componentes básicos:

• alambre de acero con un diámetro de 6-7 mm;
• alambre de cobre para el inductor;
• malla metálica (para sujetar el cable dentro de la caja);
• adaptadores;
• tubos para el cuerpo (de plástico o acero);
• inversor de alta frecuencia.

Esto será suficiente para ensamblar una bobina de inducción con sus propias manos, y es ella quien está en el corazón del calentador de agua instantáneo. Después de preparar los elementos necesarios puedes ir directamente al proceso de fabricación del dispositivo:

• corte el alambre en segmentos de 6-7 cm;
• cubra el interior de la tubería con una malla metálica y llene el alambre hasta la parte superior;
• cierre de manera similar la abertura de la tubería desde el exterior;
• enrolle alambre de cobre alrededor de la caja de plástico al menos 90 veces para la bobina;
• inserte la estructura en el sistema de calefacción;
• usando un inversor, conecte la bobina a la electricidad.

De acuerdo con un algoritmo similar, puede ensamblar fácilmente una caldera de inducción, para lo cual debe:

• corte espacios en blanco de un tubo de acero de 25 por 45 mm con una pared de no más de 2 mm de espesor;
• soldarlos juntos, conectándolos con diámetros más pequeños;
• soldar cubiertas de hierro en los extremos y perforar agujeros para tubos roscados;
• haga un soporte para una estufa de inducción soldando dos esquinas en un lado;
• inserte la placa en el soporte desde las esquinas y conéctela a la red eléctrica;
• agregue refrigerante al sistema y encienda la calefacción.

Muchos inductores funcionan a una potencia no superior a 2 - 2,5 kW. Dichos calentadores están diseñados para una habitación de 20 a 25 m².

Si el generador se usa en un servicio de automóvil, puede conectarlo a una máquina de soldar, pero es importante tener en cuenta ciertos matices:

• Necesita CA, no CC como un inversor. La máquina de soldar deberá ser examinada para detectar la presencia de puntos donde el voltaje no tenga una dirección directa.
• El número de vueltas a un cable de mayor sección transversal se selecciona mediante un cálculo matemático.
• Será necesario enfriar los elementos de trabajo.

Sobre el principio de calentamiento inductivo.

Primero, expliquemos cómo funcionan los calentadores eléctricos de inducción. La corriente alterna, al pasar por las vueltas de la bobina, forma un campo electromagnético a su alrededor. Si se coloca un núcleo de metal magnético dentro del devanado, se calentará por las corrientes de Foucault que surgen bajo la influencia del campo. Ese es todo el principio.

El elemento calefactor en sí se llama inductor y es la parte principal de la instalación. En las calderas de calefacción es un tubo de acero por el que circula líquido refrigerante, y en las cocinas es un serpentín plano lo más cerca posible de la placa, como se muestra en la foto de abajo.

La segunda parte calentador de inducción - diagrama, aumentando la frecuencia de la corriente. El caso es que el voltaje frecuencia industrial 50 Hz inadecuado para tales dispositivos. Si conecta el inductor a la red directamente, comenzará a zumbar fuerte y calentará ligeramente el núcleo y junto con los devanados. Para convertir efectivamente la electricidad en calor y transferirlo completamente al metal, la frecuencia debe aumentarse a al menos 10 kHz, que es lo que hace el circuito eléctrico.

¿Cuáles son las ventajas reales de las calderas de inducción sobre los elementos calefactores y las calderas de electrodos?

1. Una parte que calienta el agua es un simple trozo de tubería que no participa en procesos electroquímicos (como en los generadores de calor de electrodos).Por lo tanto, la vida útil del inductor está limitada solo por el rendimiento de la bobina y puede alcanzar los 10-20 años.
2. Por la misma razón, el elemento es igualmente "amigo" de todo tipo de refrigerantes: agua, anticongelante e incluso aceite de motor, no hay diferencia.
3. El interior del inductor no se cubre con incrustaciones durante el funcionamiento.

Pros y contras de los dispositivos de inducción para calentar agua.

El dispositivo tiene un diseño bastante simple y no requiere documentos especiales que permitan su uso e instalación. El calentador de agua por inducción tiene un alto grado de eficiencia y una fiabilidad óptima para el usuario. Al usarlo como caldera para calefacción, ni siquiera es necesario instalar una bomba, ya que el agua fluye por las tuberías por convección (al calentarse, el líquido prácticamente se convierte en vapor).

Además, el dispositivo tiene una serie de ventajas que lo distinguen de otros tipos de calentadores de agua. Entonces, calentador de inducción:

En los calentadores de inducción, el agua se calienta debido a la tubería por la que fluye, y esta última se calienta debido a la corriente de inducción creada por la bobina.

• mucho más barato que sus contrapartes, dicho dispositivo se puede ensamblar fácilmente de forma independiente;
• completamente silencioso (aunque la bobina vibra durante el funcionamiento, esta vibración no es perceptible para una persona);
• vibra durante el funcionamiento, por lo que la suciedad y las escamas no se adhieren a sus paredes y, por lo tanto, no es necesario limpiarlas;
• tiene un generador de calor que se puede sellar fácilmente debido al principio de funcionamiento: el refrigerante está dentro del elemento calefactor y la energía se transfiere al calentador a través de un campo electromagnético, no se necesitan contactos; por lo tanto, no se necesitarán gomas de sellado, juntas y otros elementos que puedan deteriorarse rápidamente o tener fugas;
• simplemente no hay nada que romper en el generador de calor, ya que el agua se calienta mediante una tubería común, que no puede deteriorarse ni quemarse, a diferencia de un elemento calefactor;

No olvides que el mantenimiento de un calentador de inducción será mucho más económico que el de una caldera o caldera de gas. El dispositivo tiene un mínimo de piezas que casi nunca fallan.

A pesar de la gran cantidad de ventajas, el calentador de agua por inducción tiene una serie de desventajas:

• el primero y más doloroso para los propietarios es la factura de la luz; el dispositivo no puede llamarse económico, por lo que debe pagar una cantidad decente de tiempo para su uso;
• en segundo lugar, el dispositivo se calienta mucho y no solo se calienta a sí mismo, sino también al espacio circundante, por lo que es mejor no tocar el cuerpo del generador de calor durante su funcionamiento;
• en tercer lugar, el dispositivo tiene una eficiencia y disipación de calor extremadamente altas, por lo tanto, cuando lo use, asegúrese de instalar un sensor de temperatura, de lo contrario, el sistema puede explotar.

Ventajas de las unidades de tipo de inducción

Las ventajas indudables de este tipo de dispositivos de calefacción para el hogar incluyen las siguientes características:

• eficiencia: el procesamiento de energía eléctrica en calor ocurre casi por completo sin pérdidas significativas;
• facilidad de uso: no se requiere un mantenimiento constante de unidades de este tipo;
• dimensiones compactas: los calentadores de agua por inducción son de tamaño pequeño, se pueden instalar en el sistema de calefacción en casi cualquier habitación;
• funcionamiento silencioso: este equipo funciona de manera bastante silenciosa, no se produce ruido durante su funcionamiento;
• larga vida útil: las unidades de inducción son duraderas, pueden funcionar ininterrumpidamente durante 30 años o más;
• alto rendimiento ambiental: no se producen emisiones nocivas durante el funcionamiento del dispositivo, no se requiere una chimenea ni un sistema de ventilación.

Mucha gente piensa que las calderas de inducción son mucho más rentables que otras opciones de calefacción doméstica. Y en comparación con los equipos equipados con elementos calefactores, el tiempo de calentamiento de estas unidades es casi el doble de rápido. Debido a la constante circulación y vibración del líquido, no se forman incrustaciones en las tuberías y en el interior del dispositivo, lo que facilita enormemente el mantenimiento y cuidado del sistema de calefacción.

Apariencia de calderas de inducción.

Pero este tipo de dispositivo también tiene algunas desventajas. Y la principal desventaja es que el equipo de inducción es bastante costoso en términos de costo. Pero puede intentar hacer un calentador de este tipo para calentar la casa usted mismo.

Consejo. Si tiene ciertas habilidades y conocimientos técnicos, puede armar un calentador de inducción para su hogar con sus propias manos. Pero antes de continuar con el proceso de ensamblaje del dispositivo, primero debe evaluar de manera realista sus capacidades y experiencia en la creación de tales unidades, ya que no es tan fácil hacerlas.

Opciones para dispositivos caseros.

En Internet hay una cantidad suficiente de varios diseños creados para diversos fines. Tome un calentador de inducción de tamaño pequeño hecho con una fuente de alimentación de computadora de 250-500 W. El modelo que se muestra en la foto es útil para el maestro en el garaje o servicio de automóviles para fundir varillas de aluminio, cobre y latón.

Pero para la calefacción de espacios, el diseño no es adecuado debido a la baja potencia. Hay dos opciones reales en Internet, cuyas pruebas y trabajos están filmados en video:

• un calentador de agua hecho de una tubería de polipropileno alimentado por un inversor de soldadura o un panel de cocina de inducción;
• Caldera de acero con calefacción de la misma vitrocerámica.

Ahora echemos un vistazo más de cerca a cómo se fabrican los calentadores de inducción de bricolaje y, lo que es más importante, cómo funcionan.

Hacemos un elemento calefactor a partir de una tubería.

Si ha estado muy involucrado en la búsqueda de información sobre este tema, probablemente se haya encontrado con este diseño, ya que el maestro publicó su ensamblaje en el popular recurso de video de YouTube. Después de eso, muchos sitios publicaron versiones de texto de la fabricación de este inductor en forma de instrucciones paso a paso. Brevemente, el calentador se hace así:

1. Dentro de una tubería hecha de polipropileno con un diámetro de 40 mm y una longitud de 50 cm, se encuentran cepillos metálicos para lavar platos (puede cortar alambre - alambrón). Deben ser atraídos por un imán.
2. Las ramas con hilos están soldadas a la tubería para la conexión a la red de calefacción.
3. En el exterior, se pegan 4-5 varillas de textolita a lo largo del cuerpo. Sobre ellos se enrolla un cable con una sección transversal de 1,7-2 mm² con aislamiento de vidrio, que se utiliza en la soldadura de transformadores.
4. Se desmonta la encimera y se desmonta el inductor plano "nativo". En cambio, se conecta un calentador casero de la tubería.

Como puede suponer, el papel del elemento calefactor aquí lo desempeñan los cepillos metálicos ubicados en el campo magnético alterno de la bobina. Si enciende la placa al máximo, mientras pasa simultáneamente agua corriente a través de una caldera improvisada, será posible calentarla entre 15 y 20 ° C, como lo demostraron las pruebas de la unidad.

Dado que la potencia de la mayoría de las cocinas de inducción se encuentra en el rango de 2 a 2,5 kW, con un generador de calor es posible calentar habitaciones con una superficie total de no más de 25 m². Hay una manera de aumentar el calor conectando el inductor a la máquina de soldar, pero aquí hay algunas dificultades:

1. El inversor produce una corriente continua, pero se necesita una alterna. Para conectar el calentador de inducción, habrá que desmontar el dispositivo y encontrarlo en el esquema del punto donde aún no se ha rectificado la tensión.
2. Es necesario tomar un cable de mayor sección transversal y seleccionar el número de vueltas por cálculo. Opcionalmente hilo de cobre Ø1,5 mm en aislamiento esmaltado.
3. Será necesario organizar el enfriamiento del elemento.

El autor demuestra la verificación del rendimiento de un calentador de agua inductivo en el siguiente video. Las pruebas han demostrado que la unidad debe mejorarse, pero lamentablemente se desconoce el resultado final. Parece que el artesano dejó el proyecto sin terminar.

De un inversor de soldadura

La opción de presupuesto más simple es fabricar un calentador de inducción utilizando un inversor de soldadura:

1. Para hacer esto, tomamos una tubería de polímero, sus paredes deben ser gruesas. Desde los extremos montamos 2 válvulas y conectamos el cableado.
2. Rellenamos la tubería con piezas (diámetro 5 mm) de alambre de metal y montamos la válvula superior.
3. Luego, hacemos 90 vueltas alrededor de la tubería con alambre de cobre, obtenemos un inductor. El elemento calefactor es una tubería, usamos una máquina de soldar como generador.
4. El instrumento debe estar en modo CA de alta frecuencia.
5. Conectamos el cable de cobre a los polos de la máquina de soldar y verificamos el trabajo.

Trabajando como un inductor, se irradiará un campo magnético, mientras que las corrientes de Foucault calentarán el cable cortado, lo que hará que el agua hierva en una tubería de polímero.

Instrucciones de fabricación

Planos

Figura 1. Diagrama eléctrico del calentador de inducción

Figura 2. Dispositivo.

Figura 3. Esquema de un calentador de inducción simple

Para la fabricación del horno necesitará los siguientes materiales y herramientas:

• soldador;
• soldar;
• tablero de textolita.
• minitaladro.
• radioelementos.
• pasta termica.
• reactivos químicos para el grabado de tableros.

Adicional materiales y sus caracteristicas:

1. Para hacer una bobina que emita un campo magnético alterno necesario para calentar, es necesario preparar una pieza de tubo de cobre con un diámetro de 8 mm y una longitud de 800 mm.
2. Los potentes transistores de potencia son la parte más costosa de una instalación de inducción casera. Para montar el circuito del generador de frecuencia, es necesario preparar 2 elementos de este tipo. Para estos fines, los transistores de las marcas son adecuados: IRFP-150; IRFP-260; IRFP-460. En la fabricación del circuito, se utilizan 2 transistores de efecto de campo idénticos a los enumerados.
3. Para la fabricación de un circuito oscilatorio, se necesitarán condensadores cerámicos con una capacidad de 0,1 mF y un voltaje de funcionamiento de 1600 V. Para que se forme una corriente alterna de alta potencia en la bobina, se requieren 7 de estos condensadores.
4. Durante el funcionamiento de un dispositivo de inducción de este tipo, los transistores de efecto de campo se calentarán mucho y, si no se les conectan radiadores de aleación de aluminio, estos elementos fallarán después de unos segundos de funcionamiento a máxima potencia. La colocación de transistores en disipadores de calor debe realizarse a través de una capa delgada de pasta térmica, de lo contrario, la eficiencia de dicho enfriamiento será mínima.
5. Los diodos que se utilicen en el calentador de inducción deben ser de acción ultrarrápida. Los más adecuados para este circuito, diodos: MUR-460; UV-4007; HER-307.
6. Resistencias utilizadas en el circuito 3: 10 kOhm con una potencia de 0,25 W - 2 uds. y potencia de 440 ohmios - 2 vatios. Diodos Zener: 2 uds. con una tensión de funcionamiento de 15 V. La potencia de los diodos zener debe ser de al menos 2 vatios. Con inducción se utiliza un estrangulador para conectar a las salidas de potencia de la bobina.
7. Para alimentar todo el dispositivo, necesitará una fuente de alimentación con una capacidad de hasta 500. W. y un voltaje de 12 a 40 V. Puede alimentar este dispositivo con una batería de automóvil, pero no podrá obtener las lecturas de energía más altas con este voltaje.

El proceso mismo de fabricación de un generador electrónico y una bobina lleva poco tiempo y se lleva a cabo en la siguiente secuencia:

1. Una espiral con un diámetro de 4 cm está hecha de un tubo de cobre. Para hacer una espiral, se debe enrollar un tubo de cobre en una varilla con una superficie plana con un diámetro de 4 cm. La espiral debe tener 7 vueltas que no deben tocarse. . Los anillos de montaje están soldados a los 2 extremos del tubo para la conexión a los radiadores de transistores.
2. La placa de circuito impreso está hecha de acuerdo con el esquema.Si es posible suministrar condensadores de polipropileno, entonces debido al hecho de que dichos elementos tienen pérdidas mínimas y un funcionamiento estable con grandes amplitudes de fluctuaciones de voltaje, el dispositivo funcionará de manera mucho más estable. Los capacitores en el circuito están instalados en paralelo, formando un circuito oscilatorio con una bobina de cobre.
3. El calentamiento del metal ocurre dentro de la bobina, luego de que el circuito se conecta a una fuente de alimentación o batería. Al calentar el metal, es necesario asegurarse de que no haya un cortocircuito en los devanados del resorte. Si toca el metal calentado 2 vueltas de la bobina al mismo tiempo, los transistores fallan instantáneamente.

Características de operación

El ensamblaje del calentador casero es solo la mitad de la batalla

Igualmente importante es el correcto funcionamiento de la estructura resultante. Inicialmente, cada dispositivo de este tipo presenta un cierto peligro, ya que no puede controlar de forma independiente el nivel de calentamiento del refrigerante. En este sentido, cada calentador requiere un cierto refinamiento, es decir, la instalación y conexión de dispositivos automáticos y de control adicionales.

En este sentido, cada calentador requiere un cierto refinamiento, es decir, la instalación y conexión de dispositivos automáticos y de control adicionales.

En primer lugar, la salida de la tubería está equipada con un conjunto estándar de dispositivos de seguridad: una válvula de seguridad, un manómetro y un dispositivo para ventilar el aire. Debe recordarse que los calentadores de agua por inducción funcionarán normalmente solo si hay circulación de agua forzada.El circuito de flujo por gravedad conducirá muy rápidamente al sobrecalentamiento del elemento y la destrucción de la tubería de plástico.

Para evitar tales situaciones, se instala un termostato en el calentador, conectado a un dispositivo de parada de emergencia. Los ingenieros eléctricos experimentados utilizan para este propósito termostatos con sensores de temperatura y relés que apagan el circuito cuando el refrigerante alcanza la temperatura establecida.

Los diseños caseros se caracterizan por una eficiencia bastante baja, ya que en lugar de un paso libre, hay un obstáculo en el camino del agua en forma de partículas de alambre. Cubren casi por completo la tubería, provocando una mayor resistencia hidráulica. En situaciones de emergencia, es posible que se dañe y se rompa el plástico, después de lo cual el agua caliente seguramente provocará un cortocircuito. Por lo general, estos calentadores se usan en habitaciones pequeñas como un sistema de calefacción adicional durante la estación fría.

El uso de bobinas de inducción en lugar de los tradicionales elementos calefactores en los equipos de calefacción ha permitido aumentar significativamente la eficiencia de las unidades con un menor consumo eléctrico. Los calentadores de inducción han aparecido a la venta hace relativamente poco tiempo, además, a precios bastante altos. Por lo tanto, los artesanos no dejaron este tema sin atención y descubrieron cómo hacer un calentador de inducción a partir de un inversor de soldadura.