Escalfador d'inducció potent de bricolatge: 12 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

Els escalfadors d’inducció són sens dubte una de les formes més eficients d’escalfar objectes metàl·lics, especialment els metalls ferrosos. La millor part d’aquest escalfador d’inducció és que no cal tenir cap contacte físic amb l’objecte a escalfar.

Hi ha molts kits d’escalfadors d’inducció disponibles en línia, però si voleu aprendre els conceptes bàsics del calefacció per inducció i voleu construir-ne un que tingui un aspecte i funcioni exactament com un de gamma alta, continueu passant per aquest instructiu, ja que us mostraré com es fa una inducció. l'escalfador funciona i on podeu obtenir el vostre material per construir-ne un que sembli un professional.

Comencem…

Pas 1: concepte darrere de la calefacció per inducció

Hi ha múltiples mètodes per escalfar metalls, un dels quals és el calentament per inducció. Com es refereix al nom del mètode, la calor es genera dins del material mitjançant la inducció elèctrica.

La inducció elèctrica té lloc dins del material a mesura que el camp magnètic que l’envolta canvia contínuament, la qual cosa resulta en la inducció de corrents de Foucault dins del material que es col·loca dins de la bobina. Per tant, provoca un escalfament instantani i l’efecte és més destacat en els metalls ferrosos a causa de la seva major resposta a les forces magnètiques.

Podeu obtenir una visió general més detallada a la viquipèdia:

ca.wikipedia.org/wiki/Induction_heating

Pas 2: placa de circuit imprès i components

Com que faré servir una bateria / font d'alimentació que ens doni una sortida de 12 V CC que no sigui suficient per produir inducció, ja que el camp magnètic produït a la bobina d'inducció a causa del corrent continu és un camp magnètic constant. Per tant, la tasca aquí és convertir aquest voltatge de CC en corrent altern que produeixi així inducció.

Així que he dissenyat un circuit oscil·lador que produeix una sortida de CA amb una ona quadrada de gairebé 20 KHz de freqüència. El circuit utilitza quatre mosquetes IRF540 de canal N per canviar freqüentment el corrent en direcció alterna. Per manejar amb seguretat una major quantitat de corrents he utilitzat un parell de mosquetes a cada canal.

Atès que tractarem amb una major quantitat de corrents, per tant, un perfboard definitivament no és una opció fiable i, per descomptat, no és una opció ordenada. Així que vaig decidir anar amb una opció molt fiable que és una placa de circuit imprès. Podria semblar una opció cara, però amb aquest pensament en ment em vaig trobar amb JLCPCB.com

Aquests nois ofereixen PCB d'alta qualitat a preus excepcionals. He demanat 10 PCB per a l'escalfador d'inducció i, com a primera comanda, aquests nois ofereixen tot això en només 2 $, inclòs el cost de l'enviament al pas de la porta.

La qualitat és excel·lent com es pot veure a les imatges. Així que assegureu-vos de consultar el seu lloc web.

Pas 3: Comanda de PCB

El procés per demanar PCB és senzill. Primer heu de visitar jlcpcb.com. Per obtenir un pressupost instantani, tot el que heu de fer és carregar el fitxer Gerber per als PCB i, un cop acabats de carregar, podeu anar a través de l’opció que es mostra a continuació.

També he afegit el fitxer Gerber per al PCB en aquest pas, així que assegureu-vos de comprovar-ho.

Pas 4: parts complementàries

He començat a muntar PCB amb petites peces complementàries que inclouen resistències i un parell de díodes.

R1, R2 són resistències de 10 k. R3 i R4 són resistències de 220 Ohm.

D1 i D2 són díodes UF4007 (UF significa Ultra Fast), no els substituïu per díodes 1N4007 ja que explotaran. D3 i D4 són díodes zener 1N821.

Assegureu-vos de col·locar el component adequat al lloc adequat i també col·loqueu els díodes en la direcció correcta tal com es mostra a la placa.

Pas 5: MOSFET

Per tal de gestionar una gran quantitat de drenatges actuals, vaig decidir anar amb MOSFET de canal N. He utilitzat un parell de MOSFET IRF540N a cada costat. Cadascun d’ells té una velocitat de 100 Vds i fins a 33 Amperis de drenatge de corrent continu. Com que alimentarem aquest escalfador d’inducció amb 15VDC, 100 VDs pot semblar excessiu, però en realitat no és així perquè els pics generats durant el canvi d’alta velocitat poden saltar fàcilment fins a aquests límits. Així que és millor anar amb ratolins Vds encara més alts.

Per dissipar l'excés de calor, he fixat dissipadors de calor d'alumini a cadascun d'ells.

Pas 6: condensadors

Els condensadors tenen un paper important per mantenir una freqüència de sortida desitjable, que en cas de calefacció per inducció es suggereix a gairebé 20 KHz. Aquesta freqüència de sortida és el resultat de la combinació d’inducció i capacitat. De manera que podeu utilitzar una calculadora de freqüències LC per calcular la vostra combinació desitjable.

És bo tenir més capacitat però sempre tingueu en compte que hem d’obtenir la freqüència de sortida a prop de 20KHz.

Així que vaig decidir anar amb condensadors no polars WIMA MKS 400VAC 0.33uf. De fet, no vaig poder trobar una tensió més alta per a aquests condensadors, per la qual cosa van augmentar i vaig haver de substituir-los per altres condensadors no polars que estiguessin a 800VAC.

N’hi ha dos connectats en paral·lel.

Pas 7: inductors

Com que és difícil trobar inductors d’alta intensitat, vaig decidir construir-lo per mi mateix. Tinc un nucli de ferrita vell de ferralla d’ordinador vell amb les dimensions següents:

Diàmetre exterior: 30 mm

Diàmetre interior: 18 mm

Amplada: 13 mm

No és necessari obtenir un nucli de ferrita de mida exacta, però l'objectiu aquí és aconseguir un parell d'inductors que puguin proporcionar una inductància de prop de 100 Micro Henry. Per això he utilitzat filferro de coure aïllat de 1,2 mm per enrotllar les bobines de manera que cadascuna d'elles tingui 30 voltes. Aquesta configuració està sotmesa a produir la inductància requerida. Assegureu-vos que feu els bobinatges el més ajustats possible, ja que no es recomana tenir més espai entre el nucli i el cable.

Després d’enrotllar els inductors, he retirat els recobriments aïllats d’ambdós extrems de filferro perquè estiguin a punt per soldar-se al PCB.

Pas 8: ventilador de refrigeració

Per tal de desquivar la calor dels MOSFET, he muntat un ventilador de PC de 12v just a sobre dels dissipadors d’alumini amb una mica de cola calenta. A continuació, el ventilador es connecta als terminals d’entrada de manera que, sempre que s’encén l’escalfador d’inducció, els ventiladors s’encenguin automàticament per refredar els MOSFET.

Com que alimentaré aquest escalfador d’inducció mitjançant una font de 15VDC, he afegit una resistència de 10 OHM de 2 watts per deixar caure el voltatge al límit de seguretat.

Pas 9: Connectors per a bobina de sortida

Per connectar la bobina de sortida al circuit d'escalfament per inducció, he fet un parell de portelles al PCB mitjançant un molinet angular. Darrerament, he descomposat un connector XT60 per utilitzar els seus pins per als terminals de sortida. Cadascun d’aquests pins s’ajusta a l’interior de la bobina de coure de sortida.

Pas 10: bobina d’inducció

La bobina d’inducció es fabrica amb una canonada de coure de 5 mm de diàmetre que s’utilitza habitualment en aparells d’aire condicionat i refrigeradors. Per enrotllar perfectament la bobina de sortida, he utilitzat un rotllo de cartró que mesura gairebé una polzada de diàmetre. He donat 8 voltes a la bobina que va crear un ample de bobina per adaptar-se exactament als connectors de bala de sortida.

Assegureu-vos d’enrotllar la bobina amb paciència, ja que podríeu acabar doblegant la canonada causant-hi una dentada. A més, un cop acabat el bobinat de la bobina, assegureu-vos que no hi hagi contacte entre les parets de dos girs consecutius.

Per a aquesta bobina necessiteu 3 peus de canonada de coure.

Pas 11: font d'alimentació

Per alimentar aquest escalfador d’inducció faré servir una font d’alimentació del servidor que estigui configurada durant 15 V i pugui lliurar fins a 130 amperes de corrent. Però podeu utilitzar qualsevol font de 12 V, com ara una bateria de cotxe o una font d'alimentació per a PC.

Assegureu-vos de connectar l’entrada amb la polaritat adequada.

Pas 12: Resultats finals

Mentre alimentava aquest escalfador d’inducció a 15 V, es tracta de treure un corrent de gairebé 0,5 A sense que hi hagi cap cosa col·locada dins de la bobina. Per a la prova he introduït un cargol de fusta i de sobte comença a fer olor com si s’escalfés. El consum de corrent també comença a augmentar i amb el cargol inserit completament la bobina sembla treure gairebé 3 amperes de corrent. En tan sols un minut es posa calent.

Més endavant he introduït un tornavís a l'interior de la bobina i l'escalfador d'inducció el va escalfar a foc vermell amb gairebé 5 amperes de corrent a 15 V que sumen fins a 75 watts de calefacció per inducció.

En general, l’escalfament per inducció sembla ser una bona manera d’escalfar eficientment una vareta de metall ferrós i és menys perillós en comparació amb altres mètodes.

Hi ha moltes coses útils que es poden fer mitjançant aquest mètode d’escalfament.

Si us agrada aquest projecte, no oblideu visitar i subscriure-us al meu canal de youtube per obtenir més propers projectes.

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

Salutacions.

DIY King