Induktionsmodul. Induktionserwärmung, Grundlagen und Technologien. Herstellungsanweisungen

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Hallo an alle. Heute betrachten wir eine beliebte Sache - eine Induktionsheizung direkt aus China, genauer gesagt aus einem Banggood-Laden.

Die Chinesen produzieren solche Bretter mit verschiedenen Modifikationen, für jeden Geschmack.

Mein Muster gehört nicht zu den preisgünstigsten, es gibt einen Induktor im Bausatz, jetzt besorgen Sie sich ein Kupferrohr gewünschten Durchmesser ziemlich schwierig, also wenn du so ein Board nimmst, ist es besser, sofort mit der Induktivität.

Dies ist also eine beliebte ZVS-Treiberschaltung, auf deren Grundlage Sie alles bauen können, von einfachen Konvertern bis hin zu Induktionsheizgeräten. Ich beabsichtige, dieses Beispiel im Detail zu testen, das Potenzial freizusetzen und alle möglichen Messungen durchzuführen, also werden wir es nicht tun beschränken uns auf einen Artikel.

Die Platine und der Induktor selbst sind enthalten, der Heizkreis liegt nun vor Ihnen.

Die deklarierte Leistung beträgt 1 Kilowatt, die Eingangsspannung beträgt 12 bis 36 Volt bei einem maximalen Strom von 20 Ampere, hier widerlegen sich die Chinesen, denn selbst bei maximaler Spannung und Strom wird der Stromverbrauch nicht mehr als 720 Watt betragen, aber Da ich diese Schaltung kenne, werde ich sagen, dass sie mit höheren Spannungen bis zu 60 Volt betrieben werden kann und Ströme von mehr als 20 Ampere verbraucht, so dass, wenn wir redenüber den Stromverbrauch, dann kann es 1000 Watt überschreiten, aber die Chinesen schweigen über die Nutzleistung unter Berücksichtigung der Effizienz der Schaltung. In Wirklichkeit beträgt die Nutzleistung etwa 200-250 Watt, wenn sie von einer 36-V-Quelle gespeist wird.

Die Platine ist doppelseitig, perfekt verarbeitet, aber die Chinesen waren etwas zu faul die Flussmittelreste zu beseitigen, der Hersteller hat die Strombahnen zusätzlich verzinnt, im Allgemeinen gibt es keine Beanstandungen, man sieht jetzt die Maße an das Brett auf Ihren Bildschirmen. (Später beim Anlegen von 36 Volt ist nach einiger Zeit eine der Stromschienen einfach durchgebrannt, ich musste sie mit Litzen verstärken Kupferkabel und alle zusätzlichen Zinn)

Die Schaltung hat eine Zwangskühlung in Form eines Kühlers, befindet sich direkt über den Transistoren und wird von einem separaten Abwärtsregler auf Basis des XL2596-Chips gespeist. Die Stabilisatorplatte wird mit Rotz (heiß) auf den Kühler geklebt.

Es gibt 2 Leistungstransistoren, dies sind leistungsstarke Feldgeräte IRFP260 (200 V 50 A), und die Schaltung ist ein Gegentaktoszillator.

Zur Begrenzung des Gate-Stroms der Tasten wurden leistungsstarke 470-Ohm-Widerstände verwendet, sie sehen aus wie Zwei-Watt-Widerstände, sind aber etwas größer dimensioniert als Standard-Zwei-Watt-Widerstände, sodass Widerstände mit 3 oder 4 Watt möglich sind.

Widerstände sind gleichzeitig Begrenzer für Zenerdioden, die die Bildung einer erhöhten Spannung am Gate der Tasten nicht zulassen, Stabilisierung bei 12 Volt, ein Sitz für einen linearen Stabilisator bei 12 oder 15 Volt ist sichtbar, da die Zenerdioden in einigen Versionen werden sie durch einen linearen Stabilisator ersetzt.

Eine Induktivität mit einer Kondensatorbank bildet einen parallelen Schwingkreis, die Parameter dieser Komponenten legen die Betriebsfrequenz der gesamten Schaltung fest, da es sich um einen Resonanzwandler handelt.

Die Batterie besteht aus 6 und spezialisierten Kondensatoren, die Kapazität beträgt jeweils 0,33 Mikrofarad, die Gesamtkapazität beträgt etwa 2 Mikrofarad.

Solche Kondensatoren sind für den Betrieb in Hochfrequenzschaltungen ausgelegt und werden insbesondere in Induktionsheizungen eingesetzt, so dass diese perfekte Wahl für ein solches Schema.

Die Platine hat Messingständer zur Montage des Kühlers und des Induktors, eine ziemlich praktische Lösung.

Es gibt zwei Drosseln, die Stromversorgung erfolgt über sie, beide Drosseln sind identisch und auf Ringe aus Eisenpulver gewickelt. Die Windungszahl beträgt 30, der Drahtdurchmesser 1 mm, die Induktivität 74 μH.

Der Induktor oder Stromkreis ist ein Kupferrohr mit einem Durchmesser von 5 mm, der Innendurchmesser des Induktors beträgt 42 mm, die Anzahl der Windungen beträgt fast 8, die Windungen können gedehnt oder gestaucht werden, Hauptsache nicht zu schließen.

Die Stromversorgung erfolgt über die Klemmleiste, die sich an einem abgelegenen Ort unter dem Kühler befindet.

Derselbe Klemmblock ist auch vorne vorhanden, ein Stromkreis kann daran angeschlossen werden. Ein derartiger Anschlussblock ist praktisch, wenn Kupferdrahtschaltungen verwendet werden.

Die Polarität ist an den Leistungsklemmen vorgezeichnet, es treten keine Anschlussprobleme auf.

Ich denke, mit dem Board ist alles klar, kommen wir zu den Tests. Ich möchte gleich sagen, dass ich den Induktor in einem der folgenden Artikel voll belasten werde, da für maximales Overclocking eine Wasserkühlung benötigt wird und ich leider keine passende Wasserpumpe habe.

Lassen Sie uns also zunächst den Leerlaufstrom von einer 12-Volt-Quelle überprüfen.

Wie Sie sehen können, verbraucht die Schaltung etwa 2 Ampere. Ich werde sagen, dass für diese spezielle Schaltung ein solcher Verbrauch die Norm ist.

Ab einer Quelle von 24 Volt stieg der Verbrauch auf 4 A, was zu erwarten war.

Und schließlich verbraucht die Schaltung aus einer Quelle von 36 Volt im Leerlauf fast 5,5 A.

Die Arbeitsfrequenz beträgt etwa 90 kHz,

Dies ist die Form der Impulse am Tor einer der Tasten.

Wir beobachten eine reine Sinuswelle am Induktor, achten auf den Amplitudenhub, der die Versorgungsspannung um ein Vielfaches übersteigt.

Für Tests wurden 3 komplett neue 12-Volt-Batterien von einer unterbrechungsfreien Stromversorgung gekauft, in Reihe geschaltet, um 36 Volt zu erhalten.
In ein paar Sekunden können Sie eine dünne Dose wie Klingen von Schreibwarenmessern usw. erhitzen.

Jetzt sehen Sie den Verbrauch der Schaltung beim Erhitzen einer Blechhülse aus einer 18650er Batterie, die Batteriespannung ist auf 26 Volt abgesunken.

Ohne Lüfter erwärmt sich alles - Tasten, Drosseln, Kondensatoren und Gate-Widerstände, der Stromkreis erwärmt sich auch ohne Last besonders kritisch, hat also die Form eines Rohrs, und wenn Sie die Heizung für einen bestimmten Zweck verwenden, Achten Sie darauf, Wasserkühlung einzulassen, sonst wird der Kreislauf buchstäblich rotglühend. Ich empfehle auch dringend, die Power-Busse auf dem Board zu stärken, die Chinesen haben sie verzinnt, aber sie heizen sich schrecklich auf.

Die Leser haben vielleicht eine ganz normale Frage: Wird ein solcher Induktor andere Metalle als Eisen erhitzen, werde ich sagen, dass er erhitzt, aber so schwach, dass er fast nicht wahrnehmbar ist. Ich habe Aluminium, Messing, Kupfer, Zinn ausprobiert, die Erwärmung ist kaum zu spüren, aber trotzdem wird es möglich sein, einige Metalle mit einem solchen Induktor zu schmelzen, wenn der Tiegel eingebaut ist Eisenrohr, a besseres Rohr in den Tiegel erhitzt sich das Eisen und die Wärme wird auf das zu schmelzende Metall übertragen.

In jedem Fall müssen Sie bedenken, dass die Schaltung Amateur und nicht für ernsthafte Zwecke geeignet ist, da ein PWM-Steuerkreis, eine Stromregelung, eine Temperatur, ein Schutz und andere Komponenten fehlen, die in teuren, professionellen Heizgeräten, aber professionellen Modellen enthalten sind kann mehrere hunderttausend Rubel kosten, und unser Schal kostet nur etwa 36 Evergreen-Dollar.

Im Falle des Betriebs rate ich Ihnen, eine 40-Ampere-Stromsicherung einzusetzen, um die Schlüssel nicht zu verbrennen, wenn etwas passiert, und dies ist einfach, wenn Sie versehentlich die Stromkreiswindungen bei hohen Versorgungsspannungen schließen oder die Strompolarität umkehren .
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Produkt kann gekauft werden

Videobewertung

Hier ist das Projekt der Metallinduktionsheizung das einfachste Design, es wird nach der Multivibratorschaltung zusammengebaut und fungiert oft als das erste Heizgerät, das Funkamateure herstellen.

Das Funktionsprinzip der HDTV-Installation

Die Spule erzeugt ein hochfrequentes Magnetfeld, und im Metallobjekt in der Mitte der Spule treten Wirbelströme auf, die es erhitzen. Selbst kleine Spulen pumpen Strom um die 100 A, daher ist eine Resonanzkapazität parallel zur Spule geschaltet, die ihre induktive Natur kompensiert. Die Spule-Kondensator-Schaltung muss bei ihrer Resonanzfrequenz arbeiten.

Schematischer Schaltplan

Hier ursprüngliche Schaltung Generator der Induktionsheizung und darunter eine leicht modifizierte Version, nach der das Design der Mini-HDTV-Installation zusammengestellt wurde. Hier ist nichts knapp - Sie müssen nur Feldeffekttransistoren kaufen, Sie können BUZ11, IRFP240, IRFP250 oder IRFP460 verwenden. Die Kondensatoren sind spezielle Hochspannungskondensatoren und die Stromversorgung erfolgt über eine 70-A / h-Autobatterie - sie hält den Strom sehr gut.

Das Projekt erwies sich als überraschend erfolgreich - alles funktionierte, obwohl es in einer Stunde „auf dem Knie“ zusammengebaut wurde. Ich war besonders erfreut, dass es kein 220-V-Netz benötigt - Autobatterien ermöglichen es Ihnen, es sogar mit Strom zu versorgen Feldbedingungen(Übrigens, kann man daraus eine Camping-Mikrowelle machen?). Sie können in Richtung einer Verringerung der Versorgungsspannung auf 4-8 V wie bei Lithiumbatterien (zur Miniaturisierung) experimentieren, während Sie eine gute Heizeffizienz beibehalten. Natürlich können massive Metallgegenstände nicht geschmolzen werden, aber z kleine Arbeiten werde gehen.

Die Stromaufnahme aus dem Netzteil liegt bei 11 A, sinkt aber nach Erwärmung auf ca. 7 A, da der Widerstand des Metalls bei Erwärmung merklich ansteigt. Und vergessen Sie nicht, hier dicke Drähte zu verwenden, die mehr als 10 A Strom aushalten, sonst werden die Drähte im Betrieb heiß.

Die zweite Version der Schaltung - mit Netzstrom

Um die Einstellung der Resonanz bequemer zu gestalten, können Sie eine fortschrittlichere Schaltung mit einem IR2153-Treiber zusammenbauen. Die Arbeitsfrequenz wird durch den 100k-Regler auf Resonanz eingestellt. Frequenzen können im Bereich von ca. 20 - 200 kHz geregelt werden. Der Steuerstromkreis benötigt eine Hilfsspannung von 12-15 V aus einem Netzadapter, und das Leistungsteil kann über eine Diodenbrücke direkt an ein 220-V-Netz angeschlossen werden.Die Induktivität hat etwa 20 Windungen von 1,5 mm auf 8 × 10 mm Eisenkern.

Die Arbeitsspule des HDTV sollte aus dickem Draht oder besser als ein Kupferrohr bestehen und hat etwa 10-30 Windungen auf einem 3-10 cm Dorn.Kondensatoren 6 x 330n 250V. Beide werden nach einer Weile heiß. Die Resonanzfrequenz beträgt etwa 30 kHz. Das hausgemachte Installation Induktionsheizung eingebaut Plastikbehälter und läuft seit über einem Jahr.

Induktionsheizungen arbeiten nach dem Prinzip „Strom aus Magnetismus gewinnen“. In einer speziellen Spule wird ein starkes magnetisches Wechselfeld erzeugt, das in einem geschlossenen Leiter elektrische Wirbelströme erzeugt.

Ein geschlossener Leiter in Induktionsherden sind Metallutensilien, die durch elektrische Wirbelströme erhitzt werden. Im Allgemeinen ist das Funktionsprinzip solcher Geräte nicht kompliziert, und mit geringen Kenntnissen in Physik und Elektrotechnik ist es nicht schwierig, eine Induktionsheizung mit Ihren eigenen Händen zusammenzubauen.

Die folgenden Geräte können unabhängig voneinander hergestellt werden:

1. Geräte zum Heizen in einem Heizkessel.
2. Mini-Öfen zum Schmelzen von Metallen.
3. Platten zum Kochen von Speisen.

Do-it-yourself-Induktionsherde müssen in Übereinstimmung mit allen Normen und Regeln für den Betrieb dieser Geräte hergestellt werden. Wenn für den Menschen gefährliche elektromagnetische Strahlung außerhalb des Gehäuses in seitliche Richtungen emittiert wird, ist es strengstens verboten, ein solches Gerät zu verwenden.

Darüber hinaus liegt eine große Schwierigkeit bei der Konstruktion des Ofens in der Auswahl des Materials für den Boden des Kochfelds, das die folgenden Anforderungen erfüllen muss:

1. Ideal zum Ableiten elektromagnetischer Strahlung.
2. Nicht leitfähig.
3. Hält hohen Temperaturbelastungen stand.

In Haushalts-Induktionskochfeldern wird teure Keramik verwendet, wenn sie zu Hause hergestellt wird Induktionsherd, finden würdige Alternative solches Material ist ziemlich schwierig. Daher sollten Sie zunächst etwas Einfacheres konstruieren, beispielsweise einen Induktionsofen zum Härten von Metallen.

Herstellungsanweisungen

Blaupausen

Für die Herstellung des Ofens benötigen Sie folgende Materialien und Werkzeuge:

• Lot;
• Textolite-Brett.
• Mini-Bohrer.
• Radioelemente.
• Wärmeleitpaste.
• Chemische Reagenzien zum Ätzen von Platten.

Zusatzmaterialien und ihre Eigenschaften:

1. Um eine Spule zu machen, das ein zum Erhitzen notwendiges magnetisches Wechselfeld aussendet, muss ein Stück Kupferrohr mit einem Durchmesser von 8 mm und einer Länge von 800 mm vorbereitet werden.
2. Leistungsstarke Leistungstransistoren sind der teuerste Teil von hausgemachten Induktionsanlage. Um die Frequenzgeneratorschaltung zu montieren, müssen 2 solcher Elemente vorbereitet werden. Für diese Zwecke sind Transistoren der Marken geeignet: IRFP-150; IRFP-260; IRFP-460. Bei der Herstellung der Schaltung werden 2 identische der aufgeführten Feldeffekttransistoren verwendet.
3. Zur Herstellung eines Schwingkreises Sie benötigen Keramikkondensatoren mit einer Kapazität von 0,1 mF und einer Betriebsspannung von 1600 V. Damit sich in der Spule ein Hochleistungswechselstrom bilden kann, werden 7 solcher Kondensatoren benötigt.
4. Beim Betrieb eines solchen Induktionsgerätes, Feldeffekttransistoren werden sehr heiß und wenn Heizkörper ab Aluminiumlegierung, dann fallen diese Elemente nach einigen Sekunden Betrieb bei maximaler Leistung aus. Transistoren sollten durch eine dünne Schicht Wärmeleitpaste auf Kühlkörpern platziert werden, da sonst die Effizienz einer solchen Kühlung minimal ist.
5. Dioden, die in einer Induktionsheizung verwendet werden, müssen ultraschnell wirken. Die für diese Schaltung am besten geeigneten Dioden: MUR-460; UV-4007; HER-307.
6. Verwendete Widerstände in Schaltung 3: 10 kOhm mit einer Leistung von 0,25 W - 2 Stk. und 440 Ohm Leistung - 2 Watt. Zenerdioden: 2 Stk. mit einer Betriebsspannung von 15 V. Die Leistung der Zenerdioden muss mindestens 2 Watt betragen. Bei Induktion wird eine Drossel zum Anschluss an die Leistungsausgänge der Spule verwendet.
7. Um das gesamte Gerät mit Strom zu versorgen, benötigen Sie ein Netzteil mit einer Leistung von bis zu 500 W. und Spannung 12 - 40 V. Sie können dieses Gerät über eine Autobatterie mit Strom versorgen, aber Sie werden bei dieser Spannung nicht die höchsten Leistungsmesswerte erhalten.

Der eigentliche Herstellungsprozess eines elektronischen Generators und einer Spule nimmt ein wenig Zeit in Anspruch und wird in der folgenden Reihenfolge durchgeführt:

1. Aus Kupferrohr Eine Spirale mit einem Durchmesser von 4 cm wird hergestellt.Um eine Spirale herzustellen, sollte ein Kupferrohr mit auf einen Stab gewickelt werden ebene Fläche 4 cm im Durchmesser Die Spirale sollte 7 Windungen haben, die sich nicht berühren sollten. An den beiden Rohrenden sind Montageringe zum Anschluss an die Transistorstrahler angelötet.
2. Die Leiterplatte wird nach dem Schema hergestellt. Wenn es möglich ist, Polypropylenkondensatoren zu liefern, arbeitet das Gerät aufgrund der Tatsache, dass solche Elemente minimale Verluste und einen stabilen Betrieb bei großen Amplituden von Spannungsschwankungen aufweisen, viel stabiler. Die Kondensatoren in der Schaltung sind parallel installiert und bilden mit einer Kupferspule einen Schwingkreis.
3. Heizung aus Metall tritt innerhalb der Spule auf, nachdem der Stromkreis an eine Stromversorgung oder Batterie angeschlossen wurde. Beim Erhitzen des Metalls ist darauf zu achten, dass kein Kurzschluss der Federwindungen auftritt. Wenn Sie das erhitzte Metall gleichzeitig mit 2 Windungen der Spule berühren, fallen die Transistoren sofort aus.

Nuancen

1. Bei Experimenten zum Erhitzen und Härten von Metallen, innerhalb der Induktionsspule kann die Temperatur erheblich sein und beträgt 100 Grad Celsius. Dieser Heizeffekt kann zum Erhitzen von Wasser z Haushaltsbedarf oder für die Hausheizung.
2. Schema der oben diskutierten Heizung (Abbildung 3), bei maximaler Belastung ist es in der Lage, die Abstrahlung magnetischer Energie innerhalb der Spule gleich 500 Watt bereitzustellen. Eine solche Leistung reicht nicht aus, um ein großes Wasservolumen zu erhitzen, und der Bau einer Hochleistungsinduktionsspule erfordert die Herstellung einer Schaltung, in der sehr teure Funkelemente verwendet werden müssen.
3. Eine Budgetlösung für die Organisation der Induktionserwärmung einer Flüssigkeit, ist die Verwendung mehrerer oben beschriebener Geräte, die in Reihe angeordnet sind. In diesem Fall müssen die Spiralen auf derselben Leitung liegen und dürfen keinen gemeinsamen Metallleiter haben.
4. AlsEs wird ein Edelstahlrohr mit einem Durchmesser von 20 mm verwendet. Auf das Rohr werden mehrere Induktionsspiralen „aufgefädelt“, sodass sich der Wärmetauscher in der Mitte der Spirale befindet und mit deren Windungen nicht in Berührung kommt. Bei gleichzeitiger Einbeziehung von 4 solcher Geräte beträgt die Heizleistung etwa 2 kW, was bereits für eine Durchflusserwärmung der Flüssigkeit mit einer kleinen Wasserzirkulation ausreicht, bis zu Werten, die den Einsatz zulassen dieser Entwurf im Angebot warmes Wasser kleines Haus.
5. Wenn wir solche verbinden ein Heizelement mit gut isoliertem Tank, die sich über der Heizung befindet, entsteht ein Kesselsystem, in dem die Erwärmung der Flüssigkeit im Inneren erfolgt rostfreies Rohr, erwärmtes Wasser steigt auf und eine kältere Flüssigkeit nimmt seinen Platz ein.
6. Wenn die Fläche des Hauses von Bedeutung ist, kann die Anzahl der Induktionsspulen auf bis zu 10 Stück erhöht werden.
7. Die Leistung eines solchen Kessels kann einfach eingestellt werden durch Aus- oder Einschalten der Spiralen. Je mehr Sektionen gleichzeitig eingeschaltet sind, desto größer ist die Leistung der so arbeitenden Heizvorrichtung.
8. Um ein solches Modul mit Strom zu versorgen, benötigen Sie ein leistungsstarkes Netzteil. Wenn es einen Wechselrichter gibt Schweißvorrichtung Gleichstrom, dann ist es möglich, daraus einen Spannungswandler mit der erforderlichen Leistung zu machen.
9. Aufgrund der Tatsache, dass das System mit Gleichstrom betrieben wird, die 40 V nicht überschreitet, ist der Betrieb eines solchen Geräts relativ sicher, die Hauptsache ist, einen Sicherungsblock im Stromkreis des Generators vorzusehen, der im Falle eines Kurzschlusses das System stromlos macht, wodurch die Möglichkeit eines Brandes ausgeschlossen wird.
10. Auf diese Weise ist es möglich, das Heizen des Hauses „kostenlos“ zu organisieren, vorbehaltlich der Installation für Strom Induktionsgeräte Batterien, die durch Sonnen- und Windenergie aufgeladen werden.
11. Die Batterien sollten in Abschnitten von 2 kombiniert und in Reihe geschaltet werden. Infolgedessen beträgt die Versorgungsspannung bei einem solchen Anschluss mindestens 24 V. Dies gewährleistet den Betrieb des Kessels mit hoher Leistung. Darüber hinaus reduziert die Reihenschaltung den Strom im Stromkreis und verlängert die Batterielebensdauer.

1. Ausbeutung hausgemachte Geräte Induktionsheizung, erlaubt es nicht immer, die Ausbreitung von schädlichen Stoffen für den Menschen auszuschließen elektromagnetische Strahlung Daher sollte der Induktionskessel in einem Nichtwohnbereich installiert und mit verzinktem Stahl abgeschirmt werden.
2. Obligatorisch bei Arbeiten mit Strom Sicherheitsvorschriften sind einzuhalten und insbesondere für 220-V-AC-Netze.
3. Als Versuch kann gemacht werden Kochfeld zum Kochen von Speisen nach dem im Artikel angegebenen Schema, sondern funktionieren Dieses Gerät aufgrund von Mängeln dauerhaft nicht zu empfehlen Eigenfertigung Abschirmung dieses Geräts, da dadurch der menschliche Körper schädlicher elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt werden kann, die die Gesundheit beeinträchtigen kann.