Индукционный нагреватель металла из сварочного инвертора схема: Индукционный нагреватель своими руками из сварочного инвертора

Содержание

Индукционный нагреватель металла: простая схема для изготовления своими руками

Главная страница » Индукционный нагреватель металла: простая схема для изготовления своими руками

Технология индукционного нагрева быстро наращивает популярность, благодаря многим преимуществам практического использования. Причём этот метод работы с металлами привлекает не столько промышленную индустрию, сколько частный бытовой сектор. Однако условия создания аппаратных установок в обоих случаях существенно отличаются. В отличие от промышленного сектора, частникам, работающим в быту, требуется аппаратура относительно небольшой мощности, простая по исполнению, доступная по цене. Здесь описывается схема на индукционный нагреватель мощностью 1600 Вт, которая вполне реализуется в домашних условиях. Это своего рода пример, демонстрирующий, как создать аппарат под индукционный нагрев для применения в быту.

СОДЕРЖИМОЕ ПУБЛИКАЦИИ :

Принцип технологии индукционный нагрев

Принцип технологии индукционного нагрева достаточно прост с физической точки зрения. Образованная из проводника тока катушка генерирует высокочастотное магнитное поле.

В свою очередь, металлический объект, помещённый во внутреннюю область катушки, индуцирует вихревые токи. В результате объект сильно нагревается.

Параллельно с катушкой индуктивности, как правило, включается резонансная ёмкость. Предпринимается такой шаг для компенсации индуктивного характера катушки.

Резонансная цепь, созданная элементами катушка-конденсатор, возбуждается на собственной резонансной частоте. Значение тока возбуждения существенно меньше, чем значение тока, протекающего через катушку индуктивности.

Схема индукционного простого нагревателя мощностью 1600 Вт

Представленную схему следует рассматривать, скорее, как экспериментальный вариант. Тем не менее, этот вариант является вполне работоспособным. Главные преимущества схемы:

  • относительная простота,
  • доступность деталей,
  • лёгкость сборки.

Схема индукционного нагревателя (картинка ниже) работает по принципу «двойного полумоста», дополненного четырьмя силовыми транзисторами с изолированным затвором из серии IGBT (STGW30NC60W). Транзисторы управляются посредством микросхемы IR2153 (самостоятельно тактируемый полумостовой драйвер).

НАГРЕВАТЕЛИ

Схематически представленный упрощённый индукционный нагреватель малой мощности, конструкция которого допускает применение в условиях частных хозяйств

Двойной полумост способен обеспечить ту же мощность, что и полный мост, но тактируемый полумостовой драйвер затвора проще в исполнении и, соответственно, в применении. Мощный двойной диод типа STTh300L06TV1 (2x 120A) работает как схема антипараллельных диодов.

Гораздо меньших по мощности диодов (30А) будет вполне достаточно. Если предполагается использовать транзисторы серии IGBT со встроенными диодами (например, STGW30NC60WD), от этого варианта вполне можно отказаться.

Рабочая частота резонанса настраивается с помощью потенциометра. Наличие резонанса определяется по наиболее высокой яркости светодиодов.

ТРАНЗИСТОР IGBT

Электронные компоненты простого индукционного нагревателя, создаваемого своими руками: 1 — Мощный двойной диод типа STTh300L06TV1; 2 – транзистор со встроенными диодами тип STGW30NC60WD

ДИОДЫ STTH

Конечно, всегда остаётся возможность построения более сложного драйвера. Вообще, оптимальным видится решение использовать автоматическую настройку.

Таковая, как правило, используется в схемах профессиональных индукционных нагревателей, но текущая схема, в случае такой модернизации, явно утрачивает фактор простоты.

Регулировка частоты, катушка индуктивности, мощность

Схемой индукционного нагревателя предусматривается регулировка частоты в диапазоне, примерно, 110 — 210 кГц. Однако схема управления требует вспомогательного напряжения 14-15В, получаемого от небольшого адаптера (коммутатор допускает коммутируемое исполнение или обычное).

Выход схемы индукционного нагревателя подключается к рабочей цепи катушки через согласующий дроссель L1 и трансформатор изолирующего действия. Дроссель имеет 4 витка провода на сердечнике диаметром 23 см, изолирующий трансформатор состоит из 12 витков двухжильного кабеля, намотанного на сердечнике диаметром 14 см.

Выходная мощность индукционного нагревателя  с указанными параметрами составляет около 1600 Вт. Между тем не исключаются возможности наращивания мощности до более высоких значений.

КОНДЕНСАТОРЫ

Экспериментальная конструкция индукционного нагревателя, изготовленная своими руками в домашних условиях. Эффективность устройства достаточно высокая, несмотря на малую мощность

Рабочая катушка индукционного нагревателя изготовлена из проволоки диаметром 3,3 мм. Лучшим материалом исполнения катушки видится медная труба, для которой допускается применить простую систему водяного охлаждения. Катушка индуктивности имеет:

  • 6 витков намотки,
  • диаметр 24 мм,
  • высоту 23 мм.

Для этого элемента схемы характерным явлением видится существенный нагрев по мере работы установки в активном режиме. Этот момент следует учитывать, выбирая материал для изготовления.

Модуль резонансного конденсатора

Резонансный конденсатор сделан в виде батареи небольших конденсаторов (модуль собран из 23 малых конденсаторов). Общая ёмкость батареи равна 2,3 мкФ. В конструкции допускается использование конденсаторов ёмкостью 100 нФ (~ 275В, полипропилен МКП, класс X2).

Этот тип конденсаторов не предназначен для таких целей, как применение в схеме индукционного нагревателя. Однако, как показала практика, отмеченный тип элементов ёмкости вполне удовлетворяет работой на резонансной частоте 160 кГц. Рекомендуется использовать ЭМИ фильтр.

ЭМИ ФИЛЬТРЫ

Фильтр электромагнитного излучения. Примерно такой рекомендуется использовать в конструкции индукционного нагревателя с целью минимизации помех

Регулируемый трансформатор допускается заменить схемой «мягкого» старта. Например, можно рекомендовать прибегнуть к использованию схемы простого ограничителя тока:

  • нагреватели,
  • галогенные лампы,
  • другие приборы,

мощностью около 1 кВт, подключаемые последовательно с индукционным нагревателем при первом включении.

Предупреждение о мерах безопасности

Изготавливая индукционный нагреватель по представленной схеме, следует помнить: контур схемы индукционного нагрева подключается к электрической сети и находится под высоким напряжением. Настоятельно рекомендуется использовать в конструкции потенциометр с изолированным стержнем.

Высокочастотное электромагнитное поле несёт вредный потенциал, способный повредить электронные устройства и носители информации. Представленная схема, учитывая простоту реализации, несёт значительные электромагнитные помехи. Этот фактор может привести к различным аварийным последствиям:

  • поражению электрическим током,
  • ожогам,
  • возгораниям.

Поэтому, прежде чем принять решение по созданию и проведению экспериментов с индукционным нагревателем, следует обеспечить полную безопасность для конечного пользователя и окружающих.

Видео: индукционный нагреватель сварочным инвертором


Представленный выше видеоролик – демонстрация работоспособности устройства по нагреву металла. Это устройство изготовлено посредством переделки сварочного инвертора, и как отмечает автор, действует вполне эффективно:

Заключительный штрих

Таким образом, сооружение индукционного нагревателя своими руками для расплавления металла в домашних условиях – это не фантастическая идея, но вполне реализуемое дело. При желании, наличии соответствующей информации, комплектующих деталей, собрать работоспособный нагреватель вполне допустимо.


При помощи информации: Danyk

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 используе

переделка из инвертоного аппарата своими руками, – Виды сварочных аппаратов на Svarka.guru

Индукционный нагрев – это высокотехнологичный процесс обработки электропроводящих материалов, в основе которого лежит воздействие высокотемпературное воздействие переменным электромагнитным полем проводника. Инвертор для индукционного нагрева может быть полезен во многих сферах металлообрабатывающей промышленности.

Сварочные работы, пайка металла, кузнечное дело, закалка, печи ТВЧ, термообработка – далеко не весь список работ, использующих индукционный нагрев. Технология отличается высокой скоростью работы и отличным показателем КПД. В случае необходимости всю технологическую цепочку можно автоматизировать.

Методы индукционного развития начали применяться в промышленности с начала ХХ века, однако толчком к развитию технологии послужила Вторая мировая война, которая вынудила ученых начать поиск дешевых и надежных способов обработки металла.

Принцип работы

Основная задача индуктора – использование тепловой энергии, которая образовывается под действием электрической энергии, индуцируемой переменным магнитным полем. Конструкция простейшего индуктора включает в себя всего три элемента:

  • генератор переменного тока;
  • катушка-индуктор;
  • нагревательный элемент.

Катушка-индуктор, как правило, выполнена в виде медной катушки, внутрь которой помещают обрабатываемую заготовку. Когда через катушку проходит переменный ток, заготовка подвергается мощному температурному воздействию. В данном случае заготовка играет роль вторичной обмотки трансформатора, тогда как индуктор – первичной.

Электромагнитное поле создает в детали вихревые токи, которые имеют направление, обратное электрическому сопротивлению металла. Таким образом, тепловое воздействие на металл оказывается без непосредственного контакта между заготовкой и индуктором.

[stextbox id=’info’]Поскольку количественная мера теплового действия электрического тока рассчитывается по закону Джоуля-Ленца, эффект индуктивного нагрева получил название «Закон Джоуля».[/stextbox]

Преимущества

Как было сказано выше, преимущества технологии индукционного нагрева обеспечили ее стремительное распространение. Общепризнанными достоинствами данного метода являются:
  1. Производительность. Подготовку к запуску аппарата и нагрев детали можно выполнить за короткий промежуток времени. Данное обстоятельство повышает производительность выполняемых работ, по сравнению с прочими методами нагрева, которые требуют длительного времени на достижение рабочей температуры.
  2. Качество. Промышленное применение характеризуется минимальным количеством брака. Эффект достигается благодаря направленному действию тепловой энергии. Для повышения качества готового изделия применяют специальные вакуумные камеры, которые исключают агрессивное воздействие атмосферного воздуха.
  3. Энергетическая эффективность. Высокая скорость работы позволяет экономить электроэнергию – нагрев поверхности происходит практически мгновенно, что отражается на себестоимости продукции.
  4. Автоматизация. Современное оборудование оснащают программно-вычислительными комплексами, которые позволяют добиться точных результатов работы.
  5. Экологичность. Технологический процесс не несет угрозы окружающей среде – отсутствуют токсичные выбросы в атмосферу либо другие вредные факторы.

Сборка и монтаж системы

В первую очередь следует определиться с сферой использования будущего устройства. Требования к простому лабораторному инвертору для индукционного нагрева и прибору для обогрева домашнего помещения, будут отличаться.

Печь для металла

Среди прочих положительных качеств метода следует отметить высокий уровень пожарной безопасности, а также простоту конструкции – сборку индукционного нагревателя своими руками из сварочного инвертора может выполнить специалист средней квалификации, разумеется, при условии наличия рабочей схемы.

Конструкция индукционной печи не отличается особой сложностью.  Для сборки устройства понадобятся:

  • аккумулятор на 12 В;
  • обмоточный медный провод;
  • конденсаторы пленочного типа;
  • диоды;
  • полевые транзисторы;
  • радиаторы;
  • кольца блока питания ПК.

Данный список указывает, что изготовление устройства не потребует значительных финансовых растрат. Алгоритм сборки выглядит следующим образом:

  1. Установка транзисторов на радиаторы охлаждения. В процессе эксплуатации устройство подвергается температурному воздействию, а потому следует использовать радиаторы большого размера.
  2. Изготовление дросселей. Для этого понадобится медная проволока и кольца от блока питания ПК. Следите за межвитковым расстоянием – оно должно быть одинаковым.

[stextbox id=’alert’]Важно. Кольца можно заменить любым изделием, в состав которого входит ферромагнитное железо.[/stextbox]

  1. Сборка конденсаторной батареи. Общая емкость батареи, при последовательном соединении, должна составлять 4,7 мкФ.
  2. Изготовление обмотки. Оптимальная толщина медной проволоки – 2 мм. Необходимо создать 8 витков таким образом, чтобы внутреннее пространство могло вместить в себя обрабатываемые элементы. Не забудьте про концы для подключения к источнику питания.
  3. Подключаем аккумулятор.

Регулировку тока проводят на этапе сборки печи – путем изменения количества витков. Для серьезных работ потребуется источник питания большой мощности. Не забывайте про систему вентиляции и отвода тепла, поскольку в процессе эксплуатации печь разогревается достаточно сильно. Точное следование инструкции защитит от возможных переделок или доработок устройства

Нагреватель для воды

Установка такого оборудования в частном доме поможет решить проблему с обогревом помещения или обеспечением горячей водой. Не смотря на высокий расход электроэнергии, подобные аппараты пользуются популярностью, ввиду своей простоты и отсутствием хлопот с согласованием проекта.

Для сборки эффективного нагревателя необходимо приготовить следующие материалы:

  • сварочный инвертор;
  • керамзит или другой теплоизоляционный материал;
  • медная проволока;
  • стальная проволока;
  • толстостенная пластиковая труба;
  • трубки разного диаметра.

В основе действия устройства положен принцип индукционного нагрева теплоносителя.

Последовательность сборки котла следующая:

  1. Изготовления котла. Для этого подбирают две трубки с разным диаметром, которые вставляются друг в друга, с зазором 20-25 мм. Размер трубок подбирается индивидуально, в зависимости от требуемой мощности нагревателя. Увеличение длины ведет к повышению мощности. Затем вырезаются два кольца, с соблюдением величины зазора между трубами. Полученный резервуар имеет тороидальную форму
  2. Привариваем концы колец. Обращайте внимание на герметичность соединения.
  3. Делаем подключение к системе отопления. В наружную стенку вваривают входную и выходную трубы. Обратите внимание, что вход должен располагаться сверху, а выход снизу. Трубы должны идти по касательной к корпусу. Их диаметр должен соответствовать используемой системе отопления.
  4. Изготавливаем обмотку. Она должна повторять форму котла. Необходимо сделать 35-40 витков, с соблюдением равного межвиткового расстояния. Такое количество обеспечит достаточную производительность.
  5. Делаем защитный корпус. Он должен быть выполнен из диэлектрического материала, например, пластика. Диаметр защитного корпуса должен обеспечивать боковой вывод патрубков. Пространство между котлом и защитным корпусом необходимо заполнить теплоизоляционным материалом, во избежание потерь тепла.
  6. Подключаем инверторный аппарат и теплоноситель. Котел готов к эксплуатации.

Данная конструкция отличается автономностью. Она способная проработать 20-25 лет без постороннего вмешательства. Отсутствие подшипников и прочих подвижных элементов обеспечивают надежность устройства.

Несколько слов о безопасности

Индукционный нагреватель из сварочного инвертора, как и любое другое самодельное устройство, может представлять опасность для окружающих. Для обеспечения защиты необходимо соблюдать некоторые правила:

  1. Тщательная изоляция. Все токопроводящие элементы и соединения должны быть заизолированы, во избежание поражения током.
  2. Выбор системы отопления. Индукционный нагреватель запрещено использовать в отопительных системах с естественной циркуляцией воды. Применение допустимо только при наличии водяного насоса.
  3. Грамотное расположение. Рекомендуемое расстояние до деталей интерьера и стен – не менее 40 см, а до пола или потолка – не менее 80 см.
  4. Приборы безопасности. Регулировочный клапан и манометр защитят систему от перепадов давления. Также следует предусмотреть механизм стравливания воздуха из системы.

Заключение

Котлы и нагреватели индукционного типа отличаются высоким КПД, поскольку вся используемая электроэнергия преобразуется в тепло. Перед самостоятельным изготовлением какого-либо устройства настоятельно рекомендуем внимательно изучить схему и проанализировать условия работ. Это позволит избежать ошибок на стадии подготовки.

[stextbox id=’info’]Электромонтер 6-го разряда Пантелеев Сергей Борисович, опыт работы – 17 лет: «Для обогрева своего дома я выбрал совсем простую схему индукционного обогрева. Сначала выбрал участок трубы и зачистил его. Сделал изоляцию из электротехнической ткани и индукционную катушку из медной проволоки. После изоляции системы подключил инвертор. Единственный недостаток этой схемы – электромагнитное поле, которое неблагоприятно действует на организм. Поэтому аппарат пришлось ставить в котельной, где люди появляются редко».[/stextbox]

Индукционная печь из сварочного инвертора


Характеристики и конструкция индукционных печей

Индукционная печь, выполненная своими руками, является отличным решением для обогрева различных помещений, однако дополнительно многими другими назначениями.

Кроме обогрева индукционная печь может выполнять следующие функции:

  • плавление металла;
  • очистка драгоценных металлов;
  • нагревание изделий из металла, после чего они проходят через процедуру закалки или через иные процессы.

Однако вышеописанные функции обеспечивают промышленные установки, а если нужно выполнять обогрев дома, то обычно устанавливается печь для кухни, причем можно ее приобрести в готовом виде или сделать самостоятельно. Самодельная индукционная печь создается достаточно просто, и на этот процесс не нужно тратить много времени. Однако важно знать не только правила формирования данной конструкции, но и ее другие особенности, чтобы можно было при необходимости своими силами осуществить ремонт или замену каких-либо основных частей.

Принцип работы оборудования

Важно знать особенности действия данного вида печи, чтобы хорошо разбираться в ее работе и параметрах. Работает оборудование за счет того, что с помощью специальных вихревых токов обеспечивается разогрев материала. Получаются такие токи за счет специального индуктора, являющегося катушкой индуктивности. В ней имеется насколько витков провода, обладающего довольно существенной толщиной.

Индуктор может нагреваться за счет сварочного инвертора или другого оборудования. Принцип работы индукционной печи предполагает, что питание индуктора поступает от сети переменного тока, а также для этого может применяться генератор высокой частоты. Ток, протекая по индуктору, формирует переменное поле, пронизывающее пространство. Если в нем имеются какие-либо материалы, то именно на них наводятся токи, обеспечивая их эффективное нагревание.

Если используется печь для создания системы отопления в доме, то обычно в качестве материала выступает вода, которая нагревается. Если же оборудование предназначено для промышленных целей, то в качестве материала может использоваться металл, который под действием тока начинает плавиться. Таким образом, принцип работы индукционной плиты считается простым

Индукционный нагреватель своими руками – схема, устройство, видео

Идея нагревать металл вихревыми токами Фуко, возбуждаемыми электромагнитным полем катушки, отнюдь не нова. Она давно и успешно эксплуатируется в промышленных плавильных печах, кузнечных мастерских, бытовых нагревательных приборах – плитах и электрокотлах. Последние довольно дороги, так что домашние умельцы не оставляют попыток сделать индукционный нагреватель воды своими руками. Наша задача – рассмотреть работоспособные варианты самодельных устройств и разобраться, можно ли применять их для отопления дома.

О принципе индуктивного нагрева

Для начала разъясним, как функционируют электрические индукционные нагреватели. Переменный ток, проходя по виткам катушки, образует вокруг нее электромагнитное поле. Если поместить внутрь обмотки сердечник из магнитящегося металла, то он станет нагреваться вихревыми токами, возникающими под воздействием поля. Вот и весь принцип.

Важное условие. Чтобы металлический сердечник нагревался, катушка должна питаться переменным током, меняющим знак и вектор поля с высокой частотой. При подаче на обмотку постоянного тока вы получите обыкновенный электромагнит.

Сам нагревательный элемент носит название индуктора и является главной частью установки. В отопительных котлах он представляет собой стальную трубу с протекающим внутри теплоносителем, а в кухонных плитах – плоскую катушку, максимально приближенную к варочной панели, как изображено далее на фото.

Катушка-индуктор нагревает железную трубу, которая передает тепло протекающей воде

Вторая часть индукционного нагревателя — схема, повышающая частоту тока. Дело в том, что напряжение с промышленной частотой 50 Гц малопригодно для работы подобных устройств. Если присоединить индуктор к сети напрямую, то он начнет сильно гудеть и слабо прогревать сердечник, причем вместе с обмотками. Чтобы эффективно преобразовывать электричество в теплоту и полностью передавать ее металлу, частоту нужно повысить минимум до 10 кГц, чем и занимается электросхема.

В чем заключаются реальные преимущества индукционных котлов перед ТЭНовыми и электродными:

  1. Деталь, нагревающая воду, — это простой кусок трубы, не участвующий в электрохимических процессах (как в электродных теплогенераторах). Поэтому срок службы индуктора ограничивается только работоспособностью катушки и может достигать 10—20 лет.
  2. По той же причине элемент одинаково хорошо «дружит» со всеми видами теплоносителей – водой, антифризом и даже машинным маслом, разницы нет.
  3. Внутренности индуктора не покрываются накипью в процессе эксплуатации.
Здесь сердечником служит посуда из магнитного металла

Примечание. С индукционными котлами связано множество мифов. Например, продавцы утверждают, что они экономичнее других электрических обогревателей на 10—20%, хотя в действительности КПД всех электрокотлов равен 98%. Список преимуществ ограничивается тремя вышеперечисленными пунктами, остальное – реклама.

Варианты самодельных устройств

На просторах интернета размещено достаточное количество разнообразных конструкций, создаваемых для различных целей. Взять индукционный малогабаритный нагреватель, сделанный из компьютерного блока питания 250—500 Вт. Модель, показанная на фото, пригодится мастеру в гараже или автосервисе для плавки стержней из алюминия, меди и латуни.

Но для отопления помещений конструкция не подойдет по причине малой мощности. В интернете есть два реальных варианта, чьи испытания и работа засняты на видео:

  • водонагреватель из полипропиленовой трубы с питанием от сварочного инвертора либо индукционной кухонной панели;
  • стальной котел с нагревом от той же варочной панели.

Справка. Существуют и другие, полностью самодельные конструкции, где преобразователи частоты умельцы собирают с нуля. Но для этого нужны знания и навыки в области радиотехники, поэтому рассматривать их мы не будем, а просто приведем пример такой схемы.

Теперь давайте подробнее разберем, как делаются индукционные нагреватели своими руками, а главное, — как они потом функционируют.

Изготавливаем нагревательный элемент из трубы

Если вы плотно занимались поиском информации по данной теме, то наверняка столкнулись с этой конструкцией, поскольку мастер выложил ее сборку на популярном видеоресурсе YouTube. После чего многие сайты разместили текстовые версии изготовления этого индуктора в виде пошаговых инструкций. Вкратце нагреватель делается так:

  1. Внутрь трубы из полипропилена диаметром 40 мм и длиной 50 см наталкиваются металлические ершики для мытья посуды (можно рубленую проволоку — катанку). Они должны притягиваться магнитом.
  2. К трубе припаиваются отводы с резьбами для подключения к отопительной сети.
  3. Снаружи вдоль корпуса приклеиваются 4—5 стержней из текстолита. На них наматывается провод сечением 1.7—2 мм² со стеклоизоляцией, применяющийся в сварочных трансформаторах.
  4. Варочная панель разбирается и «родной» индуктор плоской формы демонтируется. Вместо него подключается самодельный нагреватель из трубы.

Важный нюанс. Длину и сечение провода для намотки катушки следует определять по штатному индуктору печки, чтобы она соответствовала мощности полевых транзисторов в электросхеме. Если взять больше провода, то упадет мощность нагрева, меньше – перегреются и выйдут из строя транзисторы. Как это выглядит визуально, смотрите на видео:

Как нетрудно догадаться, роль нагревательного элемента здесь играют металлические ершики, находящиеся в переменном магнитном поле катушки. Если запустить варочную панель на максимум, одновременно пропуская через импровизированный котел проточную воду, то ее удастся нагреть на 15—20 °С, что и показали испытания агрегата.

Поскольку мощность большинства индукционных плит лежит в пределах 2—2.5 кВт, то с помощью теплогенератора можно обогреть помещения общей площадью не более 25 м². Есть способ увеличить нагрев, подключив индуктор к сварочному аппарату, но здесь есть свои сложности:

  1. Инвертор выдает постоянный ток, а нужен переменный. Для подсоединения индукционного нагревателя аппарат придется разобрать и найти на схеме точки, где напряжение еще не выпрямлено.
  2. Нужно взять провод большего сечения и подобрать число витков путем расчета. Как вариант, медную проволоку Ø1.5 мм в эмалевой изоляции.
  3. Понадобится организовать охлаждение элемента.

Проверку работоспособности индуктивного водонагревателя автор демонстрирует в своем видео, представленном ниже. Испытания показали, что агрегат требует доработки, но конечный результат, к сожалению, неизвестен. Похоже, что умелец оставил проект незавершенным.

Как собрать индукционный котел

В этом случае дешевую китайскую плиту разбирать не нужно. Суть в том, чтобы сварить по ее размерам котловой бак, руководствуясь пошаговой инструкцией:

  1. Возьмите стальную профильную трубу 20 х 40 мм с толщиной стенки 2 мм и нарежьте из нее заготовок по ширине панели.
  2. Сварите трубки между собой по длине, стыкуя меньшими сторонами.
  3. Сверху и снизу к торцам герметично приварите железные крышки. Сделайте в них отверстия и поставьте патрубки с резьбами.
  4. К одной из сторон прикрепите сваркой 2 уголка, чтобы они образовали полку для индукционной печки.
  5. Покрасьте агрегат термостойкой эмалью из баллончика. Подробнее процесс сборки показан в видеоролике.

Окончательная сборка и запуск заключается в монтаже котла на стену и его врезке в систему отопления. Варочная панель вставляется в гнездо из уголков на задней стенке бака и подключается к электросети. Остается заполнить систему теплоносителем, стравить воздух и включить нагрев индуктора.

Здесь вас подстерегает та же проблема, что встречалась с предыдущей моделью. Несомненно, индукционный нагрев будет работать, но его мощности 2.5 кВт хватит для обогрева парочки небольших комнат при морозе на улице. Осенью и весной, когда температура не опустилась ниже нуля, самодельный котел сможет отопить площадь 35—40 м². Как его правильно подключить к системе, смотрите в очередном видеосюжете:

Выводы и рекомендации

Мы намеренно представили варианты индукционных водонагревателей несложной конструкции, чтобы каждый желающий мог сделать подобный агрегат своими силами. Но остался вопрос, нужно ли заниматься этим делом и тратить собственное время. На этот счет есть ряд объективных соображений:

  1. Пользователи, не разбирающиеся в электрике и радиотехнике, вряд ли смогут добиться увеличения мощности нагрева свыше 2.5 кВт. Для этого придется собрать схему преобразователя частоты.
  2. КПД индуктора ничуть не выше, чем у других электрических котлов. Но собрать нагреватель с ТЭНами гораздо проще.
  3. Если у вас не завалялась дома индукционная панель, то потребуется ее купить примерно за 80 у. е. Столько стоят дешевые китайские изделия в интернет-магазинах. За те же деньги продаются готовые электродные котлы мощностью до 10 кВт.
  4. Электроплиты оснащаются автоматикой безопасности, отключающих бытовой прибор спустя 1 или 2 часа работы. Это доставляет неудобство при эксплуатации.
  5. Если в силу разных причин теплоноситель вытечет из самодельного теплогенератора, то нагрев не прекратится. Это чревато пожаром.

Конечно, вы можете обойтись без дорогих покупок, досконально разобраться в конструкции и смастерить индукционный нагреватель с нуля. Но выполнить все бесплатно не получится, ведь потребуется приобрести комплектующие для схемы. Заметьте, что бонусы от подобного отопительного агрегата невелики, так что всерьез браться за его изготовление с целью обогрева частного дома нецелесообразно.

Вихревой индукционный нагреватель своими руками: делаем самодельный агрегат

Электрические нагревательные приборы исключительно удобны в эксплуатации. Они гораздо безопаснее, чем любое газовое оборудование, не производят копоти и сажи, в отличие от агрегатов, работающих на жидком или твердом топливе, наконец, для них не нужно заготавливать дрова и т. п. Главный недостаток электрических нагревателей — высокая стоимость электроэнергии. В поисках экономии некоторые умельцы решили изготовить индукционный нагреватель своими руками. Они получили отличное оборудование, для работы которого требуется гораздо меньше расходов.

Принцип работы индукционного нагрева

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.

Самодельный инверторный нагреватель позволяет производить нагрев быстро и до очень высоких температур. С помощью таких устройств можно не только нагревать воду, но даже плавить различные металлы

Если внутрь индуктора или близ него разместить 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. Широко применяется этот принцип в области обработки металла: его плавки, ковки, пайки наплавки и т. п. С не меньшим успехом вихревой индукционный нагреватель можно использовать для подогрева воды.

Индукционный генератор тепла в системе отопления

Чтобы организовать отопление частного дома с помощью индукционного нагревателя, проще всего использовать трансформатор, который состоит из первичной и вторичной короткозамкнутой обмотки. Вихревые токи в таком устройстве возникают во внутренней составляющей и направляют образовавшееся электромагнитное поле на вторичный контур, который одновременно выполняет роль корпуса и нагревательного элемента для теплоносителя.

Обратите внимание, что в качестве теплоносителя при индукционном нагреве может выступать не только вода, но также антифриз, масло и любые другие токопроводящие среды. При этом степень очистки теплоносителя большого значения не имеет.

Инверторный нагреватель имеет компактные размеры, работает бесшумно и может быть установлен практически в любом подходящем месте, соответствующем требованиям техники безопасности

Индукционный отопительный котел оснащают двумя патрубками. Нижний патрубок, по которому будет поступать холодный теплоноситель, необходимо устанавливать на вводном участке магистрали, а вверху устанавливают патрубок, передающий горячий теплоноситель к подающему участку трубопровода. Когда теплоноситель, находящийся в котле, нагревается, возникает гидростатический напор, и теплоноситель поступает в отопительную сеть.

В работе индукционного нагревателя есть ряд преимуществ, о которых следует упомянуть:

  • теплоноситель в системе постоянно циркулирует, что предотвращает вероятность ее перегрева;
  • индукционная система вибрирует, в результате накипь и другие осадки не откладываются на стенках оборудования;
  • отсутствие традиционных нагревательных элементов позволяет эксплуатировать котел с высокой интенсивностью, не опасаясь частых поломок;
  • отсутствие разъемных соединений исключает протечки;
  • работа индукционного котла не сопровождается шумом, поэтому его можно установить практически в любом подходящем помещении;
  • при индукционном нагреве не выделяются какие-либо опасные продукты разложения топлива.

Безопасность, бесшумная работа, возможность использовать подходящий теплоноситель и долговечность оборудования привлекли немало домовладельцев. Некоторые из них задумываются о возможности изготовить самодельный индукционный нагреватель.

Как сделать индукционный нагреватель самому?

Самостоятельное изготовление такого нагревателя — не слишком сложная задача, с которой может справиться даже начинающий мастер. Для начала следует запастись:

  • куском пластиковой трубы с толстыми стенками, которая станет корпусом нагревателя;
  • стальной проволокой диаметром не более 7 мм;
  • переходниками для присоединения корпуса нагревателя к отопительной системе дома;
  • металлической сеткой, которая будет удерживать внутри корпуса кусочки стальной проволоки;
  • медной проволокой для создания индукционной катушки;
  • высокочастотным инвертором.

Для начала следует подготовить стальную проволоку. Для этого ее просто нарезают кусочками примерно 5 см длиной. Дно отрезка пластиковой трубы закрывают металлической сеткой, внутрь засыпают кусочки проволоки, сверху корпус также закрывают металлической сеткой. Корпус должен быть заполнен кусочками проволоки полностью. При этом приемлемой может быть проволока не только из «нержавейки», но также из других металлов.

Затем следует изготовить индукционную катушку. В качестве основы используется подготовленный пластиковый корпус, на который аккуратно наматывают 90 витков медной проволоки.

После того, как катушка готова, корпус с помощью переходников присоединяют к отопительной системе дома. После этого катушку подключают к сети через высокочастотный инвертор. Считается вполне целесообразным сделать индукционный нагреватель из сварочного инвертора, поскольку это самый простой и бюджетный вариант.

Чаще всего при изготовлении самодельных вихревых индукционных нагревателей используют недорогие модели сварочных инверторов, поскольку они удобны и полностью соответствуют требованиям

Необходимо отметить, что не стоит испытывать устройство, если в него не подается теплоноситель, иначе пластиковый корпус может очень быстро расплавиться.

Интересный вариант индукционного нагревателя, сделанного из варочной панели, представлен в видеоматериале:

Несколько полезных советов по безопасности

Чтобы повысить безопасность конструкции, советуется выполнить изоляцию открытых участков медной катушки.

Индукционный нагреватель рекомендован только для закрытых систем отопления, в которых осуществляется принудительная циркуляция теплоносителя с помощью насоса.

Следует размещать систему индукционного нагрева на расстоянии не менее 30 см от стен и мебели и не менее 80 см — от потолка или пола.

Чтобы сделать работу устройства более безопасной, рекомендуется оснастить его манометром, а также системой автоматического управления и приспособлениями для отвода попавшего в систему воздуха.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Индукционный нагреватель для лабораторий и магазинов

В сообщении объясняется, как сделать небольшую самодельную цепь индукционного нагревателя для лабораторий и магазинов для выполнения небольших нагревательных работ, таких как плавление украшений или кипячение небольшого количества жидкостей с помощью электричества или батареи. Автор: г-н Суни и г-н Наим

  1. Цели и требования к цепи
  2. Наша задача состоит в том, чтобы создать индукционную цепь для использования от 12 В до 24 В с плоской спиралью, в которой можно довести до кипения пол литра воды. как можно меньше времени.
  3. Основная цель — заставить индукционную цепь работать, но есть и другие проблемы, которые описаны ниже.
  4. Емкость, в которой должна кипеть вода, изготовлена ​​из нержавеющей стали с двойными стенками и изолирована, а расстояние между внешней и внутренней емкостью, где работает индукция, составляет около 5-7 мм.
  5. Мы выбрали индукцию, чтобы защитить электронные компоненты от тепла обычного спирального нагревателя, которое возможно, когда резервуар изолирован.
  6. Внешний контейнер имеет диаметр Ø 70 мм, а пространство для электронных компонентов имеет высоту 20 мм, поэтому еще одна проблема — посмотреть, есть ли у нас место для компонентов.
  7. К источнику питания подключен переключатель наклона, который отключает питание индукционной петли в случае наклона контейнера на 15 градусов и более. Когда питание индукционной цепи прерывается, включается звуковой зуммер.
  8. Далее к индукционной петле подключаются два термостата.Один термостат, который отключает питание индукционной цепи, когда вода достигает точки кипения, и другой термостат, который поддерживает температуру воды около 60 градусов — не знаю, потребуется ли для этого программируемая схема. Я также хотел бы знать, есть ли в наличии инфракрасные термостаты.
  9. Я знаю, что это сразу много, но, как уже упоминалось, основная цель — заставить индукционную цепь работать. Можно ли прислать нам список необходимых компонентов и схему электрической схемы.
  10. Будем рады услышать от вас!
  11. С уважением, Суни Кристиансен
  12. Привет, сэр, мне нужна электрическая схема индукционного нагревателя для нашего магазина, у нас есть магазин серебряных украшений
  13. , поэтому я хочу плавить серебро, а иногда и золото, но если вы отправите небольшую схему с бестрансформаторным источником питания, которая будет будь добр ко мне.
  14. Я видел в Интернете очень маленький проект по индукционному нагревателю, но я не могу найти блок питания без тензодатчика, вы можете мне помочь, если вы отправите и проект индукционного нагревателя, и его источник питания бестрансформаторный

Дизайн

В одном из предыдущих постов мы узнали базовый метод проектирования индивидуальной схемы индукционного нагревателя путем оптимизации резонанса цепи LC-резервуара, здесь мы собираемся применить ту же концепцию и посмотреть, как предложенная самодельная схема индукционного нагревателя может быть построена для использования в лабораториях и ювелирных магазинах.

На следующем рисунке показана стандартная конструкция индукционного нагревателя, которую пользователь может настроить в соответствии с его индивидуальными предпочтениями.

Принципиальная схема

Работа контура

Вся схема сконфигурирована на основе популярной полномостовой ИС IRS2453, которая действительно делает проектирование полномостовых инверторов чрезвычайно простым и надежным. Здесь мы используем эту ИС для создания цепи инвертора индукционного нагревателя постоянного тока в постоянный.

Как видно из конструкции, IC использует не более 4 N-канальных МОП-транзисторов для реализации полной топологии мостового инвертора, кроме того, IC включает в себя встроенный генератор и сеть самонастройки, что обеспечивает чрезвычайно компактную конструкцию схемы инвертора. .

Частоту генератора можно регулировать, изменяя компоненты Ct и Rt.

Н-мост МОП-транзистора нагружается контуром LC-резервуара с использованием бифилярной катушки, которая образует индукционную рабочую катушку вместе с несколькими параллельными конденсаторами.

Микросхема также включает распиновку для отключения, которую можно использовать для отключения ИС и всей схемы в случае катастрофических обстоятельств.

Здесь мы использовали сеть ограничителя тока на транзисторе BC547 и сконфигурировали ее с выводом SD IC для обеспечения безопасной реализации схемы с управляемым током.С такой компоновкой пользователь может свободно экспериментировать со схемой, не опасаясь сжечь силовые устройства во время различных операций оптимизации.

Как обсуждалось в одной из предыдущих статей, оптимизация резонанса рабочей катушки становится ключевым моментом для любой цепи индукционного нагревателя, и здесь мы также следим за точной настройкой частоты, чтобы обеспечить наиболее благоприятный резонанс для наших индукционный нагреватель LC цепи.

Не имеет значения, имеет ли рабочая катушка форму спиральной бифилярной катушки или цилиндрической спиральной обмотки, до тех пор, пока резонанс правильно согласован, можно ожидать, что результат будет оптимальным для выбранной конструкции.

Как рассчитать резонансную частоту

Резонансную частоту для контура резервуара LC можно рассчитать по формуле:

F = 1/ x √LC Где F — частота , L — индуктивность катушки (со вставленной магнитной нагрузкой), а C — конденсатор, подключенный параллельно катушке. Обязательно укажите значение L в Генри и C в Фараде . В качестве альтернативы вы также можете использовать это программное обеспечение для расчета резонанса для определения значений различных параметров в конструкции .

Значение F может быть выбрано произвольно, скажем, например, мы можем предположить, что оно равно 50 кГц, затем L можно определить путем измерения индуктивности рабочей катушки, и, наконец, значение C можно найти, используя формулу выше , или указанное программное обеспечение калькулятора.

При измерении индуктивности L убедитесь, что ферромагнитная нагрузка прикреплена к рабочей катушке, а конденсаторы отключены.

Выбор конденсатора

Поскольку предлагаемый индукционный нагреватель для лабораторных работ или плавки украшений может потребовать значительного количества тока, конденсатор должен быть рассчитан на работу с высокой частотой тока.

Чтобы решить эту проблему, нам, возможно, придется использовать несколько конденсаторов параллельно и убедиться, что конечное значение параллельной комбинации равно расчетному значению. Например, если рассчитанное значение составляет 0,1 мкФ, и если вы решили использовать 10 конденсаторов параллельно, тогда значение каждого конденсатора должно быть около 0,01 мкФ и так далее.

Выбор резистора ограничителя тока Rx

Rx можно просто рассчитать по формуле:

Rx = 0.7 / Максимальный ток

Здесь максимальный ток означает максимальный ток, который может быть допустим для рабочей катушки или нагрузки без повреждения МОП-транзисторов и для оптимального нагрева нагрузки.

Например, если оптимальный ток нагрева нагрузки определен как 10 ампер, то Rx может быть рассчитан и рассчитан для ограничения всего, что выше этого тока, и МОП-транзисторы должны быть выбраны для работы с током, превышающим 15 ампер.

Все это может потребовать некоторых экспериментов, и Rx можно изначально поддерживать на высоком уровне

Простая схема самодельного индукционного нагревателя

Этот замечательный небольшой проект демонстрирует принципы высокочастотной магнитной индукции и способы изготовления индукционного нагревателя.Схема очень проста в сборке 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. Кончик отвертки нагревается докрасна примерно за 30 секунд!

Схема управления использует метод, известный как ZVS (переключение при нулевом напряжении), для активации транзисторов, который 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 индукционный нагреватель. Возможно, вы все еще захотите прочитать эту статью, чтобы получить несколько полезных советов по правильной работе вашей системы.

Как работает индукционный нагрев?

Когда магнитное поле изменяется возле металла или другого проводящего объекта, в материале индуцируется ток (известный как вихревой ток), который генерирует тепло.Вырабатываемое тепло пропорционально квадрату тока, умноженному на сопротивление материала. Эффекты индукции используются в трансформаторах для преобразования напряжений во всех видах приборов. Большинство трансформаторов имеют металлический сердечник, поэтому при использовании в них наведены вихревые токи. Разработчики трансформаторов используют разные методы, чтобы предотвратить это, поскольку нагрев — это просто пустая трата энергии. В этом проекте мы будем напрямую использовать этот нагревательный эффект и постараемся максимизировать нагревательный эффект, создаваемый вихревыми токами.

Если мы приложим непрерывно изменяющийся ток к катушке с проволокой, у нас будет постоянно изменяющееся магнитное поле внутри нее. На более высоких частотах индукционный эффект 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: Данное устройство может создавать очень высокие температуры!

Схема

Используемая схема представляет собой тип коллекторного резонансного генератора Ройера, который имеет преимущества простоты и саморезонансной работы.Очень похожая схема используется в обычных схемах инвертора, используемых для питания люминесцентного освещения, такого как подсветка ЖК-дисплея. Они приводят в действие трансформатор с центральным ответвлением, который увеличивает напряжение примерно до 800 В для питания фонарей. В этой схеме самодельного индукционного нагревателя трансформатор состоит из рабочей катушки и нагреваемого объекта.

Основным недостатком этой схемы является то, что требуется катушка с отводом по центру, которую может быть немного сложнее намотать, чем обычный соленоид. Катушка с отводом по центру 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 вперед и назад в обоих направлениях.

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

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

R1 и R2 — стандартные резисторы 240 Ом, 0,6 Вт. Значение этих резисторов будет определять, насколько быстро МОП-транзисторы могут включиться, и должно быть достаточно низким. Однако они не должны быть слишком маленькими, так как резистор будет заземлен через диод при включении противоположного транзистора.

Диоды D1 и D2 используются для разряда затворов MOSFET. Это должны быть диоды с низким прямым падением напряжения, чтобы затвор был хорошо разряжен, а полевой МОП-транзистор полностью выключился, когда другой включен.Рекомендуются диоды Шоттки, такие как 1N5819, поскольку они имеют низкое падение напряжения и высокую скорость. Номинальное напряжение диодов должно быть достаточным, чтобы выдерживать повышение напряжения в резонансном контуре. В этом проекте напряжение выросло до 70 В.

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

Катушка индуктивности L2 используется как дроссель для предотвращения попадания высокочастотных колебаний в источник питания и для ограничения тока до приемлемого уровня. Значение индуктивности должно быть довольно большим (у нас было около 2 мГн), но оно также должно быть выполнено из достаточно толстого провода, чтобы пропускать весь ток питания. Если дроссель не используется или у него слишком малая индуктивность, цепь может перестать колебаться. Необходимое точное значение индуктивности будет зависеть от используемого блока питания и настройки катушки. Возможно, вам придется поэкспериментировать, прежде чем вы получите хороший результат.Показанный здесь был сделан путем наматывания примерно 8 витков магнитной проволоки толщиной 2 мм на тороидальный ферритовый сердечник. В качестве альтернативы вы можете просто намотать провод на большой болт, но вам понадобится намного больше витков провода, чтобы получить такую ​​же индуктивность, как у тороидального ферритового сердечника. Вы можете увидеть пример этого на фото слева. В нижнем левом углу вы можете увидеть болт, намотанный на множество витков провода оборудования. Эта установка на макетной плате использовалась при малой мощности для тестирования. Для большей мощности пришлось использовать более толстую проводку и все спаять вместе.

Поскольку компонентов было так мало, мы спаяли все соединения напрямую и не использовали печатную плату. Это также было полезно для выполнения соединений для 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 выводом коллектора, а радиаторы могут помочь охладить катушку.

Конденсатор C1 и индуктор L1 образуют резонансный контур индукционного нагревателя. Они должны выдерживать большие токи и температуры. Мы использовали полипропиленовые конденсаторы емкостью 330 нФ. Более подробная информация об этих компонентах представлена ​​ниже.

Индукционная катушка и конденсатор

Катушка должна быть сделана из толстой проволоки или трубы, так как в ней будут протекать большие токи. Медная труба работает хорошо, так как токи высокой частоты в любом случае будут проходить в основном по внешним частям.Вы также можете прокачать по трубе холодную воду, чтобы она оставалась прохладной.

Конденсатор должен быть подключен параллельно рабочей катушке для создания резонансной цепи резервуара. Комбинация индуктивности и емкости будет иметь определенную резонансную частоту, на которой цепь управления будет работать автоматически. Используемая здесь комбинация катушка-конденсатор резонирует на частоте около 200 кГц.

Важно использовать конденсаторы хорошего качества, которые могут выдерживать большие токи и тепло, рассеиваемое внутри них, иначе они скоро выйдут из строя и разрушат вашу схему привода.Они также должны быть размещены достаточно близко к рабочей катушке с использованием толстой проволоки или трубы. Большая часть тока будет протекать между катушкой и конденсатором, поэтому этот провод должен быть самым толстым. При желании провода, соединяющие цепь и источник питания, можно сделать немного тоньше.

Этот змеевик здесь был сделан из латунной трубы диаметром 2 мм. Его было просто наматывать и легко паять, но вскоре он начал деформироваться из-за чрезмерного нагрева. Затем повороты касаются друг друга, замыкаясь и делая его менее эффективным.Поскольку во время использования контур управления оставался относительно холодным, казалось, что его можно заставить работать на более высоких уровнях мощности, но необходимо использовать более толстую трубу или охлаждать ее водой. Затем установка была улучшена, чтобы выдерживать более высокий уровень мощности…

Продвигая дальше

Основным ограничением описанной выше установки было то, что рабочая катушка через короткое время сильно нагрелась из-за больших токов. Для того, чтобы в течение длительного времени иметь большие токи, мы сделали еще одну катушку, используя более толстую латунную трубку, чтобы вода могла прокачиваться, когда она работает.Более толстую трубу было труднее согнуть, особенно в центральной точке отвода. Перед сгибанием трубы необходимо было засыпать ее мелким песком, так как это предохраняет ее от защемления на крутых изгибах. Затем он был очищен сжатым воздухом.

Индукционная катушка была сделана из двух половин, как показано здесь. Затем они были спаяны вместе, и небольшой кусок трубы из ПВХ использовался для соединения центральных труб, чтобы вода могла течь через всю катушку.

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. Всего было использовано шесть конденсаторов по 330 нФ, что дало общую емкость 1,98 мкФ.

Кабели, соединяющиеся с катушкой, были просто припаяны к трубе возле концов, оставляя место для установки трубы из ПВХ.

Этот змеевик можно охладить, просто пропустив воду прямо из крана, но лучше использовать насос и радиатор для отвода тепла. Для этого старый насос для аквариума был помещен в ящик с водой, и к выходному патрубку прилегала труба.Эта труба поступала в модифицированный кулер компьютерного процессора, в котором для отвода тепла использовались три тепловые трубы.

Кулер был преобразован в радиатор путем отрезания концов тепловых трубок и последующего соединения их с трубами PCV, чтобы вода протекала через все 3 тепловые трубки перед выходом и возвращением в насос.

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

Этот модифицированный кулер для процессора был очень эффективным в качестве радиатора и позволял воде оставаться довольно прохладной.

Другие необходимые модификации заключались в замене диодов D1 и D2 на диоды, рассчитанные на более высокие напряжения. Мы использовали обычные диоды 1N4007. Это было связано с тем, что с увеличением тока в резонансном контуре наблюдалось большее повышение напряжения. Вы можете видеть на изображении здесь, что пиковое напряжение составляло 90 В (желтый график осциллографа), что также очень близко к номинальному значению транзисторов 100 В.

Используемый блок питания был настроен на 30 В, поэтому также необходимо было подавать напряжение на затворы транзистора через регулятор напряжения 12 В. Когда внутри рабочей катушки не было металла, она потребляла около 7 А. Когда был добавлен болт на фотографии, он поднялся до 10 А, а затем постепенно снова упал, когда он нагрелся до температуры выше Кюри. С более крупными объектами он определенно будет выше 10А, но используемый блок питания имеет предел 10А. Вы можете найти подходящий блок питания на 24 В, 15 А в нашем интернет-магазине.

Болт, который вы видите на фотографии раскаленным докрасна, потребовал около 30 секунд для достижения максимальной температуры.Отвертка на первом изображении теперь может нагреться докрасна примерно за 5 секунд.

Чтобы перейти на более высокую мощность, чем эта, необходимо использовать другие конденсаторы или их массив большего размера, чтобы ток распределялся между ними в большей степени. Это связано с тем, что протекающие большие токи и используемые высокие частоты могут значительно нагревать конденсаторы. Примерно через 5 минут использования на этом уровне мощности индукционный нагреватель DIY необходимо выключить, чтобы они могли остыть.Также необходимо использовать другую пару транзисторов, чтобы они могли выдерживать большие скачки напряжения.

Во всем этот проект был вполне удовлетворительным, так как давал хороший результат от простой и недорогой схемы. Как бы то ни было, он может быть полезен для закалки стали или для пайки мелких деталей. Если вы решили создать собственный проект индукционного нагревателя, разместите свои фотографии ниже. Пожалуйста, ознакомьтесь с другими комментариями, прежде чем делать свои собственные, так как это может сэкономить ваше время позже.

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

Насколько жарко станет?

Трудно сказать, насколько горячо вы сможете что-то получить, так как есть много параметров, которые необходимо учитывать. Различные материалы будут по-разному реагировать на индукционный нагрев, а их форма и размер будут влиять на то, как нагревание или отвод тепла 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 за вас. Эта форма включает в себя материалы (например, воду), которые нельзя нагревать напрямую с помощью индукционных нагревателей, но она по-прежнему полезна, если вы пытаетесь определить, например, мощность, необходимую для нагрева поддона с водой с помощью индукционного нагревателя.

ПРИМЕР: Насколько сильно нагреются 20 г стали за 30 секунд при нагревании с помощью нагревателя мощностью 300 Вт? (при условии, что 100 Вт потеряно для окружающей среды)

Формулы:
Q = m x Cp x ΔT
ΔT = Q ÷ m ÷ Cp

Рабочий:
(300Вт — 100Вт) x 30с = 6000Дж
6000Дж ÷ 20г ÷ 0.466Дж / г ° C = 643,78 ° C

Результат:
Температура 20 г стали повысится на 643,78 ° C при нагревании нагревателем мощностью 300 Вт в течение 30 секунд.

Устранение неисправностей

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

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

Дроссель (индуктор L2)
Ограничивает мощность индукционного нагревателя. Если ваш не колеблется, вам может потребоваться дополнительная индуктивность, чтобы предотвратить падение напряжения в вашем блоке питания. Вам нужно будет поэкспериментировать с необходимой вам индуктивностью. Лучше иметь слишком много, чем слишком мало, так как это только ограничит мощность нагревателя.Слишком мало может означать, что это вообще не сработает. Если сердечник катушки индуктивности слишком мал, сильный ток приведет к его насыщению и приведет к протеканию слишком большого тока и потенциально повредит вашу схему.

Электропроводка
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 кабель питания на 30 А отлично подходит для этого.

Компоненты
Выбранные транзисторы должны иметь низкое падение напряжения / сопротивление в открытом состоянии, в противном случае они перегреются или даже не позволят системе колебаться.Вероятно, IGBT не будут работать, но большинство полевых МОП-транзисторов с аналогичными характеристиками должны подойти. 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 допускайте попадания металла в нагревательную спираль.Это может привести к более сильным скачкам тока, что может помешать возникновению колебаний, как упомянуто 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 импульсного модулятора мощности. Подробности смотрите в публикации 5108 ниже.

Мозг
Для безопасного выполнения этого проекта вам понадобится разумно работающий мозг. 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, что используемые компоненты не неисправны, проверьте правильность подключения, прочтите всю эту статью и все комментарии, выполните поиск в Google, если вы не понимаете какие-либо термины, или прочитайте наш раздел «Обучение электронике». Помните: горячее обожжет вас и может поджечь; Электричество может убить вас электрическим током, а также вызвать пожар. Безопасность превыше всего.

Схема самодельного индукционного нагревателя

Схема индукционного нагревателя ЧАСТЬ 5 — Самодельная версия

Теперь мы знаем, как индуцируется ток и как создается быстро колеблющееся магнитное поле.Это вызовет ток внутри металла. Но кусок металла — это не катушка, верно? Тогда как возбуждается curent? На самом деле, внутри металла есть бесконечные маленькие петли или «катушки», созданные материалом, и ток может течь, и эти токи называются вихревыми токами. Таким образом, если ток будет проходить через металл, если металл имеет хорошее сопротивление, он будет нагреваться по мере рассеивания мощности.

Итак, я раньше монтировал эту схему на свой макет. Как вы можете видеть, у нас есть эти 2 катушки, 2 параллельно подключенных конденсатора, 2 полевых МОП-транзистора, 2 диода и несколько резисторов.Для выходной катушки я использовал купленную, но и самодельную. Просто намотайте эмалированный провод на трубку из ПВБ, закрепите на месте, и у вас получится катушка. Просто проверьте индуктивность перед ее использованием, чтобы она была более или менее такой, как на схеме. Как вы можете видеть ниже, буквально через несколько секунд металл станет ГОРЯЧИМ.


В зависимости от материала, он нагревается быстрее или медленнее и достигает более высоких температур. Сопротивление металла является важным фактором, поскольку оно нагревает металл под действием высоких токов.Электроны движутся вперед и назад, ударяясь о сопротивление металла, теряя мощность и нагревая металл. Более того, ферромагнитные свойства также будут полезны, поскольку металл будет намагничиваться и размагничиваться все время и тем самым еще больше увеличиваться. Итак, вот как работает эта схема. Пожалуйста, посмотрите полное видео для этого урока. Теперь мы более или менее знаем, как работает индукция токов, как мы создаем колеблющийся быстрый сигнал и как различные металлы могут нагреваться быстрее или медленнее.

ЧАСТЬ 6 — Видеоурок

Наконец, здесь я размещаю полное видео для этого урока на моем канале YouTube. Не забудьте подписаться на больше видео, а также активировать колокольчик уведомлений, чтобы получать уведомления, когда я загружаю новый контент. Я надеюсь, что этот урок поможет вам и научит чему-то новому. Не стесняйтесь комментировать и делиться своими идеями с нашим сообществом.


Помогите мне, поделившись этим постом

Индукционный нагреватель Royer — Kaizer Power Electronics

перейти к содержанию

Kaizer Power Electronics

Энтузиазм высокого напряжения

  • О компании
    • 404 Ошибка, контент больше не существует
    • Контакты
    • Пожертвование
    • WPMS HTML Карта сайта
  • Аудио
    • 2 Вт ламповый усилитель UCL82 SE
    • 2×30 Вт ламповый усилитель EL34
    • Усилитель моноблочный ламповый 6П45С 50Вт
    • Громкоговорители Isophon BS35
  • Калькуляторы
    • Счетчик энергии конденсатора
    • Калькулятор спиральной катушки
    • Калькулятор привода затвора IGBT
    • Калькулятор MMC
    • Калькулятор демпфирующего конденсатора
    • Калькулятор спиральной катушки
    • Калькулятор базового резистора транзистора
  • Электроника
    • Панель солнечных батарей из лома 10 Вт
    • Светодиодный прожектор 250Вт
    • Ремонт ЖК телевизора 27 ″
    • Взлом IKEA индукционная плита 2кВт
    • Humax 40 ″ LCD TV ремонт
    • Ламповые часы Nixie
    • Индукционный нагреватель Ройера
    • Натрий 40 ″ ЖК телевизор ремонт
    • Разборки, полный список.
    • ТИ-83 счетчик ремонтный
  • Повседневная наука
    • Униполярный двигатель
    • Радиационный контроль
    • Триболюминесценция
  • Высокое напряжение
    • Генератор Маркса 24 кВ
    • 2n3055 драйвер обратного хода
    • 555 Обратный ход с аудиомодуляцией
    • Мост плавучий
    • Драйвер обратного хода Mazilli ZVS
    • Трубка фотоумножителя
    • Простой плазменный шар
    • TL494 драйвер обратного хода
  • Источники питания
    • 3 фазы 13A Lübcke variac
    • Измеритель мощности Merlin Gerin PM700
  • Импульсная мощность
    • Конденсаторная батарея MOC 333 Дж
    • Конденсаторная батарея на 4000 Джоулей
  • Катушки
  • Тесла
    • Руководство по проектированию DRSSTC
      • Выбор конденсатора шины постоянного тока для катушек Тесла
      • Рекомендуемые катушки Тесла
      • Заземление, защита цепи и EMI
      • Выбор IGBT для катушек Тесла или инверторов ZCS
      • Конструкция MMC / резонансного емкостного конденсатора для катушек Тесла и инверторов
      • Коррекция коэффициента мощности для инверторов большой мощности
      • Проектирование и изготовление вторичной обмотки для катушек Тесла
      • Выбор демпфирующего конденсатора для катушек Тесла и инверторов
      • Катушка Тесла
      • и часто задаваемые вопросы DRSSTC
      • Конструкция и выбор верхней нагрузки для катушек Тесла
      • Выбор выпрямителя для катушек Тесла и инверторов
      • Проектирование шин и первичной цепи для катушек Тесла и инверторов
      • Инструменты онлайн-дизайна для катушек Тесла

Потребляет ли индукционная плита больше электроэнергии?

Одним из основных преимуществ использования индукционных варочных панелей (по сравнению с газовыми или электрическими) является то, что они более энергоэффективны.

Учитывая, что индукция работает только тогда, когда на нее помещена посуда, и для выработки тепла используется механизм электромагнитной индукции, в конечном итоге она оказывается намного дешевле в эксплуатации, чем другие методы приготовления.

Принимая во внимание стремительные соревнования по улову в мире варочных панелей, производители индукционных плит идут в ногу с тенденциями и требованиями. Если говорить о текущем сценарии, большинство индукционных варочных панелей совместимы со стандартным напряжением питания.

Будучи заветным и популярным устройством для приготовления пищи, индукционные варочные панели обеспечивают отличный контроль температуры и мощности наряду с высокой эффективностью.

Переходя к вопросу о , потребляет ли индукционная варочная панель больше электроэнергии, нет. . Индукционная варочная панель не потребляет больше электроэнергии и намного более энергоэффективна, чем газовая или электрическая варочная панель. При индукционной варке 85-90% произведенной тепловой энергии используется для приготовления .

По сравнению с газовой плитой или электрическими варочными панелями, только 65-70% тепла используется для приготовления пищи. Это делает индукционное приготовление намного более энергоэффективным.

Если вы ищете энергоэффективную индукционную варочную панель, я предлагаю проверить индукционную варочную панель Max Burton . Это компактная и эффективная индукционная плита с функцией безопасности автоматического отключения.

Почему индукционным варочным панелям требуется меньше электроэнергии

Индукционная варочная панель работает по принципу электромагнетизма. Он использует электричество для создания магнитного поля. Это магнитное поле индуцирует ток внутри кастрюль и сковородок, используемых для приготовления пищи. Таким образом, электричество не используется непосредственно для приготовления пищи.

Во-вторых, индукционная плита готовит пищу быстрее. Более быстрое приготовление снижает потребление электроэнергии

Поскольку он чувствителен к температуре и мощности, он остывает при отключении индукции. Снова снижается потребление электроэнергии.

Индукционные варочные панели оснащены интеллектуальными технологиями. Он автоматически отключает электропитание, если не обнаруживает посуду или пустую посуду. Он также отключает питание, если пища готовится на высокой мощности в течение длительного времени.

В 2014 году независимая некоммерческая организация Исследовательский институт электроэнергетики (EPRI) провела техническую оценку индукционного приготовления пищи. Выяснилось, что индукционное приготовление пищи очень эффективно независимо от размера посуды, используемой поверх нее. КПД составил 76%.

Сколько электроэнергии потребляет индукция?

Чтобы понять, сколько электроэнергии потребляет индукция, давайте рассмотрим примеры. Предположительно ваша индукция потребляет максимальную мощность 2000 Вт (2 киловатта).Теперь 1 единица электроэнергии основана на количестве киловатт, потребляемых в час.

Использование максимальной мощности 2000 Вт в течение одного часа приведет к потреблению 2 единиц электроэнергии.

Формула дневного потребления энергии:

Мощность, умноженная на количество часов, используемых в день, разделенное на 1000.

Обратите внимание, что 2000 Вт — это максимальная мощность, и для повседневного приготовления нам обычно не нужны такие высокие мощности. Индукционная варочная панель поставляется с регулятором, который позволяет потребителю изменять мощность приготовления в соответствии с его / ее комфортом.

Сейчас максимальное время приготовления обычно составляет 2 часа (утром, днем ​​и вечером).

Для оценки годового потребления энергии используйте эту формулу:

Суточное потребление киловатт-часов, умноженное на количество дней в году = годовое потребление энергии

Чтобы найти годовые затраты на проведение индукции, используйте эту формулу:

Годовое потребление энергии, умноженное на тариф за киловатт-час, = годовые затраты на запуск индукционной установки

В качестве альтернативы вы можете приобрести мониторы потребления электроэнергии.Они могут измерить потребление электроэнергии любым устройством, работающим от 120 В. Для этого просто подключите монитор к электрической розетке, в которой используется индукция, а затем подключите индукцию к монитору.

Для измерения энергопотребления прибора на 240 В установите систему мониторинга энергопотребления всего дома. Он предоставит вам подробные данные об энергопотреблении вашего дома.

Обратите внимание, что формула потребления электроэнергии включает продолжительность времени, используемую индукцией. Индукция довольно эффективно сокращает время приготовления, тем самым экономя электроэнергию.

Стоимость зависит от цен на электроэнергию

Средняя цена, которую люди платят в США за электричество, составляет 12 центов за киловатт-час. Но есть огромные различия от штата к штату.

Больше всех на Гавайях платят за электричество. Около 33 центов за киловатт-час. В Айдахо самая низкая цена. Около 8 центов за киловатт-час. Чтобы узнать цену за киловатт-час в вашем штате, посмотрите список здесь.

Использование электроэнергии индукционной варочной панелью, потребляющей, скажем, 1500 Вт в течение двух часов каждый день при 10 центах за кВт · ч, даст 0.1500 — стоимость в час, 0,3000 — стоимость в день, 109,51 — стоимость в год и 3 кВт / ч в день.

Аргументы, поддерживающие индукцию

Индукционная готовка на рынке варочных панелей благодаря быстрому приготовлению и равномерному распределению тепла является высокоэффективной с точки зрения энергопотребления. Он не только оснащен хорошим контролем мощности и температуры, но и не теряет тепло, так как остывает очень быстро.

Недостаточная мощность и подача напряжения могут повлиять на его работу.Но кроме этого, нечего бояться увеличения потребления электроэнергии.

Почти все индукторы снабжены наклейками с информацией о том, сколько кВтч будет потребляться при максимальной мощности.

Другой тест, проведенный в поддержку более высокой эффективности индукции, показал, что индукционная плита действительно экономила электроэнергию за счет минимальных потерь тепла. На классической плите 5 литров воды закипело за полчаса. Индукция же заняла 5,5 минут.

Электрические требования индукции

Каждая компания-производитель строит свои индукционные устройства в соответствии со стандартами страны, в которой они ведут бизнес. Для индукции одной горелки мощностью 1800 Вт требуется 15 ампер. Если вы выбираете модель с четырьмя-пятью горелками, потребуется 40-50 ампер.

В Америке стандарт от 100 до 120 вольт. Идеальное требование — 50-60 Гц. многие варочные панели поставляются с напряжением 120 В. Если, однако, вы приобретаете индукционную систему с требованиями к напряжению 220–230 В, используйте ее в штатах, установив трехпроводную двухфазную проводку.

   Связанная статья  : Требуется ли трехфазное питание для индукционной варочной панели? 

Сводка

Индукционным варочным панелям требуется электричество для создания магнитного поля. Затем это магнитное поле проникает внутрь посуды для приготовления пищи и генерирует ток, благодаря которому вырабатывается тепло и готовится еда. Каждая варочная панель имеет свои электрические требования.

Электрические требования, однако, не превышают стандартное электрическое напряжение, если только вы не приобретете действительно дорогую индукцию высокого класса.

Из-за меньшего количества времени, затрачиваемого на приготовление пищи, и минимальных потерь тепловой энергии, электричество, затрачиваемое на индукцию для приготовления пищи, является номинальным, и беспокоиться не о чем.

Плюсы использования индукции намного перевешивают минусы. Эта потрясающая технология приготовления пищи стоит того, чтобы на нее потратить немного электричества. Вся остальная бытовая техника подождет.

К индукции нужно время, чтобы привыкнуть. Будучи принятым, он вскоре покоряет сердца. Этот высокоэффективный гаджет также оснащен датчиками для экономии энергии и автоматического отключения в случае возникновения каких-либо проблем.Он дает полную свободу выполнять несколько задач одновременно, пока готовит за вас.

Вам также могут понравиться следующие статьи:

Индукционный нагреватель — Infogalactic: ядро ​​планетарных знаний

Индукционный нагреватель — ключевая часть оборудования, используемого во всех формах индукционного нагрева [необходима ссылка ] . Обычно индукционный нагреватель работает в диапазоне средних частот (MF) или радиочастоты (RF). [1]

Четыре основных компонента системы составляют основу современного индукционного нагревателя

  • система управления, панель управления или выключатель; в некоторых случаях эта система может отсутствовать
  • Блок питания (силовой инвертор)
  • рабочая головка (трансформатор)
  • и нагревательная катушка (индуктор)

Как это работает
Индукционный нагрев — это бесконтактный метод нагрева проводящего тела с помощью сильного магнитного поля.Частота питания (сеть) Индукционные нагреватели 50 или 60 Гц включают катушку, питаемую непосредственно от источника электроэнергии, как правило, для промышленных применений с меньшей мощностью, где требуется более низкая температура поверхности. Некоторые специальные индукционные нагреватели работают на частоте 400 Гц, что соответствует частоте сети аэрокосмической промышленности.

Индукционный нагрев не следует путать с индукционным приготовлением пищи, так как эти две системы нагрева в большинстве своем физически сильно отличаются друг от друга. Примечательно, что системы индукционного нагрева (также известные как ковка) работают с длинными металлическими стержнями и листами, нагревая их до температуры ~ 2500 ° C для работы с ними.

Составные части основного оборудования

Индукционный нагреватель обычно состоит из трех элементов.

Блок питания

Часто называют инвертором или генератором. Эта часть системы используется для увеличения частоты сети до 10 Гц — 400 кГц. Типичная выходная мощность единичной системы составляет от 2 до 500 кВт. [2]

Рабочая головка

Он содержит комбинацию конденсаторов и трансформаторов и используется для соединения блока питания с рабочей катушкой. [3]

Рабочая катушка

Катушка, также известная как индуктор, используется для передачи энергии от силового агрегата и рабочей головки к обрабатываемой детали. Сложность индукторов варьируется от простого соленоида с обмоткой, состоящего из нескольких витков медной трубки, намотанной вокруг оправки, до прецизионного элемента, изготовленного из твердой меди, спаянного и спаянного вместе. Поскольку индуктор — это область, в которой происходит нагрев, конструкция катушки является одним из наиболее важных элементов системы и сама по себе является наукой. [4]

Определения

Радиочастота ( RF ) индукционные генераторы работают в диапазоне частот от 100 кГц до 10 МГц. Большинство устройств индукционного нагрева (с индукционным регулированием частоты) имеют частотный диапазон от 100 Гц до 200 кГц. Диапазон мощности обычно составляет от 2,5 кВт до 40 кВт. Индукционные нагреватели в этом диапазоне используются для небольших компонентов и приложений, таких как индукционная закалка клапана двигателя. [5]

MF индукционные генераторы работают от 1 кГц до 10 кГц.Диапазон мощности обычно составляет от 50 до 500 кВт. Индукционные нагреватели в этих диапазонах используются для средних и крупных компонентов и приложений, таких как индукционная ковка вала. [1]

Сеть (или питание ) Частота Индукционные катушки работают напрямую от стандартного источника переменного тока. Большинство индукционных катушек сетевой частоты предназначены для однофазной работы и представляют собой слаботочные устройства, предназначенные для локального нагрева или низкотемпературного нагрева поверхности, например, в барабанном нагревателе.

История

Основной принцип индукционного нагрева был открыт Майклом Фарадеем еще в 1831 году. Работа Фарадея заключалась в использовании импульсного источника постоянного тока, обеспечиваемого батареей, и двух обмоток из медной проволоки, намотанных вокруг железного сердечника. Было отмечено, что, когда переключатель был замкнут, во вторичной обмотке протекал мгновенный ток, который можно было измерить с помощью гальванометра. Если цепь оставалась под напряжением, то ток прекращался. При размыкании переключателя во вторичной обмотке снова течет ток, но в обратном направлении.Фарадей пришел к выводу, что, поскольку между двумя обмотками не существует физической связи, ток во вторичной катушке должен быть вызван напряжением, которое было индуцировано с первой катушки, и что создаваемый ток был прямо пропорционален скорости изменения магнитного потока . [6]

Первоначально эти принципы использовались при проектировании трансформаторов, двигателей и генераторов, где нежелательные эффекты нагрева контролировались за счет использования многослойного сердечника.

В начале 20 века инженеры начали искать способы использования теплогенерирующих свойств индукции для плавления стали.В этой ранней работе для создания тока средней частоты (СЧ) использовались двигатели-генераторы, но отсутствие подходящих генераторов переменного тока и конденсаторов правильного размера сдерживало первые попытки. Однако к 1927 году первая система индукционной плавки MF была установлена ​​EFCO в Шеффилде, Англия.

Примерно в то же время инженеры Midvale Steel и Ohio Crankshaft Company в Америке пытались использовать эффект нагрева поверхности током MF для локального упрочнения поверхности коленчатого вала.Большая часть этой работы проводилась на частотах 1920 и 3000 Гц, так как это были самые простые частоты для получения с помощью имеющегося оборудования. Как и во многих областях, связанных с технологиями, наступление Второй мировой войны привело к огромным достижениям в использовании индукционного нагрева в производстве деталей автомобилей и боеприпасов. [7]

Со временем технология усовершенствовалась, и устройства в диапазоне частот от 3 до 10 кГц с выходной мощностью до 600 кВт стали обычным явлением в индукционной ковке и крупных приложениях для индукционной закалки.Электродвигатель-генератор оставался опорой производства электроэнергии с использованием сверхвысоких напряжений до появления полупроводников высокого напряжения в конце 1960-х — начале 1970-х годов.

В начале эволюционного процесса инженерам стало очевидно, что способность производить оборудование в более высоком радиочастотном диапазоне приведет к большей гибкости и откроет целый ряд альтернативных приложений. Были предприняты поиски способов производства этих высокочастотных источников питания для работы в диапазоне от 200 до 400 кГц.

Развитие в этом конкретном диапазоне частот всегда отражало развитие индустрии радиопередатчиков и телевизионного вещания и действительно часто использовало компоненты, разработанные для этой цели.В ранних устройствах использовалась технология искрового разрядника, но из-за ограничений этот подход был быстро заменен использованием генераторов на основе многоэлектродных термоэмиссионных триодов (вентилей). Действительно, многие из пионеров отрасли были также очень вовлечены в радио- и телекоммуникационную промышленность, и такие компании, как Phillips, English Electric и Redifon, были вовлечены в производство оборудования для индукционного нагрева в 1950-х и 1960-х годах.

Использование этой технологии продолжалось до начала 1990-х годов, после чего технология была практически заменена мощным MOSFET и твердотельным оборудованием IGBT.Однако все еще существует множество ламповых генераторов, и на экстремальных частотах 5 МГц и выше они часто являются единственным жизнеспособным подходом и все еще производятся. [8]

Индукционные нагреватели с частотой сети все еще широко используются в обрабатывающей промышленности из-за их относительно низкой стоимости и теплового КПД по сравнению с лучистым нагревом, когда отдельные детали или стальные контейнеры необходимо нагревать как часть производственной линии.

Источник питания на основе вентильного генератора

Благодаря своей гибкости и возможному диапазону частот индукционный нагреватель на основе вентильного генератора до недавнего времени широко использовался в промышленности. [9] Доступные мощности от 1 кВт до 1 МВт и в диапазоне частот от 100 кГц до многих МГц, этот тип устройства нашел широкое применение в тысячах приложений, включая пайку и пайку, индукционную закалку, сварку труб и индукцию. термоусадочная муфта. Агрегат состоит из трех основных элементов:

Источник питания постоянного тока высокого напряжения

Источник питания постоянного тока состоит из стандартного повышающего трансформатора с воздушным или водяным охлаждением и высоковольтного выпрямителя, способного генерировать напряжения обычно от 5 до 10 кВ для питания генератора.Устройство должно быть рассчитано на правильный киловольт-ампер (кВА) для подачи необходимого тока на генератор. В ранних выпрямительных системах использовались вентильные выпрямители, такие как GXU4 (высокомощный высоковольтный полуволновой выпрямитель), но в конечном итоге они были заменены высоковольтными твердотельными выпрямителями. [10]

Самовозбуждающий генератор класса C

Схема генератора отвечает за создание электрического тока повышенной частоты, который при приложении к рабочей катушке создает магнитное поле, которое нагревает деталь.Основными элементами схемы являются индуктивность (резервуарная катушка), емкость (резервуарный конденсатор) и вентиль генератора. Основные электрические принципы диктуют, что если напряжение приложено к цепи, содержащей конденсатор и катушку индуктивности, цепь будет колебаться во многом так же, как качели, которые были сдвинуты. Используя наше колебание в качестве аналогии, если мы не толкаем снова в нужный момент, колебание постепенно остановится, то же самое и с осциллятором. Назначение клапана — действовать как переключатель, который позволит энергии проходить в генератор в нужное время для поддержания колебаний.Чтобы рассчитать время переключения, небольшое количество энергии возвращается в сеть триода, эффективно блокируя или запуская устройство или позволяя ему сработать в нужное время. Это так называемое сеточное смещение может быть получено либо емкостным, либо кондуктивным, либо индуктивным образом в зависимости от того, является ли генератор генератором Колпитца, генератором Хартли, тиклером Армстронга или генератором Мейснера. [11]

Средства регулирования мощности

Регулировка мощности системы может осуществляться различными способами.Многие современные устройства оснащены тиристорным регулятором мощности, который работает с помощью двухполупериодного привода переменного тока (переменного тока), изменяющего первичное напряжение на входном трансформаторе. Более традиционные методы включают трехфазные вариаторы (автотрансформатор) или моторизованные регуляторы напряжения типа Brentford для управления входным напряжением. Другой очень популярный метод заключался в использовании змеевика резервуара, состоящего из двух частей, с первичной и вторичной обмотками, разделенными воздушным зазором. На регулирование мощности влияло изменение магнитной связи двух катушек путем их физического перемещения относительно друг друга. [12]

Твердотельные блоки питания

На заре индукционного нагрева мотор-генератор широко использовался для выработки мощности МП до 10 кГц. Хотя с помощью стандартного асинхронного двигателя, приводящего в действие генератор переменного тока, можно генерировать частоту, кратную частоте питания, например 150 Гц, существуют ограничения. Этот тип генератора имел обмотки, установленные на роторе, которые ограничивали окружную скорость ротора из-за центробежных сил на этих обмотках.Это привело к ограничению диаметра машины и, следовательно, ее мощности и количества полюсов, которые могут быть физически размещены, что, в свою очередь, ограничивает максимальную рабочую частоту. [13]

Чтобы преодолеть эти ограничения, промышленность индукционного нагрева обратилась к индуктору-генератору. Этот тип машины имеет зубчатый ротор, состоящий из набора перфорированных металлических пластин. Обмотка возбуждения и обмотка переменного тока установлены на статоре, поэтому ротор представляет собой компактную прочную конструкцию, которая может вращаться с более высокими окружными скоростями, чем стандартный генератор переменного тока, указанный выше, что позволяет ему иметь больший диаметр для данного числа оборотов в минуту.Этот больший диаметр позволяет разместить большее количество полюсов и в сочетании со сложными схемами прорезания, такими как датчик Лоренца или прорезание Гая, что позволяет генерировать частоты от 1 до 10 кГц.

Как и во всех вращающихся электрических машинах, используются высокие скорости вращения и малые зазоры, чтобы максимизировать изменения магнитного потока. Это требует пристального внимания к качеству используемых подшипников, жесткости и точности ротора.Привод для генератора переменного тока обычно обеспечивается стандартным асинхронным двигателем для удобства и простоты. Используются как вертикальная, так и горизонтальная конфигурации, и в большинстве случаев ротор двигателя и ротор генератора установлены на общем валу без муфты. Затем весь узел монтируется в раму, содержащую статор двигателя и статор генератора. Вся конструкция смонтирована в шкафу с теплообменником и системами водяного охлаждения по мере необходимости.

Мотор-генератор стал основой производства электроэнергии средней частоты до появления твердотельных технологий в начале 1970-х годов.

В начале 1970-х годов с появлением технологии твердотельной коммутации произошел отход от традиционных методов выработки энергии с помощью индукционного нагрева. Первоначально это ограничивалось использованием тиристоров для генерации диапазона частот МП с использованием дискретных электронных систем управления.

В современных устройствах теперь используются технологии SCR (кремниевый выпрямитель), [14] IGBT или MOSFET для генерации «MF» и «RF» тока. Современная система управления, как правило, представляет собой цифровую микропроцессорную систему, использующую технологию PIC, PLC (программируемый логический контроллер) и технологии поверхностного монтажа для производства печатных плат.В настоящее время на рынке доминируют твердотельные устройства, и теперь доступны устройства от 1 кВт до многих мегаватт с частотами от 1 кГц до 3 МГц, включая двухчастотные устройства. [8]

Для генерации СЧ и ВЧ мощности с использованием полупроводников используется целый ряд методов, реальный используемый метод часто зависит от целого ряда факторов. Типичный генератор будет использовать топологию с питанием по току или напряжением. Фактический используемый подход будет зависеть от требуемой мощности, частоты, индивидуального применения, начальной стоимости и последующих эксплуатационных расходов.Однако, независимо от используемого подхода, все единицы имеют четыре отдельных элемента: [15]

Выпрямитель переменного тока в постоянный

Он принимает сетевое напряжение и преобразует его из частоты сети 50 или 60 Гц, а также преобразует его в «постоянный ток». Он может обеспечивать переменное постоянное напряжение, фиксированное постоянное напряжение или переменный постоянный ток. В случае переменных систем они используются для обеспечения общего управления мощностью для системы. Выпрямители постоянного напряжения необходимо использовать в сочетании с альтернативными средствами управления мощностью.Это может быть сделано с помощью регулятора режима переключения или с помощью различных методов управления в секции инвертора.

Преобразователь постоянного тока в переменный

Инвертор преобразует источник постоянного тока в однофазный выход переменного тока с соответствующей частотой. Он оснащен SCR, IGBT или MOSFETS и в большинстве случаев настроен как H-мост. H-мост имеет четыре ножки с переключателем на каждой, выходная цепь подключается через центр устройств. Когда соответствующие два переключателя замкнуты, ток проходит через нагрузку в одном направлении, эти переключатели затем размыкаются, а два противоположных переключателя замыкаются, позволяя току течь в противоположном направлении.Точно синхронизируя размыкание и замыкание переключателей, можно поддерживать колебания в цепи нагрузки.

Выходная цепь

Выходная цепь выполняет работу по согласованию выхода инвертора с выходным сигналом катушки. В простейшей форме это может быть конденсатор или, в некоторых случаях, комбинация конденсаторов и трансформаторов.

Система управления

Блок управления контролирует все параметры в цепи нагрузки, инверторе и подает импульсы переключения в подходящее время для подачи энергии в выходной контур.В ранних системах использовалась дискретная электроника с регулируемыми потенциометрами для регулировки времени переключения, пределов тока, напряжения и частоты отключения. Однако с появлением микроконтроллерных технологий большинство современных систем теперь имеют цифровое управление.

Инвертор с питанием от напряжения

Инвертор с питанием от напряжения имеет конденсатор фильтра на входе инвертора и последовательные резонансные выходные цепи. Система с питанием от напряжения чрезвычайно популярна и может использоваться с тиристорами с частотой до 10 кГц, с IGBT до 100 кГц и с полевыми МОП-транзисторами до 3 МГц.Инвертор с питанием от напряжения с последовательным подключением к параллельной нагрузке также известен как система третьего порядка. В основном это аналог твердотельной системы, но в этой системе последовательно соединенные внутренний конденсатор и катушка индуктивности подключены к параллельной выходной цепи резервуара. Основным преимуществом этого типа системы является надежность инвертора благодаря внутренней схеме, эффективно изолирующей выходную цепь, что делает переключающие компоненты менее подверженными повреждению из-за пробоев катушки или несоответствия. [16]

Инвертор с питанием от тока

Инвертор с питанием от тока отличается от системы с питанием от напряжения тем, что он использует переменный вход постоянного тока, за которым следует большая катушка индуктивности на входе в мост инвертора. Силовая цепь имеет параллельный резонансный контур и может иметь рабочие частоты от 1 кГц до 1 МГц. Как и система с питанием от напряжения, SCR обычно используются до 10 кГц, а IGBT и MOSFET используются на более высоких частотах. [17]

Подходящие материалы

Подходящие материалы — это материалы с высокой проницаемостью (100-500), которые нагреваются ниже температуры Кюри этого материала.

См. Также

Список литературы

Банкноты

  1. 1.0 1.1 Руднев, п. 229.
  2. ↑ Руднев, с. 627.
  3. ↑ Руднев, с. 628.
  4. ↑ Руднев, с. 629.
  5. ↑ Руднев, с. 227.
  6. ↑ Руднев, с. 1.
  7. ↑ Руднев, с.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.