Самодельный индукционный нагреватель: Индукционный нагреватель своими руками — 3 варианта сборки

Как сделать самодельный индукционный нагреватель воды

Прибор имеет довольно простую конструкцию и не требует специальных документов, разрешающих использование и установку. Индукционный нагреватель воды имеет высокую степень эффективности и оптимальную для пользователя надежность. При использовании его в качестве котла для отопления можно даже не устанавливать насос, так как вода течет по трубам благодаря конвекции (при нагреве жидкость практически превращается в пар).

Также устройство обладает рядом преимуществ, что выгодно отличает его среди других видов водонагревателей. Итак, индукционный нагреватель:

Несмотря на огромное количество достоинств, индукционный водонагреватель имеет и ряд недостатков:

Прибор представляет собой трансформатор, имеющий две обмотки: первичную и вторичную. Первый контур преобразует электрическую энергию в вихревые токи, тем самым создает индукционное поле направленного действия, что и обеспечивает индукционный нагрев. На вторичном контуре преобразованная энергия передается теплоносителю (в нашем случае – это вода).

Новости МирТесен

Кроме трансформатора в устройстве присутствует генератор и насос (необязательно).

Узлы и детали теплогенератора

Устройство включает в себя:

Принцип работы

Индукционный водонагреватель состоит из генератора, катушки и сердечника, последний нагревается за счет электромагнитной энергии

Прибор преобразует электрическую энергию в электромагнитную. Последняя, в свою очередь, воздействует на сердечник (трубу), который нагревается и передает воде тепловую энергию. Преобразовывает все эти энергии индуктор, состоящий из катушки и сердечника. Генератор используется для повышения частоты тока, так как со стандартной частотой в 50 Гц сложно добиться высокого нагрева.

Прежде чем приступать к монтажу, вам необходимо запастись необходимыми деталями. Так, лучшим вариантом будет сварочный высокочастотный инвертор, плавно изменяющийся диапазон силы тока. Такое устройство обойдется дешевле всего. Более дорогим вариантом станет трехфазный трансформатор, являющийся источником питания переменного тока для индуктора водонагревателя. В таком случае стоит использовать катушку на 50-90 витков, а в качестве материала взять медную проволоку с диаметром 3 или более миллиметров.

В качестве сердечника можно использовать как металлическую, так и полимерную трубу вместе с проволокой (используется как нагревательный элемент). В последнем случае толщина стен не должна быть менее 3 мм, чтобы спокойно выдерживать высокие температуры.

Для сборки водонагревателя вам понадобятся: кусачки, отвертки, паяльник и сварочный аппарат, если используется металлическая труба.

Монтаж индукционного нагревателя воды

Обмотайте трубу медной проволокой, сделав около 90 витков.

Вариантов сборки устройства существует множество. Предлагаем попробовать собрать прибор по следующей схеме:

Подобное устройство хорошо зарекомендовало себя не только в качестве проточного водонагревателя, но и котла для отопления. Правда, в таком случае сварочный аппарат в роли генератора уже не подойдет, придется использовать трансформатор, имеющий две обмотки. Последний трансформирует вихревые токи, возникающие на первичной обмотке в электромагнитное поле, которое создается на вторичном контуре.

Котел из индукционного водонагревателя нужно оснастить двумя патрубками для горячей и холодной воды. С нижнего будет поступать холодная вода, его нужно монтировать на вводном участке линии, а сверху необходимо расположить патрубок, который будет подавать горячую воду в систему отопления. В итоге циркуляция воды осуществляется естественным путем под действием конвекции без насоса.

Не забывайте, что мы имеем дело с источником повышенной опасности – электрическим нагревательным прибором, поэтому при его сборке и использовании необходимо соблюдать некоторые правила:

Обязательно используйте отдельную электрическую линию для подключения индукционного котла, а также оснастите его группой безопасности.

Индукционный водонагреватель имеет высокий КПД, может выступать в роли котла для системы отопления, также допускается самостоятельная сборка и установка, а его использование никак не регламентируется законом РФ. Но все же прежде чем его использовать, стоит взвесить все за и против. Несмотря на высокую эффективность, прибор потребляет большое количество энергии, считается небезопасным (особенно самодельный) и плохо воздействует на здоровье человека. Поэтому рекомендуем монтировать индуктор в частном доме или на даче.

• Как сделать самодельное кресло для рыбалки
• Как сделать самому карманную пилу из цепи

Самодельный индукционный нагреватель в системе водяного отопления, схема инвертора напряжения

Идея создания системы электрического отопления жилого помещения у меня возникла вместе с закладкой фундамента для небольшого индивидуального дома.

Используя систему водяного отопления с газовым котлом, мы получаем экономическую выгоду по сравнению с электрическим отоплением, и это всем понятно. Но что делать, если вблизи пока нет газовой магистрали, а пользоваться газовыми баллонами небезопасно?

Вот и появилась идея сконструировать под каждым окном в доме индивидуальный водяной котел (или батарею отопления, как угодно!), вода в котором нагревается электричеством, но без применения ТЭНов и электролизных нагревателей.

Было принято решение в качестве нагревательного элемента для воды использовать вихревой индукционный нагреватель (ВИН). Принцип работы и описание различных вариантов индукционных нагревателей подробно описан в сети Интернет и других источниках информации.

Принцип действия и устройство

В вихревом ультразвуковом нагревателе используется принцип электромагнитной индукции. При прохождении электрического переменного тока высокой частоты в индукционной катушке возникает магнитное поле.

В качестве сердечника катушки используется металлический сердечник из ферромагнитного материала (в простейшем случае — стальная труба), внутри которой находится нагреваемая жидкость (вода). Вихревыми токами Фуко нагревается металлическая труба, по которой протекает вода.

В данном случае, в качестве “оконечного устройства”использована замкнутая система, состоящая из двух или трех отрезков толстостенных стальных труб, в которых циркулирует вода.

Нагревательным элементом (если можно его так назвать!) служит катушка медного провода в изоляции, которая содержит около 60 витков на стальной трубе, диаметром около 50 миллиметров.

На трубу сначала наматывается теплостойкая изоляция (в данном случае, лента ФУМ или стеклоткань), а затем — однослойная катушка.

Меня больше всего интересовал сам источник электроэнергии, от которого будет питаться вихревой нагреватель, т.к. различных конструктивных вариантов “вихревых нагревателей” в Интернете описано большое количество!

Правда, заниматься экспериментами с изготовлением тороидальных и других видов нагревателей не было времени, и за основу было взято описание небольшой автономной самодельной батареи отопления, где в качестве нагревателя использован ТЭН. Вместо ТЭНа был вмонтирован индукционный нагреватель, и вопрос был решен!

Оставалось самое главное: “Чем нагреть воду в трубе?”. “Порывшись в Интернете”, было выбрано несколько принципиальных схем преобразователей напряжения инверторного типа.

Сначала выбор остановили на инверторе Кухтецкого [1], но отсутствие в наличии высоковольтных “мосфетов” в нашем творческом объединении и в моих “личных запасах” приостановило изготовление данного аппарата.

Идея изготовить инвертор Кухтецкого, обладающий очень неплохими техническими характеристиками при его относительно не сложной схеме, будет обязательно осуществлена на занятиях нашего творческого объединения! (Думаем, изготовив его, подарить автомодельной лаборатории, которая очень нуждается в аппарате для плавки металла при изготовлении самодельных деталей для автомоделей!).

Принципиальная схема преобразователя напряжения

В качестве преобразователя был изготовлен инвертор, который работает на низковольтных полевых транзисторах от мощного источника постоянного тока 12 В. Во время работ по регулировке аппарата применялся кислотный аккумулятор от легкового автомобиля.

Первые включения прибора производились от напряжения 6 В (использовались не все“банки” аккумулятора). Задающий генератор на микросхеме TL494 был подключен к маломощному регулируемому источнику питания от 0 до 15 В. Затем для его питания использовали компьютерный блок питания.

На первом этапе необходимо было обеспечить устойчивую генерацию выходного сигнала генератора. Вопрос о том, что при пониженном питании инвертора не обеспечивается оптимальное согласование выходного трансформатора и т.д., рассчитанного на питание от 12 В, не стоял!

О форме выходных импульсов во время предварительных испытаний инвертора мы просто не думали! Важно было получить одинаковую форму и амплитуду на выходах TL494 и транзисторах драйверов.

Большого опыта работы с силовой электроникой ни у меня, ни у моих воспитанников не было, поэтому мы “осторожничали, чтобы не наделать проблем” с выходными транзисторами и трансформаторами. За основу преобразователя была выбрана принципиальная схема инвертора [2], см. рис. 1. В качестве транзисторов драйверов применялись отечественные кремниевые транзисторы КТ816 и другие, аналогичные по параметрам.

Рис. 1. Принципиальная схема инвертора.

Усиленные прямоугольные импульсы формы “меандр” через ограничивающие резисторы поступают на затворы мощных (MOSFET) полевых транзисторов IRF.

Мощный двухтактный выходной каскад на полевых транзисторах усиливает прямоугольные импульсы до необходимого уровня. Нагрузкой выходного каскада является импульсный выходной трансформатор на ферритовом сердечнике.

В каждом плече выходного каскада в нашем случае использовалось не более двух транзисторов. Когда добавляли транзисторы, напряжение (входное) на затворах мосфетов уменьшалось, соответственно выходная мощность оставалась на уровне примерно 200…300 Вт.

Возможностей подбирать идентичные пары транзисторов драйверов, как и выходных полевых транзисторов, в наших условиях (ввиду отсутствия финансовой поддержки и т. д.) не представляется возможным, поэтому мы остановились на “достигнутых результатах!”.

Выходной трансформатор был использован самодельный. Сердечники — от компьютерных блоков питания. Трансформаторы из БП предварительно были хорошо “прокипячены в воде” (чтобы аккуратно разобрать трансформаторы!). Каркасы использованы от тех же трансформаторов.

Для экспериментов изготовили несколько трансформаторов с различным числом витков первичной и вторичной обмоток. Первичная обмотка состояла из двух половинок по 5…10 витков ленты, изготовленной из одножильного медного провода диаметром каждой жилы около 0,5 мм, а вторичная — “до полного заполнения” каркаса одножильным проводом.

В результате получился трансформатор, на выходе которого присутствовало напряжение около 170… 190 В! Под нагрузкой напряжение понижалось до 150.. .160 В.

Этого напряжения и мощности оказалось достаточно, чтобы вихревой индукционный нагреватель выполнял свою основную функцию — нагревал воду в трубе до 80. ..90 градусов. Ввиду небольшой протяженности нагревателя (системы труб), дополнительный насос для перемещения воды в трубе не понадобился.

После изготовления и настройки инвертора был изготовлен мощный блок питания от сети переменного тока, представляющий обычный, мостовой двухполупериодный выпрямитель с выходным напряжением около 12 В постоянного тока. Определенной проблемой для нас было приобретение мощного, понижающего трансформатора.

Ведутся работы по усовершенствованию инвертора. Рабочий образец инвертора вихревого индукционного нагревателя (см. рис. 2-3) экспонировался на региональной выставке “Дети. Техника. Творчество” в городе Белгород и занял второе место среди экспонатов в своем разделе.

Творческое объединение “Основы современной любительской радиосвязи и радиоконструирования” ЦТТ и ПО Старый Оскол.

Ю. Белобородов, г. Старый Оскол. РМ-11-17.

DIY Индукционный нагреватель Reddit — Google Suce

AllebildervideosshoppingMapsNewsbücher

Sucoptionen

Руководство по индукции DIY. как некоторые из вас знают, я построил и продал более 30 индукционных нагревателей. Я хотел поделиться своими знаниями с сообществом.

Индукционный нагреватель своими руками? : р/Dynavap — Reddit

www.reddit.com › Dynavap › комментарии › diy_indu…

22.03.2021 · Базовая схема IH очень проста, вам нужен только кейс + 3 компонента: блок питания переменного/постоянного тока 12V5A с разъемом для подключения цепи, …

Какой самый практичный индукционный нагреватель, сделанный своими руками, вы когда-либо видели?

www.reddit.com › Dynavap › комментарии › whats_th…

20.09.2019 · В комментариях есть инструкция по сборке. Самый простой — тот, что посередине DIH-001 (Деревянный ящик). Все эти индукционные нагреватели просты в …

Список лучших руководств по индукционным нагревателям своими руками? : r/Dynavap — Reddit

www.reddit.com › Dynavap › комментарии › dblk93

01.10.2019 · Ознакомьтесь с руководством по r/beasthoss здесь. Это то, что я использовал, чтобы сделать мой.

Первый самодельный индукционный нагреватель для моего Dynavap 🙂 : r/vaporents — Reddit

www.reddit.com › steaments › комментарии › first_diy_induction_heater_for…

14.11.2019 · Индукционный нагреватель использует вихревые токи посредством электромагнитной индукции возбудить ферромагнитный металл в катушке, вызывая ее нагрев …

Самый простой способ сделать индукционный нагреватель своими руками? : r/Dynavap — Reddit

www.reddit.com › Dynavap › комментарии › easy_w…

29.04.2018 · 13 голосов, 18 комментариев. Привет, ребята, я давно хотел сделать свою собственную индукцию для vapcap и не могу больше ждать 🙂 Я хорошо разбираюсь в …

Индукционный нагреватель своими руками, для чайников/упрощенный? : r/Dynavap — Reddit

www.reddit.com › Dynavap › комментарии › diy_indu…

21.08.2018 · Есть ли способ, чтобы кто-то, кто хорошо разбирается в электронике/проводке/индукционных нагревателях, построил такой могли бы помочь перевести в очень . ..

5-минутное руководство по индукционному нагревателю за 15 долларов без навыков — Reddit

www.reddit.com › Dynavap › комментарии › the_5_m… , но я хотел показать, как мало усилий требуется, чтобы сделать работающий простой индукционный нагреватель.

Как сделать индукционный нагреватель, не тратя больше … — Reddit

www.reddit.com › Dynavap › комментарии › как_to_… скидка на товары с aliexpress? включая корпус и прочее.

Ähnliche Fragen

Что произойдет, если положить палец в индукционный нагреватель?

Какой материал лучше всего подходит для индукционного нагрева?

Индукционные нагреватели переменного или постоянного тока?

[PDF] Индукционный нагреватель DynaVap своими руками — Mikrocontroller.net

www.mikrocontroller.net › приложение › DIY_Induction_Heater_Guide

○. Если вы хотите, чтобы я добавил больше информации о каком-либо аспекте создания индукционных нагревателей, я бы хотел это услышать!! Отправьте мне сообщение на Reddit ( u/beasthoss ) . ..

Ähnliche Suchanfragen

DynaVap heater DIY

DynaVap induction heater

Best induction heater for Dynavap

UFO induction heater

Vaphotbox

VapOven

Cheap induction heater Dynavap

DynaTec Induction Heater

Simple Powerful Manual Tune Induction Нагреватель – Teslascience Hacks

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

Прочитав руководство и соорудив индукционный нагреватель с фазовой автоподстройкой частоты (PLL) на основе работы Джонатана Крайдена (mindcallenger.com), я захотел придумать что-то простое и легкое в сборке для начинающих любителей электроники. Поскольку я также новичок в электронике, я чувствовал, что этот проект будет интересным и даст хорошее представление об основах работы индукционных нагревателей. В дополнение к упомянутому выше нагревателю PLL, я также построил много индукционных нагревателей типа Mazilli или Royer, включая дешевые драйверы Mazilli китайского производства, доступные на Ebay и Alibaba. Я обнаружил, что, хотя они хороши и просты в использовании, они склонны к сбоям, поскольку они ограничены диапазоном работы при низком напряжении и относительно низкой мощностью для того, что я хотел. Их также трудно контролировать с точки зрения количества нагрева. Хотелось сделать что-то более надежное и управляемое, а не вылиться в кучу перегоревших транзисторов! По сути, мне нужна была настраиваемая вручную установка, которая работала бы от выпрямленной сети вместо дорогих импульсных источников питания. Базовая конструкция заключалась бы в том, чтобы взять более высокое напряжение при более низком токе (с чем хорошо справляются MOSFET-транзисторы) и преобразовать это в более низкое напряжение при гораздо более высоких токах порядка 100 или 1000 ампер и высокочастотном переменном токе, обычно 20-100 кГц.

. Он проходит через катушку из нескольких витков меди (называемую «рабочей катушкой»). Если в рабочую катушку помещается кусок железа, в этом куске железа (также называемом «заготовкой») индуцируются вихревые токи таким образом, что заготовка действует как закороченная первичная катушка с 1 витком. Из-за передаточного эффекта трансформатора в заготовке протекают огромные токи порядка многих сотен или тысяч ампер, что приводит к нагреву заготовки из-за комбинации внутреннего сопротивления (нагрев IR2) и гитерезиса (из-за воздействия на случайный массив магнитных диполей в железной заготовке, меняющий направление много раз в секунду на высокой частоте). Из-за высокой частоты ток протекает преимущественно в самых поверхностных слоях заготовки и рабочей катушки, что также известно как «скин-эффект». Это дополнительно увеличивает эффективное сопротивление заготовки, что приводит к еще большему нагреву I2R. Поскольку в рабочем змеевике также имеет место скин-эффект, в рабочем змеевике происходят потери энергии в виде тепла в поверхностных слоях змеевика. Толстая медная трубка с наружной и внутренней поверхностью или литцендратный провод (многожильный изолированный провод, каждая жила которого имеет электроизоляционное покрытие) увеличивает эффективную площадь поверхности рабочей катушки, снижая потери энергии в виде потерь тепла. Литцендрат используется в индукционных варочных панелях по той же причине. Более высокие частоты имеют больший скин-эффект с большим нагревом поверхности, что лучше подходит для нагрева небольших деталей. Низкие частоты имеют меньший скин-эффект и лучше подходят для нагрева больших деталей. Этот нагрев может перевести железо, например, из комнатной температуры в красное тепло, затем в оранжевое и ярко-желтое тепло выше точки Кюри (точки, в которой заготовка из железа или стали теряет нагрев из-за гистерезиса из-за потери своего ферромагнетизма). Чтобы иметь возможность добиться дальнейшего нагрева и расплавить железную заготовку (включая неферромагнитные металлы, такие как медь, серебро, золото и алюминий), необходимо достичь гораздо больших токов, чтобы преодолеть отсутствие гистерезиса. Целью этого проекта является создание такого простого небольшого настраиваемого индукционного нагревателя, который мог бы плавить небольшое количество этих металлов.

Упомянутые выше индукционные нагреватели с ФАПЧ (хорошее подробное руководство по ним см. в работе Джонатана Крайдена на http://inductionheatertutorial.com/) автоматически настраиваются на определенную точку. PLL работает от генератора, управляемого напряжением. Поскольку частота резонанса индукционного нагревателя изменяется при помещении в него заготовки. Это может привести к резонансу потерь и соответствующей потере нагрева, поскольку максимальный нагрев происходит, когда контур бака индукционного нагревателя находится в резонансе. При использовании PLL напряжение на баке подается на управляемый напряжением генератор микросхемы CD4046 PLL для поддержания максимального напряжения на баке. Однако обычно, когда металл, такой как железо, достигает точки Кюри, изменение резонансной частоты выходит за пределы диапазона PLL, и схема выходит из резонанса, и нагрев прекращается.

Некоторые любители электроники в области индукционного нагрева (например, Джонатон Крайден на mindchallenger.com) обошли это, используя микропроцессор, чтобы поддерживать резонанс цепи, а также периодически расстраивать схему для снижения общего тока, протекающего через силовые транзисторы. спасение их от разрушения в том случае, если ток превысит максимально допустимое значение. Многие люди помогли продвинуть области твердотельного индукционного нагрева, в том числе такие люди, как «Неон Джон», Бэйли Ванг из Массачусетского технологического института, Джонатан Крайден, Ричи Бернетт (Великобритания) и многие другие.

Завершенный проект — небольшой мощный настольный блок:

Если вы планируете построить индукционный нагреватель, такой как показанный здесь, сначала предостережение: в этом проекте использовалась незащищенная сеть, высокое напряжение и большие токи с серьезными риск получения травмы или хуже, если не выполняется в опытных руках. Я не несу ответственности за травмы или более серьезные последствия любой работы, описанной здесь. Описанная здесь работа предназначена только для академического и научного интереса.

Описанный здесь проект можно разделить на 3 части: 1) Генератор с переменной частотой, 2) Полумостовой инвертор с МОП-транзисторами или IGBT и 3) Баковая схема.

Вот список компонентов для этого проекта по разделам:

ГЕНЕРАТОР С ПЕРЕМЕННОЙ ЧАСТОТОЙ:

1. 8-контактный разъем IC x 3
2. 14-контактный разъем IC x 1
3. Резистор 1 кОм 0,5 Вт x 2
4. Керамический конденсатор 10 нФ, 50 В x 1
5. 1 нФ, керамический колпачок 50 В x 1
6. 20k потенциометр на 10 оборотов x 1
7. Керамический конденсатор 100 нФ, 50 В, 4 шт.
8. 47 мкФ, 35 В электролитическая крышка x 4
9. 1 мкФ керамика, цоколь 50 В x 4
10. 1000 мкФ, электролитический колпачок 35 В x 1
11. LM7815 х 1
12. LM7805 х 1
13. маленький радиатор для LM7815 x 1
14. Алюминиевый ящик для проектов (дополнительно) x 1
15. Понижающий трансформатор с 120 В переменного тока на 19–26,5 В (радиостанция) x 1
16. Мостовой выпрямитель 50 В 2 А x 1
17. 1 – зеленый ферритовый тор диаметром 1,5 дюйма x 1 (для GDT)
18. перфокартон x 1
19. тонкий припой (зафлюсованный канифолью) x 1
20. паяльник 20-30 Вт x 1
21. UC37321 x 2
22. UC37322 x 2
23. NE555 x 1
24. 1N5819 (шоттки) x 4
25. соединительный провод x 1 рулон
26. 74HC14 шестигранный инвертор x 1

ПОЛУМОСТНОЙ ИНВЕРТОР И ШИННЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ:

1. IRFP260N x 2
2. 6,8 Ом, резистор 2 Вт x 2
3. 1N5819 (шоттки) x 2
4. 1N4744A (стабилитрон 15 В) x 4
5. Сверхбыстродействующий диод U860 x 2
6. 1. 5KE440CA двунаправленный диод TVS (или однонаправленный) x 1
7. Полипропиленовый демпферный колпачок 5 мкФ, 450 В x 1
8. 100 кОм, резистор 2 Вт x 2
9. Aerovox RBPS20591KR6GNZ Демпферный колпачок 1 кВ, 2 мкФ, используемый для блокирующего колпачка постоянного тока (доступен в компании Eastern Voltage Research, Нью-Джерси, США) x 1
10. 400–450 В, 1500 мкФ, электролитические конденсаторы, 2 шт.
11. Тумблер 20–30 А, 1 шт.
12. Шунтирующий амперметр 20–30 А x 1
13. Ферритовый тороид (большой) для трансформатора связи x 1 (или больше)
14. Изолированный многожильный провод калибра 16 для 22 витков трансформатора связи
15. большой алюминиевый радиатор x 1 (Ebay)
16. Мостовой выпрямитель 35–40 А, 400 В x 1
17. Предохранитель 30–40 А с держателем предохранителя или автоматический выключатель 30–40 А x 1
18. клеммные винтовые соединители x 4 (для легкого удаления IGBT MOSFET)

КОНДЕНСАТОР РЕЗЕРВУАРА – 6-ОБОРОТНАЯ РАБОЧАЯ КАТУШКА:

1. Мягкая медная трубка 3/8″ из хозяйственного магазина x 1
2. 3/8″ фитинги для медных труб x 2-4
3. Фонтанный насос x 1
4. Латексная трубка для соединения насоса и медной трубки, 1 рулон
5. Стационарный припой и флюс x 1
6. Резак для медных труб x 1
7. 12 емкостных конденсаторов 1200 В, 0,33 мкФ (доступны здесь: https://www. ebay.com/itm/10PCS-New-BM-Capacitor-MKPH-0-33uF-630VAC-1200VDC-for-Induction-cooker-P -30-5/272271654633?hash=item3f64a7bee9:g:PJ4AAOSw9eVXXQsg), а также другие китайские сайты на Ebay
8. Резистор 47 кОм x 1
9. зеленый светодиод x 1
10. Ультрабыстрый диод UF4007 x 1

В этом проекте мы используем микросхему таймера 555 (рис. 1) в нестабильном режиме для генерации прямоугольного сигнала с коэффициентом заполнения 50%. Это достигается с помощью переменного резистора (0-20 кОм) для генерации переменной частоты в диапазоне от 35 кГц до 132 кГц. Этот диапазон отлично подходит для различных индукционных нагревателей различных размеров. Хотя 555 выдает прямоугольную волну, это не «чистая» прямоугольная волна. Чтобы очистить прямоугольную волну, выход 555 подается на шестнадцатеричный инвертор 74HC14, который выдает хороший чистый прямоугольный сигнал. Он подается на инвертирующие и неинвертирующие входы микросхем драйверов MOSFET UC37321/22. Эти микросхемы питаются от 15 В для 15-вольтового выхода.

Поскольку чипы работают в непрерывном режиме, а не в импульсном режиме, как в твердотельных катушках Теслы, они имеют тенденцию нагреваться. Для уменьшения перегрева этих микросхем по 2 штуки каждой из микросхем укладываются параллельно, спаивая их ножки между собой. На эти параллельно соединенные чипы можно наклеить небольшие полоски алюминия для еще большего охлаждения. Выход микросхемы проходит через керамические конденсаторы, которые функционируют как конденсаторы блокировки постоянного тока. Обычно достаточно 1-2 мкФ (рис. 1). Крышки должны быть рассчитаны не менее чем на 50В. Трансформатор драйвера затвора намотан на ферритовом тороиде, который намотан 1:1:1 10-15 витками трехжильного провода. Одна из трехжильных обмоток является первичной обмоткой ГРТ, подключенной к выходу микросхемы драйвера затвора UC. Две оставшиеся обмотки открывают затворы полевых МОП-транзисторов; один из двух включен, а другой выключен. Это достигается заменой местами соединения вывода второй из трехжильных обмоток. Прежде чем подключать выходы GDT к затворам MOSFET, проверьте формы сигналов вторичных GDT, чтобы убедиться, что они прямоугольные или как можно ближе к прямоугольным. Это может включать использование другого или большего GDT или увеличение или уменьшение количества обмоток на нем. Существует множество различных типов ферритовых материалов. Зеленые ферритовые тороиды работают лучше всего. Тороиды из желтого или светло-зеленого порошкового железа, используемые в компьютерных блоках питания, дают очень плохой сигнал привода затвора и не подходят для этой цели. Единственным недостатком такого использования микросхемы таймера 555 является то, что ваш рабочий цикл фиксируется на уровне 50%. Поскольку 555 допускает возможность одновременного включения обоих полевых МОП-транзисторов, известную как «прострел», существует возможность одновременного включения обоих полевых МОП-транзисторов, что приведет к короткому замыканию и разрушению полумоста. Однако, несмотря на такую ​​возможность с чипом 555, я ни разу не наблюдал эффектов «простреливания» после многочасовой работы индукционного нагревателя!

Рисунок 1 (555 Схема драйвера на основе таймера — обратите внимание, если наблюдается слишком сильный нагрев микросхем управления затвором, попробуйте уменьшить емкость керамических конденсаторов между выходом микросхем управления затвором и GDT с 2 мкФ до 0,1. мкФ). 7HC14N является опечаткой и должно читаться как 74HC14. НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ ПОЛУЧИТЬ ИЗОБРАЖЕНИЕ С БОЛЬШИМ РАЗРЕШЕНИЕМ

Отрицательная шина секции драйвера на рис. 1 также должна быть заземлена на заземление сети, так как при ручной настройке могут возникать колебания выходного сигнала, когда вы перемещаете руку или другие предметы рядом с секцией драйвера. если бы он не был должным образом заземлен, как я испытал. Секция драйвера должна быть изолирована от силовой части цепи предпочтительно алюминиевой коробкой. Коробка также должна быть заземлена. Важно: обратите внимание, что 15-вольтовый регулятор напряжения LM7815 ДОЛЖЕН иметь радиатор, иначе он перегреется и выключится. Теплоотвод может быть достигнут либо путем добавления навинчиваемого радиатора к регулятору, либо, что более удобно, путем вкручивания LM7815 в стенку проектной коробки. Поскольку металлическая задняя часть регулятора представляет собой отрицательную шину, это позволяет легко заземлить отрицательную шину, а также коробку на землю, просто подключив заземление к внешней стороне коробки.

Полумостовой инвертор (рис. 2) питается выпрямленным переменным током от вариатора. Он также будет работать с выпрямленным переменным током без больших сглаживающих конденсаторов, если нет необходимости в удвоителе напряжения.

Выпрямитель может быть подключен как удвоитель напряжения, обеспечивающий максимальное постоянное напряжение 120 x 1,42 x2 = 340 В на инверторе или 170 В на каждом плече полумоста. Вы хотите использовать как минимум 2 или 3 кВА variac. Однако будет работать с вариаком на 500 ВА, но с меньшей мощностью.

Рис. 2 (Полумостовой инвертор с защитными диодами, демпферным колпачком и резисторами затвора 6,8 Ом) НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ ПОЛУЧИТЬ ИЗОБРАЖЕНИЕ С БОЛЬШИМ РАЗРЕШЕНИЕМ их огромное рассеивание мощности (которое обязательно требует радиатора). Для еще большей мощности МОП-транзисторы IRFP260N можно заменить на FDh54N50. Поскольку все эти полевые МОП-транзисторы имеют внутреннюю емкость затвора, которая в сочетании с вторичной индуктивностью трансформатора управления затвором может привести к сильным колебаниям звона на затворах во время переключения, что приведет к повреждению затворов. Этот звон гасится резисторами затвора на 6,8 Ом. Остаточный заряд на затворах полевых МОП-транзисторов быстро сбрасывается транзистором Шоттки (1N5819).) диоды, подключенные параллельно резисторам затвора (см. рис. 2). Если затворы работают при напряжении 15 В, они работают в области плато кривой напряжения-тока, где нагрев полевого МОП-транзистора снижается. Это дополнительно уменьшается за счет ZVS или переключения нулевой точки, которое достигается правильной настройкой (см. далее). Противоположные стабилитроны на затворе и истоке предотвращают скачки напряжения на затворе более 15 В и, следовательно, защищают затворы от повреждений из-за скачков напряжения. Сверхбыстродействующие обратные диоды (U860) на истоке и стоке МОП-транзисторов защищают их от скачков обратного напряжения. Снабберный конденсатор, рассчитанный на 450 В 5 мкФ, и диоды TVS, обычно рассчитанные на 400–440 В (переходное напряжение), защищают мост от скачков напряжения. Большие электролитические конденсаторы помогают сгладить выпрямленный переменный ток и действуют как резервуар заряда. Они также позволяют настроить удвоитель напряжения мостового выпрямителя. Выпрямитель и транзисторы IRFP260 должны иметь радиатор с добавлением вентилятора для дополнительного охлаждения радиаторов. Выход инвертора подается на трансформатор связи, предпочтительно изготовленный из феррита, вокруг которого намотано около 20-22 витков изолированного многожильного провода калибра 16. Эти обмотки действуют как первичные обмотки для контура бака (см. рис. 3). Резервуар представляет собой первичную обмотку с 1 витком, соединенную последовательно с рабочей катушкой (в данном случае 6 витков медной трубки диаметром 3/8 дюйма диаметром 1,5 дюйма) и последовательно с батареей конденсаторов (рис. 3). Конденсаторная батарея состоит из 12 параллельно соединенных конденсаторов MKP 0,33 мкФ 1200 В (рассчитанных на использование с индукционными нагревателями и катушками Тесла). Использование качественных MKP или других полипропиленовых конденсаторов, способных выдерживать большие токи, высокое напряжение и высокую частоту, необходимо для работы индукционного нагревателя. Если конденсаторы имеют неправильный номинал, они нагреются и взорвутся, а передача энергии на заготовку в 6-витковой рабочей катушке будет незначительной или вообще не будет передаваться.

Блокировочный конденсатор постоянного тока 1 кВ 2 мкФ подключен между выходом инвертора и ферритовым трансформатором связи (см. Рисунок 2 для схемы инвертора). В начальном запуске я использовал блокировочный конденсатор постоянного тока с неправильным номиналом (5 мкФ при 275 В вместо 2 мкФ 1000 В), и вот результат:

Вот замена на правильный блокировочный конденсатор (Aerovox) номиналом 1 кВ 2 мкФ, который безупречно функционировал в несколько прогонов:

4 электролитических конденсатора соединены последовательно параллельно для удвоения напряжения в цепи. Обратите также внимание на резистор 100 кОм на этой конденсаторной батарее для отвода лишнего заряда, когда устройство не используется.

Резонансную частоту контура резервуара можно определить, подключив его к генератору сигналов через резистор 10 кОм и измеряя напряжение на резервуаре до тех пор, пока не будет достигнут резонанс.

При типичном запуске переменный ток на вариаторе устанавливается на низкое значение, например, 40 В. Цепь драйвера настраивается, начиная с более высокой частоты ВЫШЕ резонанса контура резервуара и медленно настраиваясь на более низкую частоту, пока не будет достигнута резонансная частота контура резервуара. В этот момент загорится зеленый светодиодный индикатор на баке, и будет слышно гудение вариатора. Настройку продолжают до тех пор, пока на шунтирующем амперметре не появится максимальный ток (рис. 2).

Важно начинать с более высокой частоты выше резонансной и медленно уменьшать частоту, пока не будет достигнут резонанс и не произойдет нагрев заготовки. Причина в том, что если настройка начинается с более низкой частоты на более высокую, между истоком и стоком полевого МОП-транзистора возникнут сильные скачки напряжения звонка ниже резонанса, что может привести к выходу из строя МОП-транзистора.

Предпочтительно начинать настройку, когда заготовка (нагреваемый кусок металла) уже находится в рабочей катушке. Отсутствие заготовки в катушке приведет к очень высоким токам, протекающим через стоки полевых МОП-транзисторов, что может привести к их нагрузке. Когда устройство настроено (максимальный ток при наличии заготовки и горящем индикаторе), напряжение на вариаторе медленно увеличивается для достижения желаемого уровня нагрева. Перенастройка выполняется по мере необходимости с увеличением напряжения на вариаке для максимального нагрева заготовки.

Рис. 3 (Настройка контура резервуара со световым индикатором состояния резонанса) НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ ПОЛУЧИТЬ ИЗОБРАЖЕНИЕ С ВЫСОКИМ РАЗРЕШЕНИЕМ

Если, например, 20 А протекает через МОП-транзисторы во время прогона, это соответствует 22 x 20 А, протекающим через МОП-транзисторы. бак с 22-витковым трансформатором связи, т.е. 440А.

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

С 6-витковой рабочей катушкой величина тока, протекающего в изделии, составит 440 x 6 = приблизительно 2,6 кА! Общая емкость конденсаторной батареи, состоящей из 12 конденсаторов по 0,33 мкФ = 4 мкФ. С 6-витковой 1,5-дюймовой рабочей катушкой это колеблется примерно на 60 кГц. Это частота, при которой схема находится в резонансе и происходит переключение нулевой точки транзисторов. Частота может быть изменена на лету, чтобы приспособить большую заготовку и т. д. Обычно для более точной настройки предпочтительнее использовать 10-витковый подстроечный резистор 20 кОм в цепи драйвера (рис. 1). Когда желаемый уровень нагрева достигнут, передача мощности может быть уменьшена и отключена либо путем расстройки, либо уменьшением напряжения на вариаке. Рабочий змеевик охлаждается за счет того, что вода течет по медным трубкам в виде непрерывного контура с помощью фонтанного насоса или просто из шланга, подключенного к крану. Если ферритовый соединительный трансформатор выбран правильно, нагрев материала соединительного трансформатора или первичной обмотки соединительного трансформатора практически отсутствует. Конденсаторы подключены (рис. 3) таким образом (я припаял свой к медной шине), что каждый из конденсаторов в блоке конденсаторов вносит одинаковый вклад в общий ток, чтобы избежать чрезмерного нагрева любого из конденсаторов. Следовательно, рабочая катушка подключена к противоположным концам батареи конденсаторов, как показано на рисунке 3. Дальнейшее охлаждение конденсаторов может быть достигнуто с помощью принудительного воздушного охлаждения от вентилятора корпуса компьютера.0003

Давайте подробно рассмотрим конструкцию конденсаторной батареи.

Во-первых, вам потребуются конденсаторы хорошего качества, предназначенные для использования с индукционными нагревателями и катушками Тесла, как указывалось ранее. У меня 1200 В 0,33 мкФ, купленные на Ebay (https://www.ebay.com/itm/10PCS-New-BM-Capacitor-MKPH-0-33uF-630VAC-1200VDC-for-Induction-cooker-P-30-5). /272271654633?hash=item3f64a7bee9:g:PJ4AAOSw9eVXXQsg):

Вам понадобятся 2 медные полоски примерно от 1 до 1,5 дюймов в ширину, 12–15 дюймов в длину и примерно 0,1–0,2 дюйма в толщину. Его можно легко купить в виде рулона медной полосы. Я нашел свой на EBay:

Вот как я припаял колпачки и 3/8-дюймовую медную трубку к медным полоскам, чтобы получить красивый внешний вид.

Для выполнения электрических соединений я использовал пропановую горелку и припой. Будьте осторожны, чтобы не сжечь конденсаторы горелкой во время пайки! Медная трубка диаметром 3/8 дюйма была разрезана с помощью резака для медных труб и соединена с помощью медного потового фитинга с помощью припоя для герметизации соединения. Фитинг для медных труб:

6-витковая медная рабочая катушка была изготовлена ​​путем расчета правильной длины медной трубки 3/8″ для получения 6-витковой катушки диаметром 1,5 дюйма, а затем добавления дополнительных 20–24 дюймов для получения прямой меди диаметром 10–12 дюймов. дополнительная трубка на каждом конце катушки. Требуемая длина трубки – это отрезок (с помощью резака для медных труб, а не ножовки) рулона мягкой медной трубки, который можно приобрести в любом хозяйственном магазине. Середина отрезанного куска отмечается маркером, один конец отрезанного куска закрывается колпачком, а затем отрезанный кусок доверху засыпается песком. Песок периодически утрамбовывают, постукивая трубкой по земле, чтобы обеспечить полное заполнение без воздушных зазоров. Затем другой конец закрывается крышкой, как только труба полностью заполняется песком. С помощью куска трубы из ПВХ или дерева с наружным диаметром 1,5 дюйма, крепко удерживаемого не менее чем двумя тисками, средняя точка заполненной песком трубы помещается на один конец трубы из ПВХ диаметром 1,5 дюйма или деревянного дюбеля, и на каждый конец наматывается 3 витка. стороне отмеченной средней точки, чтобы получить в общей сложности 6 витков с наконечниками равной длины 10-12 дюймов на 6-витковой катушке. Песок предотвращает перекручивание или коробление трубки во время намотки змеевика. Намотать катушку не так просто, как может показаться, и перед намоткой 6-витковой катушки может быть полезно потренироваться с небольшой длиной заполненной песком медной трубки. Песок удаляют из готового змеевика, снимая торцевые крышки и постукивая по нему, пока песок не высыпается из него. Последние следы песка в змеевике можно удалить, продув их ртом или сжатым воздухом.

Схема драйвера изготовлена ​​из обычной перфокарты и компонентов со сквозными отверстиями. Для компонентов ИС настоятельно рекомендуется использовать держатели гнезд ИС! Как упоминалось ранее, заземление отрицательной шины схемы драйвера необходимо для стабильной работы драйвера.

В схеме инвертора для этого проекта используется полумостовой инвертор. Я использовал разъемы с винтовыми клеммами, чтобы легко заменить IRFP260, вместо того, чтобы припаивать их на место. Хотя ламинированный мост с низкой индуктивностью и медной шиной или полосой является оптимальным, для данного проекта он не нужен, так как протекающие токи —

Видео нагревания кусков стали:

Видео подобного более крупного устройства, использующего полный мост из модулей IGBT размером To247 вместо IRFP260 для нагрева кусков железа. В остальном основная конструкция IGBT такая же. Тигель Al2O3 треснул во время этого прогона, и жидкое железо начало выливаться:

прод.

— через полумост и МОП-транзисторы не такие высокие, как обычно наблюдаемые в твердотельных катушках Тесла (SSTC и DRSSTC). Большие токи возникают в цепи бака с гальванической развязкой. Обратите внимание на хороший большой радиатор для транзисторов MOSFET. Поскольку задняя часть этих МОП-транзисторов выполнена из металла и электрически сообщается с их стоками, необходимы электроизолирующие теплопроводящие прокладки радиатора, чтобы избежать короткого замыкания стоков МОП-транзисторов. Между полевым МОП-транзистором и передней панелью, а также между задней панелью и алюминиевым радиатором требуется много термопасты. Слюда — лучший материал, так как она обладает превосходной теплопроводностью, а также является отличным изолятором:

Обратите внимание на зеленый трансформатор GDT и вентилятор корпуса компьютера. Убедитесь, что вторичные выводы от GDT скручены и не слишком длинные, чтобы уменьшить паразитные радиочастотные помехи, мешающие затворам МОП-транзисторов:

Ферритовый соединительный трансформатор с 22T многожильного провода 16 калибра:

Нагревание толстого болта до возле белого каления. Позже он расплавился и начал капать на бетонный пол:

Шунтирующий амперметр, подключенный к выходу удвоителя напряжения для точной настройки максимального резонанса и нагрева:

Регулятор частоты с отмеченной точкой резонанса. Цепь генератора находится за заземленным алюминиевым листом:

Использование прерывателя на 40 А вместо предохранителя. Прерыватель на 30 А мог бы быть лучше:

Схема драйвера с алюминиевыми полосовыми радиаторами, приклеенными к сдвоенным чипам драйверов UC373XX, чтобы обеспечить их охлаждение. Обратите внимание на перфорированную плату и гнезда IC:

Нагревание большой гайки. Гайку позже расплавили, подняв напряжение: 9 В.0003

Мостовой выпрямитель, охлаждаемый тем же радиатором, что и МОП-транзисторы:

Вот видео на YouTube, показывающее работу блока, включая отказ блокировочного конденсатора постоянного тока, номинал которого был неверным:

https://youtu .