DIY výkonný indukčný ohrievač: 12 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:00

Indukčné ohrievače sú rozhodne jedným z najúčinnejších spôsobov ohrevu kovových predmetov, najmä železných kovov. Najlepšie na tomto indukčnom ohrievači je, že nepotrebujete mať fyzický kontakt s predmetom, ktorý sa má ohrievať.

Na internete je k dispozícii množstvo súprav indukčných ohrievačov, ale ak sa chcete naučiť základy indukčného ohrevu a chcete si postaviť taký, ktorý vyzerá a funguje rovnako ako špičkový, pokračujte v tomto návode, pretože vám ukážem, ako indukcia ohrievač funguje a kde môžete získať materiál pre svoj vlastný, ktorý vyzerá ako profesionálny.

Začnime…

Krok 1: Koncept za indukčným ohrevom

Existuje niekoľko spôsobov zahrievania kovov, z ktorých jeden je indukčný. Ako naznačuje názov metódy, teplo sa v materiáli generuje pomocou elektrickej indukcie.

Elektrická indukcia prebieha v materiáli, pretože magnetické pole okolo neho sa kontinuálne mení, čo má za následok indukciu vírivých prúdov v materiáli, ktorý je umiestnený vo vnútri cievky. Spôsobuje okamžité zahrievanie a účinok je najvýraznejší u železných kovov kvôli jeho vyššej reakcii na magnetické sily.

Podrobnejší prehľad môžete získať na wikipédii:

en.wikipedia.org/wiki/Induction_heating

Krok 2: Doska s plošnými spojmi a komponenty

Pretože budem používať batériu/ napájací zdroj, ktorý nám poskytne výstup 12 V DC, ktorý nie je dostačujúci na výrobu indukcie, pretože magnetické pole vytvárané v indukčnej cievke v dôsledku jednosmerného prúdu je konštantné magnetické pole. Úlohou teda je previesť toto jednosmerné napätie na striedavý prúd, ktorý bude teda vytvárať indukciu.

Preto som navrhol obvod oscilátora, ktorý produkuje striedavý výstup so štvorcovou vlnou s frekvenciou takmer 20 KHz. Obvod používa štyri N-kanálové MOSFety IRF540 na časté prepínanie prúdu v striedavom smere. Na bezpečné zvládnutie väčšieho množstva prúdov som použil pár mosfetov v každom kanáli.

Pretože sa budeme zaoberať vyšším množstvom prúdov, tak perfboard určite nie je spoľahlivou a samozrejme nie úhľadnou možnosťou. Rozhodol som sa ísť s oveľa spoľahlivejšou možnosťou, ktorou je doska s plošnými spojmi. Môže to znieť ako drahá možnosť, ale s ohľadom na túto myšlienku som narazil na JLCPCB.com

Títo chlapci ponúkajú vysoko kvalitný PCB za vynikajúce ceny. Objednal som si 10 PCB pre indukčný ohrievač a ako prvú objednávku títo ľudia ponúkajú všetko za pouhých 2 $ vrátane nákladov na dopravu pri dverách.

Kvalita je prvotriedna, ako môžete vidieť na obrázkoch. Nezabudnite sa preto pozrieť na ich webovú stránku.

Krok 3: Objednávka DPS

Proces objednania DPS je veľmi jednoduchý. Najprv musíte navštíviť jlcpcb.com. Ak chcete získať okamžitú cenovú ponuku, všetko, čo musíte urobiť, je nahrať váš súbor Gerber pre dosky plošných spojov a ten, ktorý sa nahráva, môžete prejsť nižšie uvedenou možnosťou.

V tomto kroku som tiež pridal súbor Gerber pre PCB, takže si ho určite pozrite.

Krok 4: Doplnkové diely

Začal som montovať DPS s malými doplnkovými časťami, ktoré obsahujú odpory a niekoľko diód.

R1, R2 sú 10k odpory. R3 a R4 sú odpory 220Ohm.

D1 a D2 sú diódy UF4007 (UF znamená Ultra Fast), nenahrádzajte ich diódami 1N4007, pretože sa vyhodia do vzduchu. D3 a D4 sú zenerové diódy 1N821.

Uistite sa, že umiestnite správny komponent na správne miesto a tiež umiestnite diódy správnym smerom, ako je to znázornené na doske plošných spojov.

Krok 5: MOSFETY

Aby som zvládol veľké množstvo súčasných odtokov, rozhodol som sa použiť N-kanálové MOSFETy. Použil som pár IRF540N MOSFET na každej strane. Každý z nich je dimenzovaný na 100 Vds a až 33 ampérov kontinuálneho odtoku prúdu. Pretože budeme napájať tento indukčný ohrievač 15 VDC, 100 Vds môže znieť ako nadmerné zabíjanie, ale v skutočnosti to nie je tak, ako by hroty generované pri vysokorýchlostnom prepínaní ľahko vyskočili na tieto limity. Takže je lepšie ísť s ešte vyššími hodnotami Vds.

Na odvádzanie prebytočného tepla som ku každému z nich pripevnil hliníkové chladiče.

Krok 6: Kondenzátory

Kondenzátory hrajú dôležitú úlohu pri udržiavaní požadovanej výstupnej frekvencie, ktorá sa v prípade indukčného ohrevu navrhuje na takmer 20 kHz. Táto výstupná frekvencia je výsledkom kombinácie indukcie a kapacity. Na výpočet požadovanej kombinácie teda môžete použiť kalkulačku frekvencie LC.

Je dobré mať väčšiu kapacitu, ale vždy majte na pamäti, že musíme dostať výstupnú frekvenciu niekde blízko 20 KHz.

Preto som sa rozhodol ísť s nepolárnymi kondenzátormi WIMA MKS 400VAC 0,33uf. V skutočnosti som nedokázal nájsť vyššie napätie pre tieto kondenzátory, takže sa napučali a musel som ich nahradiť inými nepolárnymi kondenzátormi, ktoré sú dimenzované na 800 VAC.

Sú dve paralelne prepojené.

Krok 7: Induktory

Pretože je ťažké nájsť induktory vysokého prúdu, rozhodol som sa ho postaviť sám. Mám staré feritové jadro zo starého počítačového šrotu s nasledujúcimi rozmermi:

Vonkajší priemer: 30 mm

Vnútorný priemer: 18 mm

Šírka: 13 mm

Nie je potrebné získať feritové jadro presnej veľkosti, ale cieľom je získať pár induktorov, ktoré môžu poskytnúť indukčnosť takmer 100 mikro Henryho. Na to som použil 1,2 mm izolovaný medený drôt na navinutie cievok tak, aby každá z nich mala 30 závitov. Táto konfigurácia je vystavená požadovanej indukčnosti. Uistite sa, že vinutia robíte čo najtesnejšie, pretože sa neodporúča mať väčšiu medzeru medzi jadrom a vodičom.

Po navinutí induktorov som odstránil izolované povlaky z oboch koncov drôtu, aby boli pripravené na spájkovanie na DPS.

Krok 8: Chladiaci ventilátor

Aby som odstránil teplo z MOSFETov, pomocou horúceho lepidla som namontoval 12 V ventilátor PC tesne nad hliníkové chladiče. Ventilátor je potom pripojený k vstupným svorkám, takže kedykoľvek napájate indukčný ohrievač, ventilátory sa automaticky zapnú, aby ochladili MOSFETy.

Pretože budem napájať tento indukčný ohrievač pomocou napájania 15 V DC, pridal som odpor 10 OHM 2 wattov, aby sa napätie znížilo na bezpečnú hranicu.

Krok 9: Konektory pre výstupnú cievku

Na pripojenie výstupnej cievky k indukčnému vykurovaciemu okruhu som pomocou uhlovej brúsky vyrobil pár poklopov na dosku plošných spojov. Neskôr som poškodil konektor XT60, aby som použil jeho kolíky na výstupné svorky. Každý z týchto kolíkov je zasunutý do výstupnej medenej cievky.

Krok 10: Indukčná cievka

Indukčná cievka je vyrobená z medenej rúrky s priemerom 5 mm, ktorá sa bežne používa v klimatizáciách a chladničkách. Na dokonalé navinutie výstupnej cievky som použil kartónový kotúč s priemerom takmer palec. Dal som 8 závitov cievky, ktoré vytvorili šírku cievky, aby presne pasovala na výstupné konektory striel.

Uistite sa, že cievku trpezlivo navíjate, pretože by ste mohli nakoniec trubku ohnúť a spôsobiť v nej vrub. Navyše, keď ste cievku navinuli, uistite sa, že medzi stenami dvoch po sebe idúcich závitov nie je žiadny kontakt.

Na túto cievku potrebujete 3 stopy medenej rúrky.

Krok 11: Napájanie

Na napájanie tohto indukčného ohrievača použijem napájanie servera, ktoré je dimenzované na 15 V a môže dodávať prúd až 130 ampérov. Môžete však použiť akýkoľvek zdroj 12 V, ako je napríklad autobatéria alebo napájanie z počítača.

Nezabudnite pripojiť vstup so správnou polaritou.

Krok 12: Konečné výsledky

Keď som napájal tento indukčný ohrievač na 15 V, bytosti odoberali takmer 0,5 A prúd bez toho, aby vo vnútri cievky bolo niečo umiestnené. Na testovací chod som vložil drevenú skrutku a zrazu to začína zapáchať, ako sa to zahrieva. Odber prúdu sa tiež začína zvyšovať a pri úplne zasunutej skrutke cievka vyzerá, že odoberá takmer 3 ampéry prúdu. Behom minúty začne byť červená horúca.

Neskôr som do cievky vložil skrutkovač a indukčný ohrievač ho zahrial do červena s takmer 5 ampérmi odberu prúdu pri 15 V, čo predstavuje súčet až 75 wattov indukčného ohrevu.

Celkovo sa indukčný ohrev javí ako dobrý spôsob efektívneho zahrievania tyče zo železných kovov a v porovnaní s inými metódami je menej nebezpečný.

Pomocou tohto spôsobu vykurovania je možné vykonať veľa užitočných vecí.

Ak sa vám tento projekt páči, nezabudnite navštíviť môj kanál youtube a prihlásiť sa na odber ďalších pripravovaných projektov.

www.youtube.com/channel/UCC4584D31N9RuQ-aE…

S pozdravom.

DIY kráľ