Индукционный нагреватель из компьютерного блока питания: Схема блока питания нагревателя для кружки. Простой индукционный нагреватель. Принцип действия ТВЧ установки

Содержание

Простой лабораторный инвертор для индукционного нагрева. Часть 2.

Кухтецкий С.В., [email protected].ru

В статье продолжено рассмотрение простых «бюджетных» конструкций инверторов напряжения, предназначенных для самостоятельного изготовления и использования в практике физико-химической лаборатории. Инвертор представляет собой полный мост ключей на мощных МОП-транзисторах с «ручной» частотной регулировкой мощности. Диапазон рабочих частот 60-300 кГц. Предусмотрено два режима работы: непрерывный (десятки часов и более) на уровне 1-2 кВт и кратковременной (10-20 мин) – до 4 кВт. Питание от сети 220 В. Приведены подробное описание каждого узла, схемы, фотографии и результаты тестовых испытаний. Описанный инвертор предназначен для питания высокотемпературной трубчатой печи, но может быть полезен и для решения других задач, связанных с бесконтактным нагревом до высоких температур – плавка металла, получение небольших образцов сплавов в «электромагнитном тигле» (левитационная плавка) и т.

п.
 

Введение

В данной статье мы продолжим разработку «бюджетного» варианта лабораторного инвертора для индукционного нагрева, начатую в работе [1]. Предыдущая конструкция, описанная в [1], представляла собой полумост на мощных МОП-транзисторах в качестве ключей. Рабочие частоты полумоста 60-300 кГц. Потребляемая мощность — до 1 кВт в непрерывном режиме и до 2 кВт — в кратковременном (15-20 мин). Описываемый в данной статье инвертор является развитием инвертора [1] по следующим направлениям:

  • 1. Изменен принцип регулирования мощности инвертора, работающего на резонансную нагрузку. Прежний инвертор работал на фиксированной частоте (обычно чуть выше резонансной), а регулирование мощности производилось путем изменения напряжения питания инвертора. В данной же конструкции применен принцип частотного регулирования мощности. Это позволило избавиться от громоздкого регулятора напряжения (ЛАТРа).
  • 2. Модифицирован силовой модуль. В данной конструкции применен полный мост ключей на мощных полевых МОП-транзисторах. Использование мостовой схемы позволяет удвоить напряжение на первичной обмотке согласующего трансформатора и поднять уровень мощности (в данном случае — до 2 кВт в непрерывном режиме и до 4 кВт в кратковременном).
  • 3. В связи с переходом на мостовую схему, была также изменена и схема драйверов затворов ключей. В данной конструкции затвор каждого транзистора подключен к своему отдельному однотактному драйверу, снабженному трансформаторной развязкой с пассивными элементами, корректирующими форму импульсов и нулевой уровень сигнала во всем частотном диапазоне инвертора.

Как и в предыдущей статье, схемы и конструктивные особенности узлов инвертора описаны максимально подробно, для того чтобы облегчить самостоятельное изготовление инвертора в непрофильной лаборатории. Приведены детальные фотографии, поясняющие конструктивные особенности узлов инвертора.
 

Предупреждение об опасности

Цепи выпрямителя и силового модуля находятся под высоким напряжением без гальванической развязки от питающей сети. Поэтому при работе с инвертором нужно соблюдать предельную осторожность. ВСЕ МАНИПУЛЯЦИИ с этими модулями можно проводить ТОЛЬКО ПОСЛЕ ВЫКЛЮЧЕНИЯ ПИТАНИЯ И ПОЛНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ ПРИБОРА ОТ СЕТИ!
 

Блок-схема мостового инвертора

Блок-схема рассматриваемого здесь мостового инвертора изображена на рис.1.
 


Рис.1. Блок-схема инвертора.

Инвертор состоит из пяти функциональных блоков. Первый блок – генератор управляющих импульсов. Он выдает две последовательности импульсов, диаграммы которых представлены на рис.1, снизу слева. Второй блок – блок драйверов, предназначен для усиления управляющих сигналов и их гальванической развязки. На выходе этого блока – четыре сигнала, которые непосредственно управляют работой ключей следующего блока – моста ключей. К одной диагонали этого моста подключен четвертый блок – блок питания моста, представляющий из себя бестрансформаторный нерегулируемый источник постоянного напряжения 310 В. В другую диагональ включен последний пятый блок – нагрузка.

Нагрузка представляет собой последовательный колебательный контур, образованный индуктором и компенсирующей емкостью. Этот контур подключен к мосту через согласующий трансформатор.

Напомним кратко принцип работы мостового инвертора. При помощи управляющих импульсов пары ключей моста 1-2 и 3-4 попеременно открываются и закрываются. На первом такте, например, когда открыта пара ключей 1-2, а пара 3-4 закрыта, нагрузка подключена выводом 1 к плюсу источника питания инвертора, а другим выводом (2) — к минусу. По истечении некоторого времени, равного длительности управляющих импульсов, ключи 1-2 закрываются. В следующий период времени, который называется «мертвым временем» или «dead time», все ключи моста закрыты, и нагрузка фактически отключена от источника питания. Когда закончится dead time, начинается второй такт. Открываются ключи 3-4, а 1-2 остаются закрытыми. В этом такте нагрузка подключена выводом 1 к минусу источника, а выводом 2 – к плюсу. Далее опять все ключи закрываются, и после очередного «dead time» цикл повторяется.

В результате на нагрузке получается переменное напряжение с частотой, равной частоте следования управляющих импульсов, и амплитудой, близкой к напряжению источника питания моста.

Перейдем теперь к более подробному рассмотрению перечисленных выше функциональных блоков. Начнем с моста.

 

Мост ключей

 

Схема модуля ключа

Каждый ключ моста представляет собой отдельный модуль, содержащий мощный полевой МОП-транзистор и небольшой «стандартный» набор пассивных элементов, обеспечивающих безопасную работу ключа в мосте. Схема модуля ключа совпадает с аналогичным модулем в работе [1] и представлена на рис.2.
 


Рис.2. Схема модуля ключа.

В ключах можно использовать любые полевые МОП-транзисторы достаточной мощности, имеющие рабочее напряжение не менее 500 В. Рабочие токи и частоты определяются конкретными задачами. Для многих приложений, требующих мощность порядка 1-2 кВт в непрерывном режиме, вполне надежно работают широко распространенные транзисторы IRFP460.

Запас по мощности при разумной цене никогда не помешает. Поэтому в некоторых конструкциях использовались и более мощные транзисторы – IRFPS37N50A.

Возвратный диод VD1 предназначен для устранения выбросов напряжения во время «dead time». Он должен быть быстрым и рассчитанным на напряжение не менее 600-800 В. Здесь были использованы сравнительно недорогие 5-амперные диоды HER508. Можно поставить и более быстрые, мощные и дорогие, но в данной конструкции разница будет незаметна.

Включенный между истоком и стоком RC-снаббер предназначен для подавления высокочастотных колебаний, обусловленных паразитными индуктивностями цепей и реактивным характером нагрузки. Резистор R2 неплохо греется, поэтому его желательно выбрать помощнее и расположить в зоне обдува вентиляторов охлаждения. Конденсатор C1 должен быть рассчитан на напряжение не менее 600-800 В.

Резистор R1 предназначен для ограничения зарядного тока затвора и подавления высокочастотных колебаний в его цепях.
 

Конструкция моста

Полная схема моста и его конструкция показаны на рис. 3.
 


Рис.3. Полная схема моста и собранная конструкция моcта.

Как и в предыдущем инверторе [1], в качестве основы для конструкции силового модуля использован кулер от компьютерного процессора. В данном случае — дюралюминиевый. Желательно брать кулер с толстой плоской подошвой и мощным вентилятором (0.3 – 0.4 А). Для электрической изоляции транзисторов от подошвы радиатора использована слюда. Для улучшения теплового контакта применена термопаста – КПТ-8. Клеммники для подключения питания и нагрузки расположены в верхней части радиатора. Там же есть отверстие для термометра, при помощи которого удобно визуально контролировать температуру радиатора. Клеммники для подключения драйверов расположены непосредственно на платах модулей. Монтаж выполнен проводом МГТФ с сечением 1 кв.мм. Резисторы снабберов и конденсаторы C5 и С6 вынесены за пределы плат в зону обдува. Как показали испытания, такая конструкция позволяет работать на уровне 1-2 кВт непрерывно в течение 8-10 часов без какого-либо заметного нагрева компонентов моста.

Температура радиатора в таком режиме лишь на несколько градусов превышает температуру окружающей среды.
 

Модуль управления

Для управления ключами моста необходим модуль управления. Модуль управления содержит: генератор управляющих импульсов, усилители этих импульсов и гальванические развязки для согласования уровней управляющих сигналов с уровнями ключей моста. Самым простым решением для модуля управления (в данном случае) была бы модификация драйвера, который использовался в предыдущей конструкции (см. рис.8 в [1]). Фактически модифицировать нужно только трансформатор Tr1, домотав к нему еще две вторичные обмотки. Это решение вполне работоспособное, но, к сожалению, пара драйверов MAX4420, неплохо работающих на полумост [1], при работе на затворы четырех транзисторов начинает заметно греться. В принципе поправить ситуацию можно разными способами. Например, можно приспособить какие-нибудь радиаторы к корпусам этих драйверов или использовать более мощные драйверы. Можно изменить схемотехнику.

Например — увеличить количество драйверов MAX4420, чтобы (как и в работе [1]) на каждый ключ «работал» один драйвер MAX4420. Поскольку у меня была целая горсть этих драйверов, был выбран именно такой вариант.

Поскольку сам мост имеет явно выраженную модульную структуру, то был определенный смысл сделать модульными и драйверы. Т.е. каждый ключ имеет свой усилитель (драйвер) и развязку, независимую от остальных ключей. В будущем это даст возможность поэкспериментировать с различными алгоритмами управления мостом, оперируя только логикой управляющих импульсов каждого ключа независимо.
 

Схема одного канала драйвера

Итак, было выбрано следующее схемотехническое решение. Каждый из четырех сигналов управления ключами усиливается своим усилителем на MAX4420 и затем гальванически развязывается с помощью импульсного трансформатора с набором пассивных элементов, необходимых для корректной передачи однополярного импульсного сигнала на емкостную нагрузку (затвор МОП-транзистора). Схема одного такого канала представлена на рис.4.
 


Рис.4. Один канал драйвера с гальванической развязкой.

Существует определенное предубеждение по отношению к однополярным трансформаторным гальваническим развязкам. На одном из российских форумов даже разгорелся жаркий спор на эту тему. Поэтому остановимся на этой схеме подробнее.

Проблема заключается в том, что трансформатор должен правильно передавать однополярный сигнал. Но для того, чтобы избежать насыщения сердечника, необходимо убрать возникающую при этом постоянную составляющую. Это легко сделать при помощи конденсатора C3 перед первичной обмоткой трансформатора. На выходе Tr1 мы получаем уже двухполярный сигнал, в идеале совпадающий с исходным, но смещенный в отрицательную область как раз на величину этой убранной постоянной составляющей. Такой сигнал нас вполне бы устроил, т.к. на затвор полевых транзисторов можно подавать отрицательный запирающий сигнал. Но здесь возникает вторая проблема, а именно: амплитуда импульсов на выходе развязки будет зависеть от коэффициента заполнения сигнала. Дело в том, что в верхней части нашего рабочего частотного диапазона (300 кГц) длительность «dead time» становится сопоставимой с периодом следования импульсов. Поэтому коэффициент заполнения (отношение длительности импульса к периоду) в нашем рабочем диапазоне (60-300 кГц) будет изменяться уже в довольно широких пределах (приблизительно от 20% до 50% для «dead time» 1.2 мкс). При различных коэффициентах заполнения амплитуда импульса на вторичной обмотке трансформатора будет тоже разная. Это происходит потому, что в стационарном случае вольт-секундная площадь катушки (за период) должна быть равна нулю (см. рис.5).
 


Рис.5. Влияние коэффициента заполнения на амплитуду импульса.

В результате в одной стороне рабочего диапазона сигнал окажется слишком малым для надежного открывания транзистора ключа, а в другом, наоборот, может превысить допустимый для транзистора предел (обычно 20 В). Поэтому проще восстановить постоянную составляющую нашего сигнала после гальванической развязки. Для этого можно использовать очень простые решения в виде так называемых «восстанавливающих» цепочек: конденсатора C4 и диода VD1 (рис.4). Резистор R1 необходим для разряда затворов транзисторов при выключении генератора импульсов, иначе на затворе транзистора может остаться заряд, и транзистор останется открытым.
 

Некоторые характеристики драйвера

Более подробно теоретическую часть рассматриваемого решения (и много другой полезной информации на эту тему) можно посмотреть в статье [2]. Здесь же я просто приведу некоторые результаты своих экспериментов по работе этого драйвера при различных коэффициентах заполнения (рис.6).
 

 
 

Рис.6. Осциллограммы напряжения на затворе при различных коэффициентах заполнения и график зависимости минимального напряжения на затворе от коэффициента заполнения.

Сигнал от генератора прямоугольных импульсов с регулируемой скважностью от 0 до 100% подавался на вход драйвера. Выход драйвера через резистор 5. 1 Ом подключался к затвору и истоку транзистора IRFP460. Осциллограммы напряжения снимались непосредственно с затвора транзистора. На рис.6 a, b и c представлены осциллограммы напряжения на затворе транзистора при коэффициентах заполнения 10%, 50% и 90%, соответственно, и частоте 200 кГц. Видно, что гальваническая развязка хорошо передает форму импульса и восстанавливает постоянную составляющую. На рис.6 d приведен график зависимости минимальной амплитуда импульса (перед самым срезом) для трех рабочих частот (100, 200 и 300 кГц) и коэффициента заполнения в диапазоне от 0 до 100%. Необходимый нам рабочий диапазон по коэффициенту заполнения выделен красным. Видно, что такие драйверы неплохо справляются со своей задачей. Более того, из этого же графика видно, что для частот 200 — 300 кГц драйвер сохраняет работоспособность вплоть до коэффициентов заполнения 90-96%. Поэтому такие драйверы можно использовать даже в ШИМ-регуляторах.

Несколько замечаний по комплектующим и компоновке. Конденсаторы C1 и C2 на рис. 4 необходимо размещать как можно ближе к корпусу MAX4420. Расчет емкостей C3 и C4 есть в работах [2, 3], но указанные на рис.4 номиналы вполне подходят для рассматриваемого здесь диапазона частот. В качестве диода VD1 лучше выбрать диод Шоттки. С ними нулевой уровень сигнала максимально близок к нулю. Параметры трансформатора на указанный диапазон частот приведен на схеме. Есть небольшое падение амплитуды к концу импульса на низких частотах, но оно некритично для работы ключа. Намотка бифилярная. В качестве провода для обмоток очень удобно брать витые пары из кабелей компьютерных сетей. Они уже хорошо свиты, достаточно толстые и жесткие.
 

Полная схема модуля управления

Мы рассмотрели один канал драйвера. Полная схема модуля управления представлена на рис.7.
 


Рис.7. Схема модуля управления.

Генератор управляющих импульсов выполнен на микросхеме IR2153 и аналогичен генератору, используемому в [1]. Частота следования импульсов регулируется переменным резистором R1. Поскольку в описываемом здесь инверторе применен частотный способ регулирования мощности инвертора, желательна максимально плавная регулировка частоты генератора. Поэтому в качестве переменного резистора R1 применен многооборотный прецизионный резистор 3590S. Грубое изменение диапазона частот осуществляется изменением емкости C1 при помощи перемычек, расположенных на плате. Двухтактные последовательности управляющих импульсов снимаются с выводов 5 и 7 микросхемы IR2153 и подаются на входы усилителей драйверов. Длительность «dead time» фиксирована и равна 1.2 мкс.

Остальная часть схемы представляет собой четыре идентичных канала усилителей с гальваническими развязками. Их мы уже рассмотрели в предыдущем разделе.
 

На рис.8 изображена готовая плата модуля управления.
 


Рис.8. Плата модуля управления.

Теперь мы можем приступить к первым испытаниям. Есть два готовых блока, способных работать совместно: мост и модуль управления.
 

Первые испытания

Первые испытания выполним при пониженном напряжении питания моста. Для этого подойдет любой регулируемый источник постоянного напряжения с током 1-2 А и напряжением – до 30-50 В. Желательно, чтобы источник имел быструю электронную защиту от перегрузок. Срабатывание защиты может сразу же сказать о каких-нибудь ошибках в монтаже или неисправностях используемых компонентов. При высоких напряжениях такие неисправности обычно заканчиваются взрывом силовых элементов. У меня под рукой оказался старый добрый Б5-8, еще способный выдавать напряжение до 50 В и ток – до 2 А. Вполне подойдет для нашей цели. Питание модуля управления (12 В) осуществляется от обычного компьютерного блока питания. От этого же блока питается вентилятор кулера, на котором размещены ключи моста. В качестве активной нагрузки используется лампа накаливания мощностью 500 Вт. Общий вид стенда в процессе испытания показан на рис.9. Амперметр случайно попал в кадр. Он нам пока не нужен.
 


Рис.9. Общий вид стенда для первых испытаний.

Рекомендуется следующий порядок первых испытаний.

  • 1. Включаем источник питания 12 В. Питание моста пока не включаем (!). Убеждаемся в правильности работы генератора управляющих импульсов (смотрим сигналы с ножек 5 и 7 микросхемы IR2153 и на клеммнике выхода сигнала синхронизации). Сигналы должны быть аналогичны сигналам, изображенным на рис.1 слева снизу.
  • 2. Проверяем работу усилителей и трансформаторных развязок (смотрим сигналы на выходных клеммниках платы управления). Импульсы должны быть прямоугольными, без сильных выбросов. Вершины должны быть без сильных «завалов» во всем частотном диапазоне. Обратите внимание на нулевой уровень сигнала. Он должен быть действительно в нуле. Здесь полезно подольше и разнообразно покрутить ручку резистора регулировки частоты. Обратите особое внимание, чтобы при вращении резистора не было никаких рывков и «дребезга» сигнала, вызванного вращением резистора! Поскольку никакой быстродействующей защиты в инверторе нет, то такая неисправность резистора может унести жизнь силовых ключей за счет сквозных токов, вызванных сбоем модуля управления.
  • 3. Проверяем фазировку управляющих сигналов непосредственно на затворах транзисторов ключей моста. Ключи 1 и 2 должны работать в одной фазе, ключи 3 и 4 – в другой. Во всем частотном диапазоне сигналы должны быть прямоугольными, похожими на сигналы, изображенные на рис.10 (ниже) слева. Паузы «dead time» должны быть четко выражены. Для данного теста лучше применять двухлучевой осциллограф, но если такового нет, то используйте сигнал синхронизации, предусмотренный в данной схеме. Его нужно подать на вход внешней синхронизации осциллографа. Если все нормально, продолжаем испытания.
  • 4. Подключаем осциллограф к нагрузке. Включаем питание моста и начинаем плавно поднимать напряжение источника. В районе 20-30 В лампочка начнет светиться. Сигнал на нагрузке должен быть двухполярным и симметричным относительно нуля. Амплитуда его должна практически совпадать с напряжением питания моста. Во всем частотном должны четко просматриваться «плечики» dead time (см. рис.10 справа).
  • 5. Плавно поднимаем напряжения до 50-100 В (насколько позволяет источник). «Погоняем» систему порядка получаса-часа. Температура радиаторов не должна заметно отличаться от комнатной. Резисторы снабберов ключей и остальные элементы тоже должны оставаться холодными.

 


Рис.10. Осциллограммы напряжения на затворе одного из транзисторов ключей моста (слева) и напряжения на нагрузке (справа). Примечание: нижняя (желтая) диаграмма — сигнал внешней синхронизации, который берется с вывода «LO» микросхемы IR2153 (рис.8). Его фаза совпадает с исходной фазой одного из управляющих сигналов.

Если все прошло так, как перечислено выше, то первые испытания моста можно считать законченными и успешными. Теперь можно переходить к изготовлению следующего блока — нагрузки.
 

Нагрузка

 

Схема

Эквивалентная схема нагрузки для индукционного нагрева и плавки представлена на рис.11. Вихревые токи, индуцируемые в нагреваемом образце, образуют воздушный трансформатор с катушкой индуктора, а резистор отражает омические потери в образце. Компенсирующий конденсатор с катушкой индуктора образует последовательный колебательный контур, характеризующийся определенной резонансной частотой и добротностью. Понижающий трансформатор Tr1 осуществляет согласование сравнительно низкоомной нагрузки с инвертором, представляющим собой источник напряжения.
 


Рис.11. Эквивалентная схема нагрузки для индукционного нагрева.

Замечательной особенностью резонансной нагрузки является то, что на частоте резонанса она представляет собой чисто активное сопротивление. Т.е. мощность, идущая на омический нагрев образца, максимальна на частоте резонанса. Это дает нам возможность регулировать мощность нагрева просто путем изменения рабочей частоты инвертора вблизи частоты резонанса. Об этом подробнее мы поговорим позже, а сейчас займемся изготовлением самой нагрузки. Нам необходимы три детали: конденсаторная батарея C, сам индуктор L и согласующий трансформатор Tr1.
 

Конденсаторная батарея

Подходящий конденсатор для нагрузки можно взять готовый (например, специальные конденсаторы с водяным охлаждением типа К87-21). А можно сделать батарею конденсаторов, которые в сумме смогут «прокачивать» достаточную реактивную мощность и при обычном воздушном охлаждении (за счет естественной конвекции или дополнительного обдува). В этом случае можно взять недорогие конденсаторы с малым тангенсом угла потерь (например, высоковольтные полипропиленовые типа CBB81, К78-2). Более высоковольтные конденсаторы предпочтительней, т.к. они могут рассеивать больше мощности. Батарея более доступна, и ее легче наращивать по мере необходимости. Поэтому выбираем именно этот вариант.

На рис. 12 показаны все комплектующие и инструменты, необходимые для изготовления конденсаторных батарей.
 


Рис.12. Детали и инструменты для изготовления конденсаторных батарей.

В данной конструкции использованы конденсаторы CBB81 емкостью 0.033 мкФ и рабочим напряжением 2000 В. Группы конденсаторов по 18 штук припаиваются к одной паре медных шин и образуют законченный модуль. Из этих модулей легко собрать батарею большего размера. На одном конце каждой шины имеется два отверстия и разрез, при помощи которых можно обеспечить надежный электрический и тепловой контакт с общей токоведущей трубчатой шиной. Медные шины, к которым припаяны конденсаторы, имеют сечение 50 кв.мм. Поэтому они хорошо охлаждаются от трубчатых шин, которые, в свою очередь, охлаждаются водой, протекающей к индуктору. Три готовых модуля показаны на рис.13.
 


Рис.13. Готовые конденсаторные модули.

Следующая деталь нагрузки, которую нужно изготовить, — индуктор.
 

Индуктор

Размеры и конструкция индуктора зависит от решаемой задачи. Данный инвертор будет работать в качестве источника питания высокотемпературной трубчатой печи, работающей при температура 1500-2000 градусов. В этой печи нагревательным элементом будет изолированная от атмосферного воздуха графитовая трубка. Поэтому для тестирования инвертора сделаем многовитковый горизонтальный индуктор, подобный тому, который будет использоваться в будущей печи. Индуктор будет содержать 6 витков, диаметр витка – 20 мм, диаметр медной трубки, из которой будем делать индуктор, равен 4 мм.

В изготовлении катушки индуктора нет ничего сложного. Находится подходящая болванка (в нашем случае нержавеющая трубка с внешним диаметром 20 мм). Оценивается длина медной трубки, необходимая для намотки катушки (теоретически или путем измерения длины подходящей гибкой ПХВ-трубки). Для того, чтобы медная трубка не сминалась при намотке, ее внутренность должна быть плотно «забита» каким-нибудь наполнителем. Обычно для этой цели используется мелко просеянный сухой песок. Его потом легко вытряхнуть из готовой катушки вручную или выдуть воздушным компрессором. Итак, расплющим самый кончик прямой трубки достаточной длины. Через подходящую вороночку насыпаем песок с другой стороны. Слегка утрамбовываем, досыпаем при необходимости. Потом расплющиваем второй конец трубки. После этого трубка легко гнется как обычный мягкий пруток. Не сминается, по крайней мере, до внутреннего радиуса кривизны сгиба 1-1. 5 диаметра.

После намотки отрезаем расплющенные концы трубки, вытряхиваем песок и припаиваем индуктор к двум прямолинейным медным трубкам диаметром 6 мм и длиной 20-25 см. Это и есть те трубчатые шины, к которым будут подсоединяться модули конденсаторной батареи. Эти же трубки будут служить единственным витком вторичной обмотки согласующего трансформатора. Одна из них будет проходить через центр кольцевого сердечника трансформатора, а вторая — снаружи. Готовый индуктор показан на рис.14.
 


Рис.14. Готовый индуктор для трубчатой печи.

Осталась изготовить последнюю деталь нагрузки – согласующий трансформатор.
 

Согласующий трансформатор

Сердечник согласующего трансформатора представляет собой три кольца К32х16х12. Марка феррита М2000НМ-1Б. Кольца сложены вместе и обмотаны фторопластовой лентой. Первичная обмотка – 20 витков провода МГТФ 1.0. Намотана в один слой.

Теперь у нас все готово для сборки и испытания нагрузки.
 

Испытание резонансной нагрузки

Общий вид нагрузки, подготовленной для испытаний, показан на рис. 15. Винты и гайки – немагнитные, латунные. Поскольку они находятся вблизи сильных переменных токов, то ставить стальные метизы нежелательно, т.к. увеличиваются потери и возникает лишний нагрев в шинах.
 


Рис.15. Готовая к испытаниям нагрузка.

Фактически испытательный стенд у нас уже готов. В качестве регулируемого низковольтного источника питания по-прежнему будем использовать Б5-8. Мост и плата управления у нас уже соединены между собой и подключены к источникам питания. В качестве нагрузки вместо лампочки подключим к мосту первичную обмотку согласующего трансформатора.

В процессе испытаний даже при малых мощностях индуктор заметно греется. Поэтому необходимо подключить его к системе водяного охлаждения. Можно использовать и обычный водопровод. В этом случае для электрической развязки индуктор к водопроводу необходимо подключать через достаточно длинный (несколько метров) и тонкий диэлектрический шланг. На выходном шланге можно сделать небольшую металлическую вставку, к которой можно прикрепить термопару от обычного китайского мультиметра. Получится удобный датчик для контроля охлаждающей воды.

Итак, собранный стенд теперь выглядит как на рис.16. Поясняющие надписи – на изображении.
 


Рис.16. Стенд в процессе испытания.

Пара дополнительных комментариев. Согласующий трансформатор в процессе работы заметно греется. Поэтому при работе на уровне 1 кВт и выше ему необходимо принудительное охлаждение. Самый простой вариант – поставить дополнительный вентилятор, как показано на рис.16.

И еще совет. Обмотайте трансформатор снаружи колечком ПХВ-изоленты. Лучше китайской. С натягом. Тогда если трансформатор нагреется до опасных температур, она порвется и отскочит. Сразу будет видно. Дополнительная «диагностика» никогда не помешает!

Ну и наконец, прежде чем приступить непосредственно к испытаниям, обсудим один очень важный вопрос, связанный с резонансными нагрузками и частотным регулированием мощности.
 

Особенности работы с инвертором при частотном регулировании

Поскольку в данном инверторе используется частотный способ регулирования мощности, включать его без резонансной нагрузки нежелательно. В качестве нагрузки используется последовательный колебательный контур (индуктор с конденсаторной батареей), соединенный с мостом через понижающий согласующий трансформатор. Кроме этого, поскольку данная конструкция не содержит вообще никаких защит и ограничителей, добротность нагрузки не должна быть сильно высокой. Т.е. не рекомендуется включать установку, например, с «пустым» индуктором. В нашем случае энергию поглощать будет графитовый стержень подходящего размера. Чтобы случайно не замкнуть витки индуктора, поместим его в кварцевую трубку, торцы которой заделаны пробками из мертеля.

Сам процесс работы с инвертором при ручном частотном регулировании мощности довольно прост и происходит следующим образом.

  • 1. Включаем водяное охлаждение индуктора и всю диагностическую аппаратуру.
  • 2. Ручка регулятора частоты выводится на максимальное значение частоты (т.е. R1 на рис.7 должно быть равно нулю). Максимальное значение частоты генератора управляющих импульсов должно быть заведомо больше резонансной частоты контура нагрузки. Минимальное – не больше. Иначе можно не дойти до требуемой мощности.
  • 3. После этого включаем питание управляющих узлов (12 В). Убеждаемся, что плата управления работает (например, по наличию синхроимпульсов), и все вентиляторы исправно крутятся.
  • 4. Включаем питание моста. В данном тестировании это низковольтный Б5-8, а в реальной работе – сетевой источник на 310 В.
  • 5. Если ничего страшного не произошло, начинаем плавно понижать частоту генератора. В данных испытаниях приближение к резонансу контролируем по осциллограмме тока в нагрузке. Сигнал берется с трансформатора тока, надетого на провод, идущий от моста к согласующему трансформатору (рис.15). В реальной же работе (от сети) процесс можно (и даже более удобно) контролировать по полному току, потребляемому установкой от сети.
  • 6. При приближении к резонансу амплитуда тока в нагрузке (или потребляемый инвертором ток) начинает расти. Продолжая понижать частоту, плавно выводим инвертор на нужную мощность.

Переходить через резонанс нежелательно. При работе на низком напряжении (тестировании) ничего страшного, конечно, не произойдет. Более того, это придется сделать, для того, чтобы точнее определить резонансную частоту нагрузки. А вот в реальной работе (на высоком напряжении) это чревато перегревом транзисторов ключей. А поскольку автоматической защиты в данной конструкции не предусмотрено, то лучше не рисковать.

Обязательно нужно постоянно контролировать температуру радиаторов. Несмотря на то, что в данной конструкции при штатной работе температура радиаторов обычно ненамного превышает комнатную температуру (5-10 градусов при 1-1.5 кВт потребляемых от сети), постоянный контроль все равно необходим.

Еще из общих принципов безопасной работы инвертора следует отметить, что недопустимы замыкания витков индуктора и его цепей каким-нибудь упавшим инструментом или проводящим образцом. Выключение производится в обратном порядке.

  • 7. Ручку регулятора частоты крутим в обратную сторону – выводим частоту на максимум.
  • 8. Затем выключается напряжение питания моста.
  • 9. Через некоторое время (при реальной работе от сети — после разрядки конденсаторов фильтра) выключаем питание 12 В.
  • 10. Выключаем остальную аппаратуру и, естественно, не забываем перекрыть воду охлаждения.

Есть еще одна особенность, связанная с ручной частотной регулировкой мощности инвертора и отсутствием автоподстройки частоты под резонансную. Она возникает при работе с ферромагнитными материалами (например, при плавке стали). При нагреве любого ферромагнитного материала есть определенная температура (точка Кюри), для каждого материала своя, при котором происходит фазовый переход. Материал при этом теряет свои ферромагнитные свойства, его магнитная проницаемость резко падает. Это приводит к возрастанию резонансной частоты нагрузки. В результате рабочая частота инвертора может оказаться ниже резонансной частоты контура (нагрузки). Поскольку в данной конструкции автоматическая подстройка частоты отсутствует, то при работе с ферромагнитными материалами необходимо соблюдать дополнительные меры предосторожности. Если, конечно, планируется нагрев выше точки Кюри. Самый простой способ безопасной работы в этом случае – использовать минимальные загрузки индуктора (объем ферромагнитного материала мал по сравнению с объемом индуктора). Другие способы (например, заранее оценить сдвиг резонансной частоты и, при приближении к точке Кюри, вручную подстроить частоту инвертора) слишком рискованны и малоэффективны, т.к. при подходе к точки Кюри придется перейти на меньшие мощности нагрева. Поэтому для таких задач лучше просто увеличить объем индуктора и поднять мощность инвертора. Тем более, что проблемы достижения максимального кпд нагрева – обычно не самые актуальные для лабораторных установок.

Вот теперь, наконец, мы можем перейти к испытанию резонансной нагрузки. Делаем все так, как описано выше. Снимем осциллограммы напряжения на нагрузке (на первичной обмотке согласующего трансформатора) и тока. Сигналы должны быть двухполярными и максимально симметричными относительно нуля. Ток должен быть синусоидальным, а напряжение – меандр. Выглядеть они должны приблизительно так, как показано на рис. 17. Обратите внимание, что переключение ключей происходит не в самые лучшие моменты времени. Это плата за выбор простейшего алгоритма управления ключами моста. В будущем можно будет поэкспериментировать с другими алгоритмами – конструкция это позволяет.
 


Рис.17. Осциллограммы напряжения (слева) и тока (справа) на нагрузке.

«Погоняем» установку часок-другой при напряжениях питания инвертора приблизительно 30-50 В. Все должно оставаться холодным. Если так и есть, то будем считать, что вторые испытания наш инвертор прошел успешно. Осталось изготовить последний модуль – блок питания моста и перейти к финальным испытаниям.
 

Блок питания моста

В простейшем случае блок питания моста представляет собой нерегулируемый источник постоянного напряжения, состоящий из диодного моста подходящей мощности и конденсатора большой емкости для фильтрации пульсаций напряжения. Подключить его к сети можно через обычный бытовой автомат, рассчитанный на ток 16-25А, который будет играть роль и выключателя, и предохранителя. Однако, у такого простого решения есть одна проблема. В момент включения конденсатор потребляет слишком большой ток (естественно, если он был разряжен). В лучшем случае это будет приводить к срабатыванию автомата при первом включении.

Простейший вариант устранения этой проблемы – поставить на входе выпрямителя токоограничивающий резистор. После того, как конденсаторы фильтра зарядятся, этот резистор следует замкнуть. Замкнуть можно, например, вручную при помощи обычного тумблера. Таким образом, простейшая работоспособная схема блока питания для нашего инвертора может выглядеть так, как показано на рис.18.
 


Рис.18. Схема простейшего блока питания моста.

Неприятность такого простейшего решения заключается в том, что необходимость производить дополнительные ручные манипуляции при включении/выключении инвертора часто приводит к ошибкам. Поэтому желательно поставить какую-нибудь несложную автоматику. Это может быть, например, таймер, замыкающий резистор через какое-то время после включения. Другой вариант – реле, срабатывающее при достижении напряжения на конденсаторе некоторого определенного (порогового) значения. В данной конструкции выбран второй вариант.

В принципе можно придумать бесконечное количество возможных решений этой задачи. Никаких особых требований здесь нет. Поэтому все может определяться личными предпочтениями и наличием необходимых комплектующих. У меня под рукой оказались 12-вольтовые реле JQX-15F(T90), контакты которого рассчитаны на ток до 30А, и оптопара PC817, светодиод которой вполне может служить плечом делителя напряжения на конденсаторе. Это и определило выбранное схемотехническое решение. Схема блока питания с автоматическим замыканием/размыканием балластных резисторов R1-R2 при достижении определенного уровня напряжения на конденсаторах фильтра приведена на рис.19.
 


Рис.19. Схема блока питания моста.

Резисторы R2, R3 и светодиод оптопары образуют слаботочный делитель выходного напряжения блока питания. Когда конденсатор C1 зарядится до определенного напряжения (оно регулируется резистором R6), транзистор T1 открывается, срабатывает реле K1, контакты которого замыкают резисторы R1 и R2. Поскольку высоковольтная и низковольтная цепи имеют гальваническую развязку, то для питания последней можно использовать тот же блок питания, что и для модуля управления и вентиляторов.

Детали для сборки блока питания с готовой платой управления реле показаны на рис. 20.
 


Рис.20. Детали блока питания.

Выпрямительный мост и плата размещены на небольшом кулере с вентилятором. В принципе, такое мощное охлаждение моста здесь не требуется, но кулер оказался неплохим конструктивным элементом, а 12 В все равно подводится к плате. Поэтому охлаждение блока питания получилось с очень большим запасом. Общий вид собранного блока питания показан на рис. 21.
 


Рис.21. Готовый блок питания моста.

Настройка блока питания заключается в установке порога срабатывания реле при напряжении на конденсаторах фильтра в районе 200-250 В при помощи подстроечного резистора R6. Для регулирования входного напряжения используем ЛАТР. Для контроля напряжения на выход источника подключаем вольтметр. Относительно быструю разрядку конденсаторов во время настройки осуществляем при помощи резистора (мощность — пара ватт и сопротивление 10-20 кОм).

Все. Теперь можно приступать к финальным испытания всей установки.
 

Финальные испытания инвертора

Поскольку данный инвертор был предназначен для питания высокотемпературной трубчатой печи с графитовым нагревателем, то для финальных испытаний инвертора изготовим простой макет такой печи, как показано на рис.22.
 


Рис.22. Макет трубчатой печи для финальных испытаний.

На внутреннюю керамическую трубку надевается графитовая трубка подходящего размера. Вся эта конструкция помещается внутрь защитной кварцевой трубки, торцы герметизируются пробками из мертеля. Внешний чехол из кварца выбран исключительно из соображений визуального контроля за поведением графита. В реальной печи это будет тоже керамика. Поместим этот макет в индуктор на керамических стойках так, чтобы кварцевая трубка не касалась витков индуктора.

Подключаем блок питания, который мы только что изготовили, к инвертору (вместо Б5-8) с одной стороны и к сети (через автомат и амперметр переменного тока) с другой стороны. Параллельно выходу источника подключим вольтметр для контроля напряжения питания моста инвертора.

Перепроверив все несколько раз, включаем установку как было описано выше, в разделе тестирования нагрузки. Плавно понижая частоту инвертора, устанавливаем потребляемый от сети ток на уровень 1А. Контролируем ток в нагрузке по осциллографу. Там должен быть синусоидальный сигнал, возможно, с небольшими выбросами. Если выбросы сильные (сравнимые с сигналом), нужно прекратить испытания и искать причину.

На этой мощности (порядка 200 Вт) «погоняем» установку в течение получаса. Температура радиатора ключей не должна заметно превышать комнатную (не более 2-3 градусов). За это время окончательно просохнет внутренность макета трубчатой печи. Осторожно поднесем тыльную сторону ладони к макету (не касаясь индуктора!). От него должно идти тепло. Все. Можно перевести дух и начать увеличивать мощность.

Постепенно ступеньками в течение 10-20 мин доводим потребляемый ток до 5 А. На уровне 2 А нагрев графита становится видимым по его свечению. На уровне 4-5 А цвет каления внутренней поверхности алундовой трубки становится ярко белым.

Вот и все. На этом испытания инвертора для питания трубчатой печи можно считать успешно закончившимися. Что же касается макета трубчатой печи, то мне необходимо было выяснить, насколько эффективно такое простейшее решение сможет защитить графитовый нагреватель от окисления. Поэтому аналогичные (только более длительные) испытания были проделаны в течении несколько дней с утра до вечера. На рис.23 показан общий вид стенда к концу десятого часа непрерывной работы. Его состояние и параметры абсолютно такие же, как и в начале работы при выходе на заданную мощность. Конечно, с точностью до колебаний температуры и влажности в комнате.
 


Рис.23. Заканчивается десятый час непрерывной работы стенда.

На рис.24 показан макет трубчатой печи в процессе работы крупным планом. Капля воды на индукторе (это конденсат) удачно иллюстрирует эффективность охлаждения индуктора и конденсаторов батареи. На улице только что прошла теплая летняя гроза, и влажность воздуха – 100%. Замечательно, что капли конденсата появились не только на трубчатой шине индуктора, но и на плоских конденсаторных шинах. Почти до самых концов этих шин (!). Так что природа сделала мне неожиданный сюрприз — подарила довольно эффективную диагностику температурных полей в конденсаторной батарее. Вывод из этой нежданной диагностики положительный – охлаждение через толстые медные шины работает весьма эффективно.
 


Рис.24. Образец крупным планом.

Осциллограммы тока в нагрузке приведены на рис.25.
 


Рис.25. Ток в нагрузке при работе в штатном режиме.

На этой же осциллограмме показаны моменты включения и выключения ключей моста. Видно, что включение ключей происходит вблизи нуля тока, а выключение – на dead time меньше полупериода. Тут уже ничего не поделаешь. Как уже отмечалось выше, жесткий режим работы ключей в данной конструкции – плата за простейшую схему управления.

Ну и, наконец, осталось посмотреть, что же стало с графитом после таких «истязаний». Суммарная наработка макета получилась около 30 часов при температуре (в среднем) порядка 1400-1500 градусов. Вскрываем и смотрим (рис.26).
 


Рис.26. Макет трубчатой печи после испытаний.

Видно, что один конец графитовой трубки разрушился за счет частичной разгерметизации одной пробки. Трещина в пробке образовалась в самом начале испытаний. Зато другой конец практически не изменился. Так что идея в целом работает, нужно только тщательней выполнять герметизацию.

Все. Испытания закончены. Инвертор готов к работе в качестве источника питания высокотемпературной трубчатой печи.
 

Выводы и обсуждение

Рассмотренная конструкция инвертора отработала в сумме более 200 часов на уровне потребляемой мощности 1-1.5 кВт. Никаких нештатных ситуаций и аварий за это время с ней не приключилось. Регулировка мощности на графитовых образца происходит плавно. Уровень мощности стабилен и повторяем. Для лабораторных нужд было изготовлены и протестированы еще два точно таких же инвертора, которые в среднем показали такие же параметры и эксплуатационные характеристики. Так что такое решение можно считать вполне работоспособным и повторяемым. Установка проста, не содержит очень дорогих или дефицитных комплектующих и доступна для повторения любому квалифицированному экспериментатору, которому необходим индукционный нагрев для своих экспериментов.

Инвертор такого типа может быть использован не только с низкодобротными нагрузками (типа графитовых трубчатых печей или тиглей). Как и в предыдущей работе [1], этот инвертор испытывался и в условиях малых загрузок различных металлов (левитационная плавка небольших алюминиевых образцов, нагрев небольших предметов и т.п.). Регулировка мощности становится более жесткой, но вполне приемлемой и контролируемой. Так что в подобных приложениях данная конструкция тоже может быть использована.

Вот фактически и все. На этом можно остановиться. Эта конструкция может «закрыть» многие проблемы физико-химической лаборатории, связанные с нагревом и плавкой. Естественно, при соблюдении определенных правил безопасной работы. Конечно, любое реальное устройство имеет какие-то недостатки, которые желательно устранить. Всегда хочется сделать какие-то усовершенствования. Поэтому «развивать эту тему» можно бесконечно. Главное — вовремя остановиться. Поэтому мы так и поступим, потому что основа для работы уже есть.

Тем не менее, в заключение хотелось бы отметить несколько простых модернизаций, которые можно сделать «в рабочем порядке», без серьезных модернизаций уже описанных решений. Они еще не проверялись (мною!) на практике, но очень прозрачны и понятны. Поэтому должны сработать.

1. Защита. Главная целью этой работы было максимально быстрое изготовления простого рабочего варианта лабораторного инвертора. Все было подчинено этой цели, поэтому никакие быстродействующие защиты силового модуля здесь вообще не предусмотрены. Как уже обсуждалось в [1], при аккуратной и продуманной эксплуатации инверторы работают вполне надежно. Длительные испытания мостового инвертора, описанного в данной работе, показали аналогичные результаты. Тем не менее, простейшую цепь защиты инвертора от перегрузки по выходному току поставить не помешает. Тем более, что это довольно просто сделать.

Для этого на один из проводов, идущих от инвертора к нагрузке, повесим трансформатор тока с маломощным диодным выпрямителем. Напряжение на этом выпрямителе будет пропорционально среднеквадратичному значению тока в нагрузке. Далее этот сигнал необходимо подать на какой-нибудь регулируемый пороговый элемент (компаратор, таймер, даже транзистор или тиристор в простейшем случае), который будет выдавать «нулевой» логический уровень, если выходной ток инвертора превысит порог. Этот сигнал нужно подать (через диод) на ножку 3 (CT) микросхемы IR2153 (рис.7). У этой микросхемы нет специально входа блокировки генератора, но если уровень сигнала на 3-й ножке принудительно установить на уровень меньше, чем 1/6 от напряжения питания, то на обоих выходах IR2153 с минимальной задержкой установится 0. Таким образом произойдет аварийное выключение инвертора.

2. Регулировка мощности. В данной работе была применена частотная регулировка мощности индукционного нагрева. В предыдущем варианте [1] мощность регулировалась путем изменения напряжения питания инвертора. И в том и в другом случае есть свои плюсы и минусы. Поэтому хотелось бы применить регулируемый источник напряжения для питания моста инвертора, но не такой громоздкий, как в [1]. К сожалению, мне не удалось найти бестрансформаторный, простой, недорогой регулируемый (от 0 до 310 В) источник постоянного напряжения с мощностью несколько кВт. При увеличении мощности сложность и стоимость блока питания становится сопоставимой (и даже начинает превышать!) со сложностью и стоимостью самого инвертора. Вся затея становится бессмысленной. Тем не менее, и схемотехника, и элементная база быстро развиваются. Подождем, пока профессионалы разработают для нас такой замечательный источник. Скорее всего это должно быть что-то вроде мощного высоковольтного чоппера с ШИМ-регулировкой. Тогда нам достаточно будет просто заменить уже существующий блок питания на новый. В результате мы получим еще одну «степень свободы» для регулирования мощности.

3. Мощность. Мощности всегда не хватает. Поэтому в заключение обсудим одну идею, как можно создавать установки большей мощности на базе рассмотренных здесь инверторов (модуле). В принципе сделать это не сложно.

Суть идеи такова. Предположим, что нам нужно сделать устройство в три раза более мощное, чем наш одиночный модуль (инвертор), который мы только что сделали. Поступем следующим образом. Изготавливаем еще два точно таких же инвертора, но их блоки управления немножко упростим. На платы модулей управления не будем ставить генератор управляющих импульсов (т.е. микросхему IR2153 со всей ее «обвязкой»). Сигналы управления для этих двух модулей берем от блока управления первого инвертора. Далее, каждый инвертор, естественно, имеет свой отдельный высоковольтный блок питания моста. Их мы подключим к трехфазной сети. Каждый блок питания – на свою фазу и, естественно, — на общий ноль. В результате мы получим три синхронно работающих инвертора, питающиеся от трехфазной сети. Осталось только «свести» выходы этих трех инверторов на единую нагрузку – наш колебательный контур. На рис.27 показано, как это можно сделать при помощи согласующих трансформаторов. Естественно, трансформаторы должны быть «правильно» сфазированы. Т.е. их нужно надеть на трубчатую шину так, чтобы их поля (э.д.с.) складывались. В результате мы получим в три раза более мощное устройство на МОП-транзисторах, питающееся от нерегулируемых источников, подключенных к трехфазной сети.
 


Рис.27. Агрегирование лабораторных инверторов для наращивания мощности.

Ну, вот теперь мы можем и остановиться.
 

Литература

 

  1. Кухтецкий С.В. Простой лабораторный инвертор для индукционного нагрева.
    http://www.icct.ru/Practicality/Papers/30-03-2010/Invertor-01.php
  2. Laszlo Balogh. Design And Application Guide For High Speed MOSFET Gate Drive Circuits.
    http://focus.ti.com/lit/ml/slup169/slup169.pdf
    На сервере Depositfiles имеется русский перевод:
    Разработка и применение высокоскоростных схем управления силовыми полевыми транзисторами.
    http://depositfiles.com/ru/files/p3pmr4qm8
  3. Tong Qiang, Zhang Donglai, Wang Yi, Xu Dianguo. An Improved Isolated MOSFET Gate Driver Scheme for Wide Duty Cycle Applications.
    http://ir.lib.ntust.edu.tw:8080/dspace/bitstream/987654321/14414/1/412.pdf

Благодарности

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке ОХНМ РАН (проект №5.5.3) и ГК № 02.740.11.0269.
 

Приложение 1

 


Рис.28. Плата драйверов и платы модулей ключей.

Размер изображения для печати 11.5 см х 8 см (в пикселах — 2634 х 1890). Разрешение 600 dpi. Изображение предназначено для изготовления плат методом «лазерного утюга».
 

Как сделать индукционный нагреватель своими руками из сварочного инвертора. Индукционный нагрев, основные принципы и технологии Бюджетный модуль индукционного нагрева

Схема индукционного нагревателя на 500 Ватт, который можно сделать своими руками! В интернете множество подобных схем, но интерес к ним пропадает, так как в основном они или не работают или работают но не так как хотелось бы. Данная схема индукционного нагревателя полностью рабочая, проверенная, а главное, не сложная, думаю вы оцените!

Компоненты и катушка:

Рабочая катушка содержит 5 витков, для намотки была использована медная трубка диаметром около 1 см, но можно и меньше. Такой диаметр был выбран не случайно, через трубку подаётся вода для охлаждения катушки и транзисторов.

Транзисторы ставил IRFP150 так как IRFP250 под рукой не оказалось. Конденсаторы плёночные 0,27 мкФ 160 вольт, но можно поставить 0,33 мкФ и выше, если первые найти не получится. Обратите внимание, что схему можно питать напряжением до 60 вольт, но в этом случае, рекомендуется ставить конденсаторы на напряжение 250 вольт. Если схема будет питаться напряжением до 30 вольт, то на 150 вполне хватит!

Стабилитроны можно ставить любые на 12-15 вольт от 1 Ватт, например 1N5349 и им подобные. Диоды можно использовать UF4007 и ему подобные. Резисторы 470 Ом от 2-х Ватт.

Немного фотографий:


За место радиаторов, были использованы медные пластины, которые припаиваются прямо к трубке, так как в данной конструкции используется водное охлаждение. На мой взгляд это самое эффективное охлаждение, потому что транзисторы греются хорошо и ни какие вентиляторы и супер радиаторы не спасут их от перегрева!


Охлаждающие пластины на плате расположены таким образом, что бы трубка катушки проходила через них. Пластины и трубку нужно припаять между собой, для этого я использовал газовую горелку и большой паяльник для пайки автомобильных радиаторов.


Конденсаторы расположены на двух стороннем текстолите, плата припаивается так же к трубке катушки на прямую, для лучшего охлаждения.


Дроссели намотаны на ферритовых кольцах, лично я достал их из компьютерного блока питания, провод использовался медных в изоляции.

Индукционный нагреватель получился достаточно мощным, латунь и алюминий плавит очень легко, железные детали тоже плавит, но немного медленнее. Так как я использовал транзисторы IRFP150 то по параметрам, схему можно питать напряжением до 30 вольт, поэтому мощность ограничивается только этим фактором. Так что всё таки советую использовать IRFP250.

На этом всё! Ниже оставлю видео работы индукционного нагревателя и список деталей, которые можно купить на AliExpress по очень низкой цене!

Купить детали на Алиэкспресс:

  • Купить Транзисторы IRFP250
  • Купить Диоды UF4007
  • Купить Конденсаторы 0,33uf-275v

Чтоб нагреть до красна или даже расплавить небольшой металлический предмет в домашних условиях, совсем не обязательно раскочегаривать печку и переводить топливо — современные технологии позволяют для этого задействовать токи высокой частоты (ТВЧ). И простейшей (и самый распространённой) схемой индукционного нагревателя металлов будет мультивибратор на полевых транзисторах. По крайней мере эти модули с китайских сайтов собирают как раз . Далее смотрите 2 модели, отличающиеся мощностью и, конечно, ценой.

ZVS50 — модуль индукционного нагрева начального уровня, питание модуля допустимо даже от батарей с напряжением до 12 вольт, то есть как от автономного питания, так и от сетевого БП. Цена на www.banggood.com примерно $8.

  • Входное напряжение: 5-12 В
  • Размеры платы: 5,5 х 4 х 2 см
  • Размер катушки: длина 2.8, диаметр 2 см

ZVS1000 — модуль индукционного нагрева металлов токами высокой частоты, с мощностью до 1000w. Средняя цена $35.

Данный блок индукционного нагрева использует источник питания постоянного тока 12-48 В, максимальный ток 20 А, максимальная мощность 1000 Ватт. Может быть использован для обработки мелких деталей: закалка, отжиг и другая термической обработка. Также может быть использован с тиглем, чтоб плавить золото, серебро, медь, алюминий и другие металлы. Быстрый и равномерный нагрев, что очень удобно для ювелиров.

  • Внутренний диаметр катушки: 40 мм
  • Высота катушки: 50 мм
  • При 48 В без нагрузки ток 5 А

Чем выше напряжение, тем больше ток нагрева, а значит и мощность передаваемая в металл. Катушка может принять внутрь 40 мм тигель. Использовать устройство надо с блоками питания соответствующей мощности и поставить на радиатор кулер охлаждения.

Размер объекта, что нагревается внутри индукционной катушки не может превышать 1/4 объема, иначе может произойти перегрузка и сгорание схемы. Хотя эта схема может временно выдержать 30 А — для долгосрочной работы ток не должен превышать 20 А для безопасной работы.

Из товаров предоставленных на обзор, выбор пал на этот индукционный нагреватель. Зачем он мне..?

Вихревой индукционный нагреватель. Пару слов теории.
«В работе индукционного нагревателя используется энергия электромагнитного поля, которую нагреваемый объект поглощает и преобразует в тепловую. Для генерирования магнитного поля используется индуктор, т. е. многовитковая цилиндрическая катушка. Проходя через этот индуктор, переменный электрический ток создает вокруг катушки переменное магнитное поле.
Если внутрь индуктора поместить нагреваемый объект, его будет пронизывать поток вектора магнитной индукции, который постоянно меняется во времени. При этом возникает электрическое поле, линии которого располагаются перпендикулярно направлению магнитного потока и движутся по замкнутому кругу. Благодаря этим вихревым потокам электрическая энергия трансформируется в тепловую и объект нагревается.
Таким образом, электрическая энергия индуктора передается объекту без использования контактов, как это происходит в печах сопротивления. В результате тепловая энергия расходуется более эффективно, а скорость нагрева заметно повышается.»
«Система «индуктор-заготовка» представляет собой бессердечниковый трансформатор, в котором индуктор является первичной обмоткой. Заготовка является как бы вторичной обмоткой, замкнутой накоротко. Магнитный поток между обмотками замыкается по воздуху.
На высокой частоте вихревые токи вытесняются образованным ими же магнитным полем в тонкие поверхностные слои заготовки (скин-эффект), в результате чего их плотность резко возрастает, и заготовка разогревается. Нижерасположенные слои металла прогреваются за счёт теплопроводности. Важен не ток, а большая плотность тока. В скин-слое плотность тока увеличивается в несколько раз относительно плотности тока в заготовке, при этом в скин-слое выделяется 86,4 % тепла от общего тепло­выделе­ния. Глубина скин-слоя зависит от частоты излучения: чем выше частота, тем тоньше скин-слой. Также она зависит от относи­тель­ной магнитной проницаемости материала заготовки.
Например, при частоте 2 МГц глубина скин-слоя для меди около 0,25 мм, для железа ≈ 0,001 мм.
Индуктор сильно нагревается во время работы, так как сам поглощает собственное излучение. К тому же он поглощает тепловое излучение от раскалённой заготовки. Делают индукторы из медных трубок, охлаждаемых водой. Вода подаётся отсасыванием — этим обеспечивается безопасность в случае прожога или иной разгерметизации индуктора.»
В нашем случае индуктором является не медная трубка, а кусок медного провода скрученный в спираль.
Для себя, я лично наметил только одно полезное применение такому мисиписечному нагревателю. Разогрев, а потом по возможности закалка переточенных кончиков всяких разных отверточек, шильцев и ковырялок…
Заявленные ТТХ:
— Питание модуля: 5-12V
— Размеры: 5,5 х 4 х 2 см (L * W * H)
— Размер катушки: длина: 7.5cм, диаметр: 2,8 см
— Диаметр провода индуктора:
Комплект:
— модуль: 1 шт.
— катушка: 1шт.
Больше нам о нем пока ничего не известно. Ну что ж, проверим на что он способен и соответствует ли моим ожиданиям…
Приехал модуль в таком виде.


Размеры, чуть больше спичечного коробка, не считая дросселей.
Ширина платки — 37 мм.
Длина платки 55 мм.
Высота от низа кондеров до верха дросселей — 45 мм.


Размеры и диаметр катушки.
Длина катушки — 35 мм.
Диаметр — 22 мм.
Диаметр провода — 2 мм.
Длина катушки с выводами -70 мм.
Вес конструкции в сборе 114 грамм.


На платке есть надписи с рекомендуемым напряжением питания, его полярностью на разъеме.


С обратной стороны платки имеется разъем для подключения катушки.


Снизу кондеры.


Распаиваем модуль.
Сама платка сделана очень неплохо. Снизу шелкография, изображение скорпионов. Наверное какой-то фирменный знак производителя печатных плат. Надписи на транзисторах сточены напильником. :0)


Рисуем схему.
Схема оказалась самой распространенной в интернете. Хотя на данной плате стерта маркировка транзисторов и не удалось расшифровать маркировку стабилитронов, погуглив подобную схему легко найти в интернете. Хотя вполне возможно, что детали стоят несколько другие, но не суть важно. Легко найти аналог на замену при неисправности.


Используемые конденсаторы.


Теперь все собираем, прикручиваем катушку и подаем питание. Загорается синий светодиодик.


Токи на холостом ходу.


Токи под нагрузкой. В качестве «нагрузки» использовал трехгранный надфиль.


Частота генератора на холостом ходу 214 кГц, под нагрузкой падает до 210 кГц.


Маленькое видео нагрева кончика трехгранного надфиля.


Индукционный нагреватель работает, но очень много кушает на холостом ходу.
Транзисторы распаянные на плате довольно прилично греются, плата плоховато рассеивает тепло. Если платку доработать, поставить транзисторы по мощнее да вынести их на радиаторы, может получиться вполне себе нагреватель. Чем я и займусь в ближайшем будущем.
Посоветовал бы я купить? Наверное да, но не как рабочее законченное изделие, а скорее как ознакомительную версию с возможностью небольшого допила. Ну и если деньги лишние. :0)

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Планирую купить +37 Добавить в избранное Обзор понравился +55 +103

Индукционный нагрев (Induction Heating) — метод бесконтактного нагрева токами высокой частоты (англ. RFH — radio-frequency heating, нагрев волнами радиочастотного диапазона) электропроводящих материалов.

Описание метода.

Индукционный нагрев — это нагревание материалов электрическими токами, которые индуцируются переменным магнитным полем. Следовательно — это нагрев изделий из проводящих материалов (проводников) магнитным полем индукторов (источников переменного магнитного поля). Индукционный нагрев проводится следующим образом. Электропроводящая (металлическая, графитовая) заготовка помещается в так называемый индуктор, представляющий собой один или несколько витков провода (чаще всего медного). В индукторе с помощью специального генератора наводятся мощные токи различной частоты (от десятка Гц до нескольких МГц), в результате чего вокруг индуктора возникает электромагнитное поле. Электромагнитное поле наводит в заготовке вихревые токи. Вихревые токи разогревают заготовку под действием джоулева тепла (см. закон Джоуля-Ленца).

Система «индуктор-заготовка» представляет собой бессердечниковый трансформатор, в котором индуктор является первичной обмоткой. Заготовка является вторичной обмоткой, замкнутой накоротко. Магнитный поток между обмотками замыкается по воздуху.

На высокой частоте вихревые токи вытесняются образованным ими же магнитным полем в тонкие поверхностные слои заготовки Δ (Поверхностный-эффект), в результате чего их плотность резко возрастает, и заготовка разогревается. Нижерасположенные слои металла прогреваются за счёт теплопроводности. Важен не ток, а большая плотность тока. В скин-слое Δ плотность тока уменьшается в e раз относительно плотности тока на поверхности заготовки, при этом в скин-слое выделяется 86,4 % тепла (от общего тепловыделения. Глубина скин-слоя зависит от частоты излучения: чем выше частота, тем тоньше скин-слой. Также она зависит от относительной магнитной проницаемости μ материала заготовки.

Для железа, кобальта, никеля и магнитных сплавов при температуре ниже точки Кюри μ имеет величину от нескольких сотен до десятков тысяч. Для остальных материалов (расплавы, цветные металлы, жидкие легкоплавкие эвтектики, графит, электролиты, электропроводящая керамика и т. д.) μ примерно равна единице.

Например, при частоте 2 МГц глубина скин-слоя для меди около 0,25 мм, для железа ≈ 0,001 мм.

Индуктор сильно нагревается во время работы, так как сам поглощает собственное излучение. К тому же он поглощает тепловое излучение от раскалённой заготовки. Делают индукторы из медных трубок, охлаждаемых водой. Вода подаётся отсасыванием — этим обеспечивается безопасность в случае прожога или иной разгерметизации индуктора.

Применение:
Сверхчистая бесконтактная плавка, пайка и сварка металла.
Получение опытных образцов сплавов.
Гибка и термообработка деталей машин.
Ювелирное дело.
Обработка мелких деталей, которые могут повредиться при газопламенном или дуговом нагреве.
Поверхностная закалка.
Закалка и термообработка деталей сложной формы.
Обеззараживание медицинского инструмента.

Преимущества.

Высокоскоростной разогрев или плавление любого электропроводящего материала.

Возможен нагрев в атмосфере защитного газа, в окислительной (или восстановительной) среде, в непроводящей жидкости, в вакууме.

Нагрев через стенки защитной камеры, изготовленной из стекла, цемента, пластмасс, дерева — эти материалы очень слабо поглощают электромагнитное излучение и остаются холодными при работе установки. Нагревается только электропроводящий материал — металл (в том числе расплавленный), углерод, проводящая керамика, электролиты, жидкие металлы и т. п.

За счёт возникающих МГД усилий происходит интенсивное перемешивание жидкого металла, вплоть до удержания его в подвешенном состоянии в воздухе или защитном газе — так получают сверхчистые сплавы в небольших количествах (левитационная плавка, плавка в электромагнитном тигле).

Поскольку разогрев ведётся посредством электромагнитного излучения, отсутствует загрязнение заготовки продуктами горения факела в случае газопламенного нагрева, или материалом электрода в случае дугового нагрева. Помещение образцов в атмосферу инертного газа и высокая скорость нагрева позволят ликвидировать окалинообразование.

Удобство эксплуатации за счёт небольшого размера индуктора.

Индуктор можно изготовить особой формы — это позволит равномерно прогревать по всей поверхности детали сложной конфигурации, не приводя к их короблению или локальному непрогреву.

Легко провести местный и избирательный нагрев.

Так как наиболее интенсивно разогрев идет в тонких верхних слоях заготовки, а нижележащие слои прогреваются более мягко за счёт теплопроводности, метод является идеальным для проведения поверхностной закалки деталей (сердцевина при этом остаётся вязкой).

Лёгкая автоматизация оборудования — циклов нагрева и охлаждения, регулировка и удерживание температуры, подача и съём заготовок.

Установки индукционного нагрева:

На установках с рабочей частотой до 300 кГц используют инверторы на IGBT-сборках или MOSFET-транзисторах. Такие установки предназначены для разогрева крупных деталей. Для разогрева мелких деталей используются высокие частоты (до 5 МГц, диапазон средних и коротких волн), установки высокой частоты строятся на электронных лампах.

Также для разогрева мелких деталей строятся установки повышенной частоты на MOSFET-транзисторах на рабочие частоты до 1,7 МГц. Управление транзисторами и их защита на повышенных частотах представляет определённые трудности, поэтому установки повышенной частоты пока ещё достаточно дороги.

Индуктор для нагрева мелких деталей имеет небольшие размеры и небольшую индуктивность, что приводит к уменьшению добротности рабочего колебательного контура на низких частотах и снижению КПД, а также представляет опасность для задающего генератора (добротность колебательного контура пропорциональна L/C, колебательный контур с низкой добротностью слишком хорошо «накачивается» энергией, образует короткое замыкание по индуктору и выводит из строя задающий генератор). Для повышения добротности колебательного контура используют два пути:
— повышение рабочей частоты, что приводит к усложнению и удорожанию установки;
— применение ферромагнитных вставок в индукторе; обклеивание индуктора панельками из ферромагнитного материала.

Так как наиболее эффективно индуктор работает на высоких частотах, промышленное применение индукционный нагрев получил после разработки и начала производства мощных генераторных ламп. До первой мировой войны индукционный нагрев имел ограниченное применение. В качестве генераторов тогда использовали машинные генераторы повышенной частоты (работы В. П. Вологдина) или искровые разрядные установки.

Схема генератора может быть в принципе любой (мультивибратор, RC-генератор, генератор с независимым возбуждением, различные релаксационные генераторы), работающей на нагрузку в виде катушки-индуктора и обладающей достаточной мощностью. Необходимо также, чтобы частота колебаний была достаточно высока.

Например, чтобы «перерезать» за несколько секунд стальную проволоку диаметром 4 мм, необходима колебательная мощность не менее 2 кВт при частоте не менее 300 кГц.

Выбирают схему по следующим критериям: надёжность; стабильность колебаний; стабильность выделяемой в заготовке мощности; простота изготовления; удобство настройки; минимальное количество деталей для уменьшения стоимости; применение деталей, в сумме дающих уменьшение массы и габаритов, и др.

На протяжении многих десятилетий в качестве генератора высокочастотных колебаний применялась индуктивная трёхточка (генератор Хартли, генератор с автотрансформаторной обратной связью, схема на индуктивном делителе контурного напряжения). Это самовозбуждающаяся схема параллельного питания анода и частотно-избирательной цепью, выполненной на колебательном контуре. Она успешно использовалась и продолжает использоваться в лабораториях, ювелирных мастерских, на промышленных предприятиях, а также в любительской практике. К примеру, во время второй мировой войны на таких установках проводили поверхностную закалку катков танка Т-34.

Недостатки трёх точки:

Низкий кпд (менее 40 % при применении лампы).

Сильное отклонение частоты в момент нагрева заготовок из магнитных материалов выше точки Кюри (≈700С) (изменяется μ), что изменяет глубину скин-слоя и непредсказуемо изменяет режим термообработки. При термообработке ответственных деталей это может быть недопустимо. Также мощные твч-установки должны работать в узком диапазоне разрешённых Россвязьохранкультурой частот, поскольку при плохом экранировании являются фактически радиопередатчиками и могут оказывать помехи телерадиовещанию, береговым и спасательным службам.

При смене заготовок (например, более мелкой на более крупную) изменяется индуктивность системы индуктор-заготовка, что также приводит к изменению частоты и глубины скин-слоя.

При смене одновитковых индукторов на многовитковые, на более крупные или более малогабаритные частота также изменяется.

Под руководством Бабата, Лозинского и других учёных были разработаны двух- и трёхконтурные схемы генераторов, имеющих более высокий кпд (до 70 %), а также лучше удерживающие рабочую частоту. Принцип их действия состоит в следующем. За счёт применения связанных контуров и ослабления связи между ними, изменение индуктивности рабочего контура не влечёт сильного изменения частоты частотозадающего контура. По такому же принципу конструируются радиопередатчики.

Современные твч-генераторы — это инверторы на IGBT-сборках или мощных MOSFET-транзисторах, обычно выполненные по схеме мост или полумост. Работают на частотах до 500 кГц. Затворы транзисторов открываются с помощью микроконтроллерной системы управления. Система управления в зависимости от поставленной задачи позволяет автоматически удерживать

А) постоянную частоту
б) постоянную мощность, выделяемую в заготовке
в) максимально высокий КПД.

Например, при нагреве магнитного материала выше точки Кюри толщина скин-слоя резко увеличивается, плотность тока падает, и заготовка начинает греться хуже. Также пропадают магнитные свойства материала и прекращается процесс перемагничивания — заготовка начинает греться хуже, сопротивление нагрузки скачкообразно уменьшается — это может привести к «разносу» генератора и выходу его из строя. Система управления отслеживает переход через точку Кюри и автоматически повышает частоту при скачкообразном уменьшении нагрузки (либо уменьшает мощность).

Замечания.

Индуктор по возможности необходимо располагать как можно ближе к заготовке. Это не только увеличивает плотность электромагнитного поля вблизи заготовки (пропорционально квадрату расстояния), но и увеличивает коэффициент мощности Cos(φ).

Увеличение частоты резко уменьшает коэффициент мощности (пропорционально кубу частоты).

При нагреве магнитных материалов дополнительное тепло также выделяется за счет перемагничивания, их нагрев до точки Кюри идет намного эффективнее.

При расчёте индуктора необходимо учитывать индуктивность подводящих к индуктору шин, которая может быть намного больше индуктивности самого индуктора (если индуктор выполнен в виде одного витка небольшого диаметра или даже части витка — дуги).

Имеются два случая резонанса в колебательных контурах: резонанс напряжений и резонанс токов.
Параллельный колебательный контур – резонанс токов.
В этом случае на катушке и на конденсаторе напряжение такое же, как у генератора. При резонансе, сопротивление контура между точками разветвления становится максимальным, а ток (I общ) через сопротивление нагрузки Rн будет минимальным (ток внутри контура I-1л и I-2с больше чем ток генератора).

В идеальном случае полное сопротивление контура равно бесконечности — схема не потребляет тока от источника. При изменение частоты генератора в любую сторону от резонансной частоты полное сопротивление контура уменьшается и линейный ток (I общ) возрастает.

Последовательный колебательный контур – резонанс напряжений.

Главной чертой последовательного резонансного контура является то, что его полное сопротивление минимально при резонансе. (ZL + ZC – минимум). При настройке частоты на величину, превышающую или лежащую ниже резонансной частоты, полное сопротивление возрастает.
Вывод:
В параллельном контуре при резонансе ток через выводы контура равен 0, а напряжение максимально.
В последовательном контуре наоборот — напряжение стремится к нулю, а ток максимален.

Статья взята с сайта http://dic.academic.ru/ и переработана в более понятный для читателя текст, компанией ООО «Проминдуктор».

У вас возникли проблемы с поиском определенного видеоролика? Тогда эта страничка поможет вам отыскать так необходимый вам ролик. Мы с легкостью обработаем ваши запросы и выдадим вам все результаты. Неважно чем вы интересуетесь и что вы ищете, мы запросто отыщем необходимый ролик, какой бы направленности он не был бы.

Если же у вас интересует современные новости, то мы готовы предложить вам самые актуальные на данный момент новостные сводки во всех направлениях. Результаты футбольных матчей, политические события или же мировые, глобальные проблемы. Вы всегда будете в курсе всех событий, если будете пользоваться нашим замечательным поиском. Информированность предоставляемых нами видеороликов и их качество зависит не от нас, а от тех, кто их залил в интернет просторы. Мы всего лишь снабжаем вас тем, что вы ищете и требуете. В любом случае, пользуясь нашим поиском, вы будете знать все новости в мире.

Впрочем, мировая экономика это тоже довольно интересная тема, которая волнует очень многих. От экономического состояния различных стран зависит довольно многое. Например, импорт и экспорт, каких либо продуктов питания или же техники. Тот же уровень жизни напрямую зависит от состояния страны, как и зарплаты и прочее. Чем же может быть полезна такая информация? Она поможет вам не только адаптироваться к последствиям, но и может предостеречь от поездки в ту или же иную страну. Если вы отъявленный путешественник, то обязательно воспользуйтесь нашим поиском.

Нынче очень сложно разобраться в политических интригах и для понимания ситуации нужно найти и сравнить очень много различной информации. А потому мы запросто найдем для вас различные выступления депутатов ГОСДУМЫ и их заявления за все прошедшие года. Вы сможете с легкостью разобраться в политике и в ситуации на политической арене. Политика различных стран станет вам ясна и вы запросто сможете подготовить себя к грядущим переменам или же адаптироваться уже в наших реалиях.

Впрочем вы можете найти тут не только различные новости всего мира. Вы также запросто сможете подыскать себе киноленту, которую будет приятно посмотреть вечером с бутылкой пива или же попкорна. В нашей поисковой базе существуют фильмы на любой вкус и цвет, вы без особых проблем сможете найти для себя интересную картину. Мы запросто найдем для вас даже самые старые и трудно находимые произведения, как и известную всем классику — например Звездные войны: Империя наносит ответный удар.

Если же вы просто хотите немного отдохнуть и находитесь в поиске смешных роликов, то мы можем утолить и тут вашу жажду. Мы найдем для вас миллион различных развлекательных видеороликов со всей планеты. Короткие приколы запросто поднимут вам настроение и еще целый день будут вас веселить. Пользуясь удобной системой поиска, вы сможете найти именно то, что рассмешит вас.

Как вы уже поняли, мы трудимся не покладая рук, что бы вы всегда получали именно то, что вам необходимо. Мы создали этот замечательный поиск специально для вас, что бы вам удалось найти необходимую информацию в виде видеоролика и посмотреть её на удобном плеере.

простые схемы для реализации своими руками. Высокочастотный индукционный нагрев

Не рекомендуется использовать установку людям с вживлёнными кардиостимуляторами!

Печь для плавки металлов в домашних условиях может использоваться также для быстрого нагрева металлических элементов, например, при их лужении или формовке. Характеристики работы представленных установок можно подогнать под конкретную задачу, меняя параметры индуктора и выходной сигнал генераторных установок — так можно добиться их максимальной эффективности.

© При использовании материалов сайта (цитат, изображений) указание источника обязательно.

Индукционная печь изобретена давно, еще в 1887 г, С. Фарранти. Первая промышленная установка заработала в 1890 г. на фирме Benedicks Bultfabrik. Долгое время индукционные печи и в индустрии были экзотикой, но не вследствие дороговизны электричества, тогда оно было не дороже теперешнего. В процессах, происходящих в индукционных печах, было еще много непонятного, а элементная база электроники не позволяла создавать эффективные схемы управления ими.

В индукционно-печной сфере переворот произошел буквально на глазах в наши дни, благодаря появлению, во-первых, микроконтроллеров, вычислительная мощность которых превышает таковую персональных компьютеров десятилетней давности. Во-вторых, благодаря… мобильной связи. Ее развитие потребовало появления в продаже недорогих транзисторов, способных отдавать мощность в несколько кВт на высоких частотах. Они, в свою очередь, были созданы на основе полупроводниковых гетероструктур, за исследования которых российский физик Жорес Алферов получил Нобелевскую премию.

В конечном итоге, индукционные печки не только совершенно преобразились в промышленности, но и широко вошли в быт. Интерес к предмету породил массу самоделок, которые, в принципе, могли бы быть полезными. Но большинство авторов конструкций и идей (описаний которых в источниках много больше, чем работоспособных изделий) плоховато представляют себе как основы физики индукционного нагрева, так и потенциальную опасность неграмотно выполненных конструкций. Настоящая статья призвана прояснить некоторые наиболее смутные моменты. Материал построен на рассмотрении конкретных конструкций:

  1. Промышленной канальной печи для плавки металла, и возможности ее создания самостоятельно.
  2. Тигельных печей индукционного типа, самых простых в исполнении и наиболее популярных среди самодельщиков.
  3. Индукционных водогрейных котлов, стремительно вытесняющих бойлеры с ТЭНами.
  4. Бытовых варочных индукционных приборов, конкурирующих с газовыми плитами и по ряду параметров превосходящих микроволновки.

Примечание: все рассматриваемые устройства основаны на магнитной индукции, создаваемой катушкой индуктивности (индуктором), поэтому и называются индукционными. В них можно плавить/нагревать только электропроводящие материалы, металлы и т.п. Есть еще электроиндукционные емкостные печи, основанные на электрической индукции в диэлектрике между обкладками конденсатора, они применяются для «нежного» плавления и электротермообработки пластиков. Но распространены они гораздо меньше индукторных, рассмотрение их требует отдельного разговора, поэтому пока оставим.

Принцип действия

Принцип работы индукционной печи иллюстрирует рис. справа. В сущности она – электрический трансформатор с короткозамкнутой вторичной обмоткой:

  • Генератор переменного напряжения G создает в индукторе L (heating coil) переменный ток I1.
  • Конденсатор С совместно с L образуют колебательный контур, настроенный на рабочую частоту, это в большинстве случаев повышает техпараметры установки.
  • Если генератор G автоколебательный, то С часто исключают из схемы, используя вместо него собственную емкость индуктора. Она у описанных ниже высокочастотных индукторов составляет несколько десятков пикофарад, что как раз соответствует рабочему диапазону частот.
  • Индуктор в соответствии с уравнениями Максвелла создает в окружающем пространстве переменное магнитное поле с напряженностью H. Магнитное поле индуктора может как замыкаться через отдельный ферромагнитный сердечник, так и существовать в свободном пространстве.
  • Магнитное поле, пронизывая помещенную в индуктор заготовку (или плавильную шихту) W, создает в ней магнитный поток Ф.
  • Ф, если W электропроводящая, индуцирует в ней вторичный ток I2, то тем же уравнениям Максвелла.
  • Если Ф достаточно массивна и цельная, то I2 замыкается внутри W, образуя вихревой ток, или ток Фуко.
  • Вихревые токи по закону Джоуля-Ленца отдает полученную им через индуктор и магнитное поле от генератора энергию, нагревая заготовку (шихту).

Электромагнитное взаимодействие с точки зрения физики достаточно сильно и обладает довольно высоким дальнодействием. Поэтому, несмотря на многоступенчатое преобразование энергии, индукционная печь способна показать в воздухе или вакууме КПД до 100%.

Примечание: в среде из неидеального диэлектрика с диэлектрической проницаемостью >1 потенциально достижимый КПД индукционных печей падает, а в среде с магнитной проницаемостью >1 добиться высокого КПД проще.

Канальная печь

Канальная индукционная плавильная печь – первая из примененных в промышленности. Она и конструктивно похожа на трансформатор, см. рис. справа:

  1. Первичная обмотка, питаемая током промышленной (50/60 Гц) или повышенной (400 Гц) частоты, выполнена из медной, охлаждаемой изнутри жидким теплоносителем, трубки;
  2. Вторичная короткозамкнутая обмотка – расплав;
  3. Кольцеобразный тигель из жаростойкого диэлектрика, в котором помещается расплав;
  4. Наборный из пластин трансформаторной стали магнитопровод.

Канальные печи используются для переплавки дюраля, цветных спецсплавов, получения высококачественного чугуна. Промышленные канальные печи требуют затравки расплавом, иначе «вторичка» не замкнется накоротко и нагрева не будет. Или между крошками шихты возникнут дуговые разряды, и вся плавка просто взорвется. Поэтому перед пуском печи в тигель наливают немного расплава, а переплавленную порцию выливают не до конца. Металлурги говорят, что канальная печь имеет остаточную емкость.

Канальную печь на мощность до 2-3 кВт можно сделать и самому из сварочного трансформатора промышленной частоты. В такой печи можно расплавить до 300-400 г цинка, бронзы, латуни или меди. Можно переплавлять дюраль, только отливке нужно по остывании дать состариться, от нескольких часов до 2-х недель, в зависимости от состава сплава, чтобы набрала прочность, вязкость и упругость.

Примечание: дюраль вообще был изобретен случайно. Разработчики, обозлившись, что легировать алюминий никак не удается, бросили в лаборатории очередной «никакой» образец и ушли в загул с горя. Протрезвились, вернулись – а никакой изменил цвет. Проверили – а он набрал прочность едва ли не стали, оставшись легким, как алюминий.

«Первичку» трансформатора оставляют штатной, она уже рассчитана на работу в режиме КЗ вторички сварочной дугой. «Вторичку» снимают (ее потом можно поставить обратно и использовать трансформатор по прямому назначению), а вместо нее надевают кольцевой тигель. Но пытаться переделать в канальную печь сварочный ВЧ-инвертор опасно! Его ферритовый сердечник перегреется и разлетится в куски из-за того, что диэлектрическая проницаемость феррита >>1, см. выше.

Проблема остаточной емкости в маломощной печке отпадает: в шихту для затравки кладут проволочку из того же металла, согнутую в кольцо и со скрученными концами. Диаметр проволоки – от 1 мм/кВт мощности печи.

Но появляется проблема кольцевого тигля: единственный подходящий для малого тигля материал – электрофарфор. В домашних условиях обработать его самому невозможно, а где взять покупной подходящий? Прочие огнеупоры не годятся вследствие высоких диэлектрических потерь в них или пористости и малой механической прочности. Поэтому, хотя канальная печь дает плавку высочайшего качества, не требует электроники, а ее КПД уже при мощности 1 кВт превышает 90%, у самодельщиков они не в ходу.

Под обычный тигель

Остаточная емкость раздражала металлургов – сплавы-то плавились дорогие. Поэтому, как только в 20-х годах прошлого века появились достаточно мощные радиолампы, тут же родилась идея: выкинуть на (не будем повторять профессиональные идиомы суровых мужиков) магнитопровод, а обычный тигель засунуть прямо в индуктор, см. рис.

На промышленной частоте так не сделаешь, магнитное поле низкой частоты без концентрирующего его магнитопровода расползется (это т. наз. поле рассеяния) и отдаст свою энергию куда угодно, только не в расплав. Компенсировать поле рассеяния можно повышением частоты до высокой: если диаметр индуктора соизмерим с длиной волны рабочей частоты, а вся система – в электромагнитном резонансе, то до 75% и более энергии ее электромагнитного поля будет сосредоточено внутри «бессердечной» катушки. КПД выйдет соответственный.

Однако уже в лабораториях выяснилось, что авторы идеи проглядели очевидное обстоятельство: расплав в индукторе, хотя бы и диамагнитный, но электропроводящий, за счет собственного магнитного поля от вихревых токов изменяет индуктивность нагревательной катушки. Начальную частоту понадобилось устанавливать под холодную шихту и менять по мере ее плавления. Причем в пределах тем больших, чем больше заготовка: если для 200 г стали можно обойтись диапазоном в 2-30 МГц, то для болванки с железнодорожную цистерну начальная частота будет около 30-40 Гц, а рабочая – до нескольких кГц.

Подходящую автоматику на лампах сделать сложно, «тянуть» частоту за болванкой – нужен высококвалифицированный оператор. Кроме того, на низких частотах сильнейшим образом проявляет себя поле рассеяния. Расплав, который в такой печи еще и сердечник катушки, до некоторой степени собирает магнитное поле возле нее, но все равно, для получения приемлемого КПД понадобилось окружать всю печь мощным ферромагнитным экраном.

Тем не менее, благодаря своим выдающимся достоинствам и уникальным качествам (см. далее) тигельные индукционные печи широко применяются и в промышленности, и самодельщиками. Поэтому остановимся подробнее на том, как правильно сделать такую своими руками.

Немного теории

При конструировании самодельной «индукционки» нужно твердо помнить: минимум потребляемой мощности не соответствует максимуму КПД, и наоборот. Минимальную мощность от сети печка возьмет при работе на основной резонансной частоте, Поз. 1 на рис. Болванка/шихта при этом (и на более низких, дорезонансных частотах) работает как один короткозамкнутый виток, а в расплаве наблюдается всего одна конвективная ячейка.

В режиме основного резонанса в печке на 2-3 кВт можно расплавить до 0,5 кг стали, но разогрев шихты/заготовки займет до часа и более. Соответственно, общее потребление электричества от сети будет большим, а общий КПД – низким. На дорезонансных частотах – еще ниже.

Вследствие этого индукционные печи для плавки металла работают чаще всего на 2-й, 3-й и др. высших гармониках (Поз. 2 на рис.) Требуемая для разогрева/расплавления мощность при этом возрастает; для того же полкило стали на 2-й понадобится 7-8 кВт, на 3-ей 10-12 кВт. Но прогрев происходит очень быстро, за минуты или доли минут. Поэтому и КПД выходит высокий: печка не успевает «съесть» много, как расплав уже можно лить.

У печей на гармониках есть важнейшее, даже уникальное достоинство: в расплаве возникает несколько конвективных ячеек, мгновенно и тщательно его перемешивающих. Поэтому можно вести плавку в режиме т. наз. быстрой шихты, получая сплавы, которые в любых других плавильных печах выплавить принципиально невозможно.

Если же «задрать» частоту в 5-6 и более раз выше основной, то КПД несколько (ненамного) падает, но проявляется еще одно замечательное свойство индукционки на гармониках: поверхностный нагрев вследствие скин-эффекта, вытесняющего ЭМП к поверхности заготовки, Поз. 3 на рис. Для плавки этот режим используется редко, но для разогрева заготовок под поверхностную цементацию и закалку – милое дело. Современная техника без такого способа термообработки была бы просто невозможна.

О левитации в индукторе

А теперь проделаем фокус: накрутим первые 1-3 витка индуктора, затем перегнем трубку/шину на 180 градусов, и остальную обмотку навьем в обратном направлении (Поз 4 на рис.) Подключим к генератору, введем в индуктор тигель в шихтой, дадим ток. Дождемся расплавления, уберем тигель. Расплав в индукторе соберется в сферу, которая там останется висеть, пока не выключим генератор. Тогда – упадет вниз.

Эффект электромагнитной левитации расплава используют для очистки металлов путем зонной плавки, для получение высокоточных металлических шариков и микросфер, и т.п. Но для надлежащего результата плавку нужно вести в высоком вакууме, поэтому здесь о левитации в индукторе упомянуто только для сведения.

Зачем индуктор дома?

Как видим, даже маломощная индукционная печка для квартирной проводки и лимитов потребления мощновата. Для чего же стоит ее делать?

Во-первых, для очистки и разделения драгоценных, цветных и редких металлов. Берем, к примеру, старый советский радиоразъем с позолоченными контактами; золота/серебра на плакировку тогда не жалели. Кладем контакты в узкий высокий тигелек, суем в индуктор, плавим на основном резонансе (выражаясь профессионально, на нулевой моде). По расплавлении постепенно снижаем частоту и мощность, давая застыть болванке в течение 15 мин – получаса.

По остывании разбиваем тигелек, и что видим? Латунный столбик с ясно различимым золотым кончиком, который остается только отрезать. Без ртути, цианидов и прочих убийственных реагентов. Нагревом расплава извне любым способом этого не добиться, конвекция в нем не даст.

Ну, золото-золотом, а сейчас и черный металлолом на дороге не валяется. Но вот необходимость равномерного, или точно дозированного по поверхности/объему/температуре нагрева металлических деталей для качественной закалки у самодельщика или ИП-индивидуала всегда найдется. И тут опять выручит печка-индуктор, причем расход электричества будет посильным для семейного бюджета: ведь основная доля энергии нагрева приходится на скрытую теплоту плавления металла. А меняя мощность, частоту и расположение детали в индукторе, можно нагреть именно нужное место именно как надо, см. рис. выше.

Наконец, сделав индуктор специальной формы (см. рис. слева), можно отпустить закаленную деталь в нужном месте, на нарушая цементации с закалкой на конце/концах. Затем, где надо – гнем, плющим, а остальное остается твердым, вязким, упругим. В конце можно снова разогреть, где отпускали, и опять закалить.

Приступаем к печке: что нужно знать обязательно

Электромагнитное поле (ЭМП) воздействует на человеческий организм, хотя бы прогревая его во всем объеме, как мясо в микроволновке. Поэтому, работая с индукционной печью в качестве конструктора, мастера или эксплуатанта, нужно четко уяснить себе суть следующих понятий:

ППЭ – плотность потока энергии электромагнитного поля. Определяет общее физиологическое воздействие ЭМП на организм независимо от частоты излучения, т.к. ППЭ ЭМП одной и той же напряженности растет с ростом частоты излучения. По санитарным нормам разных стран допустимое значение ППЭ от 1 до 30 мВт на 1 кв. м. поверхности тела при постоянном (свыше 1 часа в сутки) воздействии и втрое-впятеро больше при однократном кратковременном, до 20 мин.

Примечание: особняком стоят США, у них допустимая ППЭ – 1000 мВт (!) на кв. м. тела. Фактически, американцы считают началом физиологического воздействия внешние его проявления, когда человеку уже становится плохо, а долговременные последствия облучения ЭМП полностью игнорируют.

ППЭ при удалении от точечного источника излучения падает по квадрату расстояния. Однослойная экранировка оцинковкой или мелкоячеистой оцинкованной сеткой снижает ППЭ в 30-50 раз. Вблизи катушки по ее оси ППЭ будет в 2-3 раза выше, чем сбоку.

Поясним на примере. Есть индуктор на 2 кВт и 30 МГц с КПД в 75%. Следовательно, наружу из него уйдет 0,5 кВт или 500 Вт. На расстоянии в 1 м от него (площадь сферы радиусом 1 м – 12,57 кв. м.) на 1 кв. м. придется 500/12,57=39,77 Вт, а на человека – около 15 Вт, это очень много. Индуктор нужно располагать вертикально, перед включением печи надевать на него заземленный экранирующий колпак, следить за процессом издали, а по его окончании немедленно выключать печь. На частоте в 1 МГц ППЭ упадет в 900 раз, и с экранированным индуктором можно работать без особых предосторожностей.

СВЧ – сверхвысокие частоты. В радиэлектронике СВЧ считают с т.наз. Q-диапазона, но по физиологии СВЧ начинается примерно со 120 МГц. Причина – электроиндукционный нагрев плазмы клеток и резонансные явления в органических молекулах. СВЧ обладает специфически направленным биологическим действием с долговременными последствиями. Достаточно получить 10-30 мВт в течение получаса, чтобы подорвать здоровье и/или репродуктивную способность. Индивидуальная восприимчивость к СВЧ крайне изменчива; работая с ним, нужно регулярно проходить специальную медкомиссию.

Пресечь СВЧ-излучение очень трудно, оно, как говорят профи, «сифонит» сквозь малейшую щелочку в экране или при малейшем нарушении качества заземления. Эффективная борьба с СВЧ-излучением аппаратуры возможна только на уровне его конструирования высококлассными специалистами.

Компоненты печи

Индуктор

Важнейшая часть индукционной печи – ее нагревательная катушка, индуктор. Для самодельных печей на мощность до 3 кВт пойдет индуктор из голой медной трубки диаметром 10 мм или медной же голой шины сечением не менее 10 кв. мм. Внутренний диаметр индуктора – 80-150 мм, количество витков – 8-10. Витки не должны соприкасаться, расстояние между ними – 5-7 мм. Также никакая часть индуктора не должна касаться его экрана; минимальный зазор – 50 мм. Поэтому для прохождения выводов катушки к генератору нужно предусмотреть окно в экране, не мешающее его снимать/ставить.

Индукторы промышленных печей охлаждают водой или антифризом, но на мощности до 3 кВт описанный выше индуктор при работе его в продолжении до 20-30 мин принудительного охлаждения не требует. Однако он сам при этом сильно нагревается, а окалина на меди резко снижает КПД печи вплоть до потери ею работоспособности. Сделать самому индуктор с жидкостным охлаждением невозможно, поэтому его придется время от времени менять. Применять принудительное воздушное охлаждение нельзя: пластиковый или металлический корпус вентилятора вблизи катушки «притянут» к себе ЭМП, перегреются, а КПД печи упадет.

Примечание: для сравнения – индуктор для плавильной печи на 150 кг стали согнут из медной трубы 40 мм наружным диаметром и 30 внутренним. Число витков – 7, диаметр катушки по внутри 400 мм, высота тоже 400 мм. Для его раскачки на нулевой моде нужно 15-20 кВт при наличии замкнутого контура охлаждения дистиллированной водой.

Генератор

Вторая главная часть печи – генератор переменного тока. Сделать индукционную печь, не владея основами радиоэлектроники хотя бы на уровне радиолюбителя средней квалификации, не стоит и пытаться. Эксплуатировать – тоже, ведь, если печка не под компьютерным управлением, настроить ее в режим можно, только чувствуя схему.

При выборе схемы генератора следует всячески избегать решений, дающих жесткий спектр тока. В качестве антипримера приводим довольно распространенную схему на тиристорном ключе, см. рис. выше. Доступный специалисту расчет по прилагаемой к ней автором осциллограмме показывает, что ППЭ на частотах свыше 120 МГц от индуктора, запитанного таким образом, превышает 1 Вт/кв. м. на расстоянии 2,5 м от установки. Убийственная простота, ничего не скажешь.

В качестве ностальгического курьеза приводим еще схему древнего лампового генератора, см. рис. справа. Такие делали советские радиолюбители еще в 50-х годах, рис. справа. Настройка в режим – воздушным конденсатором переменной емкости С, с зазором между пластинами не менее 3 мм. Работает только на нулевой моде. Индикатор настройки – неоновая лампочка Л. Особенность схемы – очень мягкий, «ламповый» спектр излучения, так что пользоваться этим генератором можно без особых мер предосторожности. Но – увы! – ламп для него сейчас не найдешь, а при мощности в индукторе около 500 Вт энергопотребление от сети – более 2 кВт.

Примечание: указанная на схеме частота 27,12 МГц не оптимальна, она выбрана из соображений электромагнитной совместимости. В СССР она была свободной («мусорной») частотой, для работы на которой разрешения не требовалось, лишь бы устройство помех никому не давало. А вообще-то С можно перестраивать генератор в довольно широком диапазоне.

На следующем рис. слева – простейший генератор с самовозбуждением. L2 – индуктор; L1 – катушка обратной связи, 2 витка эмалированного провода диаметром 1,2-1,5 мм; L3 – болванка или шихта. В качестве контурной емкости используется собственная емкость индуктора, поэтому эта схема не требует настройки, она автоматически входит в режим нулевой моды. Спектр мягкий, но при неправильной фазировке L1 мгновенно сгорает транзистор, т.к. он оказывается в активном режиме с КЗ по постоянному току в цепи коллектора.

Также транзистор может сгореть просто от изменения наружной температуры или саморазогрева кристалла – каких-либо мер по стабилизации его режима не предусмотрено. В общем, если у вас завалялись где-то старые КТ825 или им подобные, то начинать эксперименты по индукционному нагреву можно с этой схемки. Транзистор должен быть установлен на радиатор площадью не менее 400 кв. см. с обдувом от компьютерного или ему подобного вентилятора. Регулировка можности в индукторе, до 0,3 кВт – изменением напряжения питания в пределах 6-24 В. Его источник должен обеспечивать ток не менее 25 А. Мощность рассеивания резисторов базового делителя напряжения не менее 5 Вт.

Схема на след. рис. справа – мультивибратор с индуктивной нагрузкой на мощных полевых тразисторах (450 B Uk, не менее 25 A Ik). Благодаря применению емкости в цепи колебательного контура дает довольно мягкий спектр, но внемодовый, поэтому пригоден для разогрева деталей до 1 кг для закалки/отпуска. Главный недостаток схемы – дороговизна компонент, мощных полевиков и быстродействующих (граничная частота не менее 200 кГц) высоковольтных диодов в их базовых цепях. Биполярные мощные транзисторы в этой схеме не работают, перегреваются и сгорают. Радиатор здесь такой же, как и в предыдущем случае, но обдува уже не нужно.

Следующая схема уже претендует на звание универсальной, мощностью до 1 кВт. Это – двухтактный генератор с независимым возбуждением и мостовым включением индуктора. Позволяет работать на 2-3 моде или в режиме поверхностного нагрева; частота регулируется переменным резистором R2, а диапазоны частот переключаются конденсаторами С1 и С2, от 10 кГц до 10 МГц. Для первого диапазона (10-30 кГц) емкость конденсаторов С4-С7 должна быть увеличена до 6,8 мкФ.

Трансформатор между каскадами – на ферритовом кольце с площадью сечения магнитопровода от 2 кв. см. Обмотки – из эмалированного провода 0,8-1,2 мм. Радиатор транзисторов – 400 кв. см. на четверых с обдувом. Ток в индукторе практически синусоидальный, поэтому спектр излучения мягкий и на всех рабочих частотах дополнительных мер защиты не требуется, при условии работы до 30 мин в день через 2 дня на 3-й.

Видео: самодельный индукционный нагреватель в работе

Индукционные котлы

Индукционные водогрейные котлы, без сомнения, вытеснят бойлеры с ТЭНами везде, где электричество обходится дешевле других видов топлива. Но их неоспоримые достоинства породили и массу самоделок, от которых у специалиста иной раз буквально волосы дыбом встают.

Скажем, такая конструкция: пропиленовую трубу с проточной водой окружает индуктор, а он запитан от сварочного ВЧ-инвертора на 15-25 А. Вариант – из термостойкого пластика делают пустотелый бублик (тор), по патрубкам пропускают через него воду, а для нагрева обматывают шиной, образующий свернутый в кольцо индуктор.

ЭМП передаст свою энергию воде хорошо; та обладает неплохой электропроводностью и аномально высокой (80) диэлектрической проницаемостью. Вспомните, как стреляют в микроволновке оставшиеся на посуде капельки влаги.

Но, во-первых, для полноценного обогрева квартиры или зимой нужно не менее 20 кВт тепла, при тщательном утеплении снаружи. 25 А при 220 В дают всего 5,5 кВт (а сколько это электричество стоит по нашим тарифам?) при 100% КПД. Ладно, пусть мы в Финляндии, где электричество дешевле газа. Но лимит потребления на жилье – все равно 10 кВт, а за перебор нужно платить по увеличенному тарифу. И квартирная проводка 20 кВт не выдержит, нужно тянуть отдельный фидер от подстанции. Во что такая работа обойдется? Если еще электрикам далеко до перебора мощности по району и они ее разрешат.

Затем, сам теплообменник. Он должен быть или металлическим массивным, тогда будет действовать только индукционный нагрев металла, или из пластика с низкими диэлектрическими потерями (пропилен, между прочим, к таким не относится, годится только дорогой фторопласт), тогда вода непосредственно поглотит энергию ЭМП. Но в любом случае выходит, что индуктор греет весь объем теплообменника, а воде тепло отдает только внутренняя его поверхность.

В итоге, ценой больших трудов с риском для здоровья, получаем бойлер с КПД пещерного костра.

Индукционный котел отопления промышленного изготовления устроен совсем по-иному: просто, но в домашних условиях невыполнимо, см. рис. справа:

  • Массивный медный индуктор подключается непосредственно к сети.
  • Его ЭМП греет также массивный металлический лабиринт-теплообменник из ферромагнитного металла.
  • Лабиринт одновременно изолирует индуктор от воды.

Стоит такой бойлер в несколько раз дороже обычного с ТЭНом, и пригоден для установки только на пластиковые трубы, но взамен дает массу выгод:

  1. Никогда не сгорает – в нем нет раскаленной электроспирали.
  2. Массивный лабиринт надежно экранирует индуктор: ППЭ в непосредственной близости от 30 кВт индукционного бойлера – ноль.
  3. КПД – более чем 99,5%
  4. Абсолютно безопасен: собственная постоянная времени обладающей большой индуктивностью катушки – более 0,5 с, что в 10-30 раз больше времени срабатывания УЗО или автомата. Его еще ускоряет «отдача» от переходного процесса при пробое индуктивности на корпус.
  5. Сам же пробой вследствие «дубовости» конструкции исключительно маловероятен.
  6. Не требует отдельного заземления.
  7. Безразличен к удару молнии; сжечь массивную катушку ей не под силу.
  8. Большая поверхность лабиринта обеспечивает эффективный теплообмен при минимальном температурном градиенте, что почти исключает образование накипи.
  9. Огромная долговечность и простота пользования: индукционный бойлер совместно с гидромагнитной системой (ГМС) и фильтром-отстойником работает без обслуживания не менее 30 лет.

О самодельных котлах для ГВС

Здесь на рис. приведена схема маломощного индукционного нагревателя для систем ГВС с накопительным баком. В ее основе – любой силовой трансформатор на 0,5-1,5 кВт с первичной обмоткой на 220 В. Очень хорошо подходят сдвоенные трансформаторы от старых ламповых цветных телевизоров – «гробов» на двухстержневом магнитопроводе типа ПЛ.

Вторичную обмотку с таких снимают, первичку перематывают на один стержень, увеличив количество ее витков для работы в режиме, близком к КЗ (короткому замыканию) по вторичке. Сама же вторичная обмотка – вода в U-образном колене из трубы, охватывающем другой стержень. Пластиковая труба или металлическая – на промчастоте все равно, но металлическая должна быть изолирована от остальной системы диэлектрическими вставками, как показано на рис, чтобы вторичный ток замыкался только через воду.

В любом случае такая водогрейка опасна: возможная протечка соседствует с обмоткой под сетевым напряжением. Если уж идти на такой риск, то в магнитопроводе нужно насверлить отверстие под болт-заземлитель, и прежде всего наглухо, в грунт, заземлить трансформатор и бак стальной шиной не менее 1,5 кв. см. (не кв. мм!).

Далее трансформатор (он должен располагаться непосредственно под баком), с подключенным к нему сетевым проводом в двойной изоляции, заземлителем и водогрейным витком заливают в одну «куклу» силиконовым герметиком, как моторчик помпы аквариумного фильтра. Наконец, крайне желательно весь агрегат подключить к сети через быстродействующее электронное УЗО.

Видео: “индукционный” котел на основе бытовой плитки

Индуктор на кухне

Индукционные варочные поверхности для кухни стали уже привычными, см. рис. По принципу действия это та же индукционная печка, только в роли короткозамкнутой вторичной обмотки выступает днище любой металлической варочной посудины, см. рис. справа, а не только из ферромагнитного материала, как часто не знаючи пишут. Просто алюминиевая посуда выходит из употребления; медики доказали, что свободный алюминий – канцероген, а медная и оловянная давно уже не в ходу по причине токсичности.

Бытовая индукционная плитка – порождение века высоких технологий, хотя идея ее зародилась одновременно с индукционными плавильными печами. Во-первых, для изоляции индуктора от стряпни понадобился прочный, стойкий, гигиеничный и свободно пропускающий ЭМП диэлектрик. Подходящие стеклокерамические композиты появились в производстве сравнительно недавно, и на долю верхней пластины плиты приходится немалая доля ее стоимости.

Затем, все варочные посудины разные, а их содержимое изменяет их электрические параметры, и режимы приготовления блюд тоже разные. Осторожным подкручиванием ручек до нужной моды тут и специалист не обойдется, нужен высокопроизводительный микроконтроллер. Наконец, ток в индукторе должен быть по санитарным требованиям чистой синусоидой, а его величина и частота должны сложным образом меняться сообразно степени готовности блюда. То есть, генератор должен быть с цифровым формированием выходного тока, управляемым тем самым микроконтроллером.

Делать кухонную индукционную плиту самому нет смысла: на одни только электронные компоненты по розничным ценам денег уйдет больше, чем на готовую хорошую плитку. И управлять этими приборами пока еще сложновато: у кого есть, тот знает, сколько там кнопочек или сенсоров с надписями: «Рагу», «Жаркое» и т.п. Автор этой статьи видал плитку, где значилось отдельно «Борщ флотский» и «Суп претаньер».

Тем не менее, индукционные плиты имеют массу преимуществ перед прочими:

  • Почти нулевая, в отличие от микроволновок, ППЭ, хоть сам на эту плитку садись.
  • Возможность программирования для приготовления самых сложных блюд.
  • Растопка шоколада, вытапливание рыбьего и птичьего жира, приготовление карамели без малейших признаков пригорания.
  • Высокая экономичность как следствие быстрого нагрева и почти полного сосредоточения тепла в варочной посуде.

К последнему пункту: взгляните на рис. справа, там графики разогрева стряпни на индукционной плите и газовой конфорке. Кто знаком с интегрированием, тот сразу поймет, что индуктор на 15-20% экономичнее, а с чугунным «блином» его можно и не сравнивать. Затраты денег на энергоноситель при приготовлении большинства блюд для индукционной плиты сравнимы с газовой, а на тушение и варку густых супов даже меньше. Индуктор пока уступает газу только при выпечке, когда необходим равномерный прогрев со всех сторон.

Видео: неудавшийся индукционный нагреватель из кухонной плиты

В заключение

Итак, индукционные электроприборы для подогрева воды и приготовления пищи лучше покупать готовые, дешевле и проще выйдет. А вот завести самодельную индукционную тигельную печку в домашней мастерской не помешает: станут доступными тонкие способы плавки и термообработки металлов. Нужно только помнить о ППЭ с СВЧ и строго соблюдать правила конструирования, изготовления и эксплуатации.

Недавно возникла необходимость создать небольшой индукционный нагреватель своими руками. Бродя по просторам интернета, нашел несколько схем индукционных нагревателей. Многие схемы не устраивали из-за довольно сложной обвязки, некоторые не работали, но попадались и рабочие варианты.

Несколько дней назад пришел к выводу, что индукционный нагреватель можно сделать из электронного трансформатора с минимальными затратами.

Принцип индукционного нагрева заключается в воздействии на металл токами Фуко. Такой нагреватель активно применяется в самых разных сферах науки и техники. По идее токам Фуко безразличны виды и свойства металлов, поэтому индуктор может подогреть или расплавить абсолютно любой металл.

Электронный трансформатор — импульсный блок питания, на базе которого построен наш нагреватель. Это простой полумостовой инвертор, построенный на двух мощный биполярных транзисторах серии MJE13007, которые жутко перегреваются в ходе работы, поэтому им нужен очень хороший теплоотвод.

Для начала с электронного трансформатора нужно выпаять основной трансформатор. Своего рода индуктор мы изготовим на базе ферритовой чашки. Для этого берем чашку 2000НМ (размер чашки особо не важен, но желательно побольше). На каркасе мотаем 100 витков проводом 0,5 мм, с кончиков проводов снимаем лаковое покрытие и залужаем. Затем концы проводов запаиваем на место штатного импульсного трансформатора — все готово!




Получился довольно мощный самодельный индукционный нагреватель (КПД не более 65%), на основе которого, можно собрать даже небольшую индукционную печку. Если взять кусок металла и приблизить этот металл к центру катушки, то через несколько секунд металл нагреется. Таким нагревателем можно плавить провода с диаметром 1,5 мм — мне это удалось всего за 20 секунд, но при этом высоковольтные транзисторы ЭТ так нагрелись, что на них можно было яичницу жарить!


В ходе работы, возможно, будет нужда дополнительного охлаждения для теплоотводов, поскольку опыт показал, что теплоотвод попросту не успевает отводить тепло с транзисторов.

Основа работы такого инвертора довольно проста. Сама схема индукционного нагревателя удобна тем, что не требует никакой настройки (в более сложных схемах часто возникает необходимость подгонки схемы в частоту резонанса, точный расчет количества витков и диаметра провода контура, а также подсчет контурного конденсатора, а тут всего этого нет и схема работает сразу).

Напряжение сети (220 Вольт) сначала выпрямляется диодным выпрямителем, затем поступает на схему. Частоту задает динистор (диак) марки DB3. Сама схема не имеет никаких защит, только ограничивающий резистор на входе питания, который якобы должен работать в качестве сетевого предохранителя, но при малейшей проблеме в первую очередь вылетают транзисторы. Надежность схемы индукционного нагревателя можно поднять, заменив диоды в выпрямителе более мощными, добавив сетевой фильтр на вход схемы и заменив силовые транзисторы на более мощные, скажем на MJE13009.

Вообще не советую включать такой нагреватель на долгое время, если не имеется активного охлаждения, иначе каждые 5 минут будете вынуждены менять транзисторы.

Индукционные отопительные котлы – это приборы, которые отличаются очень высоким КПД. Они позволяют заметно снизить затраты на электроэнергию по сравнению с традиционными приборами, оборудованными ТЭНами.

Модели промышленного производства недешевы. Однако сделать индукционный нагреватель своими руками сможет любой домашний мастер, владеющий нехитрым набором инструментов. Ему в помощь мы предлагаем подробное описание принципа действия и сборки эффективного обогревателя.

Индукционный нагрев невозможен без использования трех основных элементов:

  • индуктора;
  • генератора;
  • нагревательного элемента.

Индуктор представляет собой катушку, обычно выполненную из медной проволоки, с ее помощью генерируют магнитное поле. Генератор переменного тока используют для получения высокочастотного потока из стандартного потока домашней электросети с частотой 50 Гц.

В качестве нагревательного элемента применяется металлический предмет, способный поглощать тепловую энергию под воздействием магнитного поля. Если правильно соединить эти элементы, можно получить высокопроизводительный прибор, который прекрасно подходит для подогрева жидкого теплоносителя и .

С помощью генератора электрический ток с необходимыми характеристиками подается на индуктор, т.е. на медную катушку. При прохождении через нее поток заряженных частиц формирует магнитное поле.

Принцип действия индукционных нагревателей основан на возникновении электротоков внутри проводников, появляющихся под воздействием магнитных полей

Особенность поля состоит в том, что оно обладает способностью на высоких частотах изменять направление электромагнитных волн. Если в это поле поместить какой-нибудь металлический предмет, он начнет нагреваться без непосредственного контакта с индуктором под воздействием созданных вихревых токов.

Высокочастотный электрический ток, поступающий от инвертора к индукционной катушке, создает магнитное поле с постоянно изменяющимся вектором магнитных волн. Помещенный в это поле металл быстро разогревается

Отсутствие контакта позволяет сделать потери энергии при переходе из одного вида в другой ничтожными, чем и объясняется повышенный КПД индукционных котлов.

Чтобы подогреть воду для отопительного контура, достаточно обеспечить ее контакт с металлическим нагревателем. Часто в качестве нагревательного элемента используют металлическую трубу, через которую просто пропускают поток воды. Вода попутно охлаждает нагреватель, что значительно увеличивает срок его службы.

Электромагнит индукционного прибора получают путем намотки проволоки вокруг сердечника из ферромагнита. Полученная в результате катушка индукции разогревается и передает тепло нагреваемому телу или протекающему рядом теплоносителю через теплообменник

Преимущества и недостатки прибора

“Плюсов” у вихревого индукционного нагревателя великое множество. Это простая для самостоятельного изготовления схема, повышенная надежность, высокий КПД, относительно низкие затраты на электроэнергию, длительный срок эксплуатации, малая вероятность возникновения поломок и т.п.

Производительность прибора может быть значительной, агрегаты этого типа успешно используются в металлургической промышленности. По скорости нагрева теплоносителя устройства этого типа уверенно соперничают с традиционными электрическими котлами, температура воды в системе быстро достигает необходимого уровня.

Во время функционирования индукционного котла нагреватель слегка вибрирует. Эта вибрация стряхивает со стенок металлической трубы известковый осадок и другие возможные загрязнения, поэтому в очистке такой прибор нуждается крайне редко. Конечно, отопительную систему следует защитить от этих загрязнений с помощью механического фильтра.

Индукционная катушка нагревает металл (трубу или куски проволоки), помещенные внутри нее, с помощью высокочастотных вихревых токов, контакт не обязателен

Постоянный контакт с водой сводит к минимуму и вероятность перегорания нагревателя, что является довольно частой проблемой для традиционных котлов с ТЭНами. Несмотря на вибрацию, котел работает исключительно тихо, дополнительная шумоизоляция в месте установки прибора не понадобится.

Еще индукционные котлы хороши тем, что они практически никогда не протекают, если только монтаж системы выполнен правильно. Это очень ценное качество для , так как исключает или значительно сокращает вероятность возникновения опасных ситуаций.

Отсутствие протечек обусловлено бесконтактным способом передачи тепловой энергии нагревателю. Теплоноситель с помощью описанной выше технологии можно разогреть чуть ли не до парообразного состояния.

Это обеспечивает достаточную тепловую конвекцию, чтобы стимулировать эффективное перемещение теплоносителя по трубам. В большинстве случаев отопительную систему не придется оборудовать циркуляционным насосом, хотя все зависит от особенностей и схемы конкретной системы отопления.

Выводы и полезное видео по теме

Ролик #1. Обзор принципов индукционного нагрева:

Ролик #2. Интересный вариант изготовления индукционного нагревателя:

Для установки индукционного нагревателя не нужно получать разрешение контролирующих органов, промышленные модели таких устройств вполне безопасны, они подходят и для частного дома, и для обычной квартиры. Но владельцам самодельных агрегатов не следует забывать о технике безопасности.

Умельцы придумали много способов для отопления дома. Один из них — индукционный нагреватель. Как и любой другой, он имеет свои преимущества и недостатки.

Принцип действия

В основе работы лежит закон Джоуля-Ленца, который отражает прямую зависимость тепловой отдачи проводника от напряженности электрического поля. Всем известна взаимосвязь магнетизма и электричества, которые просто не могут существовать одно без другого. Если на катушку подать ток высокой частоты, вокруг нее образуется магнитное поле. Его поток будет пронизывать токопроводящий сердечник, вставленный в катушку. Возникшая магнитная индукция будет постоянно меняться по направлению и времени, что вызовет появление вихревых токов, движущихся по замкнутому кругу. А это преобразовывает электромагнитную энергию в тепловую. Такова в общих чертах схема индукционного нагревателя.

Индукционные нагреватели блестяще зарекомендовали себя в самых разных областях применения. С их помощью можно проводить поверхностную закалку металлических изделий, сверхчистую, бесконтактную сварку, точечный прогрев и даже плавку токопроводящих материалов. Производственные индукторы оборудованы мощным трансформатором, способным подавать на них большие токи.

Индуктор в быту

Поскольку схема подобного нагревателя не отличается сложностью, а КПД такого устройства очень высок (до 98%), вихревой индукционный нагреватель не мог не заинтересовать народных умельцев.

Очень часто у многих возникает идея об использовании принципа индукции для отопления дома. Ведь индукционный обогреватель способен нагревать воду чуть ли не мгновенно. Поэтому существует целый ряд конструкций, представляющих собой самодельный индукционный нагреватель.

В физике много законов, обойти которые не получится никогда. Энергия не берется из ниоткуда, а потому количество потребляемого электричества не может быть меньше, чем требуется тепловой энергии.

Другими словами, если для прогрева помещения требуется 5 кВт/ч, то не получится сделать это, потребляя всего 2 кВт/ч электроэнергии, какой бы замечательной ни была конструкция нагревателя. Если планируется отапливаться с помощью индуктора, нужно быть готовым к повышению выплат за электричество.

Самым популярным вариантом среди мастеров-умельцев является индукционный нагреватель из сварочного инвертора. Этому есть ряд причин:

  1. Инвертор выдает ток повышенных частот, что значительно повышает напряженность электрического поля, а это благотворно сказывается на теплоотдаче.
  2. Сварочный инвертор способен на подачу больших токов. Из всех приборов, доступных для бытового применения, инвертор лучше всего подходит для использования в качестве блока питания индукционного нагревателя.

Элементы конструкции

Индукционный нагреватель своими руками делается следующим образом:

  1. Кусок пластиковой трубы с толщиной стенок не менее 3 мм заполняется кусками металлической проволоки. Длина их примерно около 5 см.
  2. Оба края этого отрезка трубы закрываются металлической сеткой, чтобы она удерживала эти куски на месте. Труба должна быть заполнена проволокой полностью.
  3. После этого она должна быть аккуратно обмотана толстым медным проводом — порядка 90 витков. Желательно выбирать провод с диаметром не ниже 3 мм.
  4. С помощью переходников и фитингов труба присоединяется к отопительной системе, которая после этого заполняется водой.
  5. Концы провода присоединяются к клеммам сварочного инвертора.
  6. Необходимо обеспечить выполнение всех мер пожарной и электробезопасности.

После включения устройства металлические куски проволоки мгновенно нагреются и начнут отдавать тепло проходящей свозь них воде.

Особо стоит заострить внимание на том, что вода обязательно должна непрерывно циркулировать.

В противном случае температура трубы поднимется настолько, что появится угроза ее расплавления

Это является 1 из самых серьезных недостатков подобных нагревателей. В случае частого отсутствия хозяев необходима система автоматического компьютерного контроля за работой нагревателя.

Индукционный нагреватель вполне пригоден для отопления, но при этом имеет свои недостатки. Они вполне исправимы и при грамотной проработке деталей данная конструкция способна конкурировать с другими.

Индукционный нагрев ножа. Простой индукционный нагреватель

Схема индукционного нагревателя на 500 Ватт, который можно сделать своими руками! В интернете множество подобных схем, но интерес к ним пропадает, так как в основном они или не работают или работают но не так как хотелось бы. Данная схема индукционного нагревателя полностью рабочая, проверенная, а главное, не сложная, думаю вы оцените!

Компоненты и катушка:

Рабочая катушка содержит 5 витков, для намотки была использована медная трубка диаметром около 1 см, но можно и меньше. Такой диаметр был выбран не случайно, через трубку подаётся вода для охлаждения катушки и транзисторов.

Транзисторы ставил IRFP150 так как IRFP250 под рукой не оказалось. Конденсаторы плёночные 0,27 мкФ 160 вольт, но можно поставить 0,33 мкФ и выше, если первые найти не получится. Обратите внимание, что схему можно питать напряжением до 60 вольт, но в этом случае, рекомендуется ставить конденсаторы на напряжение 250 вольт. Если схема будет питаться напряжением до 30 вольт, то на 150 вполне хватит!

Стабилитроны можно ставить любые на 12-15 вольт от 1 Ватт, например 1N5349 и им подобные. Диоды можно использовать UF4007 и ему подобные. Резисторы 470 Ом от 2-х Ватт.

Немного фотографий:


За место радиаторов, были использованы медные пластины, которые припаиваются прямо к трубке, так как в данной конструкции используется водное охлаждение. На мой взгляд это самое эффективное охлаждение, потому что транзисторы греются хорошо и ни какие вентиляторы и супер радиаторы не спасут их от перегрева!


Охлаждающие пластины на плате расположены таким образом, что бы трубка катушки проходила через них. Пластины и трубку нужно припаять между собой, для этого я использовал газовую горелку и большой паяльник для пайки автомобильных радиаторов.


Конденсаторы расположены на двух стороннем текстолите, плата припаивается так же к трубке катушки на прямую, для лучшего охлаждения.


Дроссели намотаны на ферритовых кольцах, лично я достал их из компьютерного блока питания, провод использовался медных в изоляции.

Индукционный нагреватель получился достаточно мощным, латунь и алюминий плавит очень легко, железные детали тоже плавит, но немного медленнее. Так как я использовал транзисторы IRFP150 то по параметрам, схему можно питать напряжением до 30 вольт, поэтому мощность ограничивается только этим фактором. Так что всё таки советую использовать IRFP250.

На этом всё! Ниже оставлю видео работы индукционного нагревателя и список деталей, которые можно купить на AliExpress по очень низкой цене!

Купить детали на Алиэкспресс:

  • Купить Транзисторы IRFP250
  • Купить Диоды UF4007
  • Купить Конденсаторы 0,33uf-275v

Индукционные нагреватели работают по принципу “получение тока из магнетизма”. В специальной катушке генерируется переменное магнитное поле высокой мощности, которое порождает вихревые электрические токи в замкнутом проводнике.

Замкнутым проводником в индукционных плитах является металлическая посуда, которая разогревается вихревыми электрическими токами. В общем, принцип работы таких приборов не сложен, и при наличии небольших познаний в физике и электрике, собрать индукционный нагреватель своими руками не составит большого труда.

Самостоятельно могут быть изготовлены следующие приборы:

  1. Приборы для нагрева в котле отопления.
  2. Мини-печи для плавки металлов.
  3. Плиты для приготовления пищи.

Индукционная плита своими руками, должна быть изготовлена с соблюдением всех норм и правил для эксплуатации данных приборов. Если за пределы корпуса в боковых направлениях будет выделяться опасное для человека электромагнитное излучение, то использовать такой прибор категорически запрещается.

Кроме этого большая сложность при конструировании плиты заключается в подборе материала для основания варочной поверхности, которое должно удовлетворять следующим требованиям:

  1. Идеально проводить электромагнитное излучение.
  2. Не являться токопроводящим материалом.
  3. Выдерживать высокую температурную нагрузку.

В бытовых варочных индукционных поверхностях используется дорогая керамика, при изготовлении в домашних условиях индукционной плиты, найти достойную альтернативу такому материалу – довольно сложно. Поэтому, для начала следует сконструировать что-нибудь попроще, например, индукционную печь для закалки металлов.

Инструкция по изготовлению

Чертежи


Рисунок 1. Электрическая схема индукционного нагревателя
Рисунок 2. Устройство. Рисунок 3. Схема простого индукционного нагревателя

Для изготовления печи понадобятся следующие материалы и инструменты:

  • припой;
  • текстолитовая плата.
  • мини-дрель.
  • радиоэлементы.
  • термопаста.
  • химические реагенты для травления платы.

Дополнительные материалы и их особенности:

  1. Для изготовления катушки , которая будет излучать необходимое для нагрева переменное магнитное поле, необходимо приготовить отрезок медной трубки диаметром 8 мм, и длиной 800 мм.
  2. Мощные силовые транзисторы являются самой дорогой частью самодельной индукционной установки. Для монтажа схемы частотного генератора необходимо приготовить 2 таких элемента. Для этих целей подойдут транзисторы марок: IRFP-150; IRFP-260; IRFP-460. При изготовлении схемы используются 2 одинаковых из перечисленных полевых транзисторов.
  3. Для изготовления колебательно контура понадобятся керамические конденсаторы ёмкостью 0,1 mF и рабочим напряжением 1600 В. Для того, чтобы в катушке образовался переменный ток высокой мощности, потребуется 7 таких конденсаторов.
  4. При работе такого индукционного прибора , полевые транзисторы будут сильно разогреваться и если к ним не будут присоединены радиаторы из алюминиевого сплава, то уже через несколько секунд работы на максимальной мощности, данные элементы выйдут из строя. Ставить транзисторы на теплоотводы следует через тонкий слой термопасты, иначе эффективность такого охлаждения будет минимальна.
  5. Диоды , которые используются в индукционном нагревателе, обязательно должны быть ультрабыстрого действия. Наиболее подходящими для данной схемы, диоды: MUR-460; UF-4007; HER – 307.
  6. Резисторы, которые используются в схеме 3: 10 кОм мощностью 0,25 Вт – 2 шт. и 440 Ом мощностью – 2 Вт. Стабилитроны: 2 шт. с рабочим напряжением 15 В. Мощность стабилитронов должна составлять не менее 2 Вт. Дроссель для подсоединения к силовым выводам катушки используется с индукцией.
  7. Для питания всего устройства понадобится блок питания мощностью до 500. Вт. и напряжением 12 – 40 В. Запитать данное устройство можно от автомобильного аккумулятора, но получить наивысшие показания мощности при таком напряжении не получится.


Сам процесс изготовления электронного генератора и катушки занимает немного времени и осуществляется в такой последовательности:

  1. Из медной трубы делается спираль диаметром 4 см. Для изготовления спирали следует медную трубку накрутить на стержень с ровной поверхностью диаметром 4 см. Спираль должна иметь 7 витков, которые не должны соприкасаться. На 2 конца трубки припаиваются крепёжные кольца для подключения к радиаторам транзистора.
  2. Печатная плата изготавливается по схеме. Если есть возможность поставить полипропиленовые конденсаторы, то благодаря тому, что такие элементы обладают минимальными потерями и устойчивой работой при больших амплитудах колебания напряжений, устройство будет работать намного стабильнее. Конденсаторы в схеме устанавливаются параллельно образуя с медной катушкой колебательный контур.
  3. Нагрев металла происходит внутри катушки, после того как схема будет подключена к блоку питания или аккумулятору. При нагреве металла необходимо следить за тем, чтобы не было короткого замыкания обмоток пружины. Если коснуться нагреваемым металлом 2 витка катушки одновременно, то транзисторы выходят из строя моментально.

Нюансы


  1. При проведении опытов по нагреву и закалке металлов , внутри индукционной спирали температура может быть значительна и составляет 100 градусов Цельсия. Этот теплонагревательный эффект можно использовать для нагрева воды для бытовых нужд или для отопления дома.
  2. Схема нагревателя рассмотренного выше (рисунок 3) , при максимальной нагрузке способна обеспечить излучение магнитной энергии внутри катушки равное 500 Вт. Такой мощности недостаточно для нагрева большого объёма воды, а сооружение индукционной катушки высокой мощности потребует изготовление схемы, в которой необходимо будет использовать очень дорогие радиоэлементы.
  3. Бюджетным решением организации индукционного нагрева жидкости , является использование нескольких устройств описанных выше, расположенных последовательно. При этом, спирали должны находиться на одной линии и не иметь общего металлического проводника.
  4. В качестве используется труба из нержавеющей стали диаметром 20 мм. На трубу «нанизываются» несколько индукционных спиралей, таким образом, чтобы теплообменник оказался в середине спирали и не соприкасался с её витками. При одновременном включении 4 таких устройств, мощность нагрева будет составлять порядка 2 Квт, что уже достаточно для проточного нагрева жидкости при небольшой циркуляции воды, до значений позволяющих использовать данную конструкцию в снабжении тёплой водой небольшого дома.
  5. Если соединить такой нагревательный элемент с хорошо изолированным баком , который будет расположен выше нагревателя, то в результате получится бойлерная система, в которой нагрев жидкости будет осуществляться внутри нержавеющей трубы, нагретая вода будет подниматься вверх, а её место будет занимать более холодная жидкость.
  6. Если площадь дома значительна , то количество индукционных спиралей может быть увеличено до 10 штук.
  7. Мощность такого котла можно легко регулировать путём отключения или включения спиралей. Чем больше одновременно включённых секций, тем больше будет мощность работающего таким образом отопительного устройства.
  8. Для питания такого модуля понадобится мощный блок питания. Если есть в наличии инверторный сварочный аппарат постоянного тока, то из него можно изготовить преобразователь напряжения необходимой мощности.
  9. Благодаря тому, что система работает на постоянном электрическом токе , который не превышает 40 В, эксплуатация такого устройства относительно безопасна, главное обеспечить в схеме питания генератора блок предохранителей, которые в случае короткого замыкания обесточат систему, там самым исключив возможность возникновения пожара.
  10. Можно таким образом организовать “бесплатное” отопление дома , при условии установки для питания индукционных устройств аккумуляторных батарей, зарядка которых будет осуществляться за счёт энергии солнца и ветра.
  11. Аккумуляторы следует объединить в секции по 2 шт., подключённые последовательно. В результате, напряжение питания при таком подключении будет не менее 24 В., что обеспечит работу котла на высокой мощности. Кроме этого, последовательное подключение позволит снизить силу тока в цепи и увеличить срок эксплуатации аккумуляторов.


  1. Эксплуатация самодельных устройств индукционного нагрева , не всегда позволяет исключить распространение вредного для человека электромагнитного излучения, поэтому индукционный котёл следует устанавливать в нежилом помещении и экранировать оцинкованной сталью.
  2. Обязательно при работе с электричеством следует соблюдать правила техники безопасност и, особенно это касается сетей переменного тока напряжением 220 В.
  3. В качестве эксперимента можно изготовить варочную поверхность для приготовления пищи по схеме указанной в статье, но эксплуатировать данный прибор постоянно не рекомендуется по причине несовершенства самостоятельного изготовления экранирования данного устройства, из-за этого возможно воздействие на организм человека вредного электромагнитного излучения, способного негативно сказаться на здоровье.

Простой индукционный нагреватель состоит мощного генератора высокой частоты и низкоомной катушки-контура, которая является нагрузкой генератора.

Генератор с самовозбуждением генерирует импульсы на основании резонансной частоты контура. В результате в катушке возникает мощное переменное электромагнитное поле частотой порядка 35 кГц.
Если в центр этой катушки поместить сердечник из токопроводящего материала, то внутри него возникнет электромагнитная индукция. В результате частой смены эта индукция вызовет в сердечнике вихревые токи, которые в свою очередь повлекут за собой выделение тепла. Это классический принцип преобразования электромагнитной энергии в тепловую.
Индукционные нагреватели очень давно используются во многих областях производства. С их помощью можно делать закалку, бесконтактную сварку, и самое главное — точечный прогрев, а также плавление материалов.
Я покажу вам схему простого низковольтного индукционного нагревателя, которая уже стала классической.


Мы её ещё больше упростим эту схему и стабилитроны «D1, D2» не будем устанавливать.
Элементы, которые понадобятся:
1. Резисторы на 10 кОм – 2 шт.
2. Резисторы на 470 Ом – 2 шт.
3. Диоды Шоттки на 1 А – 2 шт. (Можно другие, главное на ток от 1 А и быстродейственные)
4. Полевые транзисторы IRF3205 – 2 шт. (можно взять любые другие мощные)
5. Индуктор «5+5» — 10 витком с отводом от середины. Чем толще провод, тем лучше. Мотал на деревянной круглой палке, сантиметра 3-4 в диаметре.
6. Дроссель – 25 витков на кольце из блока старого компьютера.
7. Конденсатор 0,47 мкФ. Лучше набирать емкость несколькими конденсаторами и на напряжение не ниже 600 Вольт. Я по началу взял на 400, в результате чего он начал греться, далее заменил его на составной из двух последовательно, но так не делают, просто под рукой больше не было.

Изготовление простой индукционный нагреватель 12 В


Собрал всю схему навесным монтажом, отделив колодкой индуктор от всей схемы. Конденсатор желательно располагать в непосредственной близости от выводов катушки. Не как у меня в этом примере в общем. Транзисторы установил на радиаторы. Запитал всю установку от аккумулятора 12 Вольт.


Работает отлично. Лезвие канцелярского ножа нагревает до красноты очень быстро. Рекомендую всем к повторению.
После замены конденсатора они больше не грелись. Транзисторы и сам индуктор греются, если работает постоянно. На небольшое время – не критично почти.

Когда перед человеком встает необходимость нагреть металлический объект, ему на ум обязательно приходит огонь. Огонь – старомодный, неэффективный и медленный способ нагреть металл. Он тратит львиную долю энергии на тепло, и от огня всегда идет дым. Как было бы здорово, если бы всех этих проблем можно было избежать.

Сегодня я покажу вам как собрать индукционный нагреватель своими руками с ZVS-драйвером. Это приспособление нагревает большинство металлов с помощью ZVS-драйвера и силы электромагнетизма. Такой нагреватель высокоэффективен, не производит дыма, а нагрев таких небольших металлических изделий, как, допустим, скрепка — вопрос нескольких секунд. Видео демонстрирует нагреватель в действии, но инструкция там представлена другая.

Шаг 1: Принцип работы



Многие из вас сейчас задаются вопросом – что такое этот ZVS-драйвер? Это высокоэффективный трансформатор, способный создавать мощное электромагнитное поле, нагревающее металл, основа нашего нагревателя.

Чтобы стало понятно, как работает наш прибор, я расскажу о ключевых моментах. Первый важный момент — источник питания 24 В. Напряжение должно быть 24В при максимальной силе тока 10А. У меня будут два свинцово-кислотных аккумулятора, соединенных последовательно. Они запитывают плату ZVS-драйвера. Трансформатор дает установившийся ток на спираль, внутрь которой помещается объект, который надо нагреть. Постоянное изменение направления тока создает переменное магнитное поле. Оно создает внутри металла вихревые токи, преимущественно высокой частоты. Из-за этих токов и низкого сопротивления металла выделяется тепло. Согласно закону Ома, сила тока, трансформируемая в тепло, в цепи с активным сопротивлением, будет P=I^2*R.

Очень важен металл, из которого состоит объект, который вы хотите нагреть. У сплавов на основе железа более высокая магнитная проницаемость, они могут использовать больше энергии магнитного поля. Из-за этого они быстрее нагреваются. Алюминий имеет низкую магнитную проницаемость и нагревается, соответственно, дольше. А предметы с высоким сопротивлением и низкой магнитной проницаемостью, например, палец, вообще не нагреются. Сопротивление материала очень важно. Чем выше сопротивление, тем слабее ток пройдет по материалу, и тем, соответственно, меньше выделится тепла. Чем ниже сопротивление, тем сильнее будет ток, и согласно закону Ома, меньше потеря напряжения. Это немного сложно, но из-за связи между сопротивлением и выдачей мощности, максимальная выдача мощности достигается, когда сопротивление равно 0.

Трансформатор ZVS самая сложная часть прибора, я объясню, как он работает. Когда ток включен, он идет через два индукционных дросселя к обоим концам спирали. Дроссели нужны, чтобы убедиться, что устройство не выдаст слишком сильный ток. Далее ток идет через 2 резистора 470 Ом на затворы МДП-транзисторов.

Из-за того, что идеальных компонентов не существует, один транзистор будет включаться раньше, чем другой. Когда это происходит, он принимает на себя весь входящий ток со второго транзистора. Он также будет коротить второй на землю. Из-за этого не только ток потечет через катушку в землю, но и через быстрый диод будет разряжаться затвор второго транзистора, тем самым блокируя его. Из-за того, что параллельно катушке подключен конденсатор, создается колебательный контур. Из-за возникшего резонанса, ток поменяет свое направление, напряжение упадет до 0В. В этот момент затвор первого транзистора разряжается через диод на затвор второго транзистора, блокируя его. Этот цикл повторяется тысячи раз за секунду.

Резистор 10К призван уменьшить избыточный заряд затвора транзистора, действуя как конденсатор, а зенеровский диод должен сохранять напряжение на затворах транзисторов 12В или ниже, чтобы они не взорвались. Этот трансформатор высокочастотный преобразователь напряжения позволяет нагреваться металлическим объектам.
Пришло время собрать нагреватель.

Шаг 2: Материалы


Для сборки нагревателя материалов нужно немного, и большую их часть, к счастью, можно найти бесплатно. Если вы видели где-то валяющуюся просто так электронно-лучевую трубку, сходите и заберите ее. В ней есть большая часть нужных для нагревателя деталей. Если вы хотите более качественных деталей, купите их в магазине электрозапчастей.

Вам понадобятся:

Шаг 3: Инструменты

Для этого проекта вам понадобятся:

Шаг 4: Охлаждение полевых транзисторов

В этом приборе транзисторы выключаются при напряжении 0 В, и нагреваются не очень сильно. Но если вы хотите, чтобы нагреватель работал дольше одной минуты, вам нужно отводить тепло от транзисторов. Я сделал обоим транзисторам один общий поглотитель тепла. Убедитесь, что металлические затворы не касаются поглотителя, иначе МДП-транзисторы закоротит и они взорвутся. Я использовал компьютерный теплоотвод, и на нем уже была полоса силиконового герметика. Чтобы проверить изоляцию, коснитесь мультиметром средней ножки каждого МДП-транзистора (затвора), если мультиметр запищал, то транзисторы не изолированы.

Шаг 5: Конденсаторная батарея

Конденсаторы очень сильно нагреваются из-за тока, постоянно проходящего через них. Нашему нагревателю нужна емкость конденсатора 0,47 мкФ. Поэтому нам нужно объединить все конденсаторы в блок, таким образом, мы получим требуемую емкость, а площадь рассеивания тепла увеличится. Номинальное напряжение конденсаторов должно быть выше 400 В, чтобы учесть пики индуктивного напряжения в резонансном контуре. Я сделал два кольца из медной проволоки, к которым припаял 10 конденсаторов 0,047 мкФ параллельно друг другу. Таким образом, я получил конденсаторную батарею совокупной емкостью 0,47 мкФ с отличным воздушным охлаждением. Я установлю ее параллельно рабочей спирали.

Шаг 6: Рабочая спираль



Это та часть прибора, в которой создается магнитное поле. Спираль сделана из медной проволоки – очень важно, чтобы была использована именно медь. Сначала я использовал для нагревания стальную спираль, и прибор работал не очень хорошо. Без рабочей нагрузки он потреблял 14 А! Для сравнения, после замены спирали на медную, прибор стал потреблять только 3 А. Я думаю, что в стальной спирали возникали вихревые токи из-за содержания железа, и она тоже подвергалась индукционному нагреву. Не уверен, что причина именно в этом, но это объяснение кажется мне наиболее логичным.

Для спирали возьмите медную проволоку большого сечения и сделайте 9 витков на отрезке ПВХ-трубы.

Шаг 7: Сборка цепи





Я сделал очень много проб и совершил много ошибок, пока правильно собрал цепь. Больше всего трудностей было с источником питания и со спиралью. Я взял 55А 12В импульсный блок питания. Я думаю, этот блок питания дал слишком высокий начальный ток на ZVS-драйвер, из-за чего взорвались МДП-транзисторы. Возможно, это исправили бы дополнительные индукторы, но я решил просто заменить блок питания на свинцово-кислотные аккумуляторы.
Потом я мучился с катушкой. Как я уже говорил, стальная катушка не подходила. Из-за высокого потребления тока стальной спиралью взорвались еще несколько транзисторов. В общей сложности у меня взорвались 6 транзисторов. Что ж, на ошибках учатся.

Я переделывал нагреватель множество раз, но здесь я расскажу, как собрал его самую удачную версию.

Шаг 8: Собираем прибор





Чтобы собрать ZVS-драйвер, вам нужно следовать приложенной схеме. Сначала я взял зенеровский диод и соединил с 10К резистором. Эту пару деталей можно сразу припаять между стоком и истоком МДП-транзистора. Убедитесь, что зенеровский диод смотрит на сток. Потом припаяйте МДП-транзисторы к макетной плате с контактными отверстиями. На нижней стороне макетной платы припаяйте два быстрых диода между затвором и стоком каждого из транзисторов.

Убедитесь, что белая линия смотрит на затвор (рис.2). Затем соедините плюс от вашего блока питания со стоками обоих транзисторов через 2 220 Ом резистора. Заземлите оба истока. Припаяйте рабочую спираль и конденсаторную батарею параллельно друг другу, затем припаяйте каждый из концов к разным затворам. Наконец, подведите ток к затворам транзисторов через 2 50 мкгн дросселя. У них может быть тороидальный сердечник с 10 витками проволоки. Теперь ваша схема готова к использованию.

Шаг 9: Установка на основание

Чтобы все части вашего индукционного нагревателя держались вместе, им нужно основание. Я взял для этого деревянный брусок 5*10 см. плата с электросхемой, конденсаторная батарея и рабочая спираль были приклеены на термоклей. Мне кажется, агрегат выглядит круто.

Шаг 10: Проверка работоспособности





Чтобы ваш нагреватель включился, просто подсоедините его к источнику питания. Потом поместите предмет, который вам нужно нагреть, в середину рабочей спирали. Он должен начать нагреваться. Мой нагреватель раскалил скрепку до красного свечения за 10 секунд. Предметы крупнее, как гвозди, нагревались примерно за 30 секунд. В процессе нагревания потребление тока выросло приблизительно на 2 А. Этот нагреватель можно использовать не только для развлечения.

После использования прибора не образуется сажи или дыма, он воздействует даже на изолированные металлические объекты, например, газопоглотители в вакуумных трубках. Также прибор безопасен для человека – с пальцем ничего не случится, если поместить его в центр рабочей спирали. Однако, можно обжечься о предмет, который был нагрет.

Спасибо за чтение!

Чтоб нагреть до красна или даже расплавить небольшой металлический предмет в домашних условиях, совсем не обязательно раскочегаривать печку и переводить топливо — современные технологии позволяют для этого задействовать токи высокой частоты (ТВЧ). И простейшей (и самый распространённой) схемой индукционного нагревателя металлов будет мультивибратор на полевых транзисторах. По крайней мере эти модули с китайских сайтов собирают как раз . Далее смотрите 2 модели, отличающиеся мощностью и, конечно, ценой.

ZVS50 — модуль индукционного нагрева начального уровня, питание модуля допустимо даже от батарей с напряжением до 12 вольт, то есть как от автономного питания, так и от сетевого БП. Цена на www.banggood.com примерно $8.

  • Входное напряжение: 5-12 В
  • Размеры платы: 5,5 х 4 х 2 см
  • Размер катушки: длина 2.8, диаметр 2 см

ZVS1000 — модуль индукционного нагрева металлов токами высокой частоты, с мощностью до 1000w. Средняя цена $35.

Данный блок индукционного нагрева использует источник питания постоянного тока 12-48 В, максимальный ток 20 А, максимальная мощность 1000 Ватт. Может быть использован для обработки мелких деталей: закалка, отжиг и другая термической обработка. Также может быть использован с тиглем, чтоб плавить золото, серебро, медь, алюминий и другие металлы. Быстрый и равномерный нагрев, что очень удобно для ювелиров.

  • Внутренний диаметр катушки: 40 мм
  • Высота катушки: 50 мм
  • При 48 В без нагрузки ток 5 А

Чем выше напряжение, тем больше ток нагрева, а значит и мощность передаваемая в металл. Катушка может принять внутрь 40 мм тигель. Использовать устройство надо с блоками питания соответствующей мощности и поставить на радиатор кулер охлаждения.

Размер объекта, что нагревается внутри индукционной катушки не может превышать 1/4 объема, иначе может произойти перегрузка и сгорание схемы. Хотя эта схема может временно выдержать 30 А — для долгосрочной работы ток не должен превышать 20 А для безопасной работы.

Схемы индукционного нагрева воды на 13009 транзисторах. Простой индукционный нагреватель

Простой индукционный нагреватель состоит мощного генератора высокой частоты и низкоомной катушки-контура, которая является нагрузкой генератора.

Генератор с самовозбуждением генерирует импульсы на основании резонансной частоты контура. В результате в катушке возникает мощное переменное электромагнитное поле частотой порядка 35 кГц.
Если в центр этой катушки поместить сердечник из токопроводящего материала, то внутри него возникнет электромагнитная индукция. В результате частой смены эта индукция вызовет в сердечнике вихревые токи, которые в свою очередь повлекут за собой выделение тепла. Это классический принцип преобразования электромагнитной энергии в тепловую.
Индукционные нагреватели очень давно используются во многих областях производства. С их помощью можно делать закалку, бесконтактную сварку, и самое главное — точечный прогрев, а также плавление материалов.
Я покажу вам схему простого низковольтного индукционного нагревателя, которая уже стала классической.


Мы её ещё больше упростим эту схему и стабилитроны «D1, D2» не будем устанавливать.
Элементы, которые понадобятся:
1. Резисторы на 10 кОм – 2 шт.
2. Резисторы на 470 Ом – 2 шт.
3. Диоды Шоттки на 1 А – 2 шт. (Можно другие, главное на ток от 1 А и быстродейственные)
4. Полевые транзисторы IRF3205 – 2 шт. (можно взять любые другие мощные)
5. Индуктор «5+5» — 10 витком с отводом от середины. Чем толще провод, тем лучше. Мотал на деревянной круглой палке, сантиметра 3-4 в диаметре.
6. Дроссель – 25 витков на кольце из блока старого компьютера.
7. Конденсатор 0,47 мкФ. Лучше набирать емкость несколькими конденсаторами и на напряжение не ниже 600 Вольт. Я по началу взял на 400, в результате чего он начал греться, далее заменил его на составной из двух последовательно, но так не делают, просто под рукой больше не было.

Изготовление простой индукционный нагреватель 12 В


Собрал всю схему навесным монтажом, отделив колодкой индуктор от всей схемы. Конденсатор желательно располагать в непосредственной близости от выводов катушки. Не как у меня в этом примере в общем. Транзисторы установил на радиаторы. Запитал всю установку от аккумулятора 12 Вольт.


Работает отлично. Лезвие канцелярского ножа нагревает до красноты очень быстро. Рекомендую всем к повторению.
После замены конденсатора они больше не грелись. Транзисторы и сам индуктор греются, если работает постоянно. На небольшое время – не критично почти.

Когда перед человеком встает необходимость нагреть металлический объект, ему на ум обязательно приходит огонь. Огонь – старомодный, неэффективный и медленный способ нагреть металл. Он тратит львиную долю энергии на тепло, и от огня всегда идет дым. Как было бы здорово, если бы всех этих проблем можно было избежать.

Сегодня я покажу вам как собрать индукционный нагреватель своими руками с ZVS-драйвером. Это приспособление нагревает большинство металлов с помощью ZVS-драйвера и силы электромагнетизма. Такой нагреватель высокоэффективен, не производит дыма, а нагрев таких небольших металлических изделий, как, допустим, скрепка — вопрос нескольких секунд. Видео демонстрирует нагреватель в действии, но инструкция там представлена другая.

Шаг 1: Принцип работы



Многие из вас сейчас задаются вопросом – что такое этот ZVS-драйвер? Это высокоэффективный трансформатор, способный создавать мощное электромагнитное поле, нагревающее металл, основа нашего нагревателя.2*R.

Очень важен металл, из которого состоит объект, который вы хотите нагреть. У сплавов на основе железа более высокая магнитная проницаемость, они могут использовать больше энергии магнитного поля. Из-за этого они быстрее нагреваются. Алюминий имеет низкую магнитную проницаемость и нагревается, соответственно, дольше. А предметы с высоким сопротивлением и низкой магнитной проницаемостью, например, палец, вообще не нагреются. Сопротивление материала очень важно. Чем выше сопротивление, тем слабее ток пройдет по материалу, и тем, соответственно, меньше выделится тепла. Чем ниже сопротивление, тем сильнее будет ток, и согласно закону Ома, меньше потеря напряжения. Это немного сложно, но из-за связи между сопротивлением и выдачей мощности, максимальная выдача мощности достигается, когда сопротивление равно 0.

Трансформатор ZVS самая сложная часть прибора, я объясню, как он работает. Когда ток включен, он идет через два индукционных дросселя к обоим концам спирали. Дроссели нужны, чтобы убедиться, что устройство не выдаст слишком сильный ток. Далее ток идет через 2 резистора 470 Ом на затворы МДП-транзисторов.

Из-за того, что идеальных компонентов не существует, один транзистор будет включаться раньше, чем другой. Когда это происходит, он принимает на себя весь входящий ток со второго транзистора. Он также будет коротить второй на землю. Из-за этого не только ток потечет через катушку в землю, но и через быстрый диод будет разряжаться затвор второго транзистора, тем самым блокируя его. Из-за того, что параллельно катушке подключен конденсатор, создается колебательный контур. Из-за возникшего резонанса, ток поменяет свое направление, напряжение упадет до 0В. В этот момент затвор первого транзистора разряжается через диод на затвор второго транзистора, блокируя его. Этот цикл повторяется тысячи раз за секунду.

Резистор 10К призван уменьшить избыточный заряд затвора транзистора, действуя как конденсатор, а зенеровский диод должен сохранять напряжение на затворах транзисторов 12В или ниже, чтобы они не взорвались. Этот трансформатор высокочастотный преобразователь напряжения позволяет нагреваться металлическим объектам.
Пришло время собрать нагреватель.

Шаг 2: Материалы


Для сборки нагревателя материалов нужно немного, и большую их часть, к счастью, можно найти бесплатно. Если вы видели где-то валяющуюся просто так электронно-лучевую трубку, сходите и заберите ее. В ней есть большая часть нужных для нагревателя деталей. Если вы хотите более качественных деталей, купите их в магазине электрозапчастей.

Вам понадобятся:

Шаг 3: Инструменты

Для этого проекта вам понадобятся:

Шаг 4: Охлаждение полевых транзисторов

В этом приборе транзисторы выключаются при напряжении 0 В, и нагреваются не очень сильно. Но если вы хотите, чтобы нагреватель работал дольше одной минуты, вам нужно отводить тепло от транзисторов. Я сделал обоим транзисторам один общий поглотитель тепла. Убедитесь, что металлические затворы не касаются поглотителя, иначе МДП-транзисторы закоротит и они взорвутся. Я использовал компьютерный теплоотвод, и на нем уже была полоса силиконового герметика. Чтобы проверить изоляцию, коснитесь мультиметром средней ножки каждого МДП-транзистора (затвора), если мультиметр запищал, то транзисторы не изолированы.

Шаг 5: Конденсаторная батарея

Конденсаторы очень сильно нагреваются из-за тока, постоянно проходящего через них. Нашему нагревателю нужна емкость конденсатора 0,47 мкФ. Поэтому нам нужно объединить все конденсаторы в блок, таким образом, мы получим требуемую емкость, а площадь рассеивания тепла увеличится. Номинальное напряжение конденсаторов должно быть выше 400 В, чтобы учесть пики индуктивного напряжения в резонансном контуре. Я сделал два кольца из медной проволоки, к которым припаял 10 конденсаторов 0,047 мкФ параллельно друг другу. Таким образом, я получил конденсаторную батарею совокупной емкостью 0,47 мкФ с отличным воздушным охлаждением. Я установлю ее параллельно рабочей спирали.

Шаг 6: Рабочая спираль



Это та часть прибора, в которой создается магнитное поле. Спираль сделана из медной проволоки – очень важно, чтобы была использована именно медь. Сначала я использовал для нагревания стальную спираль, и прибор работал не очень хорошо. Без рабочей нагрузки он потреблял 14 А! Для сравнения, после замены спирали на медную, прибор стал потреблять только 3 А. Я думаю, что в стальной спирали возникали вихревые токи из-за содержания железа, и она тоже подвергалась индукционному нагреву. Не уверен, что причина именно в этом, но это объяснение кажется мне наиболее логичным.

Для спирали возьмите медную проволоку большого сечения и сделайте 9 витков на отрезке ПВХ-трубы.

Шаг 7: Сборка цепи





Я сделал очень много проб и совершил много ошибок, пока правильно собрал цепь. Больше всего трудностей было с источником питания и со спиралью. Я взял 55А 12В импульсный блок питания. Я думаю, этот блок питания дал слишком высокий начальный ток на ZVS-драйвер, из-за чего взорвались МДП-транзисторы. Возможно, это исправили бы дополнительные индукторы, но я решил просто заменить блок питания на свинцово-кислотные аккумуляторы.
Потом я мучился с катушкой. Как я уже говорил, стальная катушка не подходила. Из-за высокого потребления тока стальной спиралью взорвались еще несколько транзисторов. В общей сложности у меня взорвались 6 транзисторов. Что ж, на ошибках учатся.

Я переделывал нагреватель множество раз, но здесь я расскажу, как собрал его самую удачную версию.

Шаг 8: Собираем прибор





Чтобы собрать ZVS-драйвер, вам нужно следовать приложенной схеме. Сначала я взял зенеровский диод и соединил с 10К резистором. Эту пару деталей можно сразу припаять между стоком и истоком МДП-транзистора. Убедитесь, что зенеровский диод смотрит на сток. Потом припаяйте МДП-транзисторы к макетной плате с контактными отверстиями. На нижней стороне макетной платы припаяйте два быстрых диода между затвором и стоком каждого из транзисторов.

Убедитесь, что белая линия смотрит на затвор (рис.2). Затем соедините плюс от вашего блока питания со стоками обоих транзисторов через 2 220 Ом резистора. Заземлите оба истока. Припаяйте рабочую спираль и конденсаторную батарею параллельно друг другу, затем припаяйте каждый из концов к разным затворам. Наконец, подведите ток к затворам транзисторов через 2 50 мкгн дросселя. У них может быть тороидальный сердечник с 10 витками проволоки. Теперь ваша схема готова к использованию.

Шаг 9: Установка на основание

Чтобы все части вашего индукционного нагревателя держались вместе, им нужно основание. Я взял для этого деревянный брусок 5*10 см. плата с электросхемой, конденсаторная батарея и рабочая спираль были приклеены на термоклей. Мне кажется, агрегат выглядит круто.

Шаг 10: Проверка работоспособности





Чтобы ваш нагреватель включился, просто подсоедините его к источнику питания. Потом поместите предмет, который вам нужно нагреть, в середину рабочей спирали. Он должен начать нагреваться. Мой нагреватель раскалил скрепку до красного свечения за 10 секунд. Предметы крупнее, как гвозди, нагревались примерно за 30 секунд. В процессе нагревания потребление тока выросло приблизительно на 2 А. Этот нагреватель можно использовать не только для развлечения.

После использования прибора не образуется сажи или дыма, он воздействует даже на изолированные металлические объекты, например, газопоглотители в вакуумных трубках. Также прибор безопасен для человека – с пальцем ничего не случится, если поместить его в центр рабочей спирали. Однако, можно обжечься о предмет, который был нагрет.

Спасибо за чтение!

Индукционные отопительные котлы – это приборы, которые отличаются очень высоким КПД. Они позволяют заметно снизить затраты на электроэнергию по сравнению с традиционными приборами, оборудованными ТЭНами.

Модели промышленного производства недешевы. Однако сделать индукционный нагреватель своими руками сможет любой домашний мастер, владеющий нехитрым набором инструментов. Ему в помощь мы предлагаем подробное описание принципа действия и сборки эффективного обогревателя.

Индукционный нагрев невозможен без использования трех основных элементов:

Индуктор представляет собой катушку, обычно выполненную из медной проволоки, с ее помощью генерируют магнитное поле. Генератор переменного тока используют для получения высокочастотного потока из стандартного потока домашней электросети с частотой 50 Гц.

В качестве нагревательного элемента применяется металлический предмет, способный поглощать тепловую энергию под воздействием магнитного поля. Если правильно соединить эти элементы, можно получить высокопроизводительный прибор, который прекрасно подходит для подогрева жидкого теплоносителя и .

С помощью генератора электрический ток с необходимыми характеристиками подается на индуктор, т.е. на медную катушку. При прохождении через нее поток заряженных частиц формирует магнитное поле.

Принцип действия индукционных нагревателей основан на возникновении электротоков внутри проводников, появляющихся под воздействием магнитных полей

Особенность поля состоит в том, что оно обладает способностью на высоких частотах изменять направление электромагнитных волн. Если в это поле поместить какой-нибудь металлический предмет, он начнет нагреваться без непосредственного контакта с индуктором под воздействием созданных вихревых токов.

Высокочастотный электрический ток, поступающий от инвертора к индукционной катушке, создает магнитное поле с постоянно изменяющимся вектором магнитных волн. Помещенный в это поле металл быстро разогревается

Отсутствие контакта позволяет сделать потери энергии при переходе из одного вида в другой ничтожными, чем и объясняется повышенный КПД индукционных котлов.

Чтобы подогреть воду для отопительного контура, достаточно обеспечить ее контакт с металлическим нагревателем. Часто в качестве нагревательного элемента используют металлическую трубу, через которую просто пропускают поток воды. Вода попутно охлаждает нагреватель, что значительно увеличивает срок его службы.

Электромагнит индукционного прибора получают путем намотки проволоки вокруг сердечника из ферромагнита. Полученная в результате катушка индукции разогревается и передает тепло нагреваемому телу или протекающему рядом теплоносителю через теплообменник

Преимущества и недостатки прибора

“Плюсов” у вихревого индукционного нагревателя великое множество. Это простая для самостоятельного изготовления схема, повышенная надежность, высокий КПД, относительно низкие затраты на электроэнергию, длительный срок эксплуатации, малая вероятность возникновения поломок и т.п.

Производительность прибора может быть значительной, агрегаты этого типа успешно используются в металлургической промышленности. По скорости нагрева теплоносителя устройства этого типа уверенно соперничают с традиционными электрическими котлами, температура воды в системе быстро достигает необходимого уровня.

Во время функционирования индукционного котла нагреватель слегка вибрирует. Эта вибрация стряхивает со стенок металлической трубы известковый осадок и другие возможные загрязнения, поэтому в очистке такой прибор нуждается крайне редко. Конечно, отопительную систему следует защитить от этих загрязнений с помощью механического фильтра.

Индукционная катушка нагревает металл (трубу или куски проволоки), помещенные внутри нее, с помощью высокочастотных вихревых токов, контакт не обязателен

Постоянный контакт с водой сводит к минимуму и вероятность перегорания нагревателя, что является довольно частой проблемой для традиционных котлов с ТЭНами. Несмотря на вибрацию, котел работает исключительно тихо, дополнительная шумоизоляция в месте установки прибора не понадобится.

Еще индукционные котлы хороши тем, что они практически никогда не протекают, если только монтаж системы выполнен правильно. Это очень ценное качество для , так как исключает или значительно сокращает вероятность возникновения опасных ситуаций.

Отсутствие протечек обусловлено бесконтактным способом передачи тепловой энергии нагревателю. Теплоноситель с помощью описанной выше технологии можно разогреть чуть ли не до парообразного состояния.

Это обеспечивает достаточную тепловую конвекцию, чтобы стимулировать эффективное перемещение теплоносителя по трубам. В большинстве случаев отопительную систему не придется оборудовать циркуляционным насосом, хотя все зависит от особенностей и схемы конкретной системы отопления.

Выводы и полезное видео по теме

Ролик #1. Обзор принципов индукционного нагрева:

Ролик #2. Интересный вариант изготовления индукционного нагревателя:

Для установки индукционного нагревателя не нужно получать разрешение контролирующих органов, промышленные модели таких устройств вполне безопасны, они подходят и для частного дома, и для обычной квартиры. Но владельцам самодельных агрегатов не следует забывать о технике безопасности.

Чтоб нагреть до красна или даже расплавить небольшой металлический предмет в домашних условиях, совсем не обязательно раскочегаривать печку и переводить топливо — современные технологии позволяют для этого задействовать токи высокой частоты (ТВЧ). И простейшей (и самый распространённой) схемой индукционного нагревателя металлов будет мультивибратор на полевых транзисторах. По крайней мере эти модули с китайских сайтов собирают как раз . Далее смотрите 2 модели, отличающиеся мощностью и, конечно, ценой.

ZVS50 — модуль индукционного нагрева начального уровня, питание модуля допустимо даже от батарей с напряжением до 12 вольт, то есть как от автономного питания, так и от сетевого БП. Цена на www.banggood.com примерно $8.

  • Входное напряжение: 5-12 В
  • Размеры платы: 5,5 х 4 х 2 см
  • Размер катушки: длина 2.8, диаметр 2 см

ZVS1000 — модуль индукционного нагрева металлов токами высокой частоты, с мощностью до 1000w. Средняя цена $35.

Данный блок индукционного нагрева использует источник питания постоянного тока 12-48 В, максимальный ток 20 А, максимальная мощность 1000 Ватт. Может быть использован для обработки мелких деталей: закалка, отжиг и другая термической обработка. Также может быть использован с тиглем, чтоб плавить золото, серебро, медь, алюминий и другие металлы. Быстрый и равномерный нагрев, что очень удобно для ювелиров.

  • Внутренний диаметр катушки: 40 мм
  • Высота катушки: 50 мм
  • При 48 В без нагрузки ток 5 А

Чем выше напряжение, тем больше ток нагрева, а значит и мощность передаваемая в металл. Катушка может принять внутрь 40 мм тигель. Использовать устройство надо с блоками питания соответствующей мощности и поставить на радиатор кулер охлаждения.

Размер объекта, что нагревается внутри индукционной катушки не может превышать 1/4 объема, иначе может произойти перегрузка и сгорание схемы. Хотя эта схема может временно выдержать 30 А — для долгосрочной работы ток не должен превышать 20 А для безопасной работы.

Схема индукционного нагревателя на 500 Ватт, который можно сделать своими руками! В интернете множество подобных схем, но интерес к ним пропадает, так как в основном они или не работают или работают но не так как хотелось бы. Данная схема индукционного нагревателя полностью рабочая, проверенная, а главное, не сложная, думаю вы оцените!

Компоненты и катушка:

Рабочая катушка содержит 5 витков, для намотки была использована медная трубка диаметром около 1 см, но можно и меньше. Такой диаметр был выбран не случайно, через трубку подаётся вода для охлаждения катушки и транзисторов.

Транзисторы ставил IRFP150 так как IRFP250 под рукой не оказалось. Конденсаторы плёночные 0,27 мкФ 160 вольт, но можно поставить 0,33 мкФ и выше, если первые найти не получится. Обратите внимание, что схему можно питать напряжением до 60 вольт, но в этом случае, рекомендуется ставить конденсаторы на напряжение 250 вольт. Если схема будет питаться напряжением до 30 вольт, то на 150 вполне хватит!

Стабилитроны можно ставить любые на 12-15 вольт от 1 Ватт, например 1N5349 и им подобные. Диоды можно использовать UF4007 и ему подобные. Резисторы 470 Ом от 2-х Ватт.

Немного фотографий:


За место радиаторов, были использованы медные пластины, которые припаиваются прямо к трубке, так как в данной конструкции используется водное охлаждение. На мой взгляд это самое эффективное охлаждение, потому что транзисторы греются хорошо и ни какие вентиляторы и супер радиаторы не спасут их от перегрева!


Охлаждающие пластины на плате расположены таким образом, что бы трубка катушки проходила через них. Пластины и трубку нужно припаять между собой, для этого я использовал газовую горелку и большой паяльник для пайки автомобильных радиаторов.


Конденсаторы расположены на двух стороннем текстолите, плата припаивается так же к трубке катушки на прямую, для лучшего охлаждения.


Дроссели намотаны на ферритовых кольцах, лично я достал их из компьютерного блока питания, провод использовался медных в изоляции.

Индукционный нагреватель получился достаточно мощным, латунь и алюминий плавит очень легко, железные детали тоже плавит, но немного медленнее. Так как я использовал транзисторы IRFP150 то по параметрам, схему можно питать напряжением до 30 вольт, поэтому мощность ограничивается только этим фактором. Так что всё таки советую использовать IRFP250.

На этом всё! Ниже оставлю видео работы индукционного нагревателя и список деталей, которые можно купить на AliExpress по очень низкой цене!

Купить детали на Алиэкспресс:

  • Купить Транзисторы IRFP250
  • Купить Диоды UF4007
  • Купить Конденсаторы 0,33uf-275v

Простейший индукционный нагреватель своими руками

=

Недавно возникла необходимость создать небольшой индукционный нагреватель своими руками. Бродя по просторам интернета, нашел несколько схем индукционных нагревателей. Многие схемы не устраивали из-за довольно сложной обвязки, некоторые не работали, но попадались и рабочие варианты.

Несколько дней назад пришел к выводу, что индукционный нагреватель можно сделать из электронного трансформатора с минимальными затратами.

Принцип индукционного нагрева заключается в воздействии на металл токами Фуко. Такой нагреватель активно применяется в самых разных сферах науки и техники. По идее токам Фуко безразличны виды и свойства металлов, поэтому индуктор может подогреть или расплавить абсолютно любой металл.

Электронный трансформатор — импульсный блок питания, на базе которого построен наш нагреватель. Это простой полумостовой инвертор, построенный на двух мощный биполярных транзисторах серии MJE13007, которые жутко перегреваются в ходе работы, поэтому им нужен очень хороший теплоотвод.

Для начала с электронного трансформатора нужно выпаять основной трансформатор. Своего рода индуктор мы изготовим на базе ферритовой чашки. Для этого берем чашку 2000НМ (размер чашки особо не важен, но желательно побольше). На каркасе мотаем 100 витков проводом 0,5 мм, с кончиков проводов снимаем лаковое покрытие и залужаем. Затем концы проводов запаиваем на место штатного импульсного трансформатора — все готово!



Получился довольно мощный самодельный индукционный нагреватель (КПД не более 65%), на основе которого, можно собрать даже небольшую индукционную печку. Если взять кусок металла и приблизить этот металл к центру катушки, то через несколько секунд металл нагреется. Таким нагревателем можно плавить провода с диаметром 1,5 мм — мне это удалось всего за 20 секунд, но при этом высоковольтные транзисторы ЭТ так нагрелись, что на них можно было яичницу жарить!

В ходе работы, возможно, будет нужда дополнительного охлаждения для теплоотводов, поскольку опыт показал, что теплоотвод попросту не успевает отводить тепло с транзисторов.

Основа работы такого инвертора довольно проста. Сама схема индукционного нагревателя удобна тем, что не требует никакой настройки (в более сложных схемах часто возникает необходимость подгонки схемы в частоту резонанса, точный расчет количества витков и диаметра провода контура, а также подсчет контурного конденсатора, а тут всего этого нет и схема работает сразу).

Напряжение сети (220 Вольт) сначала выпрямляется диодным выпрямителем, затем поступает на схему. Частоту задает динистор (диак) марки DB3. Сама схема не имеет никаких защит, только ограничивающий резистор на входе питания, который якобы должен работать в качестве сетевого предохранителя, но при малейшей проблеме в первую очередь вылетают транзисторы. Надежность схемы индукционного нагревателя можно поднять, заменив диоды в выпрямителе более мощными, добавив сетевой фильтр на вход схемы и заменив силовые транзисторы на более мощные, скажем на MJE13009.

Вообще не советую включать такой нагреватель на долгое время, если не имеется активного охлаждения, иначе каждые 5 минут будете вынуждены менять транзисторы.

=

2 простые схемы индукционного нагревателя — плиты конфорок

В этом посте мы узнаем о 2 простых в сборке схемах индукционного нагревателя, которые работают с принципами высокочастотной магнитной индукции для генерирования значительного количества тепла на небольшом заданном радиусе.


Обсуждаемые схемы индукционных плит действительно просты и используют всего несколько активных и пассивных обычных компонентов для требуемых действий.


Обновлять: Вы также можете узнать, как создать свою собственную варочную панель с индукционным нагревателем:
Проектирование схемы индукционного нагревателя — Учебное пособие




Принцип работы индукционного нагревателя

Индукционный нагреватель — это устройство, которое использует высокочастотное магнитное поле для нагрева железной нагрузки или любого ферромагнитного металла с помощью вихревого тока.

Во время этого процесса электроны внутри железа не могут двигаться со скоростью, соответствующей частоте, и это приводит к возникновению обратного тока в металле, называемого вихревым током. Это развитие сильного вихревого тока в конечном итоге вызывает нагрев железа.


Вырабатываемое тепло пропорционально текущийдва Икс сопротивление металла. Поскольку предполагается, что металл нагрузки состоит из железа, мы рассматриваем сопротивление R металлического железа.

Тепло = Iдваx R (железо)

Удельное сопротивление железа: 97 нОм · м.

Вышеупомянутое тепло также прямо пропорционально индуцированной частоте, и поэтому обычные штампованные трансформаторы из железа не используются в устройствах переключения высокой частоты, вместо этого в качестве сердечников используются ферритовые материалы.

Однако здесь вышеупомянутый недостаток используется для получения тепла от высокочастотной магнитной индукции.

Обращаясь к предлагаемым ниже схемам индукционного нагревателя, мы находим концепцию, использующую ZVS или технологию переключения при нулевом напряжении для требуемого запуска полевых МОП-транзисторов.

Технология обеспечивает минимальный нагрев устройств, что делает работу очень эффективной и действенной.

Кроме того, цепь, являющаяся саморезонансной по своей природе, автоматически настраивается на резонансную частоту присоединенной катушки и конденсатора, вполне идентичных цепи с резервуаром.

Использование осциллятора Ройера

В схеме в основном используется генератор Ройера, который отличается простотой и саморезонансным принципом работы.

Функционирование схемы можно понять по следующим пунктам:

  1. При включении питания положительный ток начинает течь от двух половин рабочей катушки к стокам МОП-транзисторов.
  2. В то же время напряжение питания также достигает ворот МОП-транзисторов, включая их.
  3. Однако из-за того, что никакие два МОП-транзистора или какие-либо электронные устройства не могут иметь точно одинаковые характеристики проводимости, оба МОП-транзистора не включаются вместе, а один из них включается первым.
  4. Представим, что сначала включается T1. Когда это происходит, из-за сильного тока, протекающего через T1, его напряжение стока имеет тенденцию падать до нуля, что, в свою очередь, высасывает напряжение затвора другого МОП-транзистора T2 через присоединенный диод Шоттки.
  5. Здесь может показаться, что T1 может продолжать вести себя и разрушать себя.
  6. Однако именно в этот момент включается контур резервуара L1C1, который играет решающую роль. Внезапное проведение T1 вызывает скачок и коллапс синусоидального импульса на стоке T2. Когда синусоидальный импульс схлопывается, он снижает напряжение затвора T1 и отключает его. Это приводит к повышению напряжения на стоке T1, что позволяет восстановить напряжение затвора для T2. Теперь настала очередь Т2 проводить, Т2 теперь проводит, вызывая повторение, подобное тому, которое произошло для Т1.
  7. Этот цикл теперь продолжается быстро, заставляя контур колебаться на резонансной частоте контура резервуара LC. Резонанс автоматически настраивается на оптимальную точку в зависимости от того, насколько хорошо совпадают значения LC.

Однако основным недостатком конструкции является то, что в качестве трансформатора используется катушка с отводом по центру, что немного усложняет реализацию обмотки. Однако центральный отвод обеспечивает эффективный двухтактный эффект через катушку всего с помощью пары активных устройств, таких как МОП.

Как видно, через затвор / исток каждого МОП-транзистора подключены диоды с быстрым восстановлением или высокоскоростным переключением.

Эти диоды выполняют важную функцию разряда емкости затвора соответствующих МОП-транзисторов во время их непроводящих состояний, тем самым делая операцию переключения мгновенной и быстрой.

Как работает ZVS

Как мы уже говорили ранее, эта схема индукционного нагревателя работает по технологии ZVS.

ZVS означает переключение при нулевом напряжении, что означает, что МОП-транзисторы в цепи включаются, когда на их стоках присутствует минимальная или величина тока, или нулевой ток, мы уже узнали об этом из приведенного выше объяснения.

Это фактически помогает МОП-транзисторам безопасно включаться, и, таким образом, эта функция становится очень выгодной для устройств.

Эту особенность можно сравнить с проводимостью при переходе через ноль симисторов в цепях переменного тока.

Из-за этого свойства МОП-транзисторы в таких саморезонансных цепях ZVS требуют гораздо меньших радиаторов и могут работать даже с массивными нагрузками до 1 кВА.

Частота контура, являясь резонансной по своей природе, напрямую зависит от индуктивности рабочей катушки L1 и конденсатора C1.

Частоту можно рассчитать по следующей формуле:

ж = 1 / (2π * √ [ L * C] )

Где ж — частота, рассчитанная в Герцах.
L — индуктивность основной нагревательной катушки L1, представленная в Генри.
и C — емкость конденсатора C1 в Фарадах.

МОП-транзисторы

Вы можете использовать IRF540 как МОП-транзисторы, рассчитанные на хорошие 110 В, 33 ампера. Для них можно использовать радиаторы, хотя выделяемое тепло не вызывает беспокойства, но все же лучше укрепить их на теплопоглощающих металлах. Однако можно использовать любые другие МОП-транзисторы с соответствующим номиналом, для этого нет никаких особых ограничений.

Индуктор или индукторы, связанные с основной катушкой нагревателя (рабочей катушкой), представляют собой своего рода дроссель, который помогает исключить любое возможное попадание высокочастотного содержимого в источник питания, а также для ограничения тока до безопасных пределов.

Значение этого индуктора должно быть намного выше по сравнению с рабочей катушкой. 2 мГн обычно вполне достаточно для этой цели. Однако он должен быть построен с использованием проводов большого сечения, чтобы обеспечить безопасное прохождение через него большого диапазона тока.

Цепь танка

C1 и L1 составляют здесь контур резервуара для предполагаемой фиксации на высокой резонансной частоте. Опять же, они тоже должны быть рассчитаны на то, чтобы выдерживать высокие значения тока и тепла.

Здесь мы видим использование металлизированных полипропиленовых конденсаторов 330 нФ / 400 В.

1) Мощный индукционный нагреватель с использованием концепции драйвера Mazzilli

Первая конструкция, описанная ниже, представляет собой высокоэффективную индукционную концепцию ZVS, основанную на популярной теории драйверов Мазилли.

Он использует одну рабочую катушку и две катушки ограничителя тока. Конфигурация исключает необходимость в центральном отводе от основной рабочей катушки, что делает систему чрезвычайно эффективной и обеспечивает быстрый нагрев нагрузки огромных размеров. Нагревательная спираль нагревает нагрузку за счет двухтактного действия полного моста.

Модуль действительно доступен в Интернете и может быть легко куплен по очень разумной цене.

Принципиальную схему этой конструкции можно увидеть ниже:

Исходную диаграмму можно увидеть на следующем изображении:

Принцип работы — та же технология ZVS с использованием двух полевых МОП-транзисторов высокой мощности. Вход питания может быть от 5 В до 12 В, а сила тока от 5 до 20 А в зависимости от используемой нагрузки.

Выходная мощность

Выходная мощность вышеуказанной конструкции может достигать 1200 Вт, когда входное напряжение повышается до 48 В, а ток — до 25 ампер.

На этом уровне тепла, выделяемого рабочей катушкой, может быть достаточно, чтобы расплавить болт толщиной 1 см в течение минуты.

Размеры рабочей катушки

Видео Демонстрация

https://youtu.be/WvV0m8iA6bM

2) Индукционный нагреватель с рабочей катушкой с центральным отводом

Эта вторая концепция также представляет собой индукционный нагреватель ZVS, но использует центральную бифуркацию для рабочей катушки, которая может быть немного менее эффективной по сравнению с предыдущей конструкцией. L1, который является наиболее важным элементом всей схемы. Он должен быть построен с использованием очень толстых медных проводов, чтобы выдерживать высокие температуры во время индукционных операций.

Конденсатор, как описано выше, в идеале должен быть подключен как можно ближе к клеммам L1. Это важно для поддержания резонансной частоты на указанной частоте 200 кГц.

Характеристики первичной рабочей катушки

Для катушки индукционного нагревателя L1 можно намотать множество медных проводов диаметром 1 мм параллельно или бифилярно, чтобы более эффективно рассеивать ток, вызывая меньшее тепловыделение в катушке.

Даже после этого катушка может подвергнуться сильному нагреву и деформироваться из-за этого, поэтому можно попробовать альтернативный метод намотки.

В этом методе мы наматываем его в виде двух отдельных катушек, соединенных в центре для получения необходимого центрального отвода.

В этом методе можно попробовать использовать меньшие витки для уменьшения импеданса катушки и, в свою очередь, увеличения ее способности выдерживать ток.

Емкость для этого устройства, напротив, может быть увеличена, чтобы пропорционально понизить резонансную частоту.

Конденсаторы бака:

Всего 330 нФ x 6 можно использовать для получения чистой емкости приблизительно 2 мкФ.

Как прикрепить конденсатор к индукционной катушке

На следующем изображении показан точный метод подключения конденсаторов параллельно концевым выводам медной катушки, предпочтительно через печатную плату правильного размера.

Перечень деталей для указанной выше цепи индукционного нагревателя или цепи индукционной нагревательной плиты

  • R1, R2 = 330 Ом 1/2 Вт
  • D1, D2 = FR107 или BA159
  • Т1, Т2 = IRF540
  • C1 = 10,000 мкФ / 25 В
  • C2 = 2 мкФ / 400 В, полученный путем параллельного подсоединения указанных ниже конденсаторов на 6 нОс 330 нФ / 400 В
  • D3 —- D6 = 25 ампер диодов
  • IC1 = 7812
  • L1 = 2 мм латунная трубка, намотанная, как показано на следующих рисунках, диаметр может быть около 30 мм (внутренний диаметр катушек).
  • L2 = 2 мГн дроссель, сделанный путем наматывания магнитного провода диаметром 2 мм на любой подходящий ферритовый стержень.
  • TR1 = 0-15 В / 20 ампер
  • ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ: Используйте стабилизированный источник питания постоянного тока 15 В, 20 А.
Использование транзисторов BC547 вместо быстродействующих диодов

На приведенной выше схеме индукционного нагревателя мы видим затворы полевых МОП-транзисторов, состоящих из диодов с быстрым восстановлением, которые может быть трудно получить в некоторых частях страны.

Простая альтернатива этому может быть в виде транзисторов BC547, подключенных вместо диодов, как показано на следующей схеме.

Транзисторы будут выполнять ту же функцию, что и диоды, поскольку BC547 может хорошо работать на частотах около 1 МГц.

Еще один простой дизайн своими руками

На следующей схеме показана еще одна простая конструкция, аналогичная приведенной выше, которую можно быстро построить дома для реализации индивидуальной системы индукционного нагрева.

Список деталей

  • R1, R4 = 1K 1/4 Вт MFR 1%
  • R2, R3 = 10K 1/4 Вт MFR 1%
  • D1, D2 = BA159 или FR107
  • Z1, Z2 = 12 В, стабилитроны 1/2 Вт
  • Q1, Q2 = МОП-транзистор IRFZ44n на радиаторе
  • C1 = 0,33 мкФ / 400 В или 3 шт. По 0,1 мкФ / 400 В параллельно
  • L1, L2, как показано на следующих изображениях:
  • L2 спасен от любого старого компьютерного блока питания ATX.
Как построен L2

Превращение в кухонную посуду с конфоркой

Вышеупомянутые разделы помогли нам изучить простую схему индукционного нагревателя с использованием пружинной катушки, однако эта катушка не может использоваться для приготовления пищи и требует серьезных изменений.

В следующем разделе статьи объясняется, как эту идею можно изменить и использовать в качестве простой небольшой индукционной цепи нагревателя посуды или индукционной цепи кадай.

Это низкотехнологичный дизайн с низким энергопотреблением, который может отличаться от обычных устройств. Схема была запрошена г-ном Дипешем Гуптой.

Технические характеристики

Сэр,

Я прочитал твою статью Простая схема индукционного нагревателя — Схема горячей плиты и был очень рад обнаружить, что есть люди, готовые помочь таким молодым людям, как мы, сделать что-то …

Сэр, я пытаюсь понять принцип работы и пытаюсь разработать для себя индукционный кадай … Сэр, пожалуйста, помогите мне разобраться в дизайне, поскольку я так хорошо разбираюсь в электронике

Я хочу разработать индукцию для нагрева кадай диаметром 20 дюймов с частотой 10 кГц по очень низкой цене !!!

Я видел ваши диаграммы и статью, но меня немного смутил

  • 1. Используемый трансформатор
  • 2. Как сделать L2
  • 3. И любые другие изменения в схеме для частоты от 10 до 20 кГц при токе 25А.

Пожалуйста, помогите мне, сэр, как можно скорее. Если бы вы могли предоставить точную информацию о необходимых компонентах, вам было бы полезно. Где это используется ….

Спасибо

Дипеш Гупта

Дизайн

Предлагаемая конструкция индукционной схемы кадай, представленная здесь, предназначена только для экспериментальных целей и может не работать, как обычные блоки. Его можно использовать для быстрого приготовления чашки чая или омлета, и ничего большего ожидать не стоит.

Указанная схема была первоначально разработана для нагрева таких предметов, как железный стержень, например, головки болта. отвертка металлическая и т. д., однако с некоторыми изменениями эта же схема может быть применена для нагрева металлических кастрюль или сосудов с выпуклым дном, таких как «кадай».

Для реализации вышеизложенного исходная схема не нуждалась бы в каких-либо изменениях, за исключением основной рабочей катушки, которую нужно будет немного подправить, чтобы сформировать плоскую спираль вместо пружинной конструкции.

Например, чтобы превратить конструкцию в индукционную посуду, чтобы она поддерживала сосуды с выпуклым дном, такие как кадай, змеевик должен иметь сферически-спиральную форму, как показано на рисунке ниже:

Схема будет такой же, как объяснено в моем предыдущем разделе, который в основном основан на конструкции Ройера, как показано здесь:

Проектирование спиральной рабочей катушки

L1 сделан с помощью 5-6 витков 8-миллиметровой медной трубки в сферически-винтовой форме, как показано выше, чтобы разместить небольшую стальную чашу посередине.

Змеевик также может быть сплющен в спиральную форму, если небольшая стальная сковорода предназначена для использования в качестве посуды, как показано ниже:

Разработка катушки ограничителя тока

L2 может быть построен путем намотки суперэмалированного медного провода толщиной 3 мм на толстый ферритовый стержень, количество витков необходимо экспериментировать, пока на его выводах не будет достигнуто значение 2 мГн.

TR1 может быть трансформатором 20 В 30 ампер или источником питания SMPS.

Фактическая схема индукционного нагревателя довольно проста по своей конструкции и не требует особых объяснений, необходимо позаботиться о следующих вещах:

Резонансный конденсатор должен располагаться относительно ближе к основной рабочей катушке L1 и должен быть изготовлен путем параллельного подключения около 10 нОС 0,22 мкФ / 400 В. Конденсаторы должны быть строго неполярного и металлизированного полиэфирного типа.

Хотя конструкция может выглядеть довольно простой, нахождение центрального отвода в конструкции со спиральной намоткой может вызвать некоторую головную боль, поскольку спиральная катушка будет иметь несимметричную компоновку, что затруднит определение точного центрального отвода для цепи.

Это можно сделать методом проб и ошибок или с помощью LC-метра.

Неправильно расположенный центральный отвод может заставить схему работать ненормально или вызвать неравномерный нагрев МОП-транзисторов, или вся схема может просто не колебаться в худшей ситуации.

Ссылка: Википедия

Предыдущая: Простая схема ТВ-передатчика Далее: Схема усилителя класса D с использованием IC 555

Блок питания для индукционного нагревателя. : AskElectronics

Я купил в Интернете индукционный нагреватель мощностью 1000 Вт. На ДХ работает. 12-50 В @ 20 А После тестирования при разных напряжениях и с разными настройками катушки я нашел ту, которая работает.

У меня это в основном работает для моего приложения. В основном он будет использоваться как минидуктор. Это фирменное устройство, которое позволяет вам держать небольшую катушку над оборудованием или застежками, чтобы нагреть их, чтобы облегчить их удаление. Также называется беспламенным факелом.Мега полезно для работы с автомобилями на Северо-Востоке (ржавый крепеж)

Так что я обнаружил, что это работает довольно хорошо при 30-40В. Это довольно прожорливо. Я пытаюсь сохранить его в проекте «сделай сам» для домашнего бюджета. Прямо сейчас он подключен к блоку питания 28 В постоянного тока @8a постоянного тока (старый блок питания для военных коммуникаций. Я могу потреблять 12-13 ампер, прежде чем у меня начнется падение напряжения.

Я хотел бы запустить его от моего большого A24 amp varac. Я уже у меня есть полный мостовой выпрямитель на 100 ампер, и я протестировал его

Я не ожидал, что плата драйвера индуктора будет плохо работать при неравномерном постоянном токе.Форма волны на осциллографе подтверждает, почему он работает только с вараком/мостом. Хотя у меня больше мощности, доступной для него, он слишком сильно пульсирует на выходе и иногда останавливает генератор на драйвере (плохой простой способ его испортить)

Я добавил большую крышку MFD на 500k, и это очень помогло. Беда только одна, которую я смог бюджетно на тот момент рассчитать на 16-24 вольта.

Насколько я понимаю, использовать два из них параллельно — плохая идея. Что мне нужно в итоге, так это переменный сильноточный источник постоянного тока, который работает на уровне 24-30 вольт или около него, а падение пульсаций остается выше 12 В.

Мои мозговые штурмы были.

Купите еще одну большую кепку на 50В. (это оказывается вне моего ценового диапазона)

Купите регулируемый блок питания на 30 ампер, который будет работать до 49-50 вольт (намного выше ценового диапазона)

Еще один конденсатор параллельно и надейтесь на лучшее (стоимость 50 долларов)

Диод и свинцово-кислотная батарея на 12 вольт. Диод, чтобы блок питания не заряжал батарею, а батарея вызывала дождь 12 В при наименьших пульсациях (не думайте, что батарея будет разряжаться достаточно быстро)

Поместите регулятор напряжения на крышку и дайте ему получить только максимальное напряжение. буду работать.

Есть еще идеи?

Вот несколько фотографий того, что у меня есть. менее 100 долларов в него. Их покупка стоит 500 долларов.

Имейте в виду, что я не использую этот инструмент каждый день и не использую его более нескольких минут за раз.

Ссылка на альбом ниже.

Спасибо, что прочитали, извините, что так долго. Внешний змеевик https://imgur.com/gallery/bZWLT

Индукционный нагреватель из лома

Блок питания ATX должен иметь выходной ток при +12В, насколько это возможно.Вам нужно будет жестко связать Включите ATX, подключив «PS-ON» (зеленый провод) к земле. Все желтое провода должны быть связаны вместе, чтобы сформировать шину +12 В, и все они должны быть черными. провода, связанные вместе, чтобы сформировать землю. Все остальные силовые провода можно обрезан.

МОП-транзисторы, диоды и конденсаторы все должны выдерживать входное напряжение не менее чем в 3,14 раза. В данном случае это питание 12 В, поэтому достаточно скромных 40 В.

МОП-транзисторы Q1 и Q2 должны быть выбраны для максимально низкого сопротивления во включенном состоянии.Те, что найдены на Резервные копии материнских плат/ИБП работают отлично. Сливные контакты Q1 и Q2 НЕ часто, поэтому при установке их на радиатор убедитесь, что они утеплен термопрокладками и шайбами.

Диоды D1 и D2 должны быть быстродействующими Тип Шоттки. Ничего особенного.

C1 представляет собой конденсаторную батарею, изготовленную конденсаторами переменного тока типа МКП. У них должно быть такое низкое СОЭ, как возможно и в идеале должны быть рассчитаны на работу при высокой температуре. Распределение общей емкости по нескольким физически большим, низким Емкостные единицы — хороший способ предотвратить перегрев.Обратите внимание, что поскольку этот обогреватель будет работать только от 12 В, необходимо понизьте частоту контура бака, добавив больше конденсаторов по порядку для получения полезного количества энергии в заготовке. Банк, который я закончил всего было около 8-10 мкФ.

Счетчик М1 изготовлен с использованием аналогового счетчика любого типа. Небольшой отрезок тонкого многожильного провода протянут поперек два вывода счетчика. Провод действует как шунт низкого значения резистор, сбрасывающий небольшое количество напряжения при увеличении тока, отклонение счетчика.Методом проб и ошибок довольно легко найти какой длины провода вызовет полное отклонение счетчика при блок питания находится под максимальной нагрузкой.

Переключатель S1 используется для переключения питания на питание АТХ. Устанавливается между шнуром питания и сетью переменного тока. стороне источника питания ATX (обратите внимание, что для ясности только выход постоянного тока источник питания показан на схеме.)

Переключатель S2 представляет собой сильноточный переключатель постоянного тока. Тот, который я использовал, был выкраден из стартового ящика аварийной машины.Вам нужно будет найти тот, который использует контакты очень толстого калибра, обычные Выключатели переменного тока будут иметь слишком большое сопротивление и сгорят!

Катушка L1 — рабочая катушка, она должна быть около 12 витков толстого медного провода. Я использовал эмалированную проволоку, и покрытие держится даже при высокой температуре. Этот утеплитель хорош иметь, это предотвращает повреждение цепи, если вы случайно наткнетесь в катушку с заготовкой.

Катушки L2 и L3 с дросселем для тяжелых условий эксплуатации катушки.Они по существу блокируют колебания в контуре резервуара от подача обратно в блок питания. Используя дроссельные катушки, подобные этой, вам не нужно добавлять центральный ответвитель к каждой рабочей катушке, которую вы используете. Чтобы схема резервуара работала на более низких частотах, эти катушки индуктивности должны иметь высокое значение в миллигенри. Они не должны совпадать по стоимости, но они оба должны быть довольно низкими сопротивление для предотвращения перегрева. Я использовал сверхмощный тороид с 100 витков на один и первичная сторона трансформатора SMPS для другого.

Проводка должна быть как можно короче. Эта схема должна иметь дело с большой мощностью, так что вам лучше построить его на медной оболочке вместо макетной платы. Все линии показаны выделенное жирным шрифтом на схеме должно быть выполнено из толстой проволоки/луженой медные следы. Соблюдайте особую осторожность при подключении к доска; любое сопротивление из-за коррозии, пружинных зажимов, штифтов и т. д. станет очень жарко. Я сделал ошибку, воспользовавшись стальным болтом. проводник для части контура бака.Сравнительно высокий сопротивление стали заставило ее нагреться настолько, что она сожгла печатную плату и расплавил часть припоя! Болты следует использовать только для закрепите медную проволоку непосредственно на луженой поверхности.

Выбор шасси и конструкция оставлено читателю в качестве упражнения. Дерево или пластик в порядке выбора, но они могут быть легко сожжены или расплавлены компонентами или заготовка. Металлические ящики безопаснее, но вам придется монтировать рабочая катушка…

Подробнее »

(PDF) Исследование источника питания сверхчастотного индукционного нагрева с фазовым сдвигом

102 Hairun Qi et al. / Physics Procedia 24 (2012) 101 – 106

Имя автора / Physics Procedia 00 (2011) 000–000

выходная мощность инвертора, он сочетает импульсно-сдвиговую модуляцию с ШИМ вместе с

фазовой синхронизацией схема.

2.Анализ модуляции Pw-Ps

Основная схема, используемая в этой статье, показана на рис. 1.

Рисунок 1. Основная схема последовательного резонансного инвертора управляющие импульсы T

2

и T

3

. T

1

и

1

и

T

4

T

4

называются фазовым мостом моста, а соответствующие импульсы привода опережают T

3

и T

2

по фазы-сдвину

угол β, β можно регулировать в диапазоне 0°-180°, когда β равно 0°, импульсы T

2

и T

3

, T

1

и T

4

являются

комплементарными, каждый из них поворачивается на 180°, регулируя схему управления, импульсы T

1

и T

4

являются

импульсами T

1

и T

4

、T

2

и T

3

имеют разность фаз, а затем напряжение 5 % больше квадрат,

9000 цикл короткое время, когда напряжение равно нулю,

время будет изменено путем регулировки β, это изменит среднеквадратичное значение напряжения бака, поэтому выходная мощность

будет изменена.Два буферных конденсатора подключены параллельно суперпредплечью, четыре переключателя обеспечивают плавное переключение

посредством зарядки и разрядки конденсатора. Далее следует конкретный анализ.

Режим 1. C

1

полностью разряжены, C

2

заряжены, T

1

и T

3

и T

3

проводятся, напряжение резервуара U

D

, и

ток бака постепенно увеличивается от нуля.Режим

2. T

1

выключен под ZVS, так как C

1

полностью выгружается, C2 начинает разряжаться, а схема разгрузки

C

2

-RCT

3

-C

2

, C

1

Начинается заряжаться, а зарядная схема

U

D

-C

1

-RLCT

3

— У

д

.Зарядка и разрядка конденсаторов завершается в мертвое время.

Режим 3. Режим 3. T4 включается для удовлетворения ZVS, так как C2 полностью разряжен, в этот момент

направление тока все еще положительное, и он продолжает течь через T

3

、D

4

, цепь D

4

-RLCT

3

напряжение бака равно нулю.

Режим 4. T

3

отключается для выполнения ZCS по мере постепенного снижения тока до нуля.Текущий

продолжает течь через D

2

, D

4

, петли свободного хода U

D

-D

4

-RLC- D

2

-U

д

.

Режим 5. T

2

2

включен на соответствие ZCS, потому что T4 ведет, текущий петли

U

D

-T

2

-Clrt

4

— U

d

, а напряжение бака –U

d

.

Режим 6. Т4 выключен под ЗВС, т.к. С2 полностью разрядился, текущий процесс

симметричен режиму 2. Вот и не повторится.

в резюме, конденсаторы C

1

и C

2

и C

2

и C

2

Зарядка и разрядка с помощью коммутаторов и нагрузки

Схема, он делает T

1

, T

4

Достигнуть ZVS, и T

2

, T

3

достигают почти ZCS, это снижает коммутационные потери полупроводниковых устройств

с использованием меньшего количества конденсаторов.

Поскольку инвертор напряжения требует, чтобы ток бака отставал от напряжения бака на определенное значение фазы

[7]

. В

эта бумага, T

1

, T

4

срабатывает рано, затем импульсы передние T

2

, T

3

— это передняя часть бака.

должны обеспечивать импульсы T

2

、T

3

, чтобы опережать ток резервуара на фиксированный угол, поэтому необходимо добавить схему управления PLL

.

3. Конструкция схемы управления Pll

В данной статье используется фазовый детектор PDI XOR (PD). Блок-схема управления PLL показана на рис. 2. It

Настольный индукционный нагреватель мощностью 15 кВт, 30–80 кГц, (220 В, 3 фазы)

7



Домашняя страница


В наличии

Артикул: SP-25AB

SP-25AB — это высокочастотное нагревательное оборудование, в котором используется новейшая технология инвертирования, что делает его легким и удобным.Его индукционный нагреватель мощностью 15 кВт предназначен для лаборатории исследования материалов, чтобы быстро плавить и выполнять термообработку металлических материалов весом до 2 кг.
Продукт обновлен с EQ-SP-25AB от 23.09.2014

ХАРАКТЕРИСТИКИ:

Рабочее напряжение

208–240 В переменного тока, 50/60 Гц, три фазы (380 В или 440 В, три фазы доступны по запросу)

Макс. Входной ток
  • 42 А (мин.требуется выключатель на 50 А)
  • Кабель питания в комплекте (вилка не входит в комплект)
Выходная частота 30–80 кГц
Ток нагрева 200-800 А
Макс. Входная мощность 15 кВт
Рабочий цикл 80%
Макс. Вес образца 2 кг

Управление таймером

  • Автоматическое управление по таймеру или ручное управление по выбору
    • Ручное управление: ножной педалью
    • Время автоматического нагрева: 1–99 секунд
    • Автоматическое время задержки: 1–99 секунд
    • Время автоматического охлаждения: 1–99 секунд
Контроль температуры Дополнительно
  • Один порт контроля температуры, встроенный сзади
  • Для контроля температуры с помощью термопары для этого индукционного агрегата закажите регулятор температуры EQ-MTC-808
  • .
  • Вы также можете заказать полную систему EQ-SP-25TC у нас
  •     

Водяное охлаждение

  • Расход: >10 л/мин
  • Давление: ≥0.2 МПа (29 фунтов на квадратный дюйм)
  • Водопроводная вода
  • приемлема, но настоятельно рекомендуется использовать чиллер с рециркуляцией воды. Нажмите здесь, чтобы заказать отдельно
  • Защита: реле избыточного давления и перегрева

Индукционная катушка

2 шт. Индукционная катушка, всего,
Дисплей Цифровой дисплей показывает выходную мощность и ток
Размеры продукта 18 дюймов (Д) x 8 дюймов (Ш) x 17 дюймов (В)
Гарантия Ограниченная гарантия сроком на один год с пожизненной поддержкой (Гарантия не распространяется на такие расходные детали, как катушки, фитинги и хомуты)
Соответствие
    • Сертификация NRTL или CSA доступна по запросу и за дополнительную плату. Пожалуйста, свяжитесь с нашими торговыми представителями, чтобы узнать цену
Руководство по эксплуатации   

Указания по применению
 

Плавление

Спекание

Отжиг

Термическая обработка

Закалка


  • Нагреватель выключится при превышении мощности.Пожалуйста, уменьшите количество циклов катушки, чтобы нагреватель работал при максимальной мощности
  • .
  • Время и температура плавления зависят от материалов, тигля, огнеупорной изоляции и т. д. 
  • Вы можете плавить металлические образцы в вакууме, используя полуоткрытую кварцевую трубку диаметром 60 мм с вакуумным фланцем/клапаном. Нажмите на картинку ниже, чтобы узнать, как настроить вакуумную трубку
  • .
  • Для индукционного нагрева в воздухе или под перчаточным ящиком, пожалуйста, свяжитесь с MTI для конструкции ниже.
         

Предупреждение

  • Во избежание повреждения внутренней схемы:
    • Никогда не допускайте, чтобы индуктивный ток превышал 800 А, когда устройство используется.
    • Максимальная продолжительность работы устройства в диапазоне рабочего тока 600~800 А не должна превышать 60 секунд.
Вес нетто 28 кг (62 фунта)
Транспортировочные размеры 40 дюймов (Д) x 32 дюйма (Ш) x 35 дюймов (В)
Вес в упаковке (фунты) 165 фунтов

СТАНДАРТНЫЙ ПАКЕТ:
Товар Описание Кол-во
1 Блок управления индукционным нагревателем 1
2 Блок индукционного нагрева 1
3 Кабель питания (вилка не входит в комплект) 1
4 Кабель управления 1
5 Катушка: 82 мм (наружный диаметр) x 65 мм (внутренний диаметр) x 65 мм (высота) 1
6 Катушка: 82 мм (наружный диаметр) x 65 мм (внутренний диаметр) x 80 мм (высота) 1
7 Ножная педаль с кабелем 1
8 Фитинг водяного охлаждения и хомут (труба не входит в комплект) 1 комплект
9 Предохранители 4
10 Руководство по эксплуатации 1

Ваша корзина пуста.

Пожалуйста, очистите историю просмотров перед заказом товара. В противном случае наличие и цена не гарантируются.
MTI спонсорская:
MTI Спонсоры Thermoelectrics Workshop

MTI-UCSD Изготовление батареи Lab
MTI- Пилотная линия цилиндрических ячеек VISTEC

MTI спонсирует получение докторской степени

Предстоящие выставки:


Моделирование индукционного нагрева стальных заготовок для целей проектирования управления

Моделирование индукционного нагрева стальных заготовок для целей управления

Дж.Kapusta[1], J. Camber[1], G. Hulkó[1]
[1]Институт автоматизации, измерений и прикладной информатики, Машиностроительный факультет, STU Братислава, Словацкая Республика

В этой статье рассматривается численное моделирование модульного промышленного индукционного нагрева стальных заготовок для горячей штамповки с использованием COMSOL Multiphysics.Представлена ​​математическая модель, основанная на методе конечных элементов. Конструкция индукционных нагревателей постоянно развивается и совершенствуется с точки зрения электрического и теплового КПД. В последние годы наблюдается тенденция модульных систем индукционного нагрева с отдельным источником питания, которые заменяют обычные нагреватели с одним змеевиком и одним источником питания. Основной целью компьютерного моделирования было исследование стационарной тепловой динамики, создаваемой четырехмодульным нагревателем. Полученные результаты и сгенерированные переходные характеристики каждого модуля были загружены в Matlab DPS Blockset с целью разработки схемы прогрессивного управления на основе систем с распределенными параметрами (DPS).3D-модель индуктора длиной 3 метра была предоставлена ​​чешской компанией Roboterm (рис. 1). Использовался мультифизический модуль индукционного нагрева, включающий поступательное движение и радиационный теплообмен. Геометрия модели была преобразована в двухмерное осесимметричное пространственное измерение. Учитывалась нелинейная температурная зависимость электрических и тепловых свойств материала стали 16MnCrS5 и четырех групп катушек с различной токовой нагрузкой. Для достижения хорошего соотношения точности и времени вычислений была применена пользовательская комбинация распределенной, картированной и свободной квадратичной сетки (рис. 2).Пример полученного теплового профиля и температурно-временной зависимости нагретых заготовок показан на рисунке 3. Ожидаемая температура формовки в диапазоне 1400-1450К была достигнута за время около 400 с при скорости заготовки 1 см/с, что соответствует требованиям промышленного производства горячей штамповки. . Желаемое распределение температуры дает довольно точное представление о наведенном тепле на поверхности заготовки, а также на сердцевине. Сформированный пространственно-временной температурный профиль четырехмодульного индуктора был успешно использован для получения переходных характеристик от каждого модуля, что необходимо для идентификационного анализа процесса при проектировании систем управления с распределенными параметрами.На рис. 4 показана простая схема DPS Blockset для регулирования температуры четырехмодульного индукционного нагревателя.

403 — ЗАПРЕЩЕНО

Существует несколько распространенных причин появления этого кода ошибки, включая проблемы с отдельными сценариями, которые могут выполняться по запросу. Некоторые из них легче обнаружить и исправить, чем другие.

Владение файлами и каталогами

Сервер, на котором вы находитесь, в большинстве случаев запускает приложения очень специфическим образом. Обычно сервер ожидает, что файлы и каталоги принадлежат вашему конкретному пользователю cPanel user . Если вы внесли изменения в владельца файла самостоятельно через SSH, сбросьте владельца и группу соответствующим образом.

Разрешения на доступ к файлам и каталогам

Сервер, на котором вы находитесь, в большинстве случаев запускает приложения очень специфическим образом.Сервер обычно ожидает, что файлы, такие как HTML, изображения и другие медиафайлы, будут иметь режим разрешений 644 . Сервер также ожидает, что режим разрешений для каталогов в большинстве случаев будет установлен на 755 .

(см. раздел «Разрешения файловой системы»).

Примечание: Если разрешения установлены на 000 , свяжитесь с нашей службой поддержки, используя систему тикетов. Это может быть связано с приостановкой действия аккаунта в результате злоупотребления или нарушения наших Условий обслуживания.

Правила запрета IP-адресов

В файле .htaccess могут быть правила, конфликтующие друг с другом или запрещающие IP-адресу доступ к сайту.

Если вы хотите проверить конкретное правило в вашем файле .htaccess, вы можете прокомментировать эту конкретную строку в .htaccess, добавив # в начало строки. Вы должны всегда делать резервную копию этого файла, прежде чем начать вносить изменения.

Например, если файл .htaccess выглядит как

Порядок запретить, разрешить
разрешить со всех
запретить с 192.168.1.5
запретить с 192.168.1.25

Тогда попробуйте что-нибудь подобное

Заказать разрешить,запретить
разрешить со всех
#запретить с 192.168.1.5
запретить с 192.168.1.25

Администраторы нашего сервера смогут посоветовать вам, как избежать этой ошибки, если она вызвана ограничениями процесса. Пожалуйста, свяжитесь с нашей Live Support или откройте тикет.Не забудьте указать шаги, необходимые для того, чтобы сотрудники нашей службы поддержки увидели ошибку 403 на вашем сайте.

НАСТРАИВАЕМЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ ВЫСОКОЙ МОЩНОСТИ (3–5 кВт) — Teslascience Hacks

Создав полумостовой индукционный нагреватель MOSFET с ФАПЧ (руководство по индукционному нагревателю на mindchallenger.com) и полумостовой индукционный нагреватель MOSFET с ручной настройкой (https://teslascience.wordpress.com/how-to-construct-simple-powerful-induction -нагреватель) и с большим успехом используя оба этих агрегата, я хотел придумать что-то, что выдерживало бы большую мощность.Для этого нового проекта базовый настраиваемый драйвер такой же, как и для настраиваемого полумостового индукционного нагревателя, управляемого полевым МОП-транзистором, за исключением использования стабилизатора напряжения 12 В вместо стабилизатора 15 В. Трансформатор управления затвором (GDT) намотан 1: 2 вместо 1: 1 для подачи 24 В вместо 12 В, чтобы включить базы IGBT в полной мостовой схеме. Полный мост IGBT Fairchild FGA60N65 может выдерживать гораздо большую мощность, чем IRFP MOSFET. Такая установка полного моста будет означать, что при среднеквадратичном входном напряжении сети переменного тока 120 В каждая ветвь моста будет иметь 170 В, что будет результирующим входным напряжением на трансформаторе связи с накопительной цепью.Это устраняет необходимость в удвоителе напряжения, и, хотя можно использовать вариатор, устройство может питаться непосредственно от сети, если используется термистор, чтобы избежать скачка тока через мостовой выпрямитель при первоначальном подключении устройства. Причина этого всплеска тока (который может вывести из строя полный мостовой сетевой выпрямитель) заключается в том, что 2 конденсатора шины 2700 мкФ 400 В на выходе мостового выпрямителя в их незаряженном состоянии действуют как прямое короткое замыкание, что приводит к огромному всплеску тока, который выходит за пределы характеристик мостового выпрямителя.

Напряжение включения затвора IGBT составляет 24-30В для полного включения этих модулей. Отсюда и соотношение оборотов 1:2 на GDT, как упоминалось выше. Нагрев является меньшей проблемой для IGBT, которые обычно нагреваются в соответствии с IR, в отличие от правила IR2, которое обычно наблюдается для резисторов и MOSFET. Как и полевые МОП-транзисторы, IGBT отлично подходят для работы с высокими частотами переключения, которые обычно наблюдаются в индукционных нагревателях порядка 30–200 кГц. Их другая конструкция позволяет им лучше справляться с более высокими токами по сравнению с полевыми МОП-транзисторами.Даже при небольшой площади основания To247 для IGBT Fairchild FGA60N65 они могут легко выдерживать непрерывный ток 60 А при напряжении 650 В. С более крупными «кирпичными» IGBT, которые могут работать с большими токами, электроника драйвера затвора становится более серьезной проблемой, поскольку для запуска затворов в этих «кирпичных» модулях требуются более высокие мощности. По этой причине я решил придерживаться блоков размера To247, так как они могут работать на тех же чипах драйвера затвора UCC37321/37322, которые хорошо работают с блоками, управляемыми MOSFET. Для этого более мощного агрегата контур бака построен с 2.Катушка диаметром 4-2,5 дюйма, состоящая из 6 витков медной катушки 3/8 дюйма и конденсаторной батареи емкостью 6 мкФ. Батарея емкостных конденсаторов состоит из 28 параллельно соединенных полипропиленовых металлопленочных конденсаторов 0,22 мкФ, 2000 В, 940C20P22K-F, которые были получены от Eastern Voltage Research. Конденсаторы были электрически соединены вместе для установки с низкой индуктивностью с использованием медного листа размером 8 x 12 x 0,0216 дюйма. Медная трубка длиной 18 дюймов и диаметром 1/2 дюйма была припаяна к каждому из двух медных листов путем нагревания горелкой, а затем с использованием большого количества флюса и припоя, чтобы получить хорошее электрическое соединение.В листах с припаянными медными трубками были предварительно просверлены отверстия для установки 28 конденсаторов и 28 латунных винтов для крепления выводов (см. ниже):

Завершенный блок полного моста

Латунные винты электрически соединяют крышки резервуаров (учтите, что железные винты нагреваются и не подходят).

Прежде чем углубляться в детали конструкции, краткое введение в индукционный нагрев, которое я описал ранее в другом видео на этом канале, но воспроизведено здесь для удобства (https://teslascience.wordpress.com/how-to-construct-simple-powerful-induction-heater):

Индукционный нагрев — это потрясающая возможность беспроводного нагревания металлических или графитовых предметов без использования открытого пламени и с минимальными потерями тепла в окружающую среду. Это не новое явление и существует уже более 100 лет. Он широко используется в металлургической и автомобильной промышленности, поскольку его легко контролировать и масштабировать.

Создав индукционный полумостовой нагреватель с фазовой автоподстройкой частоты (PLL) и настраиваемый индукционный полумостовой нагреватель, я хотел придумать что-то, что могло бы работать с большей мощностью, чем полумостовые полевые МОП-транзисторы порядка 3-5 кВт.Поскольку я также новичок в электронике, я чувствовал, что этот проект будет интересным и даст хорошее представление об основах работы индукционных нагревателей. В дополнение к PLL и настраиваемым индукционным нагревателям, упомянутым выше, я также построил много индукционных нагревателей типа Mazilli или Royer и купил коммерчески доступные (на Ebay и Alibaba) индукционные драйверы Mazilli китайского производства. Я обнаружил, что, хотя они хороши и просты в использовании, они склонны к сбоям, поскольку они ограничены диапазоном работы при низком напряжении и относительно низкой мощностью для того, что я хотел.Их также трудно контролировать с точки зрения количества нагрева. Хотелось сделать что-то более надежное и управляемое, а не вылиться в кучу перегоревших транзисторов! По сути, я хотел настраиваемую вручную установку, которая работала бы напрямую от выпрямленной сети вместо дорогих импульсных источников питания и позволяла бы избежать использования переменного тока. Базовая конструкция этих устройств использует сеть с более высоким напряжением при более низком токе (с которым хорошо справляются IGBT-транзисторы) и преобразует это в более низкое напряжение при гораздо более высоких токах порядка 100 или 1000 ампер и высокочастотном переменном токе, обычно 30-200. кГц.Этот высокочастотный высокочастотный ток проходит через катушку из нескольких витков меди (называемую «рабочей катушкой»). Если в рабочую катушку помещается кусок железа, в нем индуцируются вихревые токи (также называемые «заготовкой») таким образом, что заготовка действует как закороченная первичная катушка с 1 витком. Из-за передаточного эффекта трансформатора в заготовке протекают огромные токи порядка многих сотен или тысяч ампер, что приводит к нагреву заготовки из-за комбинации внутреннего сопротивления (нагрев IR2) и гитерезиса (из-за воздействия на случайный массив магнитных диполей в железной заготовке, меняющий направление много раз в секунду на высокой частоте).Из-за высокой частоты ток протекает преимущественно в самых поверхностных слоях заготовки и рабочей катушки, что также известно как «скин-эффект». Это дополнительно увеличивает эффективное сопротивление заготовки, что приводит к еще большему нагреву I2R. Поскольку в рабочем змеевике также имеет место скин-эффект, в рабочем змеевике происходят потери энергии в виде тепла в поверхностных слоях змеевика. Толстая медная трубка с наружной и внутренней поверхностью или литцендратный провод (многожильный изолированный провод, каждая жила которого имеет электроизоляционное покрытие) увеличивает эффективную площадь поверхности рабочей катушки, снижая потери энергии в виде потерь тепла.Литцендрат используется в индукционных варочных панелях по той же причине. Более высокие частоты имеют больший скин-эффект с большим нагревом поверхности, что лучше подходит для нагрева небольших деталей. Низкие частоты имеют меньший скин-эффект и лучше подходят для нагрева больших деталей. Этот нагрев может перевести железо, например, из комнатной температуры в красное тепло, затем в оранжевое и ярко-желтое тепло за пределами точки Кюри (точки, при которой заготовка из железа или стали теряет нагрев из-за гистерезиса из-за потери своего ферромагнетизма).Чтобы иметь возможность добиться дальнейшего нагрева и расплавить железную заготовку (включая неферромагнитные металлы, такие как медь, серебро, золото и алюминий), необходимо достичь гораздо больших токов, чтобы преодолеть отсутствие гистерезиса. Целью этого второго проекта настраиваемого индукционного нагревателя является создание более крупного, но простого настраиваемого индукционного нагревателя, который мог бы плавить большее количество этих металлов, чем устройство на 4 мкФ, описанное во введении.

Для индукционных нагревателей PLL, упомянутых выше (включая тот, который я построил, Джонатан Крайден написал хорошее подробное руководство по его изготовлению на http://inductionheatertutorial.com/), они предлагают удобство самонастройки. PLL работает от генератора, управляемого напряжением. Поскольку частота резонанса индукционного нагревателя изменяется по мере того, как в него помещается заготовка, в результате возникает потеря резонанса и соответствующая потеря нагрева, поскольку максимальный нагрев происходит только тогда, когда контур бака индукционного нагревателя находится в резонансе. При использовании PLL напряжение на баке подается на управляемый напряжением генератор микросхемы CD4046 PLL для поддержания максимального напряжения на баке.Однако обычно, когда металл, такой как железо, достигает точки Кюри, изменение резонансной частоты выходит за пределы диапазона PLL, и схема выходит из резонанса, и нагрев прекращается. Джонатон Крайден с сайта mindchallenger.com решил эту проблему, используя микропроцессор для поддержания резонанса цепи, а также для периодической расстройки цепи для снижения общего тока в силовых транзисторах, спасая их от разрушения в случае превышения допустимого значения тока. максимальная толерантность.Многие люди помогли продвинуть области твердотельного индукционного нагрева, в том числе такие люди, как «Неон Джон», Бэйли Ванг из Массачусетского технологического института, Джонатан Крайден, Ричи Бернетт (Великобритания) и многие другие. Если вы планируете построить индукционный нагреватель, такой как показанный здесь, сначала предостережение: в этом проекте использовались незащищенные сети, высокое напряжение и большие токи с серьезным риском травм или смерти, если не выполнять его в опытных руках. Я не несу ответственности за травмы или более серьезные последствия любой работы, описанной здесь.Описанная здесь работа предназначена только для академического и научного интереса.

Этот проект можно разделить на 3 основных раздела: 1) Генератор с переменной частотой, 2) Полномостовой инвертор с IGBT и 3) Баковая схема 6 мкФ.

Вот список компонентов для этого проекта по разделам:

ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОЙ ЧАСТОТЫ:

  1. 8-контактный разъем IC, 3 шт.
  2. 14-контактный разъем IC x 1
  3. Резистор 1 кОм 0,5 Вт x 2
  4. Керамический конденсатор 10 нФ, 50 В x 1
  5. 1 нФ, керамический колпачок 50 В x 1
  6. 20k 10-оборотный банк x 1
  7. Керамический конденсатор 100 нФ, 50 В, 4 шт.
  8. 47 мкФ, 35 В электролитический конденсатор x 4
  9. 1 мкФ керамика, цоколь 50 В x 4
  10. 1000 мкФ, 35 В электролитическая крышка x 1
  11. LM7812 x 1
  12. LM7805 x 1
  13. маленький радиатор для LM7812 x 1
  14. Алюминиевый ящик для проектов (дополнительно) x 1
  15. 120 В переменного тока до 19-26.Понижающий трансформатор 5 В (радиомост) x 1
  16. Мостовой выпрямитель 50 В 2 А x 1
  17. 1 или 2 – 1,5-дюймовые зеленые ферритовые тороиды для GDT)
  18. картон x 1
  19. тонкий припой (зафлюсованный канифолью) x 1
  20. паяльник 20-30 Вт x 1
  21. UC37321 x 2
  22. UC37322 x 2
  23. NE555 x 1
  24. 1N5819 (шоттки) x 4
  25. Соединительный провод x 1 рулон
  26. 74HC14 шестигранный инвертор x 1

IGBT ПОЛНЫЙ МОСТ ИНВЕРТОР И ШИННЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ:

  1. БТИЗ FGA60N65 x 4
  2. 6.8 Ом, резистор 2 Вт x4
  3. 1N5819 (шоттки) x 4
  4. 1N5360B (стабилитрон 25 В) x 8
  5. 1.5KE440CA двунаправленный (или однонаправленный) диод TVS x 5
  6. Полипропиленовый демпферный колпачок 4,7 мкФ, 400 В пост. тока, 1 шт. (было бы лучше использовать снаббер 0,15-0,47, 1000 В).
  7. Резистор 100 кОм, 2 Вт x 2 (для разрядки конденсаторов шины)
  8. Aerovox RBPS20591KR6GNZ Демпферный колпачок 1 кВ, 2 мкФ, используемый в качестве колпачка блокировки постоянного тока (доступен в компании Eastern Voltage Research, Нью-Джерси, США) x 1
  9. 400 В 2700 мкФ электролитические конденсаторы мкФ x 2
  10. Шунтирующий амперметр, 50 А x 1
  11. 1.4″/2,4″ FT-240-61 Ферритовый тороидальный сердечник, тип 61 Материал трансформатора связи x 3, сложенных вместе, чтобы сделать один большой сердечник трансформатора связи
  12. Изолированный многожильный соединительный провод калибра 16 для 22 витков трансформатора связи
  13. большой алюминиевый радиатор x 1 (Ebay)
  14. Мостовой выпрямитель 35–40 А, 400 В x 1
  15. Предохранитель 30–40 А с держателем предохранителя или автоматический выключатель 30–40 А (предпочтительно) x 1
  16. клеммные винтовые соединители x 8 (для легкого извлечения IGBT)
  17. Термистор Ametherm SL32 1R030 x 1

БАК-КОНДЕНСАТОР – 6-ОБОРОТНАЯ РАБОЧАЯ КАТУШКА:

  1. Мягкая медная трубка 3/8″ из хозяйственного магазина x 1
  2. Медная трубка длиной 18 дюймов и диаметром 1/2 дюйма из хозяйственного магазина x 2 (припаяйте их к медному листу)
  3. Муфты для медных трубок от 3/8″ до 3/8″ x 2–4
  4. Соединители для медных трубок от 1/2″ до 3/8″ x 2–4
  5. 12″ x 6″ x 0.медный лист 0215″ (2 шт.)
  6. Фонтанный насос x 1
  7. латексная трубка для соединения насоса и медной трубки, 1 рулон
  8. припой и флюс x 1
  9. Резак для медных труб x 1
  10. 28 емкостных конденсаторов 2000 В, 0,22 мкФ 940C20P22K-F полипропиленовые металлопленочные конденсаторы (доступны здесь: eastvoltageresearch.com, а также на Ebay и Alibaba)
  11. Резистор 47 кОм x 1
  12. зеленый светодиод x 1
  13. Ультрабыстрый диод UF4007 x 1
  14. Пропановая горелка x 1

В этом проекте мы используем микросхему таймера 555 (рис. 1) в нестабильном режиме для генерации прямоугольного сигнала с коэффициентом заполнения 50%.Это достигается с помощью переменного резистора (0-20 кОм) для генерации переменной частоты в диапазоне от 35 кГц до 132 кГц. Этот диапазон отлично подходит для различных индукционных нагревателей различных размеров.

Рисунок 1: Схема драйвера. NB, если микросхемы драйвера затвора слишком сильно нагреваются, попробуйте уменьшить емкость керамических конденсаторов между выходом микросхемы драйвера затвора и GDT с 2 мкФ до 0,1 мкФ. 7HC14N является опечаткой и должно читаться как 74HC14N

.

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ ПОЛУЧИТЬ ИЗОБРАЖЕНИЕ С ВЫСОКИМ РАЗРЕШЕНИЕМ:
Несмотря на то, что 555 выдает прямоугольную волну, это не «чистая» прямоугольная волна.Чтобы очистить прямоугольную волну, выход 555 подается на шестнадцатеричный инвертор 74HC14N, который выдает хороший чистый прямоугольный сигнал. Он подается на инвертирующие и неинвертирующие входы микросхем драйверов MOSFET UC37321/22. Эти микросхемы питаются от 12 В для 12-вольтового выхода. Поскольку чипы работают в непрерывном режиме, а не в импульсном режиме, как в твердотельных катушках Теслы, они имеют тенденцию нагреваться и могут выйти из строя. Для уменьшения перегрева и выхода из строя этих микросхем по 2 штуки каждой из микросхем укладываются параллельно, спаивая их ножки между собой.Единственным недостатком микросхемы таймера 555, подключенной, как показано на этой схеме, является то, что рабочий цикл фиксируется на уровне 50%, и поэтому при отсутствии вариатора управление мощностью более ограничено. Еще одним недостатком показанной здесь настройки таймера 555 является отсутствие мертвого времени между включением одной микросхемы драйвера затвора UC и выключением другой. Это приводит к возможности одновременного включения обоих IGBT-транзисторов на одной стороне полного моста, что приводит к ситуации, известной как прострел, создающей короткое замыкание на одной стороне полного моста и приводящее к разрушению IGBT на одной стороне. стороне полного моста.В действительности прострелы действительно происходят и, по-видимому, допустимы для IGBT. Я не заметил, чтобы это было проблемой (пока) с этой настройкой таймера 555.

2 микросхемы UC373XX с припаянными друг к другу ножками и приклеенной алюминиевой полосой для уменьшения перегрева

На эти параллельно соединенные чипы можно наклеить небольшие полоски алюминия для еще большего охлаждения. Выход микросхемы проходит через керамические конденсаторы, которые функционируют как конденсаторы блокировки постоянного тока. Обычно достаточно 1-2 мкФ (рис. 1).Крышки должны быть рассчитаны не менее чем на 50В. Трансформатор драйвера затвора намотан на одиночном ферритовом тороиде, который намотан 1:2:2:2:2 с 10:20:20:20:20 витками витых пар.

Трансформатор привода затвора с обмоткой 1:2:2:2:2 Изготовлен из кабеля CAT5. Он содержит 8 проводов, 4 из них цветные и 4 «белых». Все белые были объединены для праймериз. 4 цветных питают каждую из баз 4 IGBT в полномостовом инверторе. Важно, чтобы провода от GDT были короткими, чтобы уменьшить паразитный шум от радиопомех.

В качестве альтернативы, 2 трансформатора привода затвора могут быть намотаны 1:2:2 каждый трехжильным проводом 10:20:20 витков. Цель состоит в том, чтобы подать 24 В на базы IGBT, чтобы убедиться, что они полностью включены. Более 30 В приведет к отказу IGBT. Для предотвращения всплесков на базах между базами и эмиттерами подключены встречные 25-вольтовые стабилитроны (рис. 2). Эти стабилитроны также помогают дополнительно выравнивать входной сигнал базы транзистора.

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ ПОЛУЧИТЬ ИЗОБРАЖЕНИЕ С БОЛЬШИМ РАЗРЕШЕНИЕМ:

Рис. 2: Полномостовой инвертор IGBT с питанием от сети.

Если используются 2 GDT, то их первичные обмотки должны быть подключены параллельно к выходу пары микросхем драйвера UC37321/22 (рис. 1). Две оставшиеся обмотки каждого из GDT подключены между базами и эмиттерами IGBT таким образом, что 2 IGBT в полном мосту включены, а другая пара выключена (см. рис. 2). Это достигается путем реверсирования выходных соединений вторичных устройств второго GDT. Перед подключением выходов GDT к базам IGBT проверьте формы сигналов вторичных обмоток GDT, чтобы убедиться, что они прямоугольные или как можно ближе к прямоугольным.Для достижения хороших прямоугольных сигналов может потребоваться использование другого или большего GDT или увеличение или уменьшение количества обмоток на нем. Существует множество различных типов ферритовых материалов. Зеленые ферритовые тороиды работают лучше всего. Тороиды из желтого или светло-зеленого порошкового железа, используемые в компьютерных блоках питания, дают очень плохой сигнал привода затвора и не подходят для этой цели. Убедитесь, что один набор оппозитных IGBT в полном мосту (рис. 2) включен, сведя сигналы к основанию, в то время как другая оппозитная пара имеет противофазные сигналы, которые отключили бы их.Таким образом, одна пара включена, а другая противоположная пара (рис. 2) выключена, а затем наоборот.

Противоположный вход прямоугольной формы, измеренный на воротах:

Отрицательная шина секции драйвера на рис. 1 также должна быть заземлена на заземление сети, так как при перемещении руки или других объектов рядом с секцией драйвера во время ручной настройки могут возникнуть колебания выходного сигнала, если она не была должным образом заземлена, как Я испытал. Секция драйвера должна быть изолирована от силовой части цепи предпочтительно алюминиевой коробкой.Коробка также должна быть заземлена. Важно: обратите внимание, что 12-вольтовый регулятор напряжения LM7812 ДОЛЖЕН иметь радиатор, иначе он перегреется и автоматически отключится. Теплоотвод может быть достигнут либо путем добавления навинчиваемого радиатора к регулятору, либо, что более удобно, путем привинчивания LM7812 к стенке проектной коробки. Поскольку металлическая задняя часть регулятора представляет собой отрицательную шину, это позволяет легко заземлить отрицательную шину, а также коробку на землю, просто подключив заземление к внешней стороне коробки.

БТИЗ FGA60N65 легко выдерживают постоянное напряжение 650 В 60 А (которое определенно требует радиатора). Все эти БТИЗ имеют собственную базовую емкость, которая в сочетании с вторичной индуктивностью приводного трансформатора приводит к сильным звонковым колебаниям на базах во время переключения, которые могут повредить базы. Этот звон гасится резисторами затвора на 6,8 Ом. Остаточный заряд на базах быстро снимается диодами Шоттки (1N5819), включенными параллельно резисторам базы (см. рис. 2).Если базы работают при напряжении 24-30 В, они работают в области плато кривой напряжения-тока, где резистивный нагрев IGBT минимален. Это дополнительно уменьшается за счет ZVS или переключения нулевой точки, которое достигается правильной настройкой (см. далее). Диоды TVS 440В защищают коллектор-эмиттер от скачков обратного напряжения. Снабберный конденсатор на 400 В 4,7 мкФ (оглядываясь назад, было бы лучше использовать демпфирующий конденсатор на 1000 В 0,22 мкФ, так как номинальное напряжение 400 В — слишком низкое напряжение) и дополнительные TVS, обычно рассчитанные на 400–440 В (переходное пиковое напряжение), защищают рельсы ( Рис. 2) от скачков напряжения.Большие электролитические конденсаторы (2700 мкФ, 400 В) помогают сгладить выпрямленный переменный ток и действуют как резервуар заряда. Однако в этих колпачках нет необходимости, и устройство будет работать непосредственно от несглаженного выпрямленного переменного тока. Выпрямитель и IGBT-транзисторы FGA60N65 должны иметь радиатор с добавлением вентилятора для дополнительного охлаждения радиаторов.

Вентилятор в основании радиатора:

Выходной сигнал инвертора подается на ферритовый трансформатор связи, состоящий из 3 соединенных друг с другом 2.Ферритовые тороиды диаметром 4 дюйма, скрепленные вместе лентой, вокруг которых намотано около 20–22 витков изолированного многожильного провода калибра 16. Эти обмотки действуют как первичные обмотки для контура бака (см. рис. 3).

Рисунок 3: Цепь резервуара 6 мкФ резонирует на частоте 40 кГц. Резервуар представляет собой первичную обмотку с 1 витком, соединенную последовательно с рабочей катушкой (в данном случае 6 витков медной трубки диаметром 2,5 дюйма и диаметром 3/8 дюйма) и последовательно с батареей конденсаторов (рис. 3). Батарея конденсаторов состоит из 28 параллельно соединенных нулей.Пленочные конденсаторы 22 мкФ 2000 В (рассчитаны на использование с индукционными нагревателями и катушками Тесла), всего 6 мкФ. Использование качественных MKP или других полипропиленовых конденсаторов, способных выдерживать большие токи, высокое напряжение и высокую частоту, необходимо для работы индукционного нагревателя. Если конденсаторы имеют неправильный номинал, они нагреются и взорвутся, а передача энергии на заготовку в 6-витковой рабочей катушке будет незначительной или вообще не будет передаваться.

Между выходом инвертора и ферритовым трансформатором связи подключен блокировочный конденсатор постоянного тока (см. схему инвертора на рис. 2).Демпфирующие конденсаторы Aerovox RBPS20591KR6GNZ 1 кВ, 2 мкФ отлично работают в этом качестве и очень долговечны:

Если, например, 20 А протекает через БТИЗ во время нагрева, это соответствует 22 x 20 А, протекающим в баке с 22-витковым трансформатором связи, т. е. 440 А.

Использование токоизмерительных клещей для измерения тока 355 А, протекающего в контуре бака:

С 6-витковой рабочей катушкой количество тока, протекающего через заготовку, будет 440 x 6 = приблизительно 2.6кА! Общая емкость конденсаторной батареи, состоящей из 28 конденсаторов по 0,22 мкФ = 6 мкФ. С 6-витковой рабочей катушкой диаметром 2,5 дюйма это резонирует примерно на 40 кГц. Это частота, при которой происходит максимальный нагрев заготовки и переключение нулевой точки транзисторов. Частота может быть изменена на лету, чтобы приспособиться к более крупной заготовке и т. д. Обычно для более точной настройки предпочтительнее использовать 10-оборотный подстроечный резистор 20 кОм в схеме драйвера (рис. 1) (у меня был только 1-оборотный подстроечный резистор). Когда желаемый уровень нагрева достигнут, передачу мощности можно уменьшить и отключить, расстроив цепь, а затем отключив питание от сети.Однако для более безопасной работы можно использовать вариатор, но он должен быть рассчитан на мощность не менее 3-4 кВА, что приводит к увеличению объема и шума (обмотки и сердечник вариатора громко вибрируют при больших мощностях). Рабочий змеевик охлаждается за счет того, что вода течет по медным трубкам в виде непрерывного контура с помощью фонтанного насоса или просто из шланга, подсоединенного непосредственно к крану. При выбранных значениях нагрева материала трансформатора связи или первичной обмотки трансформатора связи немного или совсем нет.Конденсаторы подключены (рис. 3) таким образом, что каждый из конденсаторов в группе конденсаторов вносит одинаковый вклад в общий ток, чтобы избежать чрезмерного нагрева любого из конденсаторов. Следовательно, рабочая катушка подключена к противоположным концам батареи конденсаторов, как показано на рисунке 3. Дальнейшее охлаждение конденсаторов может быть достигнуто с помощью принудительного воздушного охлаждения от вентилятора корпуса компьютера, но я обнаружил, что это не нужно даже при больших пробегах! Вероятно, это связано с тем, что номинальные характеристики выбранных конденсаторов подходят для этого типа приложений.

Резонансную частоту контура бака можно определить перед подключением его к индукционному нагревателю, подключив его к генератору сигналов через резистор 10 кОм и замерив напряжение на баке при изменении частоты сигнала. Либо синусоида, либо прямоугольная волна могут быть введены в резервуар через резистор 10 кОм. Резонанс наблюдается при внезапном повышении напряжения на баке.

При типичном запуске схема драйвера включается и расстраивается, начиная с частоты ВЫШЕ резонанса контура резервуара — точка резонанса может быть отмечена на циферблате потенциометра настройки.Важно начинать с более высокой частоты выше резонансной и медленно уменьшать частоту, пока не будет достигнут резонанс и не произойдет нагрев заготовки. Причина в том, что если настройка начинается с более низкой частоты на более высокую, между эмиттером и коллектором IGBT будут возникать сильные всплески напряжения звонка ниже резонанса, что может привести к отказу IGBT. Затем обрабатываемая деталь помещается в змеевик. Затем инвертор подключается к сети переменного тока со среднеквадратичным значением 120 В или 220 В, в зависимости от того, где вы живете (обратите внимание, что это устройство было протестировано с напряжением 120 В переменного тока, а не 240 В переменного тока).Частота медленно уменьшается с помощью настроечного потенциометра, пока не будет достигнута резонансная частота контура резервуара. В этот момент загорится зеленый светодиодный индикатор на баке. Настройку продолжают до тех пор, пока на шунтирующем амперметре не появится максимальный ток (рис. 2). Причина, по которой предпочтительнее начинать настройку с деталью, уже находящейся в рабочей катушке, заключается в том, что отсутствие детали в катушке приведет к очень высоким токам, протекающим через коллекторы IGBT при резонансе, что может вызвать нагрузку на IGBT.Когда устройство настроено (максимальный ток при наличии заготовки и горящем индикаторе), будет отмечаться видимый нагрев заготовки. Перенастройка выполняется, если железо нагрето выше точки Кюри (770 градусов по Цельсию), так как потеря ферромагнетизма в заготовке приведет к выходу резервуара из резонанса. Я обнаружил, что это относится к индукционным нагревателям с ФАПЧ, которые вышли из резонанса в точке Кюри и должны были быть настроены вручную. Это было разочаровывающим, так как это как бы лишало цели использования PLL, и поэтому я решил сделать устройства с ручной настройкой.

Обратите внимание на короткие соединения от GDT. Провода GDT представляют собой витые пары и покрыты алюминиевой лентой для защиты от паразитных радиопомех:

.

Я использовал пропановую горелку и припой, чтобы выполнить электрические соединения 18-дюймовой прямой медной трубы диаметром 1/2 дюйма с медным листовым покрытием. Медная трубка диаметром 3/8 дюйма была разрезана с помощью резака для медных труб, и после того, как она превратилась в катушку диаметром 2,5 дюйма, была соединена с медью диаметром 1/2 дюйма с помощью фитингов и припоя для герметичности соединений.6-витковая медная рабочая катушка была изготовлена ​​путем расчета правильной длины медной трубки 3/8″, чтобы получить 6-витковую катушку диаметром 2,5 дюйма, а затем добавлены дополнительные 20–24 дюйма, чтобы получить 10–12-дюймовую прямую медную трубку. на каждом конце катушки. Требуемая длина трубки – это отрезок (с помощью резака для медных труб, а не ножовки) рулона мягкой медной трубки, который можно приобрести в любом хозяйственном магазине. Середина отрезанного куска отмечается маркером, один конец отрезанного куска закрывается колпачком, а затем отрезанный кусок доверху засыпается песком.Песок периодически утрамбовывают, постукивая трубкой по земле, чтобы обеспечить полное заполнение без воздушных зазоров. Затем другой конец закрывается крышкой, как только труба полностью заполняется песком. Используя кусок трубы из ПВХ или дерева с наружным диаметром 2,5 дюйма, крепко удерживая его как минимум двумя тисками, среднюю точку заполненной песком трубы помещают на один конец трубы из ПВХ или деревянного дюбеля, и с каждой стороны наматывают 3 витка. отмеченной средней точке, чтобы получить в общей сложности 6 витков с наконечниками равной длины 10-12 дюймов на 6-витковой катушке.Песок предотвращает перекручивание или коробление трубки во время намотки змеевика. Намотать катушку не так просто, как может показаться, и перед тем, как намотать 6-витковую катушку, может быть полезно потренироваться с небольшой длиной заполненной песком медной трубки. Песок удаляют из готового змеевика, снимая торцевые крышки и постукивая по нему, в то время как песок высыпается из него. Последние следы песка в змеевике можно удалить, продув их ртом или сжатым воздухом.

Фурнитура для пота:

Термистор на 30 А рядом с выключателем на 40 А для предотвращения скачка пускового тока при включении агрегата напрямую от сети без вариатора:

Шунтовой амперметр 50А для настройки:

Трансформатор связи, состоящий из трех 2.4-дюймовые ферритовые тороиды склеены вместе. 22 витка красного многожильного первичного провода калибра 16, намотанного на соединительный трансформатор:

Схема драйвера изготовлена ​​из обычной перфорированной платы и сквозных отверстий. Для компонентов ИС настоятельно рекомендуется использовать держатели гнезд ИС! Заземление отрицательной шины схемы драйвера необходимо для стабильной работы драйвера.

Для полномостового инвертора я использовал клеммные винтовые соединители, чтобы легко заменить IGBT, вместо того, чтобы припаивать их на место.Многослойный мост с низкой индуктивностью с медной шиной или полосой использовался для уменьшения паразитной индуктивности. Полный мост с низкой индуктивностью. Обратите внимание на демпферный колпачок Aerovox 4,7 мкФ 400 В и диоды TVS:

После добавления стабилитронов:

Без стабилитронов:

28 конденсаторов 0,22 мкФ 2 кВ, расположенных между медными листами и образующих блок конденсаторов 6 мкФ. Это почти не нагревалось во время более длинных пробегов:

Вот видео устройства, подключенного непосредственно к розетке 220 В:

Вот тигель, полный расплавленного алюминия, который расплавился за считанные минуты:

Большой кусок алюминия, выплавленный из алюминиевого лома (плавится за считанные минуты):

Я надеюсь, что это краткое руководство было полезным для тех, кто заинтересован в создании более крупного и мощного настраиваемого индукционного нагревателя с полным мостом IGBT.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.