DIY výkonný indukční ohřívač: 12 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:23

Indukční ohřívače jsou rozhodně jedním z nejefektivnějších způsobů ohřevu kovových předmětů, zejména železných kovů. Nejlepší část tohoto indukčního ohřívače je, že nepotřebujete fyzický kontakt s ohřívaným předmětem.

Na internetu je k dispozici spousta sad indukčních ohřívačů, ale pokud se chcete naučit základy indukčního ohřevu a chcete si postavit takový, který vypadá a funguje přesně jako špičkový, pokračujte v tomto návodu, protože vám ukážu, jak indukční ohřev ohřívač funguje a kde můžete získat svůj materiál a postavit si jej pro sebe, který vypadá jako profesionální.

Začněme…

Krok 1: Koncept za indukčním ohřevem

Existuje několik způsobů ohřevu kovů, z nichž jeden je indukční ohřev. Jak název metody odkazuje, teplo se v materiálu generuje pomocí elektrické indukce.

Elektrická indukce probíhá v materiálu, protože magnetické pole kolem něj se plynule mění, což má za následek indukci vířivých proudů v materiálu, který je umístěn uvnitř cívky. To způsobí okamžité zahřátí a účinek je nejvýraznější u železných kovů díky jeho vyšší reakci na magnetické síly.

Podrobnější přehled můžete získat na wikipedii:

en.wikipedia.org/wiki/Induction_heating

Krok 2: Deska s plošnými spoji a komponenty

Protože budu používat bateriový/ napájecí zdroj, který nám poskytne výstup 12 V DC, který není dostačující k produkci indukce, protože magnetické pole vytvářené v indukční cívce v důsledku stejnosměrného proudu je konstantní magnetické pole. Úkolem zde je tedy převést toto stejnosměrné napětí na střídavý proud, který tak vytvoří indukci.

Proto jsem navrhl obvod oscilátoru, který produkuje střídavý výstup se čtvercovou vlnou o frekvenci téměř 20 KHz. Obvod využívá čtyři mosfety IRF540 N-Channel k častému přepínání proudu ve střídavém směru. Abych bezpečně zvládl větší množství proudů, použil jsem v každém kanálu pár mosfetů.

Vzhledem k tomu, že se budeme zabývat vyšším množstvím proudů, není perfboard rozhodně spolehlivou a samozřejmě ne úhlednou volbou. Rozhodl jsem se tedy použít mnohem spolehlivější možnost, kterou je deska s plošnými spoji. Může to znít jako drahá možnost, ale s touto myšlenkou jsem narazil na JLCPCB.com

Tito lidé nabízejí vysoce kvalitní PCB za vynikající ceny. Objednal jsem 10 desek plošných spojů pro indukční ohřívač a jako první objednávku tito kluci nabízejí vše za pouhé 2 $ včetně nákladů na dopravu u dveří.

Kvalita je prvotřídní, jak můžete vidět na obrázcích. Určitě se proto podívejte na jejich webové stránky.

Krok 3: Objednávka DPS

Proces objednání DPS je tichý a jednoduchý. Nejprve musíte navštívit jlcpcb.com. Chcete -li získat okamžitou nabídku, stačí nahrát váš soubor Gerber pro desky plošných spojů a ten, který jsou hotové, můžete projít níže uvedenou možností.

V tomto kroku jsem také přidal soubor Gerber pro PCB, takže se na něj určitě podívejte.

Krok 4: Doplňkové díly

Začal jsem sestavovat desku plošných spojů s malými doplňkovými částmi, které obsahují odpory a několik diod.

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

D1 a D2 jsou diody UF4007 (UF znamená Ultra Fast), nenahrazujte je diodami 1N4007, protože vybuchnou. D3 a D4 jsou zenerovy diody 1N821.

Ujistěte se, že umístíte správnou součást na správné místo a také umístíte diody správným směrem, jak je znázorněno na desce plošných spojů.

Krok 5: MOSFETY

Abych zvládl velké množství současných odtoků, rozhodl jsem se jít s N-Channel MOSFETy. Použil jsem pár IRF540N MOSFET na každé straně. Každý z nich je dimenzován na 100 Vds a až 33 ampérů nepřetržitého odběru proudu. Protože budeme napájet tento indukční ohřívač 15 V DC, 100 Vds může znít jako nadměrné zabíjení, ale ve skutečnosti to není tak, že hroty generované při vysokorychlostním přepínání mohou snadno vyskočit na tyto limity. Takže je lepší jít s ještě vyššími hodnotami Vds.

Abych odváděl přebytečné teplo, ke každému z nich jsem připevnil hliníkové chladiče.

Krok 6: Kondenzátory

Kondenzátory hrají důležitou roli pro udržení žádoucí výstupní frekvence, která je v případě indukčního ohřevu navrhována na téměř 20KHz. Tato výstupní frekvence je výsledkem kombinace indukce a kapacity. K výpočtu požadované kombinace tedy můžete použít kalkulačku frekvence LC.

Je dobré mít větší kapacitu, ale vždy mějte na paměti, že musíme získat výstupní frekvenci někde poblíž 20KHz.

Rozhodl jsem se tedy použít nepolární kondenzátory WIMA MKS 400VAC 0,33uf. Ve skutečnosti jsem nebyl schopen najít vyšší napětí pro tyto kondenzátory, takže ty se zvětšily a musel jsem je nahradit jinými nepolárními kondenzátory, které jsou dimenzovány na 800 VAC.

Jsou dva paralelně propojené.

Krok 7: Induktory

Protože je těžké najít induktory vysokého proudu, rozhodl jsem se jej postavit sám. Mám staré feritové jádro ze starého počítačového šrotu s následujícími rozměry:

Vnější průměr: 30 mm

Vnitřní průměr: 18 mm

Šířka: 13 mm

Není nutné získat feritové jádro přesné velikosti, ale cílem je získat pár induktorů, které mohou poskytnout indukčnost téměř 100 mikro Henry. K tomu jsem použil 1,2 mm izolovaný měděný drát k navíjení cívek tak, aby každý z nich měl 30 závitů. Tato konfigurace je vystavena požadované indukčnosti. Zajistěte, aby vinutí byla co nejtěsnější, protože se nedoporučuje mít větší mezeru mezi jádrem a vodičem.

Po navinutí induktorů jsem odstranil izolované povlaky z obou konců drátu, aby byly připraveny k pájení na desku plošných spojů.

Krok 8: Chladicí ventilátor

Abych odvedl teplo z MOSFETů, pomocí horkého lepidla jsem namontoval 12 V ventilátor PC těsně nad hliníkové chladiče. Ventilátor je poté připojen ke vstupním svorkám, takže kdykoli napájíte indukční ohřívač, ventilátory se automaticky zapnou a ochladí MOSFETy.

Vzhledem k tomu, že se chystám napájet tento indukční ohřívač pomocí zdroje 15 V DC, přidal jsem 10wattový odpor 2wattů, aby se napětí snížilo na bezpečnou mez.

Krok 9: Konektory pro výstupní cívku

Pro připojení výstupní cívky k indukčnímu topnému okruhu jsem pomocí úhlové brusky vytvořil dvojici poklopů na desku plošných spojů. Později jsem rozbil konektor XT60, abych použil jeho kolíky pro výstupní terminály. Každý z těchto kolíků je zasunut dovnitř výstupní měděné cívky.

Krok 10: Indukční cívka

Indukční cívka je vyrobena z měděné trubky o průměru 5 mm, která se běžně používá v klimatizacích a chladničkách. K dokonalému navinutí výstupní cívky jsem použil kartonový válec o průměru téměř palce. Dal jsem 8 závitů cívky, které vytvořily šířku cívky, aby přesně odpovídala výstupním konektorům.

Ujistěte se, že cívku trpělivě navíjíte, protože byste mohli trubku ohnout a způsobit v ní promáčknutí. Navíc po dokončení navíjení cívky se ujistěte, že mezi stěnami dvou po sobě jdoucích otáček není žádný kontakt.

Na tuto cívku potřebujete 3 stopy měděné trubky.

Krok 11: Napájení

K napájení tohoto indukčního ohřívače použiji serverový napájecí zdroj, který je dimenzován na 15 V a může dodávat proud až 130 A. Můžete však použít jakýkoli zdroj 12 V, například autobaterii nebo napájecí zdroj pro počítač.

Nezapomeňte připojit vstup se správnou polaritou.

Krok 12: Konečné výsledky

Když jsem napájel tento indukční ohřívač na 15 V, bytosti odebíraly téměř 0,5 A proud, aniž by do cívky bylo cokoli umístěno. Pro zkušební provoz jsem vložil dřevěný šroub a najednou to začalo cítit, jako by se zahřívalo. Odběr proudu se také začíná zvyšovat a se šroubem plně zasunutým do cívky se zdá, že odebírá téměř 3 ampéry proudu. Za pouhou minutu se rozžhaví.

Později jsem do cívky vložil šroubovák a indukční ohřívač jej zahřál do červena s téměř 5 ampéry odběru proudu při 15 V, což dohromady činí až 75 wattů indukčního ohřevu.

Celkově se indukční ohřev jeví jako dobrý způsob efektivního ohřevu tyče ze železných kovů a ve srovnání s jinými metodami je méně nebezpečný.

Pomocí této metody vytápění lze provést spoustu užitečných věcí.

Pokud se vám tento projekt líbí, nezapomeňte navštívit a přihlásit se k odběru mého youtube kanálu pro další připravované projekty.

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

Pozdravy.

DIY King