Индукционный нагреватель металла на 12 киловатт – схема инвертора и компоненты

Сейчас мы узнаем как сделать своими руками индукционный нагреватель, который можно использовать для разных проектов или просто для удовольствия. Вы сможете мгновенно плавить сталь, алюминий или медь. Вы можете использовать её для пайки, плавления и ковки металлов. Вы можете использовать самодельный индуктивный нагреватель и для литья.

Мое учебное пособие охватывает теорию, компоненты и сборку некоторых из важнейших компонентов.

Инструкция большая, в ней мы рассмотрим основные шаги, дающие вам представление о том, что входит в такой проект, и о том, как его спроектировать, чтобы ничего не взорвалось.

Для печи я собрал очень точный недорогой криогенный цифровой термометр. Кстати, в тестах с жидким азотом он неплохо себя показал против брендовых термометров.

Шаг 1: Компоненты

Основные компоненты высокочастотного индукционного нагревателя для нагрева металла электричеством — инвертор, драйвер, соединительный трансформатор и колебательный контур RLC. Вы увидите схему чуть позже. Начнем с инвертора. Это — электрическое устройство, которое изменяет постоянный ток на переменный. Для мощного модуля он должен работать стабильно. Сверху находится защита, которая используется, чтобы защитить привод логического элемента МОП-транзистора от любого случайного перепада напряжения. Случайные перепады вызывают шум, который приводит к переключению на высокие частоты. Это приводит к перегреву и отказу МОП-транзистора.

Линии с большой силой тока находятся внизу печатной платы. Много слоев меди используются, чтобы позволить им пропускать более 50А тока. Нам не нужен перегрев. Также обратите внимание на большие алюминиевые радиаторы с водяным охлаждением с обеих сторон. Это необходимо, чтобы рассеивать тепло, вырабатываемое МОП-транзисторами.

Изначально я использовал вентиляторы, но чтобы справиться с этой мощностью, я установил небольшие водяные насосы, благодаря которым вода циркулирует через алюминиевые теплоотводы. Пока вода чистая, трубки не проводят ток. У меня также установлены тонкие слюдяные пластины под МОП-транзисторами, чтобы гарантировать отсутствие проводимости через стоки.

Шаг 2: Схема инвертора

Это схема для инвертора. Схема на самом деле не такая сложная. Инвертированный и неинвертированный драйвер повышает или понижает напряжение 15В, чтобы настроить переменный сигнал в трансформаторе (GDT). Этот трансформатор изолирует чипы от мосфетов. Диод на выходе мосфета действует для ограничения пиков, а резистор минимизирует колебания.

Конденсатор C1 поглощает любые проявления постоянного тока. В идеале, вам нужны самые быстрые перепады напряжения на цепи, так как они уменьшают нагрев. Резистор замедляет их, что кажется нелогичным. Однако если сигнал не угасает, вы получаете перегрузки и колебания, которые разрушают мосфеты. Больше информации можно получить из схемы демпфера.

Диоды D3 и D4 помогают защитить МОП-транзисторы от обратных токов. C1 и C2 обеспечивают незамкнутые линии для проходящего тока во время переключения. T2 — это трансформатор тока, благодаря которому драйвер, о котором мы поговорим далее, получает обратный сигнал от тока на выходе.

Шаг 3: Драйвер

Эта схема действительно большая. Вообще, вы можете прочитать про простой маломощный инвертор. Если вам нужна большая мощность, вам нужен соответствующий драйвер. Этот драйвер будет останавливаться на резонансной частоте самостоятельно. После того, как ваш металл расплавится, он останется заблокированным на правильной частоте без необходимости какой-либо регулировки.

Если вы когда-либо строили простой индукционный нагреватель с чипом PLL, вы, вероятно, помните процесс настройки частоты, чтобы металл нагревался. Вы наблюдали за движением волны на осциллографе и корректировали частоту синхронизации, чтобы поддерживать эту идеальную точку. Больше не придется этого делать.

В этой схеме используется микропроцессор Arduino для отслеживания разности фаз между напряжением инвертора и емкостью конденсатора. Используя эту фазу, он вычисляет правильную частоту с использованием алгоритма «C».

Я проведу вас по цепи:

Сигнал емкости конденсатора находится слева от LM6172. Это высокоскоростной инвертор, который преобразует сигнал в красивую, чистую квадратную волну. Затем этот сигнал изолируется с помощью оптического изолятора FOD3180. Эти изоляторы являются ключевыми!

Далее сигнал поступает в PLL через вход PCAin. Он сравнивается с сигналом на PCBin, который управляет инвертором через VCOout. Ардуино тщательно контролирует тактовую частоту PLL, используя 1024-битный импульсно-модулированный сигнал. Двухступенчатый RC-фильтр преобразует сигнал PWM в простое аналоговое напряжение, которое входит в VCOin.

Как Ардуино знает, что делать? Магия? Догадки? Нет. Он получает информацию о разности фаз PCA и PCB от PC1out. R10 и R11 ограничивают напряжение в пределах 5 напряжений для Ардуино, а двухступенчатый RC-фильтр очищает сигнал от любого шума. Нам нужны сильные и чистые сигналы, потому что мы не хотим платить больше денег за дорогие мосфеты после того, как они взорвутся от шумных входов.

Шаг 4: Передохнём

Это был большой массив информации. Вы можете спросить себя, нужна ли вам такая причудливая схема? Зависит от вас. Если вы хотите автонастройку, тогда ответ будет «да». Если вы хотите настраивать частоту вручную, тогда ответ будет отрицательным. Вы можете создать очень простой драйвер всего лишь с таймером NE555 и использовать осциллограф. Можно немного усовершенствовать его, добавив PLL (петля фаза-ноль)

Тем не менее, давайте продолжим.

Шаг 5: LC-контур

К этой части есть несколько подходов. Если вам нужен мощный нагреватель, вам понадобится конденсаторный массив для управления током и напряжением.

Во-первых, вам нужно определить, какую рабочую частоту вы будете использовать. Более высокие частоты имеют больший скин-эффект (меньшее проникновение) и хороши для небольших объектов. Более низкие частоты лучше для больших объектов и имеют большее проникновение. Более высокие частоты имеют большие потери при переключении, но через бак пройдет меньше тока. Я выбрал частоту около 70 кГц и дошел до 66 кГц.

Мой конденсаторный массив имеет ёмкость 4,4 мкФ и может выдерживать более 300А. Моя катушка около 1мкГн. Также я использую импульсные пленочные конденсаторы. Они представляют собой осевой провод из самовосстанавливающегося металлизированного полипропилена и имеют высокое напряжение, высокий ток и высокую частоту (0.22 мкФ, 3000В). Номер модели 224PPA302KS.

Я использовал две медные шины, в которых просверлил соответствующие отверстия с каждой стороны. Паяльником я припаял конденсаторы к этим отверстиям. Затем я прикрепил медные трубки с каждой стороны для водного охлаждения.

Не берите дешевые конденсаторы. Они будут ломаться, и вы заплатите больше денег, чем если бы вы сразу купили хорошие.

Шаг 6: Сборка трансформатора

Если вы внимательно читали статью, вы зададите вопрос: а как управлять LC-контуром? Я уже рассказывал об инверторе и контуре, не упоминая, как они связаны.

Соединение осуществляется через соединительный трансформатор. Мой от Magnetics, Inc. Номер детали — ZP48613TC. Adams Magnetics также является хорошим выбором при выборе ферритовых тороидов.

Тот, что слева, имеет провод 2мм. Это хорошо, если ваш входной ток ниже 20А. Провод перегреется и сгорит, если ток больше. Для высокой мощности вам нужно купить или сделать литцендрат. Я сделал сам, сплетя 64 нити из проволоки 0.5мм. Такой провод без проблем может выдержать ток 50А.

Инвертор, который я показал вам ранее, принимает высоковольтный постоянный ток и изменяет его на переменные высокие или низкие значения. Эта переменная квадратная волна проходит черезч соединительный трансформатор через переключатели мосфета и конденсаторы связи постоянного тока на инверторе.

Медная трубка из емкостного конденсатора проходит через нее, что делает ее одновитковой вторичной обмоткой трансформатора. Это, в свою очередь, позволяет сбрасываемому напряжению проходить через конденсатор емкости и рабочую катушку (контур LC).

Шаг 7: Делаем рабочую катушку

Один из вопросов, который мне часто задавали: «Как ты делаешь такую изогнутую катушку?» Ответ — песок. Песок будет препятствовать разрушению трубки во время процесса изгиба.

Возьмите медную трубку от холодильника 9мм и заполните ее чистым песком. Перед тем, как сделать это, закройте один конец какой-нибудь лентой, а также закройте другой после заполнения песком. Вкопайте трубу соответствующего диаметра в землю. Отмерьте длину трубки для вашей катушки и начните медленно наматывать её на трубу. Как только вы сделаете один виток, остальные будет сделать несложно. Продолжайте наматывать трубку, пока не получите количество желаемых витков (обычно 4-6). Второй конец нужно выровнять с первым. Это упростит подключение к конденсатору.

Теперь снимите колпачки и возьмите воздушный компрессор, чтобы выдуть песок. Желательно делать это на улице.

Обратите внимание, что медная трубка также служит для водного охлаждения. Эта вода циркулирует через емкостный конденсатор и через рабочую катушку. Рабочая катушка генерирует много тепла от тока. Даже если вы используете керамическую изоляцию внутри катушки (чтобы удерживать тепло), вы по-прежнему будете иметь чрезвычайно высокие температуры в рабочем пространстве, нагревающие катушку. Я начну работу с большим ведром ледяной воды и через некоторое время она станет горячей. Советую заготовить очень много льда.

Шаг 8: Обзор проекта

Выше представлен обзор проекта на 3 кВт. Он имеет простой PLL-драйвер, инвертор, соединительный трансформатор и бак.

Видео демонстрирует 12кВт индукционный горн в работе. Основное различие заключается в том, что он имеет управляемый микропроцессором драйвер, более крупные МОП-транзисторы и теплоотводы. Блок 3кВт работает от 120В переменного тока; блок 12 кВт использует 240В.

Индукционный нагреватель своими руками, рабочая схема устройства

• Индукционный нагреватель ? своими руками | Рабочая схема
• Материалы для изготовления
• Индукционный нагреватель ? своими руками | Рабочая схема
• Индукционный нагреватель своими руками
• Индукционный нагреватель для плавки и закалки металла своими руками
• org/ListItem»> Схема ZVC драйвера

Индукционный нагреватель ? своими руками | Рабочая схема

Индукционные кухонные плиты прочно занимают место на наших кухнях, вытесняя обычные электрические. И все благодаря их быстрому нагреванию, малому потреблению электроэнергии и практически мгновенному остыванию рабочей поверхности. Вы задумывались когда-нибудь, как работает такая плита. В нашей статье мы расскажем вам, как самому сделать индукционный нагреватель. Конечно, картошки на нем не сваришь, но стакан чая вскипятить вполне возможно.

Материалы для изготовления

Для того, чтобы сделать индукционный нагреватель, вам понадобятся:

• медная проволока сечением 1,5 мм;
• два полевых транзистора и радиаторы охлаждения для них;
• конденсатор (или несколько), общая емкость батареи — 2,5 мкФ;
• по два резистора на 10 кОм и 470 Ом;
• источник питания (аккумуляторная батарея) на 12 В;
• изолированные провода;
• паяльник;
• два стержня диаметрами 70 и 25 мм;
• деревянный брусок;
• термосмазка;
• плоскогубцы.

Смотрите также: печь для сауны

Индукционный нагреватель ? своими руками | Рабочая схема

Индукционный нагреватель незаменимая вещь для кузнецов, токарей, слесарей и домашних мастеров. С его помощью всегда легко и быстро  можно нагреть и даже расплавить металл, вам не нужны дорогие теплоносители, такие, как уголь и газ, достаточно подключить к прибору электричество. Происходит бесконтактный нагрев металла токами высокой частоты, по научному волнами радиочастотного диапазона. Прибор широко применяют для термообработки, закалки и гибки деталей, бесконтактной плавки, пайки и сварки, металлов. В ювелирном деле для термической обработки мелких деталей. В медицине для дезинфекции медицинского инструмента. В автосервисе слесаря нагревают заржавевшие гайки. Так же индуктор устанавливают в индукционных котлах, применяемых для отапливания жилых помещений.

На этом рисунке изображена рабочая схема индукционного нагревателя, который вы легко можете сделать своими руками.

Скачать схему индукционного нагревателя

Устройство состоит из задающего генератора высокой частоты собранного на двух мощных полевых транзисторах. Рабочее напряжение генератора зависит от мощности установленных полевых транзисторов. С транзисторами IRFP250 устройство можно питать напряжением от 12 до 30 вольт. А если установить транзисторы IRFP260, тогда напряжение питания можно поднять от 12 до 60 вольт.

Мощность индуктора заметно возрастет, температура нагрева металла поднимется более 1000 градусов, что позволит плавить металлы. В процессе работы транзисторы будут очень сильно нагреваться, поэтому их надо установить на большие радиаторы и поставить мощный вентилятор. На холостом ходу индуктор потребляет не менее 10А, а в рабочем состоянии не менее 15А, соответственно требуется очень мощный блок питания минимум на 20А.

На этом рисунке изображена печатная плата индукционного нагревателя.

Скачать печатную плату индукционного нагревателя в формате lay

Так же вам понадобятся резисторы R1, R2 на 10К мощностью 0.25 Ватт. Резисторы R3, R4 с сопротивлением 470 Ом не менее 2 Ватт. Диоды D1, D2 ультрабыстрые UF4007 или другие аналогичные на максимальный ток до 1А. Стабилитроны VD1, VD2 мощностью не менее 5 Ватт с напряжением стабилизации 12В например 1N5349 и другие. Дроссели L1, L2  размером 27х14х11 мм желтого цвета с белой полосой я вытащил из компьютерных блоков питания. На каждый дроссель надо намотать 25 витков медного провода диаметром 1 мм желательно в лаковой изоляции, если не найдете, подойдет одножильный провод в полихлорвиниловой изоляции на скорость сильно не влияет.

Конденсаторы С1-С16 металлоплёночные 0.33 мкФ 630В, соединяются параллельно рядами 4х4, в блоке всего шестнадцать штук. С меньшим рабочим напряжением лучше не ставить, будут сильно греться. Между конденсаторами оставляйте небольшое расстояние для хорошего охлаждения потоком воздуха.

Дроссели решил приклеить силиконовым герметиком, чтобы не болтались.

Важную деталь нагревателя, индуктор я сделал из медной трубки диаметром 6 мм длинною 1 метр. Купить такую можно в любом автомагазине типа «Газовщик» и там где торгуют газо-балонным оборудованием для автомобилей. Медную трубку наматываем на кусок полипропиленовой трубы внешним диаметром 40 мм, такая труба используется в пластиковом отоплении. Делаем пять витков, расстояние между верхним краем первого витка и нижним краем пятого витка должно быть 40 мм. Концы трубы изгибаем, как на рисунке и прикрепляем к радиаторам с помощью двух клемных колодок для провода сечением 16 мм².

В процессе работы индуктор будет сильно нагреваться от раскаленной детали, что может привести к повреждению медной трубки, поэтому надо сделать охлаждение. На концы медной трубки я одел силиконовые трубки и подключил насос омывателя лобового стекла автомобиля. Насос от ВАЗ 2114 и силиконовые трубки купил в автомагазине. Получилась нормальная водяная система охлаждения.

Чтобы охлаждать радиаторы и блок конденсаторов поставил мощный вентилятор от процессора. Для питания от 12 вольт такого охлаждения вполне достаточно. Если захотите поднять напряжение от 12 до 60 вольт, чтобы получить максимальную мощность от индукционного нагревателя, поставьте более мощные радиаторы и более производительный вентилятор, например от отопителя салона ВАЗ 2107. Желательно сделать металлическую шторку оберегающую нагреваемую деталь и медный индуктор от потока нагнетаемого вентилятором холодного воздуха.

Поскольку индукционный нагреватель потребляет большой ток около 20А, все дорожки на печатной плате следует усилить медной проволокой, напаянной сверху.

А теперь самое интересное… Испытания индукционного нагревателя я проводил от двенадцати вольтового автомобильного аккумулятора. Другого источника питания способного выдавать большие токи у меня просто нет. Лезвие от канцелярского ножа нагрелось до красна за 10 секунд. А это хороший результат, если учесть, что индуктор запитан всего от двенадцати вольт!

Друзья! Если хотите собрать индукционный нагреватель своими руками. Мой вам совет… Сразу ставьте полевые транзисторы IRFP260, большие радиаторы и мощный вентилятор от отопителя салона ВАЗ 2107, для питания индуктора обязательно используйте мощный источник питания лучше всего начиная от 24В до 60В с силой тока минимум на 20А.

Радиодетали для сборки индукционного нагревателя

• Транзисторы Т1, Т2 IRFP250 лучше IRFP260 2 шт.
• Резисторы R1, R2 10K 0.25W 2 шт. R3, R4 470R 2W 2 шт.
• Диоды D1, D2 ультрабыстрые UF4007 2 шт. или аналогичные
• Стабилитроны VD1, VD2 на 12V 1W 1N5349 или аналогичные 2 шт.
• Конденсаторы C1-C16 0.33mf 630V 16 шт.
• Дроссели от компьютерного БП желтые с белой полосой, размер 27х14х11 мм 2 шт.
• Колодка клемная для провода сечением 16 мм² 2 шт.
• Провод медный в лаковой изоляции d=1 мм длина 2 метра
• Трубка медная d=6 мм, длина 1 метр
• Радиатор чем больше, тем лучше 2 шт.
• Насос омывателя лобового стекла от ВАЗ 2114 1 шт.
• Трубка силиконовая 2 метра
• Вентилятор чем мощнее, тем лучше. Рекомендую от отопителя салона ВАЗ 2107 1 шт.

Друзья, желаю вам удачи и хорошего настроения! До встречи в новых статьях!

Рекомендую посмотреть видеоролик о том, как сделать индукционный нагреватель своими руками

Преобразователи напряжения, Электроника   500 ватт, бесконтактный нагрев металла, для дома, для квартиры, индуктор, индукционное отопление, индукционный нагрев, индукционный нагреватель, мини горн, мощный обогреватель, на полевых транзисторах, нагреватель для металла, своими руками, токи высокой частоты, электромагнитная индукция, электронагреватель

Источник

Статья по теме: мини русская печь с плитой

Индукционный нагреватель своими руками

Индукционный нагреватель для плавки и закалки металла своими руками

Добрый день. Ну и хватит о добром. Начитавшись и насмотревшись на всем известный индукционный генератор по схеме ZVC драйвера, решил сделать нечто похожее для закалки небольших металлических предметов, в гаражную автомастерскую и для плавки свинца на грузила. Схема стандартная, обычный высокочастотный мультивибратор, который повторили уже сотни человек.

Схема ZVC драйвера

Стандартный вариант генератора

Усиленный вариант схемы

Но видно мне войти в их число не судьба…

Были куплены все необходимые детали — новые полевые транзисторы, новые фаст диоды и стабилитроны. Всё перед пайкой было испытано на транзистор-тестере, в том числе для определения правильной цоколёвки.

Была собрана шикарная катушка из чистой меди диаметром 5 мм. Но работать сей девайс упорно отказывался.

Подозрение пало на дросселя, которые большинство радиолюбителей рекомендует мотать на желтых порошковых кольцах от БП АТХ.

Добыча искомых и установка также оказалась безрезультативной — индукционный нагреватель металлов как не работал раньше, так и не собирался работать дальше. Подключение различных вариантов катушек совместно с конденсаторами разной емкости картину не изменили — «открывает рыба рот, но не слышно что поёт», то есть транзисторы открываются, ток тянут, а генерации не происходит…

В конце концов всё это изрядно надоело, многодневные танцы с бубном закончились, и пришлось с поклоном идти к китайцам на ихний Алиэкспресс, заказывать за 7 долларов готовый модуль генератора.

Спустя 2 недели эта штука была доставлена курьером прямо на дом и после подключения к компьютерному блоку питания на 12 В успешно заработала.

Причём она работала и от 5-ти вольт, и с маленькой штатной катушкой, и с большой самодельной, в общем генерировала мощное электромагнитное поле во всех позах (с теми же деталями и схемой). Раскаляет 3 мм штырь до красна за 20 секунд. С железкой 6 мм возится несколько минут, при этом жутко греется само (в основном транзисторы и катушка).

На что тут грешить — даже не знаю. Может конденсаторы не те, может транзисторы… В любом случае факт остается фактом: промышленная плата заработала, а самодельная нет. Так что кто хочет — может смело кинуть в меня куском канифоли, другие — посочувствовать, третьи сами попробовать собрать этот индукционник и написать в комментариях о результатах…

Источник

Читайте также о печах длительного горения.

Как спроектировать схему индукционного нагревателя

В статье объясняется пошаговое руководство по созданию собственной базовой схемы индукционного нагревателя, которую можно также использовать в качестве индукционной варочной панели.

Базовая концепция индукционного нагревателя

Возможно, вы наткнулись в Интернете на множество схем индукционного нагревателя, сделанных своими руками, но, похоже, никто не раскрыл главный секрет создания идеальной и успешной конструкции индукционного нагревателя. Прежде чем узнать этот секрет, важно знать основную принцип работы индукционного нагревателя.

Индукционный нагреватель на самом деле является чрезвычайно «неэффективной» формой электрического трансформатора, и эта неэффективность становится его главным преимуществом.

Мы знаем, что в электрическом трансформаторе сердечник должен быть совместим с частотой наведения, а когда существует несовместимость между частотой и материалом сердечника в трансформаторе, это приводит к выделению тепла.

По существу, для трансформатора с железным сердечником требуется более низкий диапазон частот от 50 до 100 Гц, и по мере увеличения этой частоты сердечник может пропорционально нагреваться. Это означает, что увеличение частоты до гораздо более высокого уровня может превысить 100 кГц, что приведет к сильному выделению тепла внутри ядра.

Да, это именно то, что происходит с системой индукционного нагревателя, где варочная панель действует как сердцевина и поэтому состоит из железного материала. И индукционная катушка подвергается воздействию высокой частоты, в совокупности это приводит к генерированию пропорционально сильного количества тепла на сосуде. Поскольку частота оптимизирована на значительно высоком уровне, обеспечивается максимально возможный нагрев металла.

Теперь давайте продолжим и изучим важные аспекты, которые могут потребоваться для проектирования успешной и технически правильной схемы индукционного нагревателя. Следующие детали объяснят это:

Что вам понадобится

Две основные вещи, необходимые для сборки любой индукционной посуды:

1) Бифилярная катушка.

2) Схема генератора с регулируемой частотой

Я уже обсуждал несколько схем индукционного нагревателя на этом сайте, вы можете прочитать их ниже:

Схема солнечного индукционного нагревателя

Схема индукционного нагревателя с использованием IGBT

Простая схема индукционного нагревателя — Контур электрической плиты

Малый контур индукционного нагревателя для школьного проекта

Все вышеперечисленные ссылки имеют две общие черты, то есть у них есть рабочая катушка и каскад драйвера генератора.

Проектирование рабочей катушки

Для проектирования индукционной посуды рабочая катушка должна быть плоской по своей природе, поэтому она должна быть бифилярного типа с ее конфигурацией, как показано ниже:

Конструкция бифилярного типа катушки, показанная выше, может быть эффективно реализована для изготовления домашней индукционной посуды.

Для оптимального отклика и низкого тепловыделения в катушке убедитесь, что провод бифилярной катушки изготовлен из множества тонких медных жил вместо одной сплошной проволоки.

Таким образом, это становится рабочей катушкой кухонной посуды, теперь концы этой катушки просто нужно интегрировать с согласующим конденсатором и совместимой сетью преобразователя частоты, как показано на следующем рисунке:

Список деталей

• 33 Ом 1/4 Вт 5% = 4 шт.
• Rt = Подлежит экспериментальному определению.
• 1 мкФ/25 В, электролитический = 2 шт.
• 100 мкФ/25 В, электролитический = 1 шт.
• Ct и C = определяются экспериментально.
• 1N4148 диоды = 4 шт.
• МОП-транзисторы IRF540 = 4 шт.
• IC IRS2453 = 1 шт.
• Рабочая катушка = как показано на схеме. С диаметром нужно будет поэкспериментировать.
• Индуктивность ограничения тока = Может быть от 1 мГн до 5 мГн. Опять же, это нужно будет поэкспериментировать.
• При экспериментировании с неизвестными компонентами обязательно используйте лампочку на 12 В, 50 Вт последовательно с линией питания постоянного тока, чтобы избежать случайного повреждения МОП-транзисторов.

Проектирование схемы резонансного драйвера серии H-Bridge

До сих пор информация должна была пролить свет на то, как сконфигурировать простую индукционную посуду или конструкцию индукционной варочной панели, однако наиболее важной частью конструкции является то, как резонировать сеть конденсаторов катушки (контур бака) в наиболее оптимальном диапазоне. так что схема работает на самом эффективном уровне.

Чтобы цепь катушки/конденсатора (LC-цепь) работала на уровне резонанса, необходимо, чтобы индуктивность катушки и емкость конденсатора были идеально согласованы.

Это может произойти только тогда, когда реактивное сопротивление обоих двойников одинаково, то есть реактивное сопротивление катушки (индуктора) и конденсатора примерно одинаково.

Как только это будет исправлено, вы можете ожидать, что контур резервуара будет работать на своей собственной частоте, а сеть LC достигнет точки резонанса. Это называется идеально настроенной LC-схемой.

На этом основные процедуры проектирования схемы индукционного нагревателя завершаются.

Вам может быть интересно узнать, что такое резонанс LC-цепи.?? И как это можно быстро рассчитать для доработки конкретной конструкции индукционного нагревателя? Мы всесторонне обсудим это в следующих разделах.

В приведенных выше абзацах объясняются основные секреты разработки недорогой, но эффективной индукционной варочной панели в домашних условиях. В следующих описаниях мы увидим, как это можно реализовать, специально рассчитав ее важные параметры, такие как резонанс настроенной LC-схемы и правильный размер провода катушки для обеспечения оптимальной пропускной способности по току.

Что такое резонанс в LC-цепи индукционного нагревателя

Когда конденсатор в настроенной LC-цепи мгновенно заряжается, конденсатор пытается разрядиться и сбросить накопленный заряд на катушку, катушка принимает заряд и сохраняет заряд в форме магнитного поля. Но как только в процессе конденсатор разряжается, катушка вырабатывает почти эквивалентное количество заряда в виде магнитного поля и теперь пытается заставить его вернуться внутрь конденсатора, хотя и с противоположной полярностью.

Изображение предоставлено: 

Википедия

Конденсатор снова вынужден заряжаться, но на этот раз в противоположном направлении, и как только он полностью заряжен, он снова пытается разрядиться через катушку, что приводит к обратное и обратное распределение заряда в виде колебательного тока по сети LC.

Частота этого колебательного тока становится резонансной частотой настроенного LC-контура.

Однако из-за собственных потерь вышеуказанные колебания со временем затухают, а частота, заряд через какое-то время заканчиваются.

Но если частоту поддерживать через внешний частотный вход, настроенный на тот же уровень резонанса, то это может обеспечить постоянный эффект резонанса, индуцируемый в LC-цепи.

При резонансной частоте можно ожидать, что амплитуда напряжения, колеблющегося в LC-контуре, будет на максимальном уровне, что приведет к наиболее эффективной индукции.

Следовательно, мы можем предположить, что для реализации идеального резонанса в LC-цепи для конструкции индукционного нагревателя нам необходимо обеспечить следующие важные параметры:

1) Настроенный LC-контур

2) И согласованная частота для поддержания резонанса LC-контура.

Это можно рассчитать по следующей простой формуле:

F = 1 ÷ 2π x √LC 

, где L в Генри, а C в Фараде

Если вы не хотите идти Из-за проблем с расчетом резонанса катушки LC бака по формуле гораздо более простым вариантом может быть использование следующего программного обеспечения:

LC Калькулятор резонансной частоты

Вы также можете построить этот измеритель угла наклона сетки для определения и установки резонансной частоты.

Как только резонансная частота определена, пришло время настроить полномостовую ИС на эту резонансную частоту, соответствующим образом выбрав компоненты синхронизации Rt и Ct. Это можно сделать методом проб и ошибок путем практических измерений или по следующей формуле:

Для расчета значений Rt/Ct можно использовать следующую формулу:

f = 1/1,453 x Rt x Ct, где Rt в омах, а Ct в фарадах.

Использование последовательного резонанса

Концепция индукционного нагревателя, обсуждаемая в этом посте, использует последовательный резонансный контур.

Когда используется последовательный резонансный LC-контур, у нас есть катушка индуктивности (L) и конденсатор (C), соединенные последовательно, как показано на следующей схеме.

Общее напряжение В , приложенное к цепочке LC, будет представлять собой сумму напряжения на катушке индуктивности L и напряжения на конденсаторе C. Ток, протекающий через систему, будет равен току, протекающему через L и компоненты С.

V = VL + VC

I = IL = IC

Частота приложенного напряжения влияет на реактивные сопротивления катушки индуктивности и конденсатора. Когда частота увеличивается от минимального значения до более высокого значения, индуктивное сопротивление XL катушки индуктивности будет пропорционально увеличиваться, но XC, которое является емкостным сопротивлением, будет уменьшаться.

Однако при увеличении частоты будет конкретный случай или порог, когда величины индуктивного реактивного сопротивления и емкостного реактивного сопротивления будут равны. Этот экземпляр будет резонансной точкой серии LC, а частота может быть установлена ​​как резонансная частота.

Следовательно, в последовательном резонансном контуре резонанс будет иметь место, когда

XL = XC

или ωL = 1 / ωC

, где ω = угловая частота.

Оценка значения ω дает нам:

ω = ωo = 1 / √ LC, что определяется как резонансная угловая частота.

Подставив это в предыдущее уравнение, а также преобразовав угловую частоту (в радианах в секунду) в частоту (Гц), мы окончательно получим:

fo = ωo / 2π = 1 / 2π√ LC

fo = 1 / 2π√ LC

Расчет сечения провода для рабочей катушки индукционного нагревателя схема драйвера, пришло время рассчитать и зафиксировать пропускную способность по току рабочей катушки и конденсатора.

Поскольку ток в конструкции индукционного нагревателя может быть значительно большим, этот параметр нельзя игнорировать, и его необходимо правильно назначить LC-цепи.

Использование формул для расчета размеров проводов для индукционных проводов может быть немного сложным, особенно для новичков, и именно поэтому на этом сайте включено специальное программное обеспечение, которое любой заинтересованный любитель может использовать для измерения размеров . провод нужного размера для контура индукционной плиты.

Основы индукционного нагрева, Часть 5: Самостоятельные версии

9 февраля 2022 г. By Bill Schweber Оставить комментарий

Индукционный нагрев широко используется в промышленности и даже в бытовой технике как метод бесконтактного нагрева со многими явными преимуществами.

В заключение этой статьи мы рассмотрим, как продвинутые любители могут построить собственную систему индукционного нагрева. Индукционные нагреватели являются одними из многих драматических проектов, созданных экспериментаторами и любителями. В конце концов, впечатляет нагрев этого металлического образца за несколько секунд.

Как и в случае с катушками Теслы, существуют веб-сайты, подробно описывающие, как построить собственную систему индукционного нагрева. В отличие от катушек Теслы, необходимые электронные детали довольно стандартны, как и медные или другие трубки, необходимые для первичной катушки. Кроме того, в отличие от катушек Тесла, используемые напряжения намного ниже, поэтому опасность поражения электрическим током гораздо меньше, а требования к изоляции и размеры зазоров значительно снижены.

Тем не менее, создание собственной системы — амбициозный проект. Всякий раз, когда у вас есть большие токи, как это свойственно индукционному нагреву, значения компонентов имеют решающее значение, и, казалось бы, тривиальные изменения могут повлиять на характеристики и работу усилителя мощности. Кроме того, большие токи означают, что омические потери на контактах и ​​соединениях являются проблемой, и они могут фактически перегреваться из-за самонагрева I ² R при больших токах.

Как и в случае с катушкой Тесла, схема индукционного нагревателя довольно проста (Рисунок 1) . Генератор основан на классической конструкции Ройера (разработанной в 1954 году Джорджем Х. Ройером). В этом релаксационном генераторе используется трансформатор с насыщающимся сердечником, и он создает прямоугольные волны с помощью всего нескольких основных компонентов. (Эта топология генератора также используется в некоторых несвязанных схемах инвертора постоянного/переменного тока.) В большинстве реализаций, включая индукционный нагреватель, выходной сигнал грубой прямоугольной формы часто модифицируется, чтобы быть более синусоидальным, с использованием резонансной схемы выходного резервуара. (С1/Л1).

Рис. 1. Базовая схема цепи индукционного нагревателя относительно проста и обычно основана на классическом генераторе Ройера. (Изображение: RM Cybernetics)

Целью УМ является подача большого количества тока заданной частоты на первичную катушку с низким импедансом (замените здесь слово «катушка» словом «антенна», и сходство между низкочастотным широковещательным передатчиком и индукционным УМ будет очевидным). прозрачный). Напротив, источник питания с катушкой Теслы должен обеспечивать малый ток, но при очень высоком напряжении.

Типичный источник питания для проектов индукционного нагрева начинается со стандартного источника переменного/постоянного тока скромного уровня, рассчитанного на 15 В постоянного тока/20 А, который затем используется для схемы усилителя мощности/генератора. Предположим, что используется коммерческий источник переменного/постоянного тока, работающий от сети. В этом случае остальная часть цепи находится под относительно низким напряжением (как правило, ниже 100 В), поэтому это опасно, но не так опасно, как катушка Тесла, которая находится под напряжением в тысячи вольт и подвержена всевозможным индуцированным напряжением. поломки материала.

Большой проблемой является изготовление специальных электромеханических компонентов, таких как первичная катушка, их сборка и соединение. Небольшие изменения и кажущиеся незначительными проблемы могут оказать серьезное влияние, учитывая текущие уровни и повлиять на способность схемы нормально функционировать или вообще работать. Большое значение имеют провода, соединения и крепления, а также прочная конструкция. Вы даже можете купить наборы со всеми или большинством электронных деталей и печатной платой, но многие детали вам все равно придется изготовить самостоятельно.

Во многих промышленных и некоторых любительских конструкциях самонагрев первичной обмотки из-за неизбежных потерь I ² R (большие токи через постоянное сопротивление катушки в сочетании с теплом, излучаемым от заготовки обратно к первичной обмотке, могут перегреть сам материал первичного змеевика.Водяное охлаждение часто используется с водой, прокачиваемой через первичный змеевик, чтобы предотвратить это явление.Это, очевидно, усложняет физическую конструкцию и сборку (рис. 2) .

Рис. 2: Даже небольшой индукционный нагреватель может нуждаться в охлаждении первичной обмотки, что усложняет физическое устройство; обратите внимание на насос для аквариума слева с прозрачной пластиковой трубкой, идущей к спиральной трубе, которая также электрически связана с усилителем.