Индукционно нагряванеателие- устройство за нагряване на метали чрез излагане на токове на Фуко. Самият принцип на такъв нагревател е известен отдавна и сега индукционните нагреватели се използват активно в много области на индустрията. Нашият домашен индуктор е лесен за използване, има относително прост дизайни не изисква никаква конфигурация. В същото време нагревателят е доста мощен.

Индукторната верига работи на принципа на последователния резонанс. Можете да увеличите мощността на устройството по няколко начина - чрез избор на по-мощни полеви превключватели, използване на по-голям кондензатор във веригата или увеличаване на захранващото напрежение.

Сглобих такъв индуктор със собствените си ръце, чисто от любопитство, за да проверя функционалността на веригата.

Дросел - взех готов от компютърно захранване. Той е навит върху пръстен от прахообразно желязо и съдържа 10-25 навивки от 1,5 mm тел.

Полеви транзистори - има голям избор, в моя случай използвах N-канални полеви транзистори с високо напрежение от серията IRF740, но е препоръчително да използвате полеви транзистори въз основа на минималното съпротивление на отворения преход , както и максимално допустимия ток. IN стандартна версияПрепоръчва се използването на захранващи превключватели от серията IRFP250.

Параметри на този транзистор:

• N-канална структура
• Максимално напрежение дрейн-източник Usi: 200 V
• Максимален дрейн-източен ток при 25 ºС Isi max.: 30 A
• Максимално напрежение порта-източник Uzi макс.: ±20 V
• Съпротивление на отворен канал Rsi on: 85 mOhm
• Максимална разсейвана мощност Psi max: 190 W
• Характеристика на наклона S: 12000 mA/V
• Корпус: TO247AC
• Прагово напрежение на вратата: 4 V

Много мощен и доста скъп транзистор, но с него можете да получите голяма мощност, а консумацията може да бъде от порядъка на 20-40 ампера!!!

Контурът е навит върху рамка с диаметър 4,5 cm и се състои от 2x3 оборота. Съветвам ви да навиете 6 оборота наведнъж, след това да премахнете лака от 3-тия оборот в малка зона и да запоите проводника там, който ще бъде кран, към него се подава захранващ плюс. В моя случай за навиване на веригата беше използван проводник от 1,5 мм, но в идеалния случай се нуждаете от проводник от 3-5 мм, той се навива по същия принцип.

Стабилитроните са 12-15 волта, за предпочитане с мощност 1-2 вата, всички използвани резистори са 0,5 вата.

Диоди - определено се нуждаете от бързи с обратно напрежение от поне 400 волта, можете да инсталирате евтин ултрабърз UF4007, в моя случай бяха използвани диоди от серията HER305 - с обратно напрежение от 400 волта, с допустим ток 3 ампери.

Увеличаването на мощността на веригата означава увеличаване на тока във веригата. Колкото по-голям е капацитетът на кондензатора C1, толкова по-голям е токът. В моя случай бяха използвани филми от 250 волта, 6 броя 0,33 μF, но броят на кондензаторите в стандартната версия се препоръчва да бъде 15-20 броя със същия капацитет, напрежението на кондензатора е 250-400 волта.

Основният недостатък на схемата- невероятно количество генериране на топлина на транзисторите, с моя, доста добри ключовеТрябваше да охлаждам веригата с два охладителя, но дори те нямаха време да отведат правилно топлината, така че ще мисля за водно охлаждане...

Домашният индуктор може бързо да загрее стандартните болтове M6 до жълт оттенък.

Когато човек е изправен пред необходимостта да нагрее метален предмет, винаги се сеща за огъня. Огънят е старомоден, неефективен и бавен начин за нагряване на метал. Той изразходва лъвския дял от енергията за топлина, а от огъня винаги идва дим. Колко чудесно би било, ако всички тези проблеми могат да бъдат избегнати.

Днес ще ви покажа как да сглобите индукционен нагревател със собствените си ръце с драйвер ZVS. Това устройство загрява повечето метали с помощта на ZVS драйвер и силата на електромагнетизма. Такъв нагревател е високоефективен, не произвежда дим и отоплението е толкова малко метални изделия, като например кламер - въпрос на няколко секунди. Видеото показва нагревателя в действие, но инструкциите са различни.

Стъпка 1: Принцип на работа

Много от вас сега се чудят – какъв е този ZVS драйвер? Това е високоефективен трансформатор, способен да създаде мощно електромагнитно поле, което загрява метала, основата на нашия нагревател.

За да стане ясно как работи нашето устройство, ще ви разкажа за ключовите моменти. Първо важен момент— Захранването от 24 V трябва да бъде 24 V при максимална силаток 10А. Ще имам две оловни батерии, свързани последователно. Те захранват драйверната платка на ZVS. Трансформаторът доставя постоянен ток към намотката, вътре в която се поставя обектът, който трябва да се нагрее. Постоянната промяна на посоката на тока създава променливо магнитно поле. Той създава вихрови токове вътре в метала, предимно с висока честота. Поради тези токове и ниското съпротивление на метала се генерира топлина. Съгласно закона на Ом силата на тока, трансформирана в топлина във верига с активно съпротивление, ще бъде P=I^2*R.

Металът, който изгражда предмета, който искате да нагреете, е много важен. Сплавите на основата на желязо имат по-висока магнитна пропускливост и могат да използват повече енергия магнитно поле. Поради това те се нагряват по-бързо. Алуминият има ниска магнитна пропускливост и следователно отнема повече време за нагряване. И предмети с висока устойчивост и ниска магнитна пропускливост, като пръст, изобщо няма да се нагреят. Устойчивостта на материала е много важна. Колкото по-високо е съпротивлението, толкова по-слаб токът ще премине през материала и съответно по-малко топлина ще се генерира. Колкото по-ниско е съпротивлението, толкова по-силен ще бъде токът и според закона на Ом, толкова по-малка е загубата на напрежение. Това е малко сложно, но поради връзката между съпротивлението и изходната мощност, максималната изходна мощност се постига, когато съпротивлението е 0.

Трансформаторът ZVS е най-сложната част от устройството, ще обясня как работи. Когато токът е включен, той протича през два индукционни дросела към двата края на намотката. Дроселите са необходими, за да се гарантира, че устройството не произвежда твърде много ток. След това токът преминава през 2 резистора 470 ома към портите на MOS транзисторите.

Поради факта, че няма идеални компоненти, един транзистор ще се включи преди другия. Когато това се случи, той поема целия входящ ток от втория транзистор. Той също ще скъси втория до земята. Поради това не само ще тече ток през намотката към земята, но и през бързия диод портата на втория транзистор ще се разреди, като по този начин ще го блокира. Поради факта, че кондензаторът е свързан успоредно на намотката, се създава осцилаторна верига. Поради получения резонанс токът ще промени посоката си и напрежението ще падне до 0V. В този момент портата на първия транзистор се разрежда през диода към портата на втория транзистор, блокирайки го. Този цикъл се повтаря хиляди пъти в секунда.

Предполага се, че резисторът 10K намалява излишния заряд на портата на транзистора, като действа като кондензатор, а ценеровият диод трябва да поддържа напрежението на портата на транзисторите при 12V или по-ниско, за да ги предпази от взривяване. Този трансформатор е високочестотен преобразувател на напрежение, който позволява на метални предмети да се нагряват.
Време е да сглобите нагревателя.

Стъпка 2: Материали

За да сглобите нагревател, имате нужда от малко материали и повечето от тях, за щастие, могат да бъдат намерени безплатно. Ако видите катодна тръба да лежи някъде, отидете и я вземете. Съдържа повечето части, необходими за нагревателя. Ако искате части с по-високо качество, купете ги от магазин за електрически части.

Ще имаш нужда:

Стъпка 3: Инструменти

За този проект ще ви трябва:

Стъпка 4: Охлаждане на FETs

В това устройство транзисторите се изключват при напрежение 0 V и не се нагряват много. Но ако искате нагревателят да работи повече от една минута, трябва да премахнете топлината от транзисторите. Направих един общ радиатор за двата транзистора. Уверете се, че металните порти не докосват абсорбера, в противен случай MOS транзисторите ще дадат на късо и ще избухнат. Използвах компютърен радиатор и вече имаше ивица върху него силиконов уплътнител. За да проверите изолацията, докоснете средното краче на всеки MOS транзистор (gate) с мултицет; ако мултицетът издава звуков сигнал, тогава транзисторите не са изолирани.

Стъпка 5: Кондензаторна банка

Кондензаторите стават много горещи поради постоянното преминаване през тях. Нашият нагревател се нуждае от кондензатор със стойност от 0,47 µF. Следователно трябва да комбинираме всички кондензатори в блок, по този начин ще получим необходимия капацитет и площта на разсейване на топлината ще се увеличи. Номиналното напрежение на кондензатора трябва да бъде по-високо от 400 V, за да се отчетат пиковете на индуктивното напрежение в резонансната верига. Направих два пръстена от Меден проводник, към който запоих 10 кондензатора 0,047 µF паралелно един на друг. Така получих кондензаторна банка с общ капацитет 0,47 µF с отлично въздушно охлаждане. Ще го монтирам успоредно на работната спирала.

Стъпка 6: Работна спирала

Това е частта от устройството, в която се създава магнитното поле. Спиралата е от медна тел - много е важно да е медна. Първоначално използвах стоманена намотка за отопление и устройството не работеше много добре. Без натоварване консумираше 14 А! За сравнение, след смяната на намотката с медна, устройството започна да консумира само 3 А. Мисля, че в стоманената намотка са възникнали вихрови токове поради съдържанието на желязо и също е подложено на индукционно нагряване. Не съм сигурен дали това е причината, но това обяснение ми се струва най-логично.

За спиралата вземете медна тел голяма секцияи направете 9 завъртания на парче PVC тръба.

Стъпка 7: Сглобяване на веригата

Направих много проби и грешки, докато уредя правилно веригата. Най-големите трудности бяха с източника на захранване и бобината. Взех 55А 12V импулсен блокхранене. Мисля, че това захранване достави твърде висок първоначален ток към ZVS драйвера, което доведе до експлодиране на MOS транзисторите. Може би допълнителни индуктори щяха да поправят това, но реших просто да заменя захранването с оловно-киселинни батерии.
Тогава се мъчих с макарата. Както вече казах, стоманената намотка не беше подходяща. Поради голямото потребление на ток на стоманената намотка гръмнаха още няколко транзистора. Общо гръмнаха 6 транзистора. Е, те се учат от грешките.

Ремонтирал съм нагревателя много пъти, но тук ще ви разкажа как сглобих най-добрата му версия.

Стъпка 8: Сглобяване на устройството

За да сглобите ZVS драйвера, трябва да следвате приложената диаграма. Първо взех ценеров диод и го свързах към 10K резистор. Тази двойка части може да бъде незабавно запоена между дренажа и източника на MOS транзистора. Уверете се, че ценеровият диод е обърнат към канала. След това запоете MOS транзисторите към макетната платка с контактни отвори. От долната страна макетЗапоете два бързи диода между гейта и дрейна на всеки транзистор.

Уверете се, че бялата линия е обърната към затвора (фиг. 2). След това свържете положителния от вашето захранване към дренажите на двата транзистора чрез резистор от 2220 ома. Заземете двата източника. Запоете работната бобина и кондензаторната банка успоредно един на друг, след което запоете всеки край към различен порт. Накрая, приложете ток към портите на транзисторите през 2 50 μH индуктора. Те могат да имат тороидална сърцевина с 10 навивки проводник. Вашата верига вече е готова за използване.

Стъпка 9: Монтиране към основата

За да могат всички части на вашия индукционен нагревател да се държат заедно, те се нуждаят от основа. Взех го за това дървен блокПлатка 5*10 см с електрическа верига, кондензаторна батерия и работна бобина бяха залепени с термотопливо лепило. Мисля, че устройството изглежда страхотно.

Стъпка 10: Проверка на функционалността

За да включите нагревателя, просто го свържете към източник на захранване. След това поставете елемента, който трябва да нагреете, в средата на работещата намотка. Трябва да започне да се затопля. Моят нагревател загря кламера до червено сияние за 10 секунди. Предмети, по-големи от пирони, се нагряват за около 30 секунди. По време на процеса на нагряване, консумацията на ток се увеличи с приблизително 2 A. Този нагревател може да се използва за повече от просто забавление.

След употреба устройството не произвежда сажди или дим, дори засяга изолирани метални предмети, например газови абсорбери във вакуумни тръби. Устройството е безопасно и за хората - нищо няма да се случи с пръста ви, ако го поставите в центъра на работещата спирала. Можете обаче да се изгорите от предмет, който е бил нагрят.

Благодаря ви, че прочетохте!

Устройствата, които се отопляват с електричество, а не с газ, са безопасни и удобни. Такива нагреватели не произвеждат сажди и неприятна миризма, но консумират голям бройелектричество. Отлично решение е да сглобите индукционен нагревател със собствените си ръце. Това хем спестява пари, хем допринася за семейния бюджет. Има много прости схеми, според които можете сами да сглобите индуктор.

За да улесните разбирането на веригите и правилното сглобяване на структурата, би било полезно да разгледаме историята на електричеството. Методи за нагряване метални конструкциибобините с електромагнитен ток намират широко приложение в промишленото производство на домакински уреди - котли, нагреватели и печки. Оказва се, че можете да направите работещ и издръжлив индукционен нагревател със собствените си ръце.

Как работят устройствата

Как работят устройствата

Известният британски учен от 19-ти век Фарадей прекарва 9 години в изследвания за превръщането на магнитните вълни в електричество. През 1931 г. най-накрая е направено откритие, наречено електромагнитна индукция. Телената намотка на бобината, в центъра на която има сърцевина от магнитен метал, създава магнитно поле под силата променлив ток. Под въздействието на вихрови потоци ядрото се нагрява.

Важен нюанс е, че ще настъпи нагряване, ако променливият ток, захранващ намотката, промени вектора и знака на полето при високи честоти.

Откритието на Фарадей започва да се използва както в индустрията, така и в производството домашни двигателии електрически нагреватели. Първата топилна пещ, базирана на вихров индуктор, е открита през 1928 г. в Шефилд. По-късно фабричните цехове се отопляват по същия принцип и за загряване на вода, метални повърхностиексперти сглобиха индуктора със собствените си ръце.

Схемата на устройството от онова време е валидна и днес. Класически пример е индукционен котел, който съдържа:

• метално ядро;
• кадър;
• топлоизолация.

По-малко тегло, размер и по-висока ефективност се постигат благодарение на тънките стоманени тръби, които служат като основа на сърцевината. При кухненските плочки индукторът е сплескана намотка, разположена близо до плота.

Характеристиките на схемата за ускоряване на текущата честота са следните:

• индустриална честота от 50 Hz не е подходяща за домашни устройства;
• директното свързване на индуктора към мрежата ще доведе до бръмчене и ниско отопление;
• ефективно нагряване се извършва при честота 10 kHz.

Сглобяване по схеми

Всеки, който е запознат със законите на физиката, може да сглоби индуктивен нагревател със собствените си ръце. Сложността на устройството ще варира в зависимост от нивото на подготовка и опит на капитана.

Има много видео уроци, които можете да следвате, за да създадете ефективно устройство. Почти винаги е необходимо да се използват следните основни компоненти:

• стоманена тел с диаметър 6-7 mm;
• медна жица за индуктора;
• метална мрежа (за задържане на жицата вътре в корпуса);
• адаптери;
• тръби за тялото (пластмаса или стомана);
• високочестотен инвертор.

Това ще бъде достатъчно, за да сглобите индукционна бобина със собствените си ръце и това е в основата проточен бойлер. След подготовката необходими елементи Можете да подходите директно към производствения процес на устройството:

• нарежете жицата на парчета от 6-7 см;
• покрийте вътрешността на тръбата с метална мрежа и напълнете жицата до върха;
• по същия начин затворете отвора на тръбата отвън;
• навийте меден проводник около пластмасовото тяло най-малко 90 пъти за намотка;
• поставете конструкцията в отоплителната система;
• С помощта на инвертор свържете бобината към електричество.

Препоръчително е първо да заземите инвертора и да подготвите антифриз или вода.

Използвайки подобен алгоритъм, можете лесно да сглобите индукционен котел, за който трябва:

• изрежете заготовки от стоманена тръба 25 на 45 mm със стена с дебелина не повече от 2 mm;
• заварете ги заедно, като ги свържете с по-малки диаметри;
• заварете железни капаци към краищата и пробийте отвори за резбови тръби;
• направете стойка за индукционна печка чрез заваряване на два ъгъла от едната страна;
• вмъкнете котлонв скобата от ъглите и се свържете към захранването;
• добавете охлаждаща течност към системата и включете отоплението.

Много индуктори работят с мощност не по-висока от 2 - 2,5 kW. Такива нагреватели са предназначени за стая от 20 - 25 m². Ако генераторът се използва в автосервиз, можете да го свържете към машина за заваряване, но Важно е да се вземат предвид някои нюанси:

• Имате нужда от променлив ток, а не от постоянен ток като инвертор. Заваръчната машина ще трябва да бъде изследвана за наличие на точки, където напрежението няма пряка посока.
• Броят на завъртанията към проводник с по-голямо напречно сечение се избира чрез математическо изчисление.
• Ще е необходимо охлаждане на работните елементи.

Създаване на сложни устройства

Да направите HDTV отоплителна инсталация със собствените си ръце е по-трудно, но радиолюбителите могат да го направят, защото за да го сглобите, ще ви е необходима мултивибраторна верига. Принципът на действие е подобен - вихрови токове, възникващи от взаимодействието на металния пълнеж в центъра на бобината и собственото му силно магнитно поле, загряват повърхността.

Проектиране на HDTV инсталации

Защото дори малък размернамотките произвеждат ток от около 100 A, заедно с тях ще трябва да свържете резониращ капацитет, за да балансирате индукционната тяга. Има 2 вида работни вериги за отопление на HDTV при 12 V:

• свързан към електрическата мрежа.

• насочени електрически;
• свързан към електрическата мрежа.

В първия случай мини HDTV инсталация може да бъде сглобена за час. Дори и при липса на мрежа от 220 V, можете да използвате такъв генератор навсякъде, стига да имате автомобилни батерии като източници на енергия. Разбира се, той не е достатъчно мощен, за да разтопи метал, но може да достигне високите температури, необходими за малки работи, като нагряване на ножове и отвертки за от син цвят. За да го създадете, трябва да закупите:

• полеви транзистори BUZ11, IRFP460, IRFP240;
• автомобилен акумулатор от 70 A/h;
• високоволтови кондензатори.

Токът на захранването от 11 A намалява до 6 A по време на нагряване поради съпротивлението на метала, но остава необходимостта от дебели проводници, които могат да издържат на ток от 11-12 A, за да се избегне прегряване.

Втората верига за индукционна отоплителна инсталация в пластмасова кутия е по-сложна, базирана на драйвера IR2153, но е по-удобно да се използва за изграждане на резонанс от 100k през регулатора. Веригата трябва да се управлява чрез мрежов адаптер с напрежение от 12 V или повече, което може да бъде свързано директно към главната мрежа от 220 V с помощта на диоден мост. Резонансната честота е 30 kHz. Ще са необходими следните елементи:

• 10 mm феритно ядро ​​и 20 оборота индуктор;
• медна тръба като HDTV намотка от 25 оборота на 5-8 cm дорник;
• кондензатори 250 V.

Вихрови нагреватели

По-мощна инсталация, способна да нагрява болтовете до жълт цвят, могат да бъдат сглобени по проста схема. Но по време на работа генерирането на топлина ще бъде доста голямо, така че се препоръчва да се инсталират радиатори на транзистори. Ще ви трябва и дросел, който можете да вземете назаем от захранването на всеки компютър и следните помощни материали:

• стоманена феромагнитна тел;
• медна тел 1,5 mm;
• полеви транзистори и диоди за обратно напрежение от 500 V;
• Ценерови диоди с мощност 2-3 W, номинални на 15 V;
• прости резистори.

В зависимост от желания резултат, навиването на телта върху медна основа варира от 10 до 30 оборота. Следва сглобяването на веригата и подготовката на основната намотка на нагревателя от приблизително 7 навивки от 1,5 mm медна тел. Свързва се към веригата и след това към електричеството.

Занаятчиите, запознати със заваряването и работата с трифазен трансформатор, могат допълнително да увеличат ефективността на устройството, като същевременно намалят теглото и размера. За да направите това, трябва да заварите основите на две тръби, които ще служат както като сърцевина, така и като нагревател, и да заварите две тръби в корпуса след намотката за подаване и отстраняване на охлаждащата течност.

Въз основа на диаграмите можете бързо да сглобите индуктори с различни мощности за отопление на вода, метали, отопление на къща, гараж и автосервиз. Също така е необходимо да запомните правилата за безопасност за ефективно обслужване на нагреватели от този тип, тъй като изтичането на охлаждаща течност от домашно устройствоможе да завърши с пожар.

Има определени условия за организиране на работа:

• разстоянието между индукционния котел, стените, електрическите уреди трябва да бъде най-малко 40 см и е по-добре да се оттеглите на 1 м от пода и тавана;
• с помощта на манометър и устройство за освобождаване на въздух, зад изходящата тръба е осигурена система за безопасност;
• Препоръчително е да използвате устройствата в затворени вериги с принудителна циркулацияантифриз;
• Може да се използва в пластмасови тръбопроводи.

Самостоятелното сглобяване на индукционни генератори ще бъде евтино, но не и безплатно, защото имате нужда от достатъчно компоненти добро качество. Ако човек няма специални познания и опит в радиотехниката и заваряването, тогава не трябва сами да сглобявате нагревател за голяма площ, защото отоплителната мощност няма да надвишава 2,5 kW.

въпреки това самосглобяванеИндукторът може да се разглежда като самообразование и усъвършенствано обучение на собственика на дома на практика. Можете да започнете с малки уреди прости вериги, и тъй като принципът на работа в по-сложните устройства е същият, те само добавят допълнителни елементии честотни преобразуватели, тогава овладяването му стъпка по стъпка ще бъде лесно и доста достъпно.

Във връзка с

Поздрави на потребителите на сайта Радио вериги. Наскоро ми хрумна идея да направя. В интернет бяха намерени няколко схеми за конструиране на устройството. От тях избрах този, който според мен е най-лесен за сглобяване и конфигуриране и най-важното е, че наистина работи.

Схема на устройството

Списък с части

1. Полеви транзистор IRFZ44V 2 бр.
2. Свръх бързи диоди UF4007 или UF4001 2 бр.
3. Резистор 470 Ohm за 1 или 0,5 W 2 бр.
4. Филмови кондензатори
1) 1 uF при 250V 3 бр.
2) 220 nF при 250V 4 броя.
3) 470 nF при 250V
4) 330 nF при 250V
5. Медна жица с диаметър 1,2 мм.
6. Медна жица с диаметър 2 мм.
7. Пръстени от индукторите на компютърното захранване 2 бр.

Сглобяване на устройството

Задвижващата част на нагревателя е направена с помощта на полеви транзистори IRFZ44V. Pinout на транзистора IRFZ44V.

Транзисторите трябва да бъдат поставени на голям радиатор. Ако инсталирате транзистори на един радиатор, тогава транзисторите трябва да бъдат монтирани върху гумени уплътнения и пластмасови шайби, така че да няма късо съединение между транзисторите.

Дроселите са навити на пръстени от компютърни захранвания. Изработен от прахообразно желязо. Тел 1,2 мм 7-15 оборота.

Кондензаторната банка трябва да е 4,7 µF. Препоръчително е да използвате не един кондензатор, а няколко кондензатора. Кондензаторите трябва да бъдат свързани паралелно.

Бобината на нагревателя е направена на тел с диаметър 2 мм, 7-8 оборота.

След сглобяването устройството работи веднага. Устройството се захранва от 12 волта 7,2 A/h батерия. Захранващото напрежение на устройството е 4,8-28 волта. При продължителна работа прегряват: кондензаторна батерия, полеви транзистори и дросели. Консумацията на ток на празен ход е 6-8 ампера.

При въвеждане във веригата метален предметКонсумацията на ток веднага се увеличава до 10-12 A.

Видео на работещ индукционен нагревател

След това можете да подредите устройството в подходящ красив калъф и да го използвате за различни преживявания. По-добре е да експериментирате с мощността и размера на намотката, за да постигнете най-добър ефект. Автор на статията 4ei3

Обсъдете статията ПРОСТ ИНДУКЦИОНЕН НАГРЕВАТЕЛ

Сега ще научим как да направим индукционен нагревател със собствените си ръце, за който може да се използва различни проектиили просто за забавление. Можете незабавно да разтопите стомана, алуминий или мед. Можете да го използвате за запояване, топене и коване на метали. Можете да използвате и домашен индуктивен нагревател за леене.

Моят урок обхваща теорията, компонентите и сглобяването на някои от критичните компоненти.

Инструкциите са дълги и ще покрият основните стъпки, за да ви дадат представа какво влиза в проект като този и как да го проектирате, без да причинявате експлозия на нещо.

За пещта сглобих много точен, евтин криогенен цифров термометър. Между другото, при тестове с течен азот се представи добре срещу маркови термометри.

Стъпка 1: Компоненти

Основните компоненти на високочестотен индукционен нагревател за нагряване на метал с електричество са инвертор, драйвер, свързващ трансформатор и RLC осцилиращ кръг. Ще видите диаграмата малко по-късно. Да започнем с инвертора. Това - електрическо устройство, който променя постоянния ток в променлив ток. За мощен модул той трябва да работи стабилно. Отгоре има защита, която се използва за защита на задвижването на MOSFET порта от случайно падане на напрежението. Случайните промени причиняват шум, който води до превключване към високи честоти. Това води до прегряване и повреда на MOSFET.

Линиите с силен ток са в долната част печатна електронна платка. Използват се много слоеве мед, за да могат да пренасят повече от 50A ток. Нямаме нужда от прегряване. Обърнете внимание и на големия алуминиеви радиаторис водно охлаждане от двете страни. Това е необходимо за разсейване на топлината, генерирана от MOSFET.

Първоначално използвах вентилатори, но за да се справя с мощността, инсталирах малки водни помпи, които циркулират вода през алуминиевите радиатори. Докато водата е чиста, тръбите не провеждат ток. Освен това имам монтирани тънки пластини от слюда под MOSFET, за да гарантирам, че няма проводимост през дренажите.

Стъпка 2: Инверторна верига

Това е схема за инвертор. Веригата всъщност не е толкова сложна. Инвертираният и неинвертираният драйвер повишава или намалява напрежението от 15 V, за да регулира променливия сигнал в трансформатора (GDT). Този трансформатор изолира чиповете от MOSFET. Диод на изхода на MOSFET действа за ограничаване на пиковете, а резисторът минимизира трептенията.

Кондензатор C1 абсорбира всякакви прояви постоянен ток. В идеалния случай искате най-бързите спадове на напрежението във веригата, тъй като те намаляват нагряването. Резисторът ги забавя, което изглежда нелогично. Въпреки това, ако сигналът продължава, ще получите претоварвания и трептения, които разрушават MOSFET-ите. Повече информация можете да получите от диаграмата на амортисьора.

Диодите D3 и D4 помагат за защита на MOSFET от обратни токове. C1 и C2 осигуряват отворени пътища за протичане на ток по време на превключване. T2 е токов трансформатор, благодарение на който драйверът, за който ще говорим по-късно, получава обратен сигнал от изходния ток.

Стъпка 3: Драйвер

Тази диаграма е наистина голяма. Като цяло можете да прочетете за обикновен инвертор с ниска мощност. Ако имате нужда от повече мощност, имате нужда от подходящ драйвер. Този драйвер ще спре на резонансната честота сам. След като вашият метал се разтопи, той ще остане заключен на правилната честота, без да е необходима каквато и да е настройка.

Ако някога сте създавали прост индукционен нагревател с PLL чип, вероятно си спомняте процеса на регулиране на честотата, за да накарате метала да се нагрее. Наблюдавахте движението на вълната на осцилоскоп и регулирахте тактовата честота, за да поддържате това идеална точка. Повече няма да се налага да правите това.

Тази схема използва микропроцесор Arduino за наблюдение на фазовата разлика между напрежението на инвертора и капацитета на кондензатора. Използвайки тази фаза, той изчислява правилната честота с помощта на алгоритъма "C".

Ще ви преведа през веригата:

Сигналът за капацитет на кондензатора е отляво на LM6172. Това е високоскоростен инвертор, който преобразува сигнала в красива, чиста правоъгълна вълна. След това този сигнал се изолира с помощта на оптичния изолатор FOD3180. Тези изолатори са ключови!

След това сигналът влиза в PLL през входа PCAin. Сравнява се със сигнала на PCBin, който управлява инвертора чрез VCOout. Arduino внимателно контролира тактовата честота на PLL, използвайки 1024-битов импулсно модулиран сигнал. Двустепенен RC филтър преобразува PWM сигнала в обикновено аналогово напрежение, което влиза във VCOin.

Как Arduino знае какво да прави? Магия? познайте? Не. Той получава информация за фазовата разлика на PCA и PCB от PC1out. R10 и R11 ограничават напрежението до 5 волтажа на Arduino, а двустепенен RC филтър изчиства сигнала от всякакъв шум. Имаме нужда от силни и чисти сигнали, защото не искаме да плащаме повече париза скъпи мосфети, след като експлодират от шумни входове.

Стъпка 4: Да си вземем почивка

Това беше голямо количество информация. Може би се питате имате ли нужда от такава изискана схема? Зависи от теб. Ако искате автоматична настройка, тогава отговорът е да. Ако искате ръчно да регулирате честотата, тогава отговорът е не. Можете да създадете много прост драйвер само с таймер NE555 и да използвате осцилоскоп. Можете да го подобрите малко, като добавите PLL (фаза-нула контур)

Нека обаче продължим.

Стъпка 5: LC верига

Има няколко подхода към тази част. Ако имате нужда от мощен нагревател, ще ви трябва кондензаторна матрица, за да контролирате тока и напрежението.

Първо, трябва да определите каква работна честота ще използвате. По-високите честоти имат по-голям скин ефект (по-малко проникване) и са добри за малки предмети. По-ниските честоти са по-добри за по-големи обекти и имат по-голямо проникване. По-високите честоти имат по-високи загуби при превключване, но по-малко ток ще премине през резервоара. Избрах честота от около 70 kHz и стигнах до 66 kHz.

Моята кондензаторна матрица е 4,4uF и може да издържи над 300A. Бобината ми е около 1uH. Използвам и импулсни филмови кондензатори. Те са самовъзстановяваща се метализирана полипропиленова аксиална тел и имат високо напрежение, висок ток и висока честота (0,22 µF, 3000V). Номер на модела 224PPA302KS.

Използвах две медни пръти, в които пробих съответните дупки от всяка страна. Използвах поялник, за да запоя кондензаторите към тези отвори. След това прикрепих медни тръби от всяка страна за водно охлаждане.

Не купувайте евтини кондензатори. Те ще се счупят и ще платите повече пари, отколкото ако сте купили направо добри.

Стъпка 6: Сглобяване на трансформатор

Ако прочетете статията внимателно, ще зададете въпроса: как да управлявате LC верига? Вече говорих за инвертора и контура, без да споменавам как са свързани.

Връзката се осъществява чрез свързващ трансформатор. Моят е от Magnetics, Inc. Номерът на частта е ZP48613TC. Adams Magnetics също е добър изборпри избора на феритни тороиди.

Този отляво има 2 мм жица. Това е добре, ако вашият входен ток е под 20A. Проводникът ще прегрее и ще изгори, ако токът е по-висок. За висока мощност трябва да закупите или направите проводник Litz. Направих го сам, изтъках 64 нишки от тел 0,5 мм. Такъв проводник може лесно да издържи ток от 50А.

Инверторът, който ви показах по-рано, приема постоянен ток с високо напрежение и го променя на променливо високо или ниско напрежение. Тази редуваща се квадратна вълна преминава през свързващия трансформатор през MOSFET превключвателите и DC свързващите кондензатори на инвертора.

Медната тръба от кондензатора минава през него, което го прави еднооборотна вторична намотка на трансформатора. Това от своя страна позволява на изхвърленото напрежение да премине през кондензатора и работната намотка (LC верига).

Стъпка 7: Създаване на работната намотка

Един от въпросите, които често ми задаваха, беше: „Как се прави тази извита макара?“ Отговорът е пясък. Пясъкът ще предотврати счупването на тръбата по време на процеса на огъване.

Вземете 9 мм медна тръба за хладилник и я напълнете с чист пясък. Преди да направите това, покрийте единия край с някаква лента и също покрийте другия, след като го напълните с пясък. Изкопайте тръба с подходящ диаметър в земята. Измерете дължината на тръбата за вашата макара и започнете бавно да я навивате върху тръбата. След като направите един завой, останалите ще бъдат лесни за изпълнение. Продължете да навивате тръбата, докато получите желания брой завъртания (обикновено 4-6). Вторият край трябва да бъде подравнен с първия. Това ще улесни връзката с кондензатора.

Сега махнете капачките и вземете компресор за въздухда издуха пясъка. Препоръчително е да направите това навън.

Моля, обърнете внимание, че медната тръба служи и за водно охлаждане. Тази вода циркулира през кондензатора и през работната намотка. Работната намотка генерира много топлина от тока. Дори ако използвате керамична изолация вътре в серпентината (за задържане на топлина), пак ще имате изключително високи температурив работното пространство, загрявайки намотката. Ще започна с голяма кофа ледена вода и след известно време ще стане гореща. Съветвам ви да приготвите много лед.

Стъпка 8: Преглед на проекта

По-горе е преглед на проекта 3 kW. Има прост PLL драйвер, инвертор, съединителен трансформатор и резервоар.

Видеото демонстрира работа на индукционна ковачница с мощност 12kW. Основната разлика е, че има управляван от микропроцесор драйвер, по-големи MOSFET транзистори и радиатори. Устройството от 3kW работи на 120VAC; модулът от 12 kW използва 240V.