(495) 766-86-01603-971-803
Мы работаем по выходным - тел. 8-926-197-21-13
 

Как правильно сделать отопление схема


схемы подключения, проекты системы с естественной и принудительной циркуляцией

Это очень важный вопрос. При ошибке выбора системы теплоснабжения в комнатах будет холодно, или расходы на отопление окажутся совершенно неподъёмными.

Facebook

Twitter

Google+

Vkontakte

Odnoklassniki

Схемы подключения отопления частного дома своими руками

Существует несколько типов отопительных систем частного дома, которые можно сделать своими руками.

Однотрубные системы

Ключевой элемент — котёл. В нём теплоноситель нагревается, проходит по системе обогрева и возвращается назад в котёл, где вода снова нагревается.

В качестве трубы забора холодной воды служит вторая часть системы. Вся система носит кольцевой замкнутый характер непрерывного цикла.

Однотрубные системы бывают:

  • Закрытые — не сообщается с окружающим воздухом, а при избыточном давлении внутри лишний воздух убирается вручную. Объём жидкости в системе постоянен.
  • Открытые — имеют негерметичную расширительну

Как спроектировать схему индукционного нагревателя

В статье дается пошаговое руководство по проектированию собственной самодельной базовой схемы индукционного нагревателя, которую также можно использовать в качестве индукционной варочной панели.

Базовая концепция индукционного нагревателя

Вы, возможно, встречали в Интернете много схем индукционного нагревателя, изготовленных своими руками, но, похоже, никто не раскрыл решающий секрет, лежащий в основе реализации идеальной и успешной конструкции индукционного нагревателя. Прежде чем узнать этот секрет, важно знать основные принципы работы индукционного нагревателя.

Индукционный нагреватель на самом деле является крайне «неэффективной» формой электрического трансформатора, и эта неэффективность становится его основным преимуществом.

Мы знаем, что в электрическом трансформаторе сердечник должен быть совместим с наведенной частотой, и когда существует несовместимость между частотой и материалом сердечника в трансформаторе, это приводит к выделению тепла.

По сути, трансформатор с железным сердечником требует более низкого диапазона частот от 50 до 100 Гц, и по мере увеличения этой частоты сердечник может проявлять тенденцию к пропорциональному нагреванию.Это означает, что если частота будет увеличена до гораздо более высокого уровня, она может превысить 100 кГц, что приведет к сильному нагреву внутри ядра.

Да, это именно то, что происходит с системой индукционного нагрева, где варочная панель действует как сердечник и, следовательно, сделана из железа. А индукционная катушка подвергается воздействию высокой частоты, что в совокупности приводит к выделению пропорционально интенсивного количества тепла на сосуде. Поскольку частота оптимизирована на очень высоком уровне, обеспечивается максимально возможный нагрев металла.

Теперь давайте продолжим и изучим важные аспекты, которые могут потребоваться для проектирования успешной и технически правильной схемы индукционного нагревателя. Следующие детали объяснят это:

Что вам понадобится

Две основные вещи, необходимые для создания любой индукционной посуды:

1) Бифилярная катушка.

2) Схема генератора регулируемой частоты

Я уже обсуждал несколько схем индукционного нагревателя на этом веб-сайте, вы можете прочитать их ниже:

Схема солнечного индукционного нагревателя

Схема индукционного нагревателя с использованием IGBT

Простая схема индукционного нагревателя - Схема нагревательной плиты

Схема малого индукционного нагревателя для школьного проекта

Все вышеперечисленные связи имеют две вышеупомянутые общие черты, то есть у них есть рабочая катушка и каскад задающего генератора.

Проектирование рабочей катушки

При разработке индукционной посуды рабочая катушка должна быть плоской по своей природе, поэтому она должна быть бифилярного типа с ее конфигурацией, как показано ниже:

Бифилярная конструкция катушки, показанная выше, может эффективно использовать для изготовления домашней индукционной посуды.

Для оптимального отклика и низкого тепловыделения внутри катушки убедитесь, что провод бифилярной катушки сделан из множества тонких медных жил вместо одной сплошной проволоки.

Таким образом, это становится рабочей катушкой кухонной посуды, теперь концы этой катушки просто нужно объединить с согласующим конденсатором и совместимой сетью частотного драйвера, как показано на следующем рисунке:

Проектирование H-моста Схема последовательного резонансного драйвера

До сих пор информация должна была просветить вас относительно того, как сконфигурировать простую индукционную посуду или конструкцию индукционной варочной панели, однако наиболее важной частью конструкции является то, как резонировать конденсаторную сеть катушки (контур резервуара) в наиболее оптимальный диапазон, чтобы схема работала на наиболее эффективном уровне.

Для того чтобы цепь катушки / емкости конденсатора (LC-цепь) работала на их уровне резонанса, необходимо, чтобы индуктивность катушки и емкость конденсатора были идеально согласованы.

Это может произойти только в том случае, если реактивное сопротивление обоих аналогов одинаково, то есть реактивное сопротивление катушки (катушки индуктивности) и конденсатора примерно одинаковы.

Как только это будет исправлено, можно ожидать, что контур резервуара будет работать на своей собственной частоте, а сеть LC достигнет точки резонанса.Это называется идеально настроенной LC-схемой.

На этом завершаются основные процедуры проектирования контура индукционного нагревателя.

Вы можете спросить, что такое резонанс контура LC. ?? И как это можно быстро рассчитать для выполнения конкретной конструкции индукционного нагревателя? Мы подробно обсудим это в следующих разделах.

Вышеупомянутые абзацы объясняют фундаментальные секреты разработки недорогой, но эффективной индукционной варочной панели в домашних условиях, в следующих описаниях мы увидим, как это можно реализовать, специально рассчитав ее важнейшие параметры, такие как резонанс настроенного контура LC и правильный размер провода катушки для обеспечения оптимальной пропускной способности тока.

Что такое резонанс в LC-цепи индукционного нагревателя

Когда конденсатор в настроенной LC-цепи на мгновение заряжается, конденсатор пытается разрядить и сбросить накопленный заряд по катушке, катушка принимает заряд и сохраняет заряд в форме магнитного поля. Но как только конденсатор разряжен в процессе, катушка вырабатывает почти эквивалентное количество заряда в виде магнитного поля, и теперь она пытается заставить его вернуться внутрь конденсатора, хотя и с противоположной полярностью.

Изображение предоставлено:

Википедия

Конденсатор снова вынужден заряжаться, но на этот раз в противоположном направлении, и как только он полностью заряжен, он снова пытается опустошиться через катушку, и это приводит к в обмене заряда в виде колебательного тока через LC-сеть.

Частота этого колебательного тока становится резонансной частотой настроенного LC-контура.

Однако из-за собственных потерь вышеуказанные колебания со временем затухают, а частота и заряд через некоторое время заканчиваются.

Но если разрешено поддерживать частоту через внешний частотный вход, настроенный на тот же самый уровень резонанса, то это может гарантировать постоянный эффект резонанса, индуцируемый через LC-контур.

На резонансной частоте мы можем ожидать, что амплитуда напряжения, колеблющегося в LC-цепи, будет на максимальном уровне, что приведет к наиболее эффективной индукции.

Следовательно, мы можем подразумевать, что для реализации идеального резонанса в сети LC для конструкции индукционного нагревателя нам необходимо обеспечить следующие важные параметры:

1) Настроенная цепь LC

2) И частота согласования для поддержания резонанс LC-контура.

Это можно рассчитать по следующей простой формуле:

F = 1 ÷ x √LC

, где L - в Генри, а C - в фарадах

Если вы не хотите идти Из-за хлопот расчета резонанса резервуара LC катушки по формуле гораздо более простым вариантом может быть использование следующего программного обеспечения:

Калькулятор резонансной частоты LC

Или вы также можете построить этот измеритель угла наклона сетки для определения и установки резонанса частота.

После того, как резонансная частота определена, пора настроить полномостовую ИС на эту резонансную частоту, соответствующим образом выбрав компоненты синхронизации Rt и Ct. Это может быть выполнено методом проб и ошибок путем практических измерений или с помощью следующей формулы:

Для расчета значений Rt / Ct можно использовать следующую формулу:

f = 1 / 1,453 x Rt x Ct, где Rt - в Омах и Ct в Фарадах.

Использование последовательного резонанса

В концепции индукционного нагревателя, обсуждаемой в этом посте, используется последовательный резонансный контур.

Когда используется последовательный резонансный LC-контур, у нас есть последовательно соединенные индуктор (L) и конденсатор (C), как показано на следующей схеме.

Общее напряжение В , приложенное к последовательному LC, будет суммой напряжения на катушке индуктивности L и напряжения на конденсаторе C. Ток, протекающий через систему, будет равен току, протекающему через L и компоненты C.

V = VL + VC

I = IL = IC

Частота приложенного напряжения влияет на реактивные сопротивления катушки индуктивности и конденсатора.Когда частота увеличивается от минимального значения до более высокого значения, индуктивное реактивное сопротивление XL индуктора будет пропорционально увеличиваться, но XC, то есть емкостное реактивное сопротивление, будет уменьшаться.

Однако, когда частота увеличивается, будет конкретный случай или порог, когда величины индуктивного реактивного сопротивления и емкостного реактивного сопротивления будут просто равны. Этот экземпляр будет резонансной точкой серии LC, и частота может быть установлена ​​как резонансная частота.

Следовательно, в последовательном резонансном контуре резонанс будет возникать, когда

XL = XC

или, ωL = 1 / ωC

, где ω = угловая частота.

Оценка значения ω дает:

ω = ωo = 1 / √ LC, которая определяется как резонансная угловая частота.

Подставляя это в предыдущее уравнение, а также конвертируя угловую частоту (в радианах в секунду) в частоту (Гц), в конечном итоге получаем:

fo = ωo / 2π = 1 / 2π√ LC

fo = 1 / 2π√ LC

Расчет сечения провода для рабочей катушки индукционного нагревателя

После того, как вы рассчитали оптимизированные значения L и C для цепи резервуара индукционного нагревателя и оценили точную совместимую частоту для схемы драйвера, пришло время вычислить и зафиксируйте текущую пропускную способность рабочей катушки и конденсатора.

Поскольку ток в конструкции индукционного нагревателя может быть существенно большим, этот параметр нельзя игнорировать, и его необходимо правильно назначить цепи LC.

Использование формул для расчета размеров провода для индукционного размера провода может быть немного сложным, особенно для новичков, и именно поэтому на этом сайте было включено специальное программное обеспечение для того же самого, которое любой заинтересованный любитель может использовать для измерения размера провод подходящего размера для вашей индукционной варочной панели.

О Swagatam

Я инженер-электроник (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть запрос, связанный со схемой, вы можете взаимодействовать с ним через комментарии, я буду очень рад помочь!

.Цепь индукционного нагревателя

с использованием IGBT (протестировано)

В этом посте мы подробно обсудим, как построить цепь индукционного нагревателя высокой мощности 1000 Вт с использованием IGBT, которые считаются наиболее универсальными и мощными переключающими устройствами, даже превосходящими МОП-транзисторы.

Принцип работы индукционного нагревателя

Принцип работы индукционного нагрева очень прост для понимания.

Магнитное поле высокой частоты создается катушкой, присутствующей в индукционном нагревателе, и, таким образом, вихревые токи, в свою очередь, наводятся на металлический (магнитный) объект, который находится в середине катушки, и нагревают его.

Чтобы компенсировать индуктивный характер катушки, параллельно катушке размещается резонансная емкость.

Резонансная частота - это частота, на которой должен работать резонансный контур (также известный как катушка-конденсатор).

Ток, протекающий через катушку, всегда намного больше, чем ток возбуждения. Схема IR2153 используется для обеспечения работы схемы как «двойного полумоста» вместе с четырьмя управляемыми IGBT STGW30NC60W.

Двойной полумост передает такую ​​же мощность, что и полный мост, но драйвер затвора в первом случае проще.

IGBT STGW30NC60W

Использование антипараллельных диодов

Двойные диоды большого размера STTh300L06TV1 (2x 120A) используются в виде встречно-параллельных диодов. Даже если для этого хватит диодов поменьше размером 30А.

Если вы используете встроенные диоды IGBT, такие как STGW30NC60WD, вам не потребуется использовать диоды меньшего размера или большие двойные диоды.Потенциометр используется для настройки рабочей частоты в резонанс.

Один из лучших индикаторов резонанса - максимальная яркость светодиода. Вы, безусловно, можете создавать более сложные драйверы в зависимости от ваших требований.

Вы также можете использовать автоматическую настройку, которая является одним из лучших способов сделать, как это принято в профессиональных обогревателях; но есть один недостаток, заключающийся в том, что при этом будет потеряна простота схемы.

Вы можете управлять частотой, которая находится в диапазоне приблизительно от 110 до 210 кГц.Адаптер небольшого размера, который может быть трансформаторного или SMPS-типа, используется для обеспечения вспомогательного напряжения 14-15 В, необходимого для цепи управления.

Изолирующий трансформатор

Изолирующий трансформатор и согласующий дроссель L1 - это электрическое оборудование, которое используется для подключения выхода к рабочей цепи.

Оба этих индуктора присутствуют в конструкции с воздушным сердечником.

С одной стороны, где дроссель состоит из 4 витков на диаметре 23 см, изолирующий трансформатор, с другой стороны, состоит из 12 витков на диаметре 14 см, и эти витки состоят из двухпроводного кабеля (как показано на приведенном рисунке ниже).

Даже когда выходная мощность достигает 1600 Вт, вы обнаружите, что есть еще много возможностей для улучшения.

Рабочая катушка предлагаемого индукционного нагревателя IGBT состоит из проволоки диаметром 3,3 мм.

Использование меди для катушки

Медный провод считается более подходящим для изготовления рабочей катушки, поскольку его можно легко и эффективно подключить к системе водяного охлаждения.

Катушка состоит из шести витков с размерами 23 мм в высоту и 24 мм в диаметре.Змеевик может нагреваться при длительной работе.

Резонансный конденсатор состоит из 23 конденсаторов небольшого размера, общая емкость которых составляет 2u3. Вы также можете использовать конденсаторы 100 нФ в таких конструкциях, как полипропилен класса X2 и 275 В MKP.

Вы можете использовать их для этой цели, даже если они в основном не предназначены или не созданы для таких целей.

Частота резонанса 160 кГц. Всегда рекомендуется использовать фильтр EMI.Плавный пуск можно использовать для замены вариак.

Я всегда настоятельно рекомендую вам использовать ограничитель, который подключается последовательно к сети, например, галогенные лампы и нагреватели приблизительно 1 кВт, когда он включается в первый раз.

Предупреждение: используемая цепь индукционного нагрева подключена к сети и содержит высокое напряжение, которое может привести к летальному исходу.

Во избежание несчастных случаев из-за этого следует использовать потенциометр с пластмассовым стержнем.Электромагнитные поля высокой частоты всегда вредны и могут повредить носители информации и электронные устройства.

Цепь создает значительный уровень электромагнитных помех, что, в свою очередь, может вызвать поражение электрическим током, возгорание или ожоги.

Каждая задача или процесс, которые вы выполняете, вы выполняете на свой страх и риск, и ответственность будет лежать на вас, и я не буду нести ответственности за любой ущерб, который может возникнуть при выполнении этого процесса.

Принципиальная схема

Схема мостового выпрямителя 220–220 В постоянного тока с предохранительной лампой

Дроссель L1

Конструкцию дросселя L1, используемого в приведенной выше схеме индукционного нагревателя с полным мостом IGBT, можно увидеть на приведенном ниже изображении:

Это можно сделать, свернув 4 витка диаметром 23 см, используя любой толстый одножильный кабель.

На следующем изображении показана конструкция изолирующего трансформатора с воздушным сердечником и двойной спиралью :

Вы можете построить его, свернув 12 витков диаметром 14 см, используя любой толстый двойной проводной кабель.

Рабочая катушка может быть построена в соответствии со следующей инструкцией.

Обратите внимание, что если катушка намотана плотно, то может потребоваться только 5 витков. Если используется шесть витков, вы можете попробовать немного растянуть катушку для достижения оптимального резонанса и эффективности.

ОБНОВЛЕНИЕ

Добавление ограничения тока

На следующей диаграмме показано, как можно добавить простую функцию ограничения тока к описанной выше конструкции индукционного нагревателя.

Описание контактов оптопары TIL111

Здесь резистор рядом с L1 (назовем его Rx) становится резистором, чувствительным к току, который развивает небольшое напряжение на себе до желаемой точки, когда ток начинает превышать безопасные пределы.

Это напряжение на Rx используется для срабатывания светодиода внутри подключенного оптопары. Выходной транзистор внутри оптоэлектронной схемы реагирует на срабатывание светодиода и быстро проводит заземление Ct, контакт № 3 основной микросхемы драйвера IR2153.

Микросхема немедленно отключается, запрещая дальнейшее повышение тока. Когда это происходит, ток падает, что, в свою очередь, снимает напряжение на Rx, тем самым выключая оптический светодиод. Это возвращает ситуацию к предыдущей нормальной ситуации, и IC снова начинает колебаться. Теперь этот цикл быстро повторяется, обеспечивая постоянное потребление тока нагрузкой в ​​заданных безопасных пределах.

Rx = 2 / Current Limit

Отзыв от одного из специализированных читателей:

Уважаемый сэр, я успешно сделал индукционный нагреватель 1/2 моста с 4 IGBT, и я хочу знать, что лампа нагревателя мощностью 1000 Вт Предлагаемый должен быть постоянно подключен к цепи или только до тестирования в первый раз.

Изображения результатов теста помещены здесь под:

Ожидаем вашего ответа как можно скорее. С уважением - Маниш.

.

2 Простые схемы индукционного нагревателя - плиты-плиты

В этом посте мы узнаем о двух простых в сборке схемах индукционного нагревателя, которые работают с принципами высокочастотной магнитной индукции для генерирования значительного количества тепла на небольшом заданном радиусе.

Обсуждаемые схемы индукционной плиты действительно просты и используют всего несколько активных и пассивных обычных компонентов для требуемых действий.


Обновление: Вы также можете узнать, как создать свою собственную варочную панель индукционного нагревателя:
Проектирование цепи индукционного нагревателя - Учебное пособие


Принцип работы индукционного нагревателя

Индукционный нагреватель - это устройство, которое использует высокочастотное магнитное поле для нагрева железного груза или любого ферромагнитного металла посредством вихревого тока.2 x сопротивление металла. Поскольку предполагается, что металл нагрузки состоит из железа, мы рассматриваем сопротивление R металлического железа.

Тепло = I 2 x R (Железо)

Удельное сопротивление железа составляет: 97 нОм · м

Вышеупомянутое тепло также прямо пропорционально наведенной частоте, поэтому обычные трансформаторы с штамповкой из железа не используются В приложениях с высокочастотным переключением вместо сердечников используются ферритовые материалы.

Однако здесь вышеупомянутый недостаток используется для получения тепла от высокочастотной магнитной индукции.

Обращаясь к предлагаемым ниже схемам индукционного нагревателя, мы находим концепцию, использующую ZVS или технологию переключения при нулевом напряжении для требуемого запуска полевых МОП-транзисторов.

Технология обеспечивает минимальный нагрев устройств, что делает работу очень эффективной и действенной.

Кроме того, цепь, являющаяся саморезонансной по своей природе, автоматически настраивается на резонансную частоту присоединенной катушки и конденсатора, вполне идентичных цепи резервуара.

Использование генератора Ройера

В схеме в основном используется генератор Ройера, который отличается простотой и саморезонансным принципом работы.

Функционирование схемы можно понять по следующим пунктам:

  1. При включении питания положительный ток начинает течь от двух половин рабочей катушки к стокам МОП-транзисторов.
  2. В то же время напряжение питания также достигает ворот МОП-транзисторов, включая их.
  3. Однако из-за того, что никакие два МОП-транзистора или какие-либо электронные устройства не могут иметь точно одинаковые характеристики проводимости, оба МОП-транзистора не включаются вместе, а один из них включается первым.
  4. Давайте представим, что T1 включается первым. Когда это происходит, из-за сильного тока, протекающего через T1, его напряжение стока имеет тенденцию падать до нуля, что, в свою очередь, высасывает напряжение затвора другого МОП-транзистора T2 через присоединенный диод Шоттки.
  5. Здесь может показаться, что T1 может продолжать вести себя и уничтожать себя.
  6. Однако именно в этот момент в действие вступает контур резервуара L1C1, который играет решающую роль. Внезапное проведение T1 вызывает скачок и коллапс синусоидального импульса на стоке T2.Когда синусоидальный импульс схлопывается, он снижает напряжение затвора T1 и отключает его. Это приводит к повышению напряжения на стоке T1, что позволяет восстановить напряжение затвора для T2. Теперь настала очередь Т2 проводить, Т2 теперь проводит, вызывая повторение, подобное тому, которое произошло для Т1.
  7. Этот цикл теперь продолжается быстро, заставляя контур колебаться на резонансной частоте контура резервуара LC. Резонанс автоматически настраивается до оптимальной точки в зависимости от того, насколько хорошо совпадают значения LC.

Однако основным недостатком конструкции является то, что в ней в качестве трансформатора используется катушка с ответвлениями по центру, что немного усложняет реализацию обмотки. Однако центральный отвод обеспечивает эффективный двухтактный эффект через катушку всего с помощью пары активных устройств, таких как МОП.

Как видно, через затвор / исток каждого МОП-транзистора подключены диоды быстрого восстановления или высокоскоростного переключения.

Эти диоды выполняют важную функцию разряда емкости затвора соответствующих МОП-транзисторов во время их непроводящих состояний, тем самым делая операцию переключения быстрой и быстрой.

Как работает ZVS

Как мы уже обсуждали ранее, эта схема индукционного нагревателя работает по технологии ZVS.

ZVS означает переключение при нулевом напряжении, что означает, что МОП-транзисторы в цепи включаются, когда на их стоках присутствует минимальная или величина тока или нулевой ток, мы уже узнали это из объяснения выше.

Это фактически помогает МОП-транзисторам безопасно включаться, и, таким образом, эта функция становится очень выгодной для устройств.

Эту характеристику можно сравнить с проводимостью при переходе через нуль для симисторов в цепях переменного тока.

Благодаря этому свойству МОП-транзисторы в таких саморезонансных цепях ZVS требуют гораздо меньших радиаторов и могут работать даже с массивными нагрузками до 1 кВА.

Поскольку частота цепи является резонансной по своей природе, она напрямую зависит от индуктивности рабочей катушки L1 и конденсатора C1.

Частота может быть рассчитана по следующей формуле:

f = 1 / (2π * √ [ L * C] )

Где f - частота, рассчитанная в Hertz
L - это индуктивность основной нагревательной катушки L1, представленная в Henries
, а C - емкость конденсатора C1 в фарадах

МОП-транзисторы

Вы можете использовать IRF540 в качестве МОП-транзисторов, которые рассчитаны на хорошие 110 В, 33 ампера.Для них можно использовать радиаторы, хотя выделяемое тепло не вызывает беспокойства, но все же лучше укрепить их на теплопоглощающих металлах. Однако можно использовать любые другие N-канальные МОП-транзисторы с соответствующим номиналом, для этого нет никаких особых ограничений.

Индуктор или катушки индуктивности, связанные с катушкой основного нагревателя (рабочей катушкой), представляют собой своего рода дроссель, который помогает исключить любое возможное попадание высокочастотной составляющей в источник питания, а также для ограничения тока до безопасных пределов.

Значение этого индуктора должно быть намного выше по сравнению с рабочей катушкой. 2 мГн обычно вполне достаточно для этой цели. Однако он должен быть построен с использованием проводов большого сечения, чтобы обеспечить безопасное прохождение через него большого диапазона тока.

Контур резервуара

C1 и L1 составляют контур резервуара для предполагаемого фиксации на высокой резонансной частоте. Опять же, они тоже должны быть рассчитаны на то, чтобы выдерживать высокие значения тока и тепла.

Здесь мы видим использование металлизированных полипропиленовых конденсаторов 330 нФ / 400 В.

1) Мощный индукционный нагреватель с использованием драйвера Mazzilli. Concept

Первая конструкция, описанная ниже, представляет собой высокоэффективную индукционную концепцию ZVS, основанную на популярной теории драйверов Mazilli.

В нем используется одна рабочая катушка и две катушки ограничителя тока. Конфигурация исключает необходимость центрального отвода от основной рабочей катушки, что делает систему чрезвычайно эффективной и обеспечивает быстрый нагрев нагрузки огромных размеров. Нагревательный змеевик нагревает нагрузку посредством двухтактного механизма полного моста.

Модуль фактически доступен в Интернете и может быть легко куплен по очень разумной цене.

Принципиальная схема этой конструкции представлена ​​ниже:

.

Схема простого индукционного нагревателя своими руками

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 пустая трата энергии. В этом проекте мы будем напрямую использовать этот эффект нагрева и постараемся максимизировать эффект нагрева, 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 повышает 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 попеременно подключается к земле транзисторами, так что ток будет течь вперед и назад в обоих направлениях.

Сила 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 конфигурации вашей 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 резервуара 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, чтобы создать резонансный контур 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 течь 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, чтобы избежать 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 подавая воду прямо из крана, но для отвода тепла лучше использовать насос и радиатор. 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 все-таки перерезаете тепловые трубки самостоятельно, делайте это в хорошо вентилируемом помещении, а не в помещении, поскольку они содержат летучие растворители, которые могут быть токсичными для дыхания. Вы также должны носить защитные перчатки, чтобы избежать контакта с кожей.

Этот модифицированный процессорный кулер оказался 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 произошло из-за того, что с увеличением тока в резонансном контуре увеличивалось напряжение. 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 необходимо было также подавать напряжение на затворы транзистора через стабилизатор 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, безусловно, 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, разогрелся примерно за 30 секунд.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 будет жарко?

Трудно сказать, насколько горячо вы сможете что-то получить, так как необходимо учитывать множество параметров. 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 материалы (например, воду), которые нельзя нагревать напрямую с помощью индукционных нагревателей, но она по-прежнему полезна, если вы пытаетесь, например, рассчитать 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:
20 г стали поднимутся по температуре на 643,78 ° C при нагревании нагревателем мощностью 300 Вт в течение 30 секунд.

Поиск и 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 (источник питания)
Если ваш PSU не может подавать 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, поскольку это только ограничит мощность обогревателя.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 предотвратят колебания системы.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, которые могут 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 соединений, 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.

.

Смотрите также