DIY potężny nagrzewnica indukcyjna: 12 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

Nagrzewnice indukcyjne są zdecydowanie jednym z najskuteczniejszych sposobów nagrzewania przedmiotów metalowych, zwłaszcza metali żelaznych. Najlepsze w tej nagrzewnicy indukcyjnej jest to, że nie musisz mieć fizycznego kontaktu z przedmiotem, który ma być ogrzewany.

Istnieje wiele zestawów nagrzewnic indukcyjnych dostępnych online, ale jeśli chcesz nauczyć się podstaw nagrzewania indukcyjnego i chcesz zbudować taki, który wygląda i działa dokładnie tak, jak wysokiej klasy, kontynuuj tę instrukcję, ponieważ pokażę ci, jak indukcja grzejnik działa i gdzie możesz pozyskać materiał, aby zbudować dla siebie taki, który wygląda jak profesjonalny.

Zacznijmy…

Krok 1: Koncepcja za ogrzewaniem indukcyjnym

Istnieje wiele metod nagrzewania metali, jedną z nich jest nagrzewanie indukcyjne. Jak sama nazwa metody nawiązuje, ciepło wytwarzane jest w materiale za pomocą indukcji elektrycznej.

Indukcja elektryczna ma miejsce w materiale, ponieważ otaczające go pole magnetyczne zmienia się w sposób ciągły, co powoduje indukcję prądów wirowych w materiale umieszczonym wewnątrz cewki. Powoduje to natychmiastowe ogrzewanie, a efekt jest najbardziej widoczny w metalach żelaznych ze względu na ich wyższą reakcję na siły magnetyczne.

Możesz uzyskać bardziej szczegółowy przegląd na Wikipedii:

en.wikipedia.org/wiki/Induction_heating

Krok 2: Płytka drukowana i komponenty

Ponieważ zamierzam użyć akumulatora / zasilacza, który daje nam wyjście 12 V DC, które nie jest wystarczające do wytworzenia indukcji, ponieważ pole magnetyczne wytwarzane w cewce indukcyjnej z powodu prądu stałego jest stałym polem magnetycznym. Więc zadaniem tutaj jest przekształcenie tego napięcia stałego w prąd przemienny, który w ten sposób wytworzy indukcję.

Dlatego zaprojektowałem obwód oscylatora, który wytwarza wyjście prądu przemiennego o fali prostokątnej o częstotliwości prawie 20 kHz. Obwód wykorzystuje cztery mosfety IRF540 N-Channel do częstego przełączania prądu w zmiennym kierunku. Aby bezpiecznie poradzić sobie z większą ilością prądów zastosowałem parę mosfetów w każdym kanale.

Ponieważ będziemy mieli do czynienia z większą ilością prądów, płyta perforowana zdecydowanie nie jest niezawodną i oczywiście nieprzyjemną opcją. Postanowiłem więc wybrać bardziej niezawodną opcję, jaką jest płytka drukowana. To może brzmieć jak droga opcja, ale mając to na uwadze, natknąłem się na JLCPCB.com

Ci faceci oferują wysokiej jakości PCB w doskonałych cenach. Zamówiłem 10 płytek PCB do nagrzewnicy indukcyjnej i jako pierwsze zamówienie ci faceci oferują to wszystko za jedyne 2 $, wliczając koszt przesyłki na progu.

Jakość jest najwyższa, jak widać na zdjęciach. Koniecznie sprawdź ich stronę internetową.

Krok 3: Zamawianie PCB

Proces zamawiania PCB jest bardzo prosty. Najpierw musisz odwiedzić jlcpcb.com. Aby uzyskać natychmiastową wycenę, wystarczy przesłać plik Gerber dla płytek drukowanych, a po zakończeniu przesyłania możesz skorzystać z opcji podanej poniżej.

W tym kroku dodałem również plik Gerber do PCB, więc koniecznie go sprawdź.

Krok 4: Części uzupełniające

Zacząłem składać płytkę drukowaną z małych elementów uzupełniających, w skład której wchodzą rezystory i kilka diod.

R1, R2 to rezystory 10k. R3 i R4 to rezystory 220Ohm.

D1 i D2 to diody UF4007 (UF to skrót od Ultra Fast), nie należy ich zastępować diodami 1N4007, ponieważ wybuchną. D3 i D4 to diody Zenera 1N821.

Upewnij się, że umieściłeś właściwy element we właściwym miejscu, a także umieść diody we właściwym kierunku, jak pokazano na płytce drukowanej.

Krok 5: MOSFETy

Aby poradzić sobie z dużą ilością prądu, zdecydowałem się na tranzystory N-Channel MOSFET. Użyłem pary tranzystorów MOSFET IRF540N z każdej strony. Każdy z nich jest oceniany na 100 Vds i do 33 amperów ciągłego poboru prądu. Ponieważ zamierzamy zasilać tę nagrzewnicę indukcyjną 15 V DC, 100 Vds może wydawać się przesadą, ale w rzeczywistości nie jest tak, ponieważ skoki generowane podczas szybkiego przełączania mogą łatwo przeskoczyć do tych limitów. Więc lepiej iść z jeszcze wyższym wskaźnikiem Vds.

Aby odprowadzić nadmiar ciepła, do każdego z nich przymocowałem aluminiowe radiatory.

Krok 6: Kondensatory

Kondensatory odgrywają ważną rolę w utrzymaniu pożądanej częstotliwości wyjściowej, co w przypadku nagrzewania indukcyjnego sugerowane jest na poziomie prawie 20KHz. Ta częstotliwość wyjściowa jest wynikiem połączenia indukcji i pojemności. Możesz więc użyć kalkulatora częstotliwości LC, aby obliczyć pożądaną kombinację.

Dobrze jest mieć większą pojemność, ale zawsze pamiętaj, że musimy uzyskać częstotliwość wyjściową w okolicach 20 kHz.

Zdecydowałem się więc na niepolarne kondensatory WIMA MKS 400VAC 0.33uf. Właściwie nie mogłem znaleźć wyższych wartości napięcia dla tych kondensatorów, więc później spuchły i musiałem je zastąpić innymi niepolarnymi kondensatorami o wartości 800VAC.

Są dwa z nich połączone równolegle.

Krok 7: cewki indukcyjne

Ponieważ trudno jest znaleźć cewki wysokoprądowe, postanowiłem go zbudować sam. Posiadam stary rdzeń ferrytowy ze złomu komputerowego o następujących wymiarach:

Średnica zewnętrzna: 30mm

Średnica wewnętrzna: 18mm

Szerokość: 13mm

Nie jest konieczne uzyskanie rdzenia ferrytowego o dokładnym rozmiarze, ale celem jest uzyskanie pary cewek indukcyjnych, które mogą zapewnić indukcyjność prawie 100 mikrow henrów. W tym celu użyłem izolowanego drutu miedzianego 1,2 mm do nawijania cewek tak, aby każda z nich miała 30 zwojów. Ta konfiguracja jest poddawana wytworzeniu wymaganej indukcyjności. Upewnij się, że uzwojenia są tak ciasne, jak to możliwe, ponieważ nie zaleca się większej szczeliny między rdzeniem a drutem.

Po nawinięciu induktorów usunąłem izolowane powłoki z obu końców drutu, aby były gotowe do przylutowania do płytki drukowanej.

Krok 8: Wentylator chłodzący

Aby odprowadzić ciepło z tranzystorów MOSFET, zamontowałem wentylator 12V PC tuż nad aluminiowymi radiatorami za pomocą gorącego kleju. Wentylator jest następnie podłączony do zacisków wejściowych, dzięki czemu za każdym razem, gdy włączasz nagrzewnicę indukcyjną, wentylatory automatycznie włączają się, aby schłodzić tranzystory MOSFET.

Ponieważ zamierzam zasilać tę nagrzewnicę indukcyjną za pomocą zasilacza 15VDC, dodałem rezystor 10 OHM 2W, aby obniżyć napięcie do bezpiecznego limitu.

Krok 9: Złącza cewki wyjściowej

Aby podłączyć cewkę wyjściową do obwodu nagrzewania indukcyjnego, wykonałem parę włazów na płytce za pomocą szlifierki kątowej. Później zepsułem złącze XT60, aby użyć jego pinów do zacisków wyjściowych. Każdy z tych pinów jest wciskany w wyjściową cewkę miedzianą.

Krok 10: Cewka indukcyjna

Cewka indukcyjna jest wykonana z miedzianej rury o średnicy 5 mm, która jest powszechnie stosowana w klimatyzatorach i lodówkach. Aby idealnie nawinąć cewkę wyjściową, użyłem tekturowej rolki o średnicy prawie cala. Dałem 8 zwojów cewce, która utworzyła szerokość cewki dokładnie dopasowaną do wyjściowych złączy pociskowych.

Pamiętaj, aby cierpliwie nawijać cewkę, ponieważ możesz zgiąć rurę, powodując w niej wgniecenie. Ponadto po zakończeniu nawijania cewki upewnij się, że nie ma kontaktu między ściankami dwóch kolejnych zwojów.

Do tej cewki potrzebujesz 3 stóp rury miedzianej.

Krok 11: Zasilanie

Do zasilania tej nagrzewnicy indukcyjnej zamierzam użyć zasilacza serwerowego, który ma napięcie 15 V i może dostarczyć do 130 A prądu. Ale możesz użyć dowolnego źródła 12 V, takiego jak akumulator samochodowy lub zasilacz do komputera.

Upewnij się, że podłączasz wejście z właściwą polaryzacją.

Krok 12: Wyniki końcowe

Gdy zasilałem tę nagrzewnicę indukcyjną przy 15 V, pobiera ona prawie 0,5 A prądu bez niczego umieszczonego wewnątrz cewki. Do uruchomienia testowego włożyłem drewnianą śrubę i nagle zaczyna pachnieć, jakby się nagrzewała. Pobór prądu również zaczyna rosnąć, a po całkowitym włożeniu śruby do cewki wydaje się pobierać prawie 3 ampery prądu. W ciągu minuty robi się gorąco.

Później umieściłem śrubokręt wewnątrz cewki, a nagrzewnica indukcyjna rozgrzała go do czerwoności z prawie 5 amperami poboru prądu przy 15 V, co daje 75 watów ogrzewania indukcyjnego.

Ogólnie rzecz biorąc, nagrzewanie indukcyjne wydaje się być dobrym sposobem na efektywne nagrzewanie pręta z metalu żelaznego i jest mniej niebezpieczne w porównaniu z innymi metodami.

Jest wiele przydatnych rzeczy, które można zrobić za pomocą tej metody ogrzewania.

Jeśli podoba Ci się ten projekt, nie zapomnij odwiedzić i zasubskrybuj mój kanał na youtube, aby zobaczyć więcej nadchodzących projektów.

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

Pozdrowienia.

DIY Król