Индукционный нагреватель металла своими руками: схема

Автор Vladimir На чтение 8 мин. Просмотров 7.4k. Опубликовано 25.01.2020

Нагреватель индукционного типа является незаменимым приспособлением для домашних мастеров, которое позволяет нагревать, закалять и плавить металл. Устройство не требует угля, газа, сооружения специальной печи: нужно лишь подключение к электрической сети. На том, как собрать индукционный нагреватель металла своими руками по схеме и пошаговой инструкции, разберемся в подробностях.

Содержание

1. Принцип работы
2. Плюсы и минусы
3. Как сделать индукционный нагреватель
4. Двухтактная схема
5. Усиленный вариант
6. С питанием от сети
7. Простая схема
8. Нагреватель на 3кВт
9. Компоненты
10. Из сварочного инвертора
11. Меры безопасности

Принцип работы

Индукционный нагрев осуществляется при помощи следующих составляющих:

• индуктора;
• генератора;
• нагреваемого предмета.

В качестве индуктора используется катушка, которую изготавливают из толстой медной проволоки. Посредством этой детали создается магнитное поле. При помощи генератора переменного тока вырабатывается ВЧ поток от обычной электросети 220 В и 50 Гц. Нагревательным элементом может быть любой металлический предмет, который способен поглощать тепловую энергию под воздействием магнитного поля.

Особенность магнитного поля заключается в том, что оно способно менять направление электромагнитных волн на ВЧ. При помещении внутрь поля металлического предмета, происходит нагрев металла без контакта с катушкой, благодаря вихревым токам.

[alert]Соприкосновение заготовки к нагревательному элементу необязательно. Главное, чтобы катушка равномерно охватывала нагреваемую поверхность детали.[/alert]

Таким образом удается добиться минимальных потерь при переходе одного вида энергии в другую и при этом получить высокий КПД. Благодаря индукционному способу можно получить довольно быстрый нагрев поверхностных слоев. Например, для нагрева металлической заготовки диаметром около 40 мм и длиной 150 мм понадобится порядка 25 с.

Индукционные нагреватели чаще всего работают на частоте 10 кГц. Именно так удается получить максимальный КПД. Частоту можно регулировать, что зависит от таких показателей:

• температура нагреваемого предмета;
• требуемая производительность нагрева;
• поперечное сечение предмета.

Читайте также: Катушка Тесла своими руками в домашних условиях

Плюсы и минусы

Преимуществ у индукционного нагревателя немало:

• простота изготовления;
• высокий КПД;
• экологичность;
• возможность работы в различных средах;
• невысокие затраты на электричество;
• длительная эксплуатация;
• надежность.

Что касается недостатков, то таковых практически не существует.

Индукционный нагрев применяется в быттехнике (отопительные котлы, кухонные плиты). Подобное оборудование выделяется простой эксплуатацией, надежностью, высокой эффективностью.

Как сделать индукционный нагреватель

Существуют разные варианты индукционных нагревателей металла, которые можно сделать своими руками по схеме и пошаговой инструкции. Рассмотрим наиболее распространенные из них.

Двухтактная схема

Устройство выполнено из задающего генератора ВЧ на мощных полевых транзисторах. Рабочее напряжение определяется мощностью самих транзисторов. Если последние используются IRFP250, то напряжение должно быть в пределах 12-30 В.

[alert]Задействуя мощные транзисторы, можно поднять температуру нагрева металла более 1000 °С, что позволит производить плавление.[/alert]

Поскольку во время работы транзисторы будут выделять большое количество тепла, их следует разместить на радиаторе большой площади и применить вентилятор для обдува либо вовсе воду для охлаждения. В холостом режиме самодельный нагреватель потребляет около 10 А, а во время нагрева – минимум 15 А, что говорит о необходимости использования мощного БП не менее чем на 20 А.

Для представленной схемы можно изготовить печатную плату.

Монтаж производим следующим образом:

1. Наматываем дроссели проводом, покрытым лаковой изоляцией. Кольца можно использовать от компьютерного БП.
2. Емкости с1-с16 используем металлопленочные, номиналом 0,33 мкФ на 630 В. Их соединяем параллельно рядами. Всего должно получиться 16 шт. Конденсаторы, рассчитанные на меньшее напряжение, лучше не использовать – будут греться.
3. Монтируем конденсаторы и дроссели на плату. Последние фиксируем при помощи силиконового герметика.
4. Катушку изготавливаем из медной трубки диаметром 6 мм. Наматываем ее на заготовке диаметром 40 мм, например, на отрезке трубы. Количество витков катушки – 5. Расстояние между крайними витками – 40 мм. Концы катушки загибаем и фиксируем к радиаторам при помощи клемных колодок.
5. Поскольку в процессе работы катушка будет сильно нагреваться, изготавливаем систему охлаждения. Для этого на концы медной трубки надеваем силиконовые трубки и подключаем их к автомобильному насосу омывателя ветрового стекла.
6. Для охлаждения теплоотводов монтируем компьютерный вентилятор. Если напряжение нагревателя будет подниматься до 60 В, потребуется более мощный вентилятор и радиаторы.
7. Для усиления дорожек на плате напаиваем медную проволоку.
8. Подаем питание от автомобильного АКБ и проверяем работоспособность устройства.

[alert]Подобрав транзисторы с соответствующими параметрами, можно собрать устройство, рассчитанное на мощность в 500 ватт.[/alert]

[youtube]https://www.youtube.com/watch?v=cEaiQcxifcM[/youtube]

Усиленный вариант

Нагреватель выполнен по схеме обычного ВЧ мультивибратора.

Необходимые детали подбираются согласно схеме. Сборка состоит из таких шагов:

1. Изготавливаем катушку из 5 мм меди и подготавливаем плату из текстолита.
2. Монтируем катушку и транзисторы на плату.
3. Изготавливаем дроссели.
4. Припаиваем остальные радиокомпоненты по схеме.
5. Проверяем работоспособность устройства, подавая напряжение от блока питания.

При правильной сборке изделие должно сразу функционировать. В противном случае следует проверить правильность соединений по схеме. Если нет желания самостоятельно собирать, можно приобрести готовый генератор, который справится с нагревом мелких деталей.

Читайте также: Качер Бровина своими руками

С питанием от сети

Для запитки нагревателя от электросети можно собрать схему на IR2153. Для настройки резонанса используется переменный резистор 100 кОм. Для управления частотами требуется дополнительное питание 12-15 В. Дроссель, через который питание подается от сети 220 В, состоит из 20 витков провода 1,5 мм, намотанного на ферритовом сердечнике 8х10 мм. Катушка для нагрева металлических изделий выполняется из толстой проволоки и имеет 10-30 витков, намотанных на оправке 3-10 см. Емкости используются 6х330 нФ на 250 В.

Простая схема

Одним из наиболее простых индукционных нагревателей является устройство, представленное на схеме:

Применяемые транзисторы имеют следующую распиновку:

Сборка выполняется в такой последовательности:

1. Транзисторы закрепляем на большой теплоотвод. При использовании одного радиатора, транзисторы следует фиксировать через резиновые прокладки и пластиковые шайбы, чтобы избежать замыкания между элементами.
2. Дроссели наматываем на кольцах из порошкового железа. Их можно взять от компьютерного блока питания. Провод используем 1,2 мм, количество витков – 7-15.
3. Конденсаторы собираем в виде батареи с общей емкостью 4,7 мкФ. Все элементы между собой соединяем параллельно.
4. Катушку наматываем проводом 2 мм в количестве 8 витков.
5. Собираем нагреватель по схеме навесным монтажом либо на плате.

Закончив сборку, устройство при подаче напряжения начинает сразу же работать. В качестве источника питания можно задействовать АКБ на 12 В и 7,2 А. Ток на холостом ходу составляет 6-8 А. Если в контур поместить металлический предмет, потребляемый ток увеличится до 12 А.

[alert]Длительная работа изделия приводит к перегреву конденсаторов, транзисторов, а также дросселя.[/alert]

Нагреватель на 3кВт

Для того чтобы индукционный нагреватель мог плавить разный металл (алюминий, медь, сталь), потребуется мощное устройство. Его можно собрать также своими руками по аналогии с приведенными схемами.

Компоненты

Основными составляющими мощного нагревателя являются инвертор, драйвер, трансформатор и RLC-контур. Инвертор преобразовывает постоянный ток в переменный. Для мощного устройства его работа должна быть стабильной. Также используется защита МОП-транзистора от перепадов напряжения. При скачках возникают шумы, переключающие изделие на ВЧ, что приводит к перегреву транзистора и его выходу из строя.

В нижней части печатной платы расположены линии с большими токами. Для этого используется несколько слоев меди, что позволяет пропускать токи больших величин, а именно — более 50 А. В конструкции задействуются алюминиевые радиаторы с водяным охлаждением для рассеивания тепла от транзисторов.

Схема инвертора:

Драйвер имеет следующее схематическое решение, которое позволяет самостоятельно останавливаться на частоте резонанса.

Блок конденсаторов имеет номинал 4,4 мкФ и способен выдерживать 300 А. Катушка используется с индуктивностью порядка 1 мкГн. Для крепления конденсаторов следует использовать медную шину, в которой нужно проделать отверстия и паяльником припаять к ним емкости. Затем с каждой стороны конденсаторов необходимо закрепить медные трубки для водяного охлаждения.

Для изготовления трансформатора на кольцах следует выполнить намотку из провода 0,54 мм, состоящего из 64 нитей. Это позволит выдерживать нагрузку в 50 А.

Для рабочей катушки используется трубка 9 мм от холодильника. Катушка состоит из 4-6 витков, намотанных на оправке около 50 мм.

Готовая конструкция имеет вид, как на фото.

С работой устройства на 12 киловатт можно ознакомиться по видео. Основное отличие со схемой на 3 кВт заключается в использовании управляемого микропроцессорного драйвера, более мощных транзисторах и больших радиаторах. Питание нагревателя на 12 кВт осуществляется от сети 220 В.

[youtube]https://www.youtube.com/watch?v=It8ZZrP1GFc[/youtube]

Из сварочного инвертора

Нагреватель можно выполнить из инвертора для сварки. Однако просто подключить катушку к клеммам устройства нельзя – он попросту выйдет из строя. Чтобы задействовать инвертор в качестве индукционного нагревателя, потребуется сложная переделка, которую невозможно выполнить без знаний в области радиоэлектроники.

Вкратце переоборудование сводится к следующему: первичную обмотку катушки подсоединяют после преобразователя ВЧ инвертора вместо встроенной катушки сварочного прибора. Также нужно будет убрать диодный мост и произвести монтаж конденсаторного блока.

Читайте также: Катушка для удлинителя своими руками

Меры безопасности

При работе с нагревателем индукционного типа нужно учитывать следующие моменты:

• эксплуатация должна быть крайне аккуратной, поскольку повышается вероятность получения ожогов как от нагреваемых предметов, так и от элементов устройства;
• создаваемое установкой электромагнитное поле может воздействовать на предметы, расположенные поблизости. Поэтому перед работой рекомендуется убрать такие устройства, как мобильники, цифровые камеры и т.
  п., а также надеть одежду без металлических элементов.

[alert]Людям, у которых вживлен кардиостимулятор, использовать индукционный прибор не рекомендуется.[/alert]

Ознакомившись с разными вариантами схем и пошаговыми инструкциями по изготовлению индукционного нагревателя металла своими руками, собрать подобное устройство сможет практически каждый желающий. Единственное, что потребуется, так это минимальные умения в обращении с паяльником, а также опыт чтения схем. Правильный подбор элементов и безошибочная сборка устройства позволят получить своеобразную печь для нагрева, закалки и плавки металлических предметов при конструировании или ремонте чего-либо.

[youtube]https://www.youtube.com/watch?v=quvL5w3aYw4[/youtube]

Индукционный нагреватель 500 Ватт своими руками

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!

Схема индукционного нагревателя:

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!

[ads1]

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 Купить Резисторы 470 Ом 2 Ватт Купить Набор резисторов 300 шт. 1/4 Ватт Ферритовые кольца Купить готовый индукционный нагреватель

Купить Индукционный нагреватель:

Видео:

2 простых контура индукционного нагревателя — плиты с конфорками

В этом посте мы изучим 2 простых в сборке контура индукционного нагревателя, которые работают на принципах 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.

---

Обновление:  Вы также можете узнать, как спроектировать собственную варочную панель с индукционным нагревателем:
Проектирование схемы индукционного нагревателя – Учебное пособие

---

Содержание

Принцип работы индукционного нагревателя

Индукционный нагреватель представляет собой устройство, использующее высокочастотное магнитное поле для нагрева железной нагрузки или любого ферромагнитного металла с помощью вихревых токов.

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

Вырабатываемое тепло пропорционально току ² x сопротивлению металла. Поскольку предполагается, что металл нагрузки состоит из железа, мы рассматриваем сопротивление R для металлического железа.

Теплота = I ²  x R (Железо)

Удельное сопротивление железа: 97 нОм·м В высокочастотных коммутационных приложениях вместо этого в качестве сердечников используются ферритовые материалы.

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

Ссылаясь на предложенные ниже схемы индукционного нагревателя, мы находим концепцию, использующую ZVS или технологию переключения при нулевом напряжении для требуемого запуска МОП-транзисторов.

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

Кроме того, схема, являющаяся саморезонансной по своей природе, автоматически получает настройки на резонансной частоте подключенной катушки и конденсатора, полностью идентичных схеме резервуара.

Использование генератора Ройера

В схеме используется генератор Ройера, отличающийся 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 мосфетов.
2. При этом напряжение питания доходит и до затворов мосфетов, открывая их.
3. Однако из-за того, что никакие два МОП-транзистора или любые электронные устройства не могут иметь абсолютно одинаковые характеристики проводимости, оба МОП-транзистора не включаются вместе, а сначала включается один из них.
4. Давайте представим, что T1 включается первым. Когда это происходит, из-за сильного тока, протекающего через T1, напряжение его стока имеет тенденцию падать до нуля, что, в свою очередь, высасывает напряжение затвора другого MOSFET T2 через подключенный диод Шоттки.
5. Здесь может показаться, что T1 может продолжать проводить и уничтожать себя.
6. Однако именно в этот момент в действие вступает схема бака L1C1, которая играет решающую роль. Внезапная проводимость T1 вызывает всплеск и спад 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 T2 проводить, T2 теперь проводит, запуская аналогичный вид повторения, который произошел для T1.
7. Этот цикл теперь быстро продолжается, заставляя схему колебаться на резонансной частоте контура LC. Резонанс автоматически настраивается на оптимальную точку в зависимости от того, насколько хорошо согласованы значения LC.

Однако основным недостатком конструкции является то, что в качестве трансформатора используется катушка с центральным отводом, что делает реализацию обмотки немного сложнее. Однако центральный отвод обеспечивает эффективный двухтактный эффект на катушке всего за пару активных устройств, таких как MOSFET.

Как видно, к затвору/истоку каждого полевого МОП-транзистора подключены диоды с быстрым восстановлением или высокоскоростным переключением.

Эти диоды выполняют важную функцию разрядки емкости затвора соответствующих полевых МОП-транзисторов в непроводящем состоянии, что делает операцию переключения быстрой и быстрой.

Как работает ZVS

Как мы обсуждали ранее, эта схема индукционного нагревателя работает с использованием технологии ZVS.

ZVS означает переключение при нулевом напряжении, что означает, что MOSFET в цепи включаются, когда на их стоках есть минимальный или нулевой ток, мы уже узнали об этом из приведенного выше объяснения.

Это на самом деле помогает мосфетам безопасно включаться, и поэтому эта функция становится очень полезной для устройств.

Эту характеристику можно сравнить с проводимостью при пересечении нуля для симисторов в сетях переменного тока.

Благодаря этому свойству мосфеты в саморезонансных схемах ZVS требуют гораздо меньших радиаторов и могут работать даже при больших нагрузках до 1 кВА.

Будучи резонансной по своей природе, частота контура находится в прямой зависимости от индуктивности рабочей катушки L1 и конденсатора С1.

Частота может быть рассчитана с использованием следующей формулы:

F = 1 / (2π*√ [ L * C] )

, где F является частотой, рассчитывается в Hertz
L – индуктивность основной нагревательной катушки L1, представленная в Henries
, а C – емкость конденсатора C1 в фарадах

МОП-транзисторы

Для них можно использовать радиаторы, хотя выделяемое тепло не вызывает беспокойства, но все же их лучше армировать на теплопоглощающих металлах. Однако можно использовать любые другие N-канальные полевые МОП-транзисторы с соответствующим номиналом, для этого нет особых ограничений.

Индуктор или индукторы, связанные с основным змеевиком нагревателя (рабочим змеевиком), представляют собой своего рода дроссель, который помогает предотвратить любое возможное попадание высокочастотного содержимого в источник питания, а также ограничивает ток 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 сильноточного диапазона.

Резервуарная цепь

С1 и L1 составляют здесь накопительную цепь для предполагаемой фиксации высокой резонансной частоты. Опять же, они также должны быть рассчитаны на то, чтобы выдерживать высокие величины тока и тепла.

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

1) Мощный индукционный нагреватель с использованием концепции драйвера Mazzilli

Первая конструкция, описываемая ниже, представляет собой высокоэффективную индукционную концепцию ZVS, основанную на популярной теории драйвера Mazilli.

Используется одна рабочая катушка и две катушки ограничения тока. Конфигурация позволяет избежать необходимости в центральном отводе от основного рабочего змеевика, что делает систему чрезвычайно эффективной и быстрой для нагрева груза с огромными размерами. Нагревательный змеевик нагревает нагрузку за счет двухтактного действия полного моста

Модуль фактически доступен в Интернете, и его можно легко купить по очень разумной цене.

Принципиальную схему этой конструкции можно увидеть ниже:

Исходную схему можно увидеть на следующем изображении:

Принцип работы такой же, как у ZVS, с использованием двух мощных полевых МОП-транзисторов. Вход питания может быть от 5 В до 12 В, а ток от 5 до 20 ампер в зависимости от используемой нагрузки.

Выходная мощность

Выходная мощность вышеуказанной конструкции может достигать 1200 Вт при повышении входного напряжения до 48 В и силы тока до 25 ампер.

На этом уровне тепло, выделяемое рабочей катушкой, может быть достаточно сильным, чтобы расплавить болт толщиной 1 см в течение минуты.

Размеры рабочей катушки

Демонстрационное видео

2) Индукционный нагреватель с использованием рабочей катушки с центральным отводом быть немного менее эффективным по сравнению с предыдущей конструкцией. L1, который является наиболее важным элементом всей схемы. Он должен быть построен с использованием чрезвычайно толстых медных проводов, чтобы выдерживать высокие температуры во время индукционных операций.

Конденсатор, описанный выше, должен быть идеально подключен как можно ближе к клеммам L1. Это важно для поддержания резонансной частоты на заданной частоте 200 кГц.

Технические характеристики первичной рабочей катушки

Для катушки индукционного нагревателя L1 множество медных проводов диаметром 1 мм могут быть намотаны параллельно или бифилярно, чтобы более эффективно рассеивать ток, вызывая меньшее выделение тепла в катушке.

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

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

В этом методе можно попробовать использовать меньшие витки для снижения импеданса катушки и, в свою очередь, для увеличения ее пропускной способности по току.

Емкость для этой схемы может быть увеличена, чтобы пропорционально уменьшить резонансную частоту.

Резервуарные конденсаторы:

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

Как прикрепить конденсатор к рабочей индукционной катушке

На следующем рисунке показан точный метод присоединения конденсаторов параллельно концевым клеммам медной катушки, желательно через печатную плату с хорошими размерами.

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

• R1, R2 = 330 Ом 1/2 Вт
• D1, D2 = FR107 или BA159

• T1, T29 = I05 04 10 000 мкФ/25 В
• C2 = 2 мкФ/400 В путем параллельного соединения показанных ниже 6 конденсаторов 330 нФ/400 В

• D3—-D6 = диоды на 25 А На следующих рисунках диаметр может быть около 30 мм (внутренний диаметр катушек)
• L2 = дроссель 2 мГн, изготовленный путем намотки магнитного провода диаметром 2 мм на любой подходящий ферритовый стержень
• TR1 = 0–15 В/20 ампер
• регулируемый источник питания постоянного тока 15 В 20 ампер.

Использование транзисторов BC547 вместо высокоскоростных диодов

На приведенной выше схеме индукционного нагревателя мы видим затворы МОП-транзисторов, состоящие из диодов с быстрым восстановлением, которые может быть трудно достать 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 хорошо работает на частотах около 1 МГц.

Еще одна простая конструкция, сделанная своими руками

На следующей схеме показана еще одна простая конструкция, похожая на вышеописанную, которую можно быстро собрать в домашних условиях для реализации персональной системы индукционного нагрева.

Перечень деталей

• R1, R4 = 1K 1/4 Вт MFR 1%
• R2, R3 = 10K 1/4 Вт MFR 1%
• D1, D2 = BA159 или FR107
11, Z1, Z1, Z1 9025 Стабилитроны 1/2 Вт
• Q1, Q2 = МОП-транзистор IRFZ44n на радиаторе
• C1 = 0,33 мкФ/400 В или 3 шт. 0,1 мкФ/400 В параллельно
• L1, L2, как показано на следующих изображениях:
• L2 извлечен из любого старого блока питания компьютера ATX.

Как устроена L2

Преобразование посуды в электроплитку

Приведенные выше разделы помогли нам изучить простую схему индукционного нагревателя с использованием пружинообразной катушки, однако эта катушка не может использоваться для приготовления пищи и нуждается в серьезные модификации.

В следующем разделе статьи объясняется, как вышеупомянутая идея может быть изменена и использована как простая небольшая схема индукционного нагревателя для посуды или индукционная схема кадай.

Низкотехнологичная конструкция с низким энергопотреблением, которая может не соответствовать обычным устройствам. Схема была запрошена г-ном Дипешем Гуптой

Технические характеристики

Сэр,

Я прочитал вашу статью «Простая схема индукционного нагревателя — схема плиты» и был очень рад обнаружить, что есть люди, готовые помочь таким молодым людям, как мы, сделай что-нибудь . …

Сэр, я пытаюсь понять работу и пытаюсь разработать индукционный кадай для себя … Сэр, пожалуйста, помогите мне понять проектирование, так как я не так хорош в электронике

Я хочу разработать индукционный нагреватель кадай диаметром 20 дюймов с частотой 10 кГц по очень низкой цене !!!

Я видел ваши схемы и статью, но немного запутался

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

Пожалуйста, помогите мне, сэр, как можно скорее. Будет полезно, если вы сможете предоставить точную информацию о необходимых компонентах.. Пожалуйста, и, наконец, вы упомянули об использовании ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ: используйте регулируемый источник питания постоянного тока 15 В, 20 ампер. Где используется….

Спасибо

Дипеш гупта

Конструкция

Представленная здесь конструкция индукционной схемы кадаи предназначена только для экспериментальных целей и может не служить в качестве обычных устройств. На нем можно быстро заварить чашку чая или приготовить омлет, большего и не следует ожидать.

Упомянутая схема изначально была разработана для нагрева предметов, подобных железным стержням, таких как головка болта. металлическая отвертка и т. д., однако с некоторой модификацией ту же схему можно применять для нагревания металлических кастрюль или сосудов с выпуклым дном типа «кадай».

Для реализации вышеизложенного исходная схема не нуждается в каких-либо модификациях, за исключением основной рабочей катушки, которую необходимо немного подправить, чтобы сформировать плоскую спираль вместо пружины.

Например, чтобы преобразовать конструкцию в индукционную посуду, чтобы она поддерживала сосуды с выпуклым дном, такие как кадай, катушка должна быть изготовлена ​​в сферически-винтовой форме, как показано на рисунке ниже:

Схема будет такой же, как описано в моем разделе выше, который в основном представляет собой дизайн, основанный на Ройере, как показано здесь:

Конструкция спиральной рабочей катушки

L1 состоит из 5-6 витков медной трубки диаметром 8 мм в виде сферической спирали, как показано выше, для размещения небольшой стальной чаши посередине.

Катушка также может быть сжата в виде спирали, если в качестве кухонной посуды предполагается использовать небольшую стальную кастрюлю, как показано ниже:

Конструкция катушки ограничителя тока медный провод над толстым ферритовым стержнем, количество витков необходимо экспериментировать, пока на его клеммах не будет достигнуто значение 2 мГн.

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

Фактическая схема индукционного нагревателя довольно проста по своей конструкции и не требует особых объяснений, несколько вещей, о которых необходимо позаботиться, следующие:

Резонансный конденсатор должен быть относительно ближе к основной рабочей катушке. L1 и должен быть выполнен путем параллельного соединения около 10 0,22 мкФ/400 В. Конденсаторы должны быть строго неполярными и металлизированными из полиэстера.

Хотя конструкция может показаться довольно простой, поиск центрального ответвления в конструкции со спиральной намоткой может вызвать некоторую головную боль, поскольку спиральная катушка будет иметь несимметричное расположение, что затрудняет 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 привести к неравномерному нагреву полевых транзисторов, или вся схема может просто не генерировать в худшем случае.

Ссылка: Википедия

Простая схема индукционного нагревателя своими руками

Этот замечательный небольшой проект демонстрирует принципы высокочастотной магнитной индукции и способы изготовления индукционного нагревателя. Схема очень проста в построении и использует только несколько общих компонентов. С показанной здесь индукционной катушкой схема потребляет около 5 А от источника питания 15 В, когда наконечник отвертки нагревается. Чтобы кончик отвертки стал красным, требуется примерно 30 секунд!

Схема управления использует метод, известный как ZVS (переключение при нулевом напряжении), для активации транзисторов, что обеспечивает эффективную передачу энергии. В схеме, которую вы видите здесь, транзисторы почти не нагреваются из-за метода ZVS. Еще одна замечательная особенность этого устройства заключается в том, что это саморезонансная система, которая автоматически работает на резонансной частоте подключенной катушки и конденсатора. Если вы хотите сэкономить время, в нашем магазине есть схема индукционного нагревателя. Возможно, вы все же захотите прочитать эту статью, чтобы получить несколько полезных советов о том, как заставить вашу систему работать хорошо.

Как работает индукционный нагрев?

При изменении магнитного поля вблизи металлического или другого проводящего объекта в материале индуцируется ток (известный как вихревой ток), который выделяет тепло. Выделяемое тепло пропорционально квадрату тока, умноженному на сопротивление материала. Эффекты индукции используются в трансформаторах для преобразования напряжения во всевозможных приборах. Большинство трансформаторов имеют металлический сердечник, поэтому при использовании в них индуцируются вихревые токи. Разработчики трансформаторов используют различные методы, чтобы предотвратить это, поскольку нагрев — это просто трата энергии. В этом проекте мы будем напрямую использовать этот эффект нагрева и попытаемся максимизировать эффект нагрева, создаваемый вихревыми токами.

Если мы подадим на катушку с проводом постоянно меняющийся ток, внутри нее будет постоянно меняющееся магнитное поле. На более высоких частотах эффект индукции довольно силен и имеет тенденцию концентрироваться на поверхности нагреваемого материала из-за скин-эффекта. Типичные индукционные нагреватели используют частоты от 10 кГц до 1 МГц.

ОПАСНО! Это устройство может создавать очень высокие температуры!

Схема

Используемая схема представляет собой коллекторно-резонансный генератор Ройера, преимуществами которого являются простота и саморезонансная работа. Очень похожая схема используется в обычных схемах инвертора, используемых для питания флуоресцентного освещения, такого как подсветка ЖК-дисплея. Они управляют трансформатором с центральным отводом, который повышает напряжение примерно до 800 В для питания освещения. В этой схеме индукционного нагревателя своими руками трансформатор состоит из рабочей катушки и нагреваемого объекта.

Основным недостатком этой схемы является то, что требуется катушка с центральным отводом, которую может быть немного сложнее намотать, чем обычный соленоид. Катушка с центральным отводом необходима, чтобы мы могли создать поле переменного тока из одного источника постоянного тока и всего двух транзисторов N-типа. Центр катушки подключается к положительному источнику питания, а затем каждый конец катушки поочередно подключается к земле транзисторами, так что ток будет течь туда и обратно в обоих направлениях.

Величина тока, потребляемого от источника питания, зависит от температуры и размера нагреваемого объекта.

Из этой схемы индукционного нагревателя видно, насколько он на самом деле прост. Всего несколько основных компонентов — это все, что необходимо для создания рабочего устройства индукционного нагревателя.

R1 и R2 — стандартные резисторы 240 Ом, 0,6 Вт. Значение этих резисторов будет определять, как быстро МОП-транзисторы могут включаться, и должно быть достаточно низким значением. Однако они не должны быть слишком маленькими, так как резистор будет притянут к земле через диод, когда противоположный транзистор включится.

Диоды D1 и D2 используются для разрядки затворов MOSFET. Это должны быть диоды с малым падением напряжения в прямом направлении, чтобы затвор был хорошо разряжен, а полевой МОП-транзистор полностью отключался, когда другой открыт. Рекомендуется использовать диоды Шоттки, такие как 1N5819, так как они имеют низкое падение напряжения и высокое быстродействие. Номинальное напряжение диодов должно быть достаточным, чтобы выдержать повышение напряжения в резонансном контуре. В этом проекте напряжение поднялось аж до 70В.

Транзисторы T1 и T2 представляют собой полевые МОП-транзисторы на 100 В, 35 А (STP30NF10). Для этого проекта они были установлены на радиаторах, но почти не нагревались при работе на указанных здесь уровнях мощности. Эти полевые МОП-транзисторы были выбраны из-за низкого сопротивления сток-исток и малого времени отклика.

Катушка индуктивности L2 используется в качестве дросселя для защиты источника питания от высокочастотных колебаний и ограничения тока до допустимого уровня. Значение индуктивности должно быть довольно большим (у нас было около 2 мГн), но также оно должно быть выполнено из достаточно толстого провода, чтобы провести весь ток питания. Если дроссель не используется или он имеет слишком маленькую индуктивность, схема может не генерировать. Точное необходимое значение индуктивности зависит от используемого блока питания и настройки вашей катушки. Возможно, вам придется поэкспериментировать, прежде чем вы получите хороший результат. Тот, что показан здесь, был изготовлен путем намотки около 8 витков магнитной проволоки толщиной 2 мм на тороидальный ферритовый сердечник. В качестве альтернативы вы можете просто намотать провод на большой болт, но вам потребуется гораздо больше витков провода, чтобы получить ту же индуктивность, что и у тороидального ферритового сердечника. Пример этого вы можете увидеть на фото слева. В левом нижнем углу можно увидеть болт, обмотанный множеством витков аппаратного провода. Эта установка на макетной плате использовалась при малой мощности для тестирования. Для большей мощности пришлось использовать более толстую проводку и спаять все вместе.

Поскольку задействовано очень мало компонентов, мы припаяли все соединения напрямую и не использовали печатную плату. Это также было полезно для подключения сильноточных частей, поскольку толстый провод можно было напрямую припаять к клеммам транзистора. Оглядываясь назад, возможно, было бы лучше подключить индукционную катушку, прикрутив ее непосредственно к радиаторам на полевых МОП-транзисторах. Это связано с тем, что металлический корпус транзисторов также является клеммой коллектора, а радиаторы могут помочь охладить катушку.

Конденсатор C1 и катушка индуктивности L1 образуют резонансный контур индукционного нагревателя. Они должны выдерживать большие токи и температуры. Мы использовали полипропиленовые конденсаторы емкостью 330 нФ. Подробнее об этих компонентах показано ниже.

Индукционная катушка и конденсатор

Катушка должна быть изготовлена ​​из толстой проволоки или трубы, так как по ней будут протекать большие токи. Медная труба работает хорошо, так как высокочастотные токи в любом случае будут в основном течь по внешним частям. Вы также можете качать холодную воду через трубу, чтобы она оставалась прохладной.

Конденсатор должен быть подключен параллельно рабочей катушке для создания резонансного контура резервуара. Комбинация индуктивности и емкости будет иметь определенную резонансную частоту, на которой будет автоматически работать схема управления. Используемая здесь комбинация катушки и конденсатора резонировала на частоте около 200 кГц.

Важно использовать конденсаторы хорошего качества, способные выдерживать большие токи и тепло, рассеиваемое внутри них, иначе они скоро выйдут из строя и разрушят схему привода.

Они также должны быть размещены достаточно близко к рабочей катушке и с использованием толстой проволоки или трубы. Большая часть тока будет протекать между катушкой и конденсатором, поэтому этот провод должен быть самым толстым. Провода, соединяющие цепь и блок питания, при желании можно сделать немного тоньше.

Эта катушка была сделана из латунной трубы диаметром 2 мм. Его было просто наматывать и легко паять, но вскоре он начинал деформироваться из-за избыточного нагрева. Затем витки соприкасались, замыкая и делая его менее эффективным. Поскольку схема управления оставалась относительно холодной во время использования, казалось, что ее можно заставить работать на более высоких уровнях мощности, но необходимо будет использовать более толстую трубу или охлаждать ее водой. Затем установка была улучшена, чтобы выдерживать более высокий уровень мощности…

Широкий ассортимент деталей для индукционных нагревателей
	Готовая схема индукционного нагревателя	Медная труба 4 мм
	Сборка катушки индукционного нагревателя	Кабель 30 А
	Керамическая стойка	Измеритель тока
	Блок питания 12 В 15 А	Вольтметр
	Водяной насос 12 В	Дроссель
	Радиатор охлаждения	Транзисторы 35А 100В
	Силиконовая трубка	ТО-220 Радиатор
	Резисторы 240 Ом	Быстродействующие диоды
	Полипропиленовые конденсаторы	Регулятор напряжения 12 В

Толкаем дальше

Основным ограничением описанной выше установки было то, что рабочая катушка через короткое время сильно нагревалась из-за больших токов. Чтобы иметь большие токи в течение более длительного времени, мы сделали еще один змеевик, используя более толстую латунную трубку, чтобы можно было прокачивать воду, когда он работает. Более толстую трубу было труднее согнуть, особенно в центральной точке отвода. Перед изгибом необходимо было заполнить трубу мелким песком, чтобы предотвратить ее защемление в местах резких изгибов. Затем его очистили сжатым воздухом.

Индукционная катушка состоит из двух половин, как показано здесь. Затем они были спаяны вместе, и небольшой кусок трубы из ПВХ был использован для соединения центральных труб, чтобы вода могла проходить через весь змеевик.

В этой катушке было использовано меньше витков, чтобы она имела более низкий импеданс и, следовательно, выдерживала более высокие токи. Емкость также была увеличена, чтобы резонансная частота была ниже. В общей сложности было использовано шесть конденсаторов емкостью 330 нФ, что дало общую емкость 1,98 мкФ.

Кабели, подсоединяемые к катушке, были просто припаяны к трубе ближе к концам, оставив место для установки трубы из ПВХ.

Этот змеевик можно охлаждать, просто подавая воду прямо из-под крана, но для отвода тепла лучше использовать насос и радиатор. Для этого старый насос из аквариума поместили в коробку с водой, а к выпускному патрубку приделали трубу. Эта трубка подводила к модифицированному кулеру процессора компьютера, который использовал три тепловые трубки для отвода тепла.

Кулер был преобразован в радиатор, отрезав концы тепловых трубок, а затем соединив их с трубками ПВХ, чтобы вода проходила через все 3 тепловые трубки, прежде чем выйти и вернуться к насосу.

Если вы отрезаете тепловые трубки самостоятельно, делайте это в хорошо проветриваемом помещении, а не в помещении, так как они содержат летучие растворители, которые могут быть токсичными для дыхания. Вы также должны носить защитные перчатки, чтобы предотвратить контакт с кожей.

Этот модифицированный процессорный кулер был очень эффективным в качестве радиатора и позволял воде оставаться достаточно прохладной.

Другие необходимые модификации заключались в замене диодов D1 и D2 на диоды, рассчитанные на более высокое напряжение. Мы использовали обычные диоды 1N4007. Это было связано с тем, что с увеличением тока в резонансном контуре росло большее напряжение. Вы можете видеть на изображении здесь, что пиковое напряжение составляло 90 В (желтая кривая), что также очень близко к номинальному напряжению транзисторов 100 В.

Используемый блок питания был настроен на 30 В, поэтому необходимо было также подать напряжение на затворы транзисторов через стабилизатор напряжения 12 В. Когда внутри рабочей катушки не было металла, она потребляла около 7 А от источника питания. Когда был добавлен болт на фотографии, он увеличился до 10 А, а затем снова постепенно упал, поскольку он нагрелся выше температуры Кюри. Он, безусловно, превысит 10 А с более крупными объектами, но используемый блок питания имеет ограничение в 10 А. Вы можете найти подходящий блок питания 24 В, 15 А в нашем интернет-магазине.

Болт, который вы видите на фотографии раскаленным докрасна, достиг максимальной температуры примерно за 30 секунд. Отвертка на первом изображении теперь могла нагреваться докрасна примерно за 5 секунд.

Чтобы перейти на более высокую мощность, чем эта, необходимо было бы использовать другие конденсаторы или их больший массив, чтобы ток был более распределен между ними. Это связано с тем, что протекающие большие токи и используемые высокие частоты значительно нагревают конденсаторы. Примерно через 5 минут использования на этом уровне мощности индукционный нагреватель DIY нужно было выключить, чтобы он мог остыть. Также было бы необходимо использовать другую пару транзисторов, чтобы они могли выдерживать большие скачки напряжения.

В общем, этот проект меня вполне удовлетворил, так как он дал хороший результат, используя простую и недорогую схему. Как таковой, он может быть полезен для закалки стали или для пайки мелких деталей. Если вы решили сделать свой собственный проект индукционного нагревателя, пожалуйста, разместите свои фотографии ниже. Пожалуйста, прочитайте другие комментарии, прежде чем писать свои собственные, так как это может сэкономить вам время позже.

Если вы хотите смоделировать этот проект для тестирования различных значений индуктивности или выбора транзисторов, загрузите LTSpice и запустите это моделирование индукционного нагревателя своими руками (щелкните правой кнопкой мыши, «Сохранить как»)

Насколько жарко будет?

Трудно сказать, насколько горячо вы сможете что-то получить, так как нужно учитывать множество параметров. Различные материалы будут по-разному реагировать на индукционный нагрев, а их форма и размер будут влиять на то, как они нагреваются или отдают тепло в атмосферу.

Вы можете получить приблизительное представление, используя некоторые базовые расчеты по приведенной ниже формуле, или, если хотите, мы сделали удобный калькулятор мощности нагревателя, который может рассчитать это для вас. Эта форма включает материалы (например, воду), которые нельзя нагревать напрямую с помощью индукционных нагревателей, но она все же полезна, если вы пытаетесь, например, определить мощность, необходимую для нагрева кастрюли с водой с помощью индукционного нагревателя.

Устранение неполадок

Если у вас возникли проблемы с работой, вот несколько советов, которые помогут устранить неполадки в вашем домашнем проекте индукционного нагревателя….

Блок питания (блок питания)
Если ваш блок питания не может обеспечить большой скачок тока при включении индукционного нагревателя, он не будет генерировать. Напряжение от источника питания в этот момент упадет (хотя блок питания может этого не отображать) и это помешает корректному переключению транзисторов. Чтобы решить эту проблему, вы можете подключить несколько больших электролитических конденсаторов параллельно источнику питания. Когда они заряжены, они смогут подавать большой импульсный ток в вашу цепь. Хорошим мощным источником питания будет наш блок питания постоянного тока 24 В 15 А.

Дроссель (индуктор L2)
Ограничивает мощность индукционного нагревателя. Если у вас нет колебаний, вам может понадобиться больше индуктивности, чтобы предотвратить падение напряжения в вашем блоке питания. Вам нужно будет поэкспериментировать с необходимой индуктивностью. Лучше иметь слишком много, чем слишком мало, так как это только ограничит мощность обогревателя. Слишком мало может означать, что это не сработает вообще. Если ваш сердечник катушки индуктивности слишком мал, большой ток насытит его, что приведет к протеканию слишком большого тока и потенциально может повредить вашу схему.

Проводка
Соединительные провода должны быть короткими, чтобы уменьшить паразитную индуктивность и помехи. Длинные провода добавляют в цепь нежелательное сопротивление и индуктивность, что может привести к нежелательным колебаниям или снижению производительности. Наш силовой кабель на 30 А хорошо подходит для этого.

Компоненты
Выбранные транзисторы должны иметь низкое падение напряжения / сопротивление в открытом состоянии, в противном случае они перегреются или даже предотвратят колебание системы. IGBT, вероятно, не будут работать, но большинство полевых МОП-транзисторов с аналогичными параметрами должны быть в порядке. Конденсаторы должны иметь низкое ESR (сопротивление) и ESL (индуктивность), чтобы они могли выдерживать высокие токи и температуры. Диоды также должны иметь низкое прямое падение напряжения, чтобы транзисторы правильно отключались. Они также должны быть достаточно быстрыми, чтобы работать на резонансной частоте вашего индукционного нагревателя.

Включение питания
При включении не должно быть металла внутри нагревательного змеевика. Это может привести к большим скачкам тока, которые могут помешать запуску колебаний, как указано выше. Также не пытайтесь нагревать большое количество металла. Этот проект подходит только для небольших индукционных нагревателей. Если вы хотите контролировать или постепенно увеличивать мощность, вы можете использовать одну из наших схем модулятора импульсов мощности. Подробнее см. сообщение 5108 ниже.

Мозг
Вам понадобится достаточно хорошо функционирующий мозг, чтобы сделать этот проект безопасным. Создание индукционного нагревателя может быть очень опасным, поэтому, если вы новичок в электронике, вам следует попросить кого-нибудь помочь вам сделать это. Подходите к делу логически; Если он не работает, проверьте, не неисправны ли используемые компоненты, проверьте правильность соединений, прочитайте всю эту статью и все комментарии, выполните поиск в Google, если вы не понимаете какие-либо термины, или прочитайте наш раздел «Изучение электроники».