Мощный индукционный нагреватель своими руками: 12 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Индукционные нагреватели, безусловно, являются одним из наиболее эффективных способов нагрева металлических предметов, особенно черных металлов. Лучшее в этом индукционном нагревателе то, что вам не нужно физически контактировать с нагреваемым объектом.

В Интернете доступно множество наборов индукционных нагревателей, но если вы хотите изучить основы индукционного нагрева и хотите создать такой, который выглядит и работает точно так же, как и высококачественный, продолжайте читать эту инструкцию, поскольку я покажу вам, как индукционный нагрев обогреватель работает, и где вы можете найти свой материал, чтобы построить себе такой, который выглядит как профессиональный.

Давайте начнем…

Шаг 1: концепция индукционного нагрева

Есть несколько методов нагрева металлов, один из которых - индукционный. Как следует из названия метода, тепло генерируется внутри материала с помощью электрической индукции.

Электрическая индукция происходит внутри материала, поскольку магнитное поле вокруг него непрерывно изменяется, что приводит к индукции вихревых токов внутри материала, помещенного внутри катушки. Таким образом, вызывая мгновенный нагрев, и этот эффект наиболее заметен в черных металлах из-за их более высокой реакции на магнитные силы.

Вы можете получить более подробный обзор в Википедии:

en.wikipedia.org/wiki/Induction_heating

Шаг 2: Печатная плата и компоненты

Поскольку я собираюсь использовать аккумулятор / источник питания, который дает нам выход 12 В постоянного тока, которого недостаточно для создания индукции, поскольку магнитное поле, создаваемое в индукционной катушке из-за постоянного тока, является постоянным магнитным полем. Итак, задача здесь состоит в том, чтобы преобразовать это постоянное напряжение в переменный ток, который, таким образом, вызовет индукцию.

Поэтому я разработал схему осциллятора, которая выдает на выходе переменный ток прямоугольной формы с частотой около 20 кГц. В схеме используются четыре МОП-транзистора IRF540 с N-каналом для частого переключения тока в переменном направлении. Чтобы безопасно обрабатывать большие токи, я использовал пару МОП-транзисторов в каждом канале.

Поскольку мы собираемся иметь дело с более высокими токами, перфокарта определенно не является надежным и, конечно, не изящным вариантом. Поэтому я решил выбрать более надежный вариант - печатную плату. Это может показаться дорогим вариантом, но помня об этом, я наткнулся на JLCPCB.com.

Эти ребята предлагают высококачественные печатные платы по отличным ценам. Я заказал 10 печатных плат для индукционного нагревателя, и в качестве первого заказа эти ребята предлагают все это всего за 2 доллара, включая стоимость доставки на пороге.

Качество наивысшего качества, как вы можете видеть на фотографиях. Так что не забудьте заглянуть на их сайт.

Шаг 3: заказ печатной платы

Процесс заказа печатной платы довольно прост. Сначала вам нужно посетить jlcpcb.com. Чтобы получить мгновенную расценку, все, что вам нужно сделать, это загрузить файл Gerber для печатных плат, и после того, как они будут загружены, вы можете воспользоваться опцией, приведенной ниже.

На этом этапе я также добавил файл Gerber для печатной платы, поэтому обязательно ознакомьтесь с ним.

Шаг 4: Дополнительные детали

Я начал собирать печатную плату с небольшими дополнительными деталями, включая резисторы и пару диодов.

R1, R2 - резисторы 10 кОм. R3 и R4 - резисторы 220 Ом.

D1 и D2 - это диоды UF4007 (UF означает Ultra Fast), не заменяйте их диодами 1N4007, так как они взорвутся. D3 и D4 - стабилитроны 1N821.

Убедитесь, что вы разместили правильный компонент в нужном месте, а также разместили диоды в правильном направлении, как показано на печатной плате.

Шаг 5: полевые МОП-транзисторы

Чтобы справиться с большим количеством утечек тока, я решил использовать полевые МОП-транзисторы с N-каналом. Я использовал по паре полевых МОП-транзисторов IRF540N с каждой стороны. Каждый из них рассчитан на 100 В и до 33 А постоянного тока. Поскольку мы собираемся питать этот индукционный нагреватель напряжением 15 В постоянного тока, 100 В может показаться чрезмерным, но на самом деле это не так, поскольку всплески, возникающие при переключении на высокой скорости, могут легко подскочить до этих пределов. Так что лучше пойти с еще более высоким рейтингом Vds.

Для отвода лишнего тепла я прикрепил к каждому из них алюминиевые радиаторы.

Шаг 6: Конденсаторы

Конденсаторы играют важную роль в поддержании желаемой выходной частоты, которая в случае индукционного нагрева предлагается на уровне около 20 кГц. Эта выходная частота является результатом сочетания индукции и емкости. Таким образом, вы можете использовать калькулятор частоты LC для расчета желаемой комбинации.

Хорошо иметь большую емкость, но всегда имейте в виду, что нам нужно получить выходную частоту где-то около 20 кГц.

Поэтому я решил использовать неполярные конденсаторы WIMA MKS 400VAC 0,33 мкФ. На самом деле мне не удалось найти более высокое напряжение для этих конденсаторов, поэтому они вздулись, и мне пришлось заменить их некоторыми другими неполярными конденсаторами, рассчитанными на 800 В переменного тока.

Их два соединены параллельно.

Шаг 7: индукторы

Поскольку трудно найти сильноточные индукторы, я решил построить его самостоятельно. У меня есть старый ферритовый сердечник из старого компьютерного лома со следующими размерами:

Наружный диаметр: 30 мм

Внутренний диаметр: 18 мм

Ширина: 13 мм

Нет необходимости получать ферритовый сердечник точного размера, но цель здесь - получить пару катушек индуктивности, которые могут обеспечить индуктивность почти 100 микрогенри. Для этого я использовал изолированный медный провод 1,2 мм, чтобы намотать катушки так, чтобы каждая из них имела 30 витков. Эта конфигурация обеспечивает необходимую индуктивность. Убедитесь, что вы натягиваете обмотки как можно плотнее, так как не рекомендуется иметь больший зазор между сердечником и проводом.

После намотки индукторов я снял изоляционное покрытие с обоих концов провода, чтобы их можно было припаять к печатной плате.

Шаг 8: охлаждающий вентилятор

Чтобы определить тепло от полевых МОП-транзисторов, я установил вентилятор на 12 В для ПК прямо над алюминиевыми радиаторами с помощью горячего клея. Затем вентилятор подключается к входным клеммам, так что всякий раз, когда вы включаете индукционный нагреватель, вентиляторы автоматически включаются для охлаждения полевых МОП-транзисторов.

Поскольку я собираюсь питать этот индукционный нагреватель от источника постоянного тока 15 В, я добавил резистор 10 Ом 2 Вт, чтобы снизить напряжение до безопасного предела.

Шаг 9: Разъемы для выходной катушки

Чтобы подключить выходную катушку к цепи индукционного нагрева, я сделал пару люков на печатной плате с помощью угловой шлифовальной машины. Позже я сломал разъем XT60, чтобы использовать его контакты для выходных клемм. Каждый из этих контактов вставляется внутрь выходной медной катушки.

Шаг 10: индукционная катушка

Индукционная катушка изготовлена из медной трубы диаметром 5 мм, которая обычно используется в кондиционерах и холодильниках. Для идеальной намотки выходной катушки я использовал картонный рулон диаметром около дюйма. Я сделал 8 витков катушки, что позволило создать катушку такой ширины, чтобы она точно соответствовала выходным разъемам пули.

Обязательно наматывайте катушку терпеливо, так как вы можете в конечном итоге погнуть трубу, что приведет к вмятине. Кроме того, после того, как вы закончите наматывать катушку, убедитесь, что нет контакта между стенками двух последовательных витков.

Для этой катушки вам понадобится 3 фута медной трубы.

Шаг 11: Источник питания

Для питания этого индукционного нагревателя я собираюсь использовать серверный блок питания, рассчитанный на 15 В и обеспечивающий до 130 ампер тока. Но вы можете использовать любой источник 12 В, например автомобильный аккумулятор или блок питания ПК.

Убедитесь, что подключили вход с соблюдением полярности.

Шаг 12: окончательные результаты

Когда я запитал этот индукционный нагреватель напряжением 15 В, он потребляет почти 0,5 А тока без каких-либо предметов внутри катушки. Для пробного запуска я вставил деревянный шуруп, и внезапно он начинает пахнуть, как будто он нагревается. Потребляемый ток также начинает увеличиваться, и когда винт полностью вставлен в катушку, кажется, что он потребляет около 3 ампер тока. Всего за минуту он становится докрасна.

Позже я вставил отвертку внутрь катушки, и индукционный нагреватель нагрел ее до докрасна с потребляемым током почти 5 ампер при 15 В, что в сумме составляет до 75 Вт индукционного нагрева.

В целом индукционный нагрев представляется хорошим способом эффективного нагрева стержня из черного металла и менее опасен по сравнению с другими методами.

Есть много полезных вещей, которые можно сделать с помощью этого метода нагрева.

Если вам нравится этот проект, не забудьте посетить мой канал на YouTube и подписаться на него, чтобы увидеть больше новых проектов.

www.youtube.com/channel/UCC4584D31N9RuQ-aE…

С Уважением.

Сделай сам король