Индуктор схема: Схема создания индукционного нагревателя своими руками — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Содержание

Простейшая схема индукционного нагревателя своими руками

Индукционный нагреватель незаменимая вещь для кузнецов, токарей, слесарей и домашних мастеров. С его помощью всегда легко и быстро можно нагреть и даже расплавить металл, вам не нужны дорогие теплоносители, такие, как уголь и газ, достаточно подключить к прибору электричество. Происходит бесконтактный нагрев металла токами высокой частоты, по научному волнами радиочастотного диапазона. Прибор широко применяют для термообработки, закалки и гибки деталей, бесконтактной плавки, пайки и сварки, металлов. В ювелирном деле для термической обработки мелких деталей. В медицине для дезинфекции медицинского инструмента. В автосервисе слесаря нагревают заржавевшие гайки. Так же индуктор устанавливают в индукционных котлах, применяемых для отапливания жилых помещений.

На этом рисунке изображена рабочая схема индукционного нагревателя, который вы легко можете сделать своими руками.

Схема индукционного нагревателя

Устройство состоит из задающего генератора высокой частоты собранного на двух мощных полевых транзисторах. Рабочее напряжение генератора зависит от мощности установленных полевых транзисторов. С транзисторами IRFP250 устройство можно питать напряжением от 12 до 30 вольт. А если установить транзисторы IRFP260, тогда напряжение питания можно поднять от 12 до 60 вольт.

Мощность индуктора заметно возрастет, температура нагрева металла поднимется более 1000 градусов, что позволит плавить металлы. В процессе работы транзисторы будут очень сильно нагреваться, поэтому их надо установить на большие радиаторы и поставить мощный вентилятор. На холостом ходу индуктор потребляет не менее 10А, а в рабочем состоянии не менее 15А, соответственно требуется очень мощный блок питания минимум на 20А.

На этом рисунке изображена печатная плата индукционного нагревателя.

Так же вам понадобятся резисторы R1, R2 на 10К мощностью 0.25 Ватт. Резисторы R3, R4 с сопротивлением 470 Ом не менее 2 Ватт. Диоды D1, D2 ультрабыстрые UF4007 или другие аналогичные на максимальный ток до 1А. Стабилитроны VD1, VD2 мощностью не менее 5 Ватт с напряжением стабилизации 12В например 1N5349 и другие. Дроссели L1, L2 размером 27х14х11 мм желтого цвета с белой полосой я вытащил из компьютерных блоков питания. На каждый дроссель надо намотать 25 витков медного провода диаметром 1 мм желательно в лаковой изоляции, если не найдете, подойдет одножильный провод в полихлорвиниловой изоляции на скорость сильно не влияет.

Конденсаторы С1-С16 металлоплёночные 0.33 мкФ 630В, соединяются параллельно рядами 4х4, в блоке всего шестнадцать штук. С меньшим рабочим напряжением лучше не ставить, будут сильно греться. Между конденсаторами оставляйте небольшое расстояние для хорошего охлаждения потоком воздуха.

Дроссели решил приклеить силиконовым герметиком, чтобы не болтались.

Важную деталь нагревателя, индуктор я сделал из медной трубки диаметром 6 мм длинною 1 метр. Купить такую можно в любом автомагазине типа «Газовщик» и там где торгуют газо-балонным оборудованием для автомобилей. Медную трубку наматываем на кусок полипропиленовой трубы внешним диаметром 40 мм, такая труба используется в пластиковом отоплении. Делаем пять витков, расстояние между верхним краем первого витка и нижним краем пятого витка должно быть 40 мм. Концы трубы изгибаем, как на рисунке и прикрепляем к радиаторам с помощью двух клемных колодок для провода сечением 16 мм².

В процессе работы индуктор будет сильно нагреваться от раскаленной детали, что может привести к повреждению медной трубки, поэтому надо сделать охлаждение. На концы медной трубки я одел силиконовые трубки и подключил насос омывателя лобового стекла автомобиля. Насос от ВАЗ 2114 и силиконовые трубки купил в автомагазине. Получилась нормальная водяная система охлаждения.

Чтобы охлаждать радиаторы и блок конденсаторов поставил мощный вентилятор от процессора. Для питания от 12 вольт такого охлаждения вполне достаточно. Если захотите поднять напряжение от 12 до 60 вольт, чтобы получить максимальную мощность от индукционного нагревателя, поставьте более мощные радиаторы и более производительный вентилятор, например от отопителя салона ВАЗ 2107. Желательно сделать металлическую шторку оберегающую нагреваемую деталь и медный индуктор от потока нагнетаемого вентилятором холодного воздуха.

Поскольку индукционный нагреватель потребляет большой ток около 20А, все дорожки на печатной плате следует усилить медной проволокой, напаянной сверху.

А теперь самое интересное… Испытания индукционного нагревателя я проводил от двенадцати вольтового автомобильного аккумулятора. Другого источника питания способного выдавать большие токи у меня просто нет. Лезвие от канцелярского ножа нагрелось до красна за 10 секунд. А это хороший результат, если учесть, что индуктор запитан всего от двенадцати вольт!

Друзья! Если хотите собрать индукционный нагреватель своими руками. Мой вам совет… Сразу ставьте полевые транзисторы IRFP260, большие радиаторы и мощный вентилятор от отопителя салона ВАЗ 2107, для питания индуктора обязательно используйте мощный источник питания лучше всего начиная от 24В до 60В с силой тока минимум на 20А.

Радиодетали для сборки индукционного нагревателя

Транзисторы Т1, Т2 IRFP250 лучше IRFP260 2 шт.
Резисторы R1, R2 10K 0.25W 2 шт. R3, R4 470R 2W 2 шт.
Диоды D1, D2 ультрабыстрые UF4007 2 шт. или аналогичные
Стабилитроны VD1, VD2 на 12V 1W 1N5349 или аналогичные 2 шт.
Конденсаторы C1-C16 0.33mf 630V 16 шт.
Дроссели от компьютерного БП желтые с белой полосой, размер 27х14х11 мм 2 шт.
Колодка клемная для провода сечением 16 мм² 2 шт.
Провод медный в лаковой изоляции d=1 мм длина 2 метра
Трубка медная d=6 мм, длина 1 метр
Радиатор чем больше, тем лучше 2 шт.
Насос омывателя лобового стекла от ВАЗ 2114 1 шт.
Трубка силиконовая 2 метра
Вентилятор чем мощнее, тем лучше. Рекомендую от отопителя салона ВАЗ 2107 1 шт.

Друзья, желаю вам удачи и хорошего настроения! До встречи в новых статьях!

Рекомендую посмотреть видеоролик о том, как сделать индукционный нагреватель своими руками

Индукционные нагреватели работают по принципу “получение тока из магнетизма”. В специальной катушке генерируется переменное магнитное поле высокой мощности, которое порождает вихревые электрические токи в замкнутом проводнике.

Замкнутым проводником в индукционных плитах является металлическая посуда, которая разогревается вихревыми электрическими токами. В общем, принцип работы таких приборов не сложен, и при наличии небольших познаний в физике и электрике, собрать индукционный нагреватель своими руками не составит большого труда.

Самостоятельно могут быть изготовлены следующие приборы:

Приборы для нагрева теплоносителя в котле отопления.
Мини-печи для плавки металлов.
Плиты для приготовления пищи.

Кроме этого большая сложность при конструировании плиты заключается в подборе материала для основания варочной поверхности, которое должно удовлетворять следующим требованиям:

Идеально проводить электромагнитное излучение.
Не являться токопроводящим материалом.
Выдерживать высокую температурную нагрузку.

В бытовых варочных индукционных поверхностях используется дорогая керамика, при изготовлении в домашних условиях индукционной плиты, найти достойную альтернативу такому материалу – довольно сложно. Поэтому, для начала следует сконструировать что-нибудь попроще, например, индукционную печь для закалки металлов.

Инструкция по изготовлению

Чертежи

Для изготовления печи понадобятся следующие материалы и инструменты:

паяльник;
припой;
текстолитовая плата.
мини-дрель.
радиоэлементы.
термопаста.
химические реагенты для травления платы.

Дополнительные материалы и их особенности:

Для изготовления катушки, которая будет излучать необходимое для нагрева переменное магнитное поле, необходимо приготовить отрезок медной трубки диаметром 8 мм, и длиной 800 мм.
Мощные силовые транзисторы являются самой дорогой частью самодельной индукционной установки. Для монтажа схемы частотного генератора необходимо приготовить 2 таких элемента. Для этих целей подойдут транзисторы марок: IRFP-150; IRFP-260; IRFP-460. При изготовлении схемы используются 2 одинаковых из перечисленных полевых транзисторов.
Для изготовления колебательно контура понадобятся керамические конденсаторы ёмкостью 0,1 mF и рабочим напряжением 1600 В. Для того, чтобы в катушке образовался переменный ток высокой мощности, потребуется 7 таких конденсаторов.
При работе такого индукционного прибора, полевые транзисторы будут сильно разогреваться и если к ним не будут присоединены радиаторы из алюминиевого сплава, то уже через несколько секунд работы на максимальной мощности, данные элементы выйдут из строя. Ставить транзисторы на теплоотводы следует через тонкий слой термопасты, иначе эффективность такого охлаждения будет минимальна.
Диоды, которые используются в индукционном нагревателе, обязательно должны быть ультрабыстрого действия. Наиболее подходящими для данной схемы, диоды: MUR-460; UF-4007; HER – 307.
Резисторы, которые используются в схеме 3: 10 кОм мощностью 0,25 Вт – 2 шт. и 440 Ом мощностью – 2 Вт. Стабилитроны: 2 шт. с рабочим напряжением 15 В. Мощность стабилитронов должна составлять не менее 2 Вт. Дроссель для подсоединения к силовым выводам катушки используется с индукцией.
Для питания всего устройства понадобится блок питания мощностью до 500. Вт. и напряжением 12 – 40 В. Запитать данное устройство можно от автомобильного аккумулятора, но получить наивысшие показания мощности при таком напряжении не получится.

Сам процесс изготовления электронного генератора и катушки занимает немного времени и осуществляется в такой последовательности:

Из медной трубы делается спираль диаметром 4 см. Для изготовления спирали следует медную трубку накрутить на стержень с ровной поверхностью диаметром 4 см. Спираль должна иметь 7 витков, которые не должны соприкасаться. На 2 конца трубки припаиваются крепёжные кольца для подключения к радиаторам транзистора.
Печатная плата изготавливается по схеме. Если есть возможность поставить полипропиленовые конденсаторы, то благодаря тому, что такие элементы обладают минимальными потерями и устойчивой работой при больших амплитудах колебания напряжений, устройство будет работать намного стабильнее. Конденсаторы в схеме устанавливаются параллельно образуя с медной катушкой колебательный контур.
Нагрев металла происходит внутри катушки, после того как схема будет подключена к блоку питания или аккумулятору. При нагреве металла необходимо следить за тем, чтобы не было короткого замыкания обмоток пружины. Если коснуться нагреваемым металлом 2 витка катушки одновременно, то транзисторы выходят из строя моментально.

Нюансы

При проведении опытов по нагреву и закалке металлов, внутри индукционной спирали температура может быть значительна и составляет 100 градусов Цельсия. Этот теплонагревательный эффект можно использовать для нагрева воды для бытовых нужд или для отопления дома.
Схема нагревателя рассмотренного выше (рисунок 3), при максимальной нагрузке способна обеспечить излучение магнитной энергии внутри катушки равное 500 Вт. Такой мощности недостаточно для нагрева большого объёма воды, а сооружение индукционной катушки высокой мощности потребует изготовление схемы, в которой необходимо будет использовать очень дорогие радиоэлементы.
Бюджетным решением организации индукционного нагрева жидкости, является использование нескольких устройств описанных выше, расположенных последовательно. При этом, спирали должны находиться на одной линии и не иметь общего металлического проводника.
В качестве теплообменникаиспользуется труба из нержавеющей стали диаметром 20 мм. На трубу «нанизываются» несколько индукционных спиралей, таким образом, чтобы теплообменник оказался в середине спирали и не соприкасался с её витками. При одновременном включении 4 таких устройств, мощность нагрева будет составлять порядка 2 Квт, что уже достаточно для проточного нагрева жидкости при небольшой циркуляции воды, до значений позволяющих использовать данную конструкцию в снабжении тёплой водой небольшого дома.
Если соединить такой нагревательный элемент с хорошо изолированным баком, который будет расположен выше нагревателя, то в результате получится бойлерная система, в которой нагрев жидкости будет осуществляться внутри нержавеющей трубы, нагретая вода будет подниматься вверх, а её место будет занимать более холодная жидкость.
Если площадь дома значительна, то количество индукционных спиралей может быть увеличено до 10 штук.
Мощность такого котла можно легко регулировать путём отключения или включения спиралей. Чем больше одновременно включённых секций, тем больше будет мощность работающего таким образом отопительного устройства.
Для питания такого модуля понадобится мощный блок питания. Если есть в наличии инверторный сварочный аппарат постоянного тока, то из него можно изготовить преобразователь напряжения необходимой мощности.
Благодаря тому, что система работает на постоянном электрическом токе, который не превышает 40 В, эксплуатация такого устройства относительно безопасна, главное обеспечить в схеме питания генератора блок предохранителей, которые в случае короткого замыкания обесточат систему, там самым исключив возможность возникновения пожара.
Можно таким образом организовать “бесплатное” отопление дома, при условии установки для питания индукционных устройств аккумуляторных батарей, зарядка которых будет осуществляться за счёт энергии солнца и ветра.
Аккумуляторы следует объединить в секции по 2 шт., подключённые последовательно. В результате, напряжение питания при таком подключении будет не менее 24 В., что обеспечит работу котла на высокой мощности. Кроме этого, последовательное подключение позволит снизить силу тока в цепи и увеличить срок эксплуатации аккумуляторов.

Блиц-советы

Эксплуатация самодельных устройств индукционного нагрева, не всегда позволяет исключить распространение вредного для человека электромагнитного излучения, поэтому индукционный котёл следует устанавливать в нежилом помещении и экранировать оцинкованной сталью.
Обязательно при работе с электричествомследует соблюдать правила техники безопасности, особенно это касается сетей переменного тока напряжением 220 В.
В качестве экспериментаможно изготовить варочную поверхность для приготовления пищи по схеме указанной в статье, но эксплуатировать данный прибор постоянно не рекомендуется по причине несовершенства самостоятельного изготовления экранирования данного устройства, из-за этого возможно воздействие на организм человека вредного электромагнитного излучения, способного негативно сказаться на здоровье.

Добрый день. Ну и хватит о добром. Начитавшись и насмотревшись на всем известный индукционный генератор по схеме ZVC драйвера, решил сделать нечто похожее для закалки небольших металлических предметов, в гаражную автомастерскую и для плавки свинца на грузила. Схема стандартная, обычный высокочастотный мультивибратор, который повторили уже сотни человек.

Схема ZVC драйвера

Стандартный вариант генератора

Усиленный вариант схемы

Но видно мне войти в их число не судьба.

Были куплены все необходимые детали – новые полевые транзисторы, новые фаст диоды и стабилитроны. Всё перед пайкой было испытано на транзистор-тестере, в том числе для определения правильной цоколёвки.

Была собрана шикарная катушка из чистой меди диаметром 5 мм. Но работать сей девайс упорно отказывался.

Подозрение пало на дросселя, которые большинство радиолюбителей рекомендует мотать на желтых порошковых кольцах от БП АТХ.

Добыча искомых и установка также оказалась безрезультативной – индукционный нагреватель металлов как не работал раньше, так и не собирался работать дальше. Подключение различных вариантов катушек совместно с конденсаторами разной емкости картину не изменили – «открывает рыба рот, но не слышно что поёт», то есть транзисторы открываются, ток тянут, а генерации не происходит.

В конце концов всё это изрядно надоело, многодневные танцы с бубном закончились, и пришлось с поклоном идти к китайцам на ихний Алиэкспресс, заказывать за 7 долларов готовый модуль генератора.

Спустя 2 недели эта штука была доставлена курьером прямо на дом и после подключения к компьютерному блоку питания на 12 В успешно заработала.

Причём она работала и от 5-ти вольт, и с маленькой штатной катушкой, и с большой самодельной, в общем генерировала мощное электромагнитное поле во всех позах (с теми же деталями и схемой). Раскаляет 3 мм штырь до красна за 20 секунд. С железкой 6 мм возится несколько минут, при этом жутко греется само (в основном транзисторы и катушка).

На что тут грешить – даже не знаю. Может конденсаторы не те, может транзисторы. В любом случае факт остается фактом: промышленная плата заработала, а самодельная нет. Так что кто хочет – может смело кинуть в меня куском канифоли, другие – посочувствовать, третьи сами попробовать собрать этот индукционник и написать в комментариях о результатах.

Индукционный нагреватель Low ZVS 12-48 В 20 A

Добрый день, уважаемые читатели.

Сегодня рассмотрим необычный предмет — индукционный нагреватель мощностью до 1 кВт.

Несмотря на специфичность этого предмета, обзоры на слабенькие подобные нагреватели мелькали на сайте:
Вот и еще вот.
Обозреваемый нагреватель имеет мощность на порядок большую и его хоть как то можно применить для практических целей, а не для опытов по физике.

Не буду останавливать на теории индукционного нагрева (подробно изложено на вики)
Для тестов изделия нам нужно учесть две основные особенности:

Нагрев происходит только у токопроводящих магнитных материалов.
Нагрев происходит в поверхностных слоях.

Промышленные установки закалки ТВЧ имеют приличные габариты, вот, например, наша на заводе:

Закалка зубчатого колеса:

Китайский же кит отлично поместится на верстаке или рабочем столе, а делать будет то же самое, конечно с меньшей мощностью и размерами закаливаемых заготовок.
Где его можно применить практически:

Закалка инструмента
Бесконтактный нагрев
Ювелирка, переплавка

Перейдем непосредственно к предмету обзора.
Доставка была ТК с отслеживаемым треком.

Упаковка

Кит нагревателя упакован в плотную картонную коробку:

Плата в антистатическом пакете, индуктор был обернут в пупырчатую пленку:

Кит индукционного нагревателя состоит из двух частей:

Медный индуктор
Плата генератора

Для использования нагревателя нужно добавить блок питания 12-48 В до 20 А и желательно водяное охлаждение индуктора.

Рассмотрим индуктор:

Похож на кипятильник или змеевик самогонного аппарата, но в данном случае это катушка. 7 витков 6 мм медной трубки.
Внутренний диаметр (куда вносится заготовка) — 46 мм.

Длина намотки 54 мм.
Водяное охлаждение так и просится:

А вот такого размера индуктор в индукционной печи для плавки:

Плата генератора:

Размеры платы: 100х100 мм, есть 4 отверстия диаметром 4 мм для стоек или крепления в корпус. На клеммах подачи напряжения питания обозначен только «-«. Есть зеленый светодиод — индикатор работы.
Снизу:

флюс смывать ленятся.

Примерная схема подобных устройств:

Это двухтактный полумостовой преобразователь в автогенераторном режиме.

С боков платы:

Стойки индуктора латунные шестигранники 6 мм по 3 шт, но сверху хиленькая скоба. Максимальный ток указан 20 А.
Радиаторы мосфетов:

Китайцы такие китайцы, плата выходит за радиаторы на добрый сантиметр, это будет мешать нормальному их обдуву.

Мосфеты IRFP260N в корпусе TO-247AC:

Конденсаторы 0,33 мкф 600 VAC 50 кГц:

На работе электрики помогли составить схему именно этой платы (я далек от этого) и заодно промоделировали частоту генератора:

Осциллограмма генератора:

теоретическая частота 90 кГц.

Теперь перейдем к практической части:
Для удобства подключения индуктора его выводы нужно согнуть, я использовал трубогиб, но все равно плохо получилось, стенки тонкие:

Получилось так:

некоторые в отзывах выводят индуктор на бок, но мне показалось так удобней.

Я когда выбирал нагреватель, рассчитывал на свой БП wanptek KPS305D 30 В 5 А, но он отказался работать с нагревателем, уходит в защиту и скидывает напряжение с 12 до 5 В:

Почему кстати?

Пришлось воспользоваться БП от ноутбука 19 В 4,7 А.
Ток на холостом режиме:

Напряжение на индукторе:

Ток при нагреве сверла:

Частота работы генератора:

Близка к расчетной.
Так как при работе индуктор быстро разогревается (от нагреваемой детали больше всего), опыты я проводил при проточном водном охлаждении:

организовать его просто, две трубки одна к крану с холодной водой, вторая в раковину в слив. Главное разместить надежно, весит плата с индуктором почти полкило.

Опыты:
Классическая проверка на гвозде))

Подкалил китайский зенкер:

на разогрев ушло пару минут, все таки тока 4 А маловато.
Олово с припоем плавится не захотело:

Мелкие сверла разогреваются за минуту:

Извращение с народным кухонным термометром:

Узнать температуру стали для закалки можно по цвету или измерить бесконтактным способом:

Доработка кита нагревателя из отзывов:

Для плавки в тигле логично упрятать индуктор в изолятор.
Обдув большим вентилятором платы.
Усиленные медные прижимные пластины для выводов индуктора.

Это напрашивается при постоянной работе с нагревателем.

Так как получить максимум возможностей от своего БП я не смог, поехал к другу — у него есть техника посерьезней:

24 В и 24 А.
Пробуем на фрезе 6 мм:

Ток холостой 4 А. Ток рабочий около 10 А, нагревается быстро.

А теперь задача посложнее — плавка алюминия (660 С):

так не заработало, там виток, втулка полая.
В стальном тигле дело пошло (на 15 А):

но лопнула керамическая пластинка. Индуктор обувается вентилятором 120 мм, температура его не выше 50 С. Мосфеты примерно так же.
Подложили под тигель керамический патрон:

За 4 минуты алюминиевая втулка толщиной с палец размякла (ток при этом 12 А).

Остывший расплав:

При должном оснащении, этому нагревателю по силам и плавка легкоплавких металлов. Главное иметь мощный блок питания.

Есть купон SJZVS снижающий цену до $27.99 (до 30 августа).

Спасибо за просмотр. Удачных покупок!

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВ МЕТАЛЛОВ

Этот несложный самодельный прибор основан на нагревании металлов токами Фуко.

Нагревает почти все металлы, но в основном используется для нагрева железа. Данный вариант собрал чисто ради изучения принципа работы и нагрева небольших металлических изделий: болты, шайбы, гайки, иглы, и небольшие железные шарики. Конечно данный генератор имеет маленькую мощность в виду того, что использовал низковольтные транзисторы типа КТ805ИМ. Схема силовой части — обычный полумост, служащий источником высокочастотного переменного напряжения, после стоит согласующий трансформатор дающий на индуктор только ток. Индуктор с параллельно соединенным конденсатором, образуют колебательный контур, который должен быть загнан в резонанс. В противном случае нагрева металлов не будет. Драйвер транзисторов реализован на обратноходовом преобразователе ( то есть однотактный. обратный ход это ЭДС первичной обмотки за счет которого происходит генерирование противоположного периода, относительно прямого такта от транзистора) у этого драйвера deadtime отсутствует. И поэтому пришлось использовать дополнительные задерживающие цепочки в базах. Благодаря им нагрев транзисторов снизился на 70%, чем просто подавать на базы транзисторов сигналы через гасящие резисторы — что к этому драйверу пременять нельзя.

Задающий генератор индукционного нагревателя может быть сделан из всего, что угодно, напрмер: TL-494, NE555, генератор на логике или какой-нибудь экзотический вариант. В своём варианте использовал микросхему К174ХА11 настроив на предел частоты от 40 до 80 кГц. И скважность ровно 50% — это самый оптимальный вариант для драйверов. Полная схема генератора для нагрева металлов приведена ниже:

Трансформатор ТР1 намонан на маленьком ферритовом колечке внешнем диаметром 2см все обмотки намотаны одинаковым проводом 0,4 и содержат по 30витков. Трансформатор тока (ТР2) намотан на ферритовом кольце диаметром 50мм. Первичная обмотка содержит в себе 22витка проводом 1мм, вторичная 2-3 витка сложенными в четверо проводом 1мм. Индуктор изготовлен из 3мм проволоки внутренним диаметром 11мм, число витков 6.

Для настройки резонанса я ставил последовательно индуктору обычный светодиод включенный через 1к резистор если генератор после включения не заработал нужно поменять местами выводы одной из обмоток идущих на базы транзисторов. При первом пуске на силовую сразу не подавать все напряжение нужно подять прилизительно 10-12в и пощупать транзисторы на нагрев при правильной работе схемы транзисторы практически не нагреваются.

Фото мало — всего одно, но есть видео работы устройства. Автор: товарищь bvz.

Форум по технологиям

Форум по обсуждению материала ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВ МЕТАЛЛОВ

Индукционный нагреватель металла своими руками

Когда перед человеком встает необходимость нагреть металлический объект, ему на ум обязательно приходит огонь. Огонь – старомодный, неэффективный и медленный способ нагреть металл. Он тратит львиную долю энергии на тепло, и от огня всегда идет дым. Как было бы здорово, если бы всех этих проблем можно было избежать.

Сегодня я покажу вам как собрать индукционный нагреватель своими руками с ZVS-драйвером. Это приспособление нагревает большинство металлов с помощью ZVS-драйвера и силы электромагнетизма. Такой нагреватель высокоэффективен, не производит дыма, а нагрев таких небольших металлических изделий, как, допустим, скрепка — вопрос нескольких секунд. Видео демонстрирует нагреватель в действии, но инструкция там представлена другая.

Шаг 1: Принцип работы

Многие из вас сейчас задаются вопросом – что такое этот ZVS-драйвер? Это высокоэффективный трансформатор, способный создавать мощное электромагнитное поле, нагревающее металл, основа нашего нагревателя.

Чтобы стало понятно, как работает наш прибор, я расскажу о ключевых моментах. Первый важный момент — источник питания 24 В. Напряжение должно быть 24В при максимальной силе тока 10А. У меня будут два свинцово-кислотных аккумулятора, соединенных последовательно.2*R.

Очень важен металл, из которого состоит объект, который вы хотите нагреть. У сплавов на основе железа более высокая магнитная проницаемость, они могут использовать больше энергии магнитного поля. Из-за этого они быстрее нагреваются. Алюминий имеет низкую магнитную проницаемость и нагревается, соответственно, дольше. А предметы с высоким сопротивлением и низкой магнитной проницаемостью, например, палец, вообще не нагреются. Сопротивление материала очень важно. Чем выше сопротивление, тем слабее ток пройдет по материалу, и тем, соответственно, меньше выделится тепла. Чем ниже сопротивление, тем сильнее будет ток, и согласно закону Ома, меньше потеря напряжения. Это немного сложно, но из-за связи между сопротивлением и выдачей мощности, максимальная выдача мощности достигается, когда сопротивление равно 0.

Трансформатор ZVS самая сложная часть прибора, я объясню, как он работает. Когда ток включен, он идет через два индукционных дросселя к обоим концам спирали. Дроссели нужны, чтобы убедиться, что устройство не выдаст слишком сильный ток. Далее ток идет через 2 резистора 470 Ом на затворы МДП-транзисторов.

Из-за того, что идеальных компонентов не существует, один транзистор будет включаться раньше, чем другой. Когда это происходит, он принимает на себя весь входящий ток со второго транзистора. Он также будет коротить второй на землю. Из-за этого не только ток потечет через катушку в землю, но и через быстрый диод будет разряжаться затвор второго транзистора, тем самым блокируя его. Из-за того, что параллельно катушке подключен конденсатор, создается колебательный контур. Из-за возникшего резонанса, ток поменяет свое направление, напряжение упадет до 0В. В этот момент затвор первого транзистора разряжается через диод на затвор второго транзистора, блокируя его. Этот цикл повторяется тысячи раз за секунду.

Резистор 10К призван уменьшить избыточный заряд затвора транзистора, действуя как конденсатор, а зенеровский диод должен сохранять напряжение на затворах транзисторов 12В или ниже, чтобы они не взорвались. Этот трансформатор высокочастотный преобразователь напряжения позволяет нагреваться металлическим объектам.
Пришло время собрать нагреватель.

Шаг 2: Материалы

Для сборки нагревателя материалов нужно немного, и большую их часть, к счастью, можно найти бесплатно. Если вы видели где-то валяющуюся просто так электронно-лучевую трубку, сходите и заберите ее. В ней есть большая часть нужных для нагревателя деталей. Если вы хотите более качественных деталей, купите их в магазине электрозапчастей.

Вам понадобятся:

Шаг 3: Инструменты

Для этого проекта вам понадобятся:

Шаг 4: Охлаждение полевых транзисторов

В этом приборе транзисторы выключаются при напряжении 0 В, и нагреваются не очень сильно. Но если вы хотите, чтобы нагреватель работал дольше одной минуты, вам нужно отводить тепло от транзисторов. Я сделал обоим транзисторам один общий поглотитель тепла. Убедитесь, что металлические затворы не касаются поглотителя, иначе МДП-транзисторы закоротит и они взорвутся. Я использовал компьютерный теплоотвод, и на нем уже была полоса силиконового герметика. Чтобы проверить изоляцию, коснитесь мультиметром средней ножки каждого МДП-транзистора (затвора), если мультиметр запищал, то транзисторы не изолированы.

Шаг 5: Конденсаторная батарея

Конденсаторы очень сильно нагреваются из-за тока, постоянно проходящего через них. Нашему нагревателю нужна емкость конденсатора 0,47 мкФ. Поэтому нам нужно объединить все конденсаторы в блок, таким образом, мы получим требуемую емкость, а площадь рассеивания тепла увеличится. Номинальное напряжение конденсаторов должно быть выше 400 В, чтобы учесть пики индуктивного напряжения в резонансном контуре. Я сделал два кольца из медной проволоки, к которым припаял 10 конденсаторов 0,047 мкФ параллельно друг другу. Таким образом, я получил конденсаторную батарею совокупной емкостью 0,47 мкФ с отличным воздушным охлаждением. Я установлю ее параллельно рабочей спирали.

Шаг 6: Рабочая спираль

Это та часть прибора, в которой создается магнитное поле. Спираль сделана из медной проволоки – очень важно, чтобы была использована именно медь. Сначала я использовал для нагревания стальную спираль, и прибор работал не очень хорошо. Без рабочей нагрузки он потреблял 14 А! Для сравнения, после замены спирали на медную, прибор стал потреблять только 3 А. Я думаю, что в стальной спирали возникали вихревые токи из-за содержания железа, и она тоже подвергалась индукционному нагреву. Не уверен, что причина именно в этом, но это объяснение кажется мне наиболее логичным.

Для спирали возьмите медную проволоку большого сечения и сделайте 9 витков на отрезке ПВХ-трубы.

Шаг 7: Сборка цепи

Я сделал очень много проб и совершил много ошибок, пока правильно собрал цепь. Больше всего трудностей было с источником питания и со спиралью. Я взял 55А 12В импульсный блок питания. Я думаю, этот блок питания дал слишком высокий начальный ток на ZVS-драйвер, из-за чего взорвались МДП-транзисторы. Возможно, это исправили бы дополнительные индукторы, но я решил просто заменить блок питания на свинцово-кислотные аккумуляторы.
Потом я мучился с катушкой. Как я уже говорил, стальная катушка не подходила. Из-за высокого потребления тока стальной спиралью взорвались еще несколько транзисторов. В общей сложности у меня взорвались 6 транзисторов. Что ж, на ошибках учатся.

Я переделывал нагреватель множество раз, но здесь я расскажу, как собрал его самую удачную версию.

Шаг 8: Собираем прибор

Чтобы собрать ZVS-драйвер, вам нужно следовать приложенной схеме. Сначала я взял зенеровский диод и соединил с 10К резистором. Эту пару деталей можно сразу припаять между стоком и истоком МДП-транзистора. Убедитесь, что зенеровский диод смотрит на сток. Потом припаяйте МДП-транзисторы к макетной плате с контактными отверстиями. На нижней стороне макетной платы припаяйте два быстрых диода между затвором и стоком каждого из транзисторов.

Убедитесь, что белая линия смотрит на затвор (рис.2). Затем соедините плюс от вашего блока питания со стоками обоих транзисторов через 2 220 Ом резистора. Заземлите оба истока. Припаяйте рабочую спираль и конденсаторную батарею параллельно друг другу, затем припаяйте каждый из концов к разным затворам. Наконец, подведите ток к затворам транзисторов через 2 50 мкгн дросселя. У них может быть тороидальный сердечник с 10 витками проволоки. Теперь ваша схема готова к использованию.

Шаг 9: Установка на основание

Чтобы все части вашего индукционного нагревателя держались вместе, им нужно основание. Я взял для этого деревянный брусок 5*10 см. плата с электросхемой, конденсаторная батарея и рабочая спираль были приклеены на термоклей. Мне кажется, агрегат выглядит круто.

Шаг 10: Проверка работоспособности

Чтобы ваш нагреватель включился, просто подсоедините его к источнику питания. Потом поместите предмет, который вам нужно нагреть, в середину рабочей спирали. Он должен начать нагреваться. Мой нагреватель раскалил скрепку до красного свечения за 10 секунд. Предметы крупнее, как гвозди, нагревались примерно за 30 секунд. В процессе нагревания потребление тока выросло приблизительно на 2 А. Этот нагреватель можно использовать не только для развлечения.

После использования прибора не образуется сажи или дыма, он воздействует даже на изолированные металлические объекты, например, газопоглотители в вакуумных трубках. Также прибор безопасен для человека – с пальцем ничего не случится, если поместить его в центр рабочей спирали. Однако, можно обжечься о предмет, который был нагрет.

Спасибо за чтение!

Как сделать простейший индукционный вихревой нагреватель своими руками — устройство и схема

Индукционный нагреватель, или индуктор, — прибор, который создает электромагнитное поле, нагревающее проводник, помещенный в это поле. Говоря простыми словами, это катушка, обрамленная медной проволокой. В основном индукторы используют с целью вырабатывания тепловой энергии за счет электрической без использования теплоэлектронагревателей.

Содержание материала

Принцип работы

Переменный ток проходит по обмотке катушки, образуя вокруг не магнитное поле. При введении в центр, внутрь витков, металлического предмета изменяется сила магнитного поля. Из-за этого и нагревается сам предмет, именуемый сердечником. Для того чтобы металл нагревался, катушка обязательно должна питаться переменным током большой частоты, иначе можно получить обычный электромагнит.

Существует два вида индукционных нагревателей:

индукторы, при изготовлении которых пользуются различными электронными деталями;
вихревой (ВИН) индуктор, им пользуются для обогрева дома, нагрева воды.

ВИН чаще всего встречается в повседневной жизни, так как его достаточно просто изготовить самостоятельно без особых затрат. Он работает на основе передачи энергии, преобразуемой в тепло, от магнитного поля к объекту, например, воде.

Как сделать в домашних условиях

Схема устройства довольно проста, так что самому можно без проблем сделать индукционный нагреватель.

Индуктор можно выполнить на любой базе, но нельзя забывать о теплоизоляции, без которой коэффициент полезного действия систем довольно сильно упадет.

Также нужно серьезно подойти к изготовлению самого важного элемента – катушки. Медную проволоку лучше наматывать очень аккуратно.

С использованием трансформатора

Базовым элементом данной схемы будет сам трансформатор, на котором уже содержатся первичная и вторичная обмотки. Электромагнитное индукционное поле, сформированное в первичной обмотке, начнет влиять на вторичную обмотку. Так, вторичная обмотка передаст энергию в виде тепла тому объекту, который требуется нагреть.

Инструкция выполнения:

две трубки, отличающиеся размерами, соединить друг с другом с помощью сварки;
на внешнюю трубку наложить 90-100 витков с одинаковым расстоянием между ними.

С инвертором

Основной составной частью этой системы станет высокочастотный сварочный инвертор, где уже есть индуктор, нагревательный элемент и генератор переменного тока.

Устройство генерирует высокочастотный ток, который передается на катушку. Она, в свою очередь, и создает магнитное поле, изменяющееся со временем. Его вихревой ток нагревает металлическую часть, которая и передает энергию нужному объекту.

Инструкция создания:

в полимерную трубу поместить металл;
на трубку наносятся сто витков проволоки из меди таким образом, чтобы не осталось большое пространство.

Таким образом, дома можно изготовить индукционный нагреватель без особых затрат и глубоких знаний физики. Главное, не забывать о безопасности.

Поделитесь материалом с друзьями в социальных сетях

Схема индуктора своими руками — Строительство домов и бань

Индукционный нагреватель 500 Ватт своими руками

Схема индукционного нагревателя на 500 Ватт, который можно сделать своими руками! В интернете множество подобных схем, но интерес к ним пропадает, так как в основном они или не работают или работают но не так как хотелось бы. Данная схема индукционного нагревателя полностью рабочая, проверенная, а главное, не сложная, думаю вы оцените!

Схема индукционного нагревателя:

Компоненты и катушка:

Рабочая катушка содержит 5 витков, для намотки была использована медная трубка диаметром около 1 см, но можно и меньше. Такой диаметр был выбран не случайно, через трубку подаётся вода для охлаждения катушки и транзисторов.

Транзисторы ставил IRFP150 так как IRFP250 под рукой не оказалось. Конденсаторы плёночные 0,27 мкФ 160 вольт, но можно поставить 0,33 мкФ и выше, если первые найти не получится. Обратите внимание, что схему можно питать напряжением до 60 вольт, но в этом случае, рекомендуется ставить конденсаторы на напряжение 250 вольт. Если схема будет питаться напряжением до 30 вольт, то на 150 вполне хватит!

Стабилитроны можно ставить любые на 12-15 вольт от 1 Ватт, например 1N5349 и им подобные. Диоды можно использовать UF4007 и ему подобные. Резисторы 470 Ом от 2-х Ватт.

Немного фотографий:

За место радиаторов, были использованы медные пластины, которые припаиваются прямо к трубке, так как в данной конструкции используется водное охлаждение. На мой взгляд это самое эффективное охлаждение, потому что транзисторы греются хорошо и ни какие вентиляторы и супер радиаторы не спасут их от перегрева!

Охлаждающие пластины на плате расположены таким образом, что бы трубка катушки проходила через них. Пластины и трубку нужно припаять между собой, для этого я использовал газовую горелку и большой паяльник для пайки автомобильных радиаторов.

Конденсаторы расположены на двух стороннем текстолите, плата припаивается так же к трубке катушки на прямую, для лучшего охлаждения.

Дроссели намотаны на ферритовых кольцах, лично я достал их из компьютерного блока питания, провод использовался медных в изоляции.

Индукционный нагреватель получился достаточно мощным, латунь и алюминий плавит очень легко, железные детали тоже плавит, но немного медленнее. Так как я использовал транзисторы IRFP150 то по параметрам, схему можно питать напряжением до 30 вольт, поэтому мощность ограничивается только этим фактором. Так что всё таки советую использовать IRFP250.

На этом всё! Ниже оставлю видео работы индукционного нагревателя и список деталей, которые можно купить на AliExpress по очень низкой цене!

Купить детали на Алиэкспресс:

Купить Индукционный нагреватель:

Видео:

Как сделать простой индукционный нагреватель для отопления

Идея нагревать металл вихревыми токами Фуко, возбуждаемыми электромагнитным полем катушки, отнюдь не нова. Она давно и успешно эксплуатируется в промышленных плавильных печах, кузнечных мастерских, бытовых нагревательных приборах – плитах и электрокотлах. Последние довольно дороги, так что домашние умельцы не оставляют попыток сделать индукционный нагреватель воды своими руками. Наша задача – рассмотреть работоспособные варианты самодельных устройств и разобраться, можно ли применять их для отопления дома.

О принципе индуктивного нагрева

Для начала разъясним, как функционируют электрические индукционные нагреватели. Переменный ток, проходя по виткам катушки, образует вокруг нее электромагнитное поле. Если поместить внутрь обмотки сердечник из магнитящегося металла, то он станет нагреваться вихревыми токами, возникающими под воздействием поля. Вот и весь принцип.

Важное условие. Чтобы металлический сердечник нагревался, катушка должна питаться переменным током, меняющим знак и вектор поля с высокой частотой. При подаче на обмотку постоянного тока вы получите обыкновенный электромагнит.

Сам нагревательный элемент носит название индуктора и является главной частью установки. В отопительных котлах он представляет собой стальную трубу с протекающим внутри теплоносителем, а в кухонных плитах – плоскую катушку, максимально приближенную к варочной панели, как изображено далее на фото.

Катушка-индуктор нагревает железную трубу, которая передает тепло протекающей воде

Вторая часть индукционного нагревателя — схема, повышающая частоту тока. Дело в том, что напряжение с промышленной частотой 50 Гц малопригодно для работы подобных устройств. Если присоединить индуктор к сети напрямую, то он начнет сильно гудеть и слабо прогревать сердечник, причем вместе с обмотками. Чтобы эффективно преобразовывать электричество в теплоту и полностью передавать ее металлу, частоту нужно повысить минимум до 10 кГц, чем и занимается электросхема.

В чем заключаются реальные преимущества индукционных котлов перед ТЭНовыми и электродными:

Деталь, нагревающая воду, — это простой кусок трубы, не участвующий в электрохимических процессах (как в электродных теплогенераторах). Поэтому срок службы индуктора ограничивается только работоспособностью катушки и может достигать 10—20 лет.
По той же причине элемент одинаково хорошо «дружит» со всеми видами теплоносителей – водой, антифризом и даже машинным маслом, разницы нет.
Внутренности индуктора не покрываются накипью в процессе эксплуатации.

Здесь сердечником служит посуда из магнитного металла

Примечание. С индукционными котлами связано множество мифов. Например, продавцы утверждают, что они экономичнее других электрических обогревателей на 10—20%, хотя в действительности КПД всех электрокотлов равен 98%. Список преимуществ ограничивается тремя вышеперечисленными пунктами, остальное – реклама.

Варианты самодельных устройств

На просторах интернета размещено достаточное количество разнообразных конструкций, создаваемых для различных целей. Взять индукционный малогабаритный нагреватель, сделанный из компьютерного блока питания 250—500 Вт. Модель, показанная на фото, пригодится мастеру в гараже или автосервисе для плавки стержней из алюминия, меди и латуни.

Но для отопления помещений конструкция не подойдет по причине малой мощности. В интернете есть два реальных варианта, чьи испытания и работа засняты на видео:

водонагреватель из полипропиленовой трубы с питанием от сварочного инвертора либо индукционной кухонной панели;
стальной котел с нагревом от той же варочной панели.

Справка. Существуют и другие, полностью самодельные конструкции, где преобразователи частоты умельцы собирают с нуля. Но для этого нужны знания и навыки в области радиотехники, поэтому рассматривать их мы не будем, а просто приведем пример такой схемы.

Теперь давайте подробнее разберем, как делаются индукционные нагреватели своими руками, а главное, — как они потом функционируют.

Изготавливаем нагревательный элемент из трубы

Если вы плотно занимались поиском информации по данной теме, то наверняка столкнулись с этой конструкцией, поскольку мастер выложил ее сборку на популярном видеоресурсе YouTube. После чего многие сайты разместили текстовые версии изготовления этого индуктора в виде пошаговых инструкций. Вкратце нагреватель делается так:

Внутрь трубы из полипропилена диаметром 40 мм и длиной 50 см наталкиваются металлические ершики для мытья посуды (можно рубленую проволоку — катанку). Они должны притягиваться магнитом.
К трубе припаиваются отводы с резьбами для подключения к отопительной сети.
Снаружи вдоль корпуса приклеиваются 4—5 стержней из текстолита. На них наматывается провод сечением 1.7—2 мм² со стеклоизоляцией, применяющийся в сварочных трансформаторах.
Варочная панель разбирается и «родной» индуктор плоской формы демонтируется. Вместо него подключается самодельный нагреватель из трубы.

Важный нюанс. Длину и сечение провода для намотки катушки следует определять по штатному индуктору печки, чтобы она соответствовала мощности полевых транзисторов в электросхеме. Если взять больше провода, то упадет мощность нагрева, меньше – перегреются и выйдут из строя транзисторы. Как это выглядит визуально, смотрите на видео:

Как нетрудно догадаться, роль нагревательного элемента здесь играют металлические ершики, находящиеся в переменном магнитном поле катушки. Если запустить варочную панель на максимум, одновременно пропуская через импровизированный котел проточную воду, то ее удастся нагреть на 15—20 °С, что и показали испытания агрегата.

Поскольку мощность большинства индукционных плит лежит в пределах 2—2.5 кВт, то с помощью теплогенератора можно обогреть помещения общей площадью не более 25 м². Есть способ увеличить нагрев, подключив индуктор к сварочному аппарату, но здесь есть свои сложности:

Инвертор выдает постоянный ток, а нужен переменный. Для подсоединения индукционного нагревателя аппарат придется разобрать и найти на схеме точки, где напряжение еще не выпрямлено.
Нужно взять провод большего сечения и подобрать число витков путем расчета. Как вариант, медную проволоку Ø1.5 мм в эмалевой изоляции.
Понадобится организовать охлаждение элемента.

Проверку работоспособности индуктивного водонагревателя автор демонстрирует в своем видео, представленном ниже. Испытания показали, что агрегат требует доработки, но конечный результат, к сожалению, неизвестен. Похоже, что умелец оставил проект незавершенным.

Как собрать индукционный котел

В этом случае дешевую китайскую плиту разбирать не нужно. Суть в том, чтобы сварить по ее размерам котловой бак, руководствуясь пошаговой инструкцией:

Возьмите стальную профильную трубу 20 х 40 мм с толщиной стенки 2 мм и нарежьте из нее заготовок по ширине панели.
Сварите трубки между собой по длине, стыкуя меньшими сторонами.
Сверху и снизу к торцам герметично приварите железные крышки. Сделайте в них отверстия и поставьте патрубки с резьбами.
К одной из сторон прикрепите сваркой 2 уголка, чтобы они образовали полку для индукционной печки.
Покрасьте агрегат термостойкой эмалью из баллончика. Подробнее процесс сборки показан в видеоролике.

Окончательная сборка и запуск заключается в монтаже котла на стену и его врезке в систему отопления. Варочная панель вставляется в гнездо из уголков на задней стенке бака и подключается к электросети. Остается заполнить систему теплоносителем, стравить воздух и включить нагрев индуктора.

Здесь вас подстерегает та же проблема, что встречалась с предыдущей моделью. Несомненно, индукционный нагрев будет работать, но его мощности 2.5 кВт хватит для обогрева парочки небольших комнат при морозе на улице. Осенью и весной, когда температура не опустилась ниже нуля, самодельный котел сможет отопить площадь 35—40 м². Как его правильно подключить к системе, смотрите в очередном видеосюжете:

Выводы и рекомендации

Мы намеренно представили варианты индукционных водонагревателей несложной конструкции, чтобы каждый желающий мог сделать подобный агрегат своими силами. Но остался вопрос, нужно ли заниматься этим делом и тратить собственное время. На этот счет есть ряд объективных соображений:

Пользователи, не разбирающиеся в электрике и радиотехнике, вряд ли смогут добиться увеличения мощности нагрева свыше 2.5 кВт. Для этого придется собрать схему преобразователя частоты.
КПД индуктора ничуть не выше, чем у других электрических котлов. Но собрать нагреватель с ТЭНами гораздо проще.
Если у вас не завалялась дома индукционная панель, то потребуется ее купить примерно за 80 у. е. Столько стоят дешевые китайские изделия в интернет-магазинах. За те же деньги продаются готовые электродные котлы мощностью до 10 кВт.
Электроплиты оснащаются автоматикой безопасности, отключающих бытовой прибор спустя 1 или 2 часа работы. Это доставляет неудобство при эксплуатации.
Если в силу разных причин теплоноситель вытечет из самодельного теплогенератора, то нагрев не прекратится. Это чревато пожаром.

Конечно, вы можете обойтись без дорогих покупок, досконально разобраться в конструкции и смастерить индукционный нагреватель с нуля. Но выполнить все бесплатно не получится, ведь потребуется приобрести комплектующие для схемы. Заметьте, что бонусы от подобного отопительного агрегата невелики, так что всерьез браться за его изготовление с целью обогрева частного дома нецелесообразно.

2 Схемы

Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов

Схема самодельного индукционного нагревателя

Вот проект индукционного нагревателя металлов простейшей конструкции, он собран по схеме мультивибратора и часто выступает как первый нагреватель, который делают радиолюбители.

Принцип действия ТВЧ установки

Катушка создает высокочастотное магнитное поле, и в металлическом предмете в середине катушки возникают вихревые токи, которые будут его разогревать. Даже маленькие катушки раскачивают ток около 100 A, поэтому параллельно с катушкой, подключена резонансная емкость, которая компенсирует ее индукционный характер. Схема катушка-конденсатор должна работать на их резонансной частоте.

ТВЧ катушка самодельная

Схема принципиальная электрическая

Вот оригинальная схема генератора индукционного нагревателя, а ниже неё чуть изменённый вариант, по которому и была собрана конструкция мини ТВЧ установки. Ничего дефицитного тут нет — купить придётся только полевые транзисторы, использовать можно BUZ11, IRFP240, IRFP250 или IRFP460. Конденсаторы специальные высоковольтные, а питание будет от автомобильного аккумулятора 70 А/ч — он будет очень хорошо держать ток.

Проект на удивление оказался успешным — всё заработало, хоть и собрано было «на коленке» за час. Особенно порадовало что не требует сеть 220 В — авто аккумуляторы позволяют питать её хоть в полевых условиях (кстати, может из неё походную микроволновку сделать?). Можно поэкспериментировать в направлении чтобы снизить напряжение питания до 4-8 В как от литиевых АКБ (для миниатюризации) с сохранением хорошей эффективности нагрева. Массивные металлические предметы конечно плавить не получится, но для мелких работ пойдёт.

Ток потребления от источника питания 11 А, но после прогрева падает до примерно 7 A, потому что сопротивление металла при нагреве заметно увеличивается. И не забудьте сюда использовать толстые провода, способные выдержать более 10 А тока, иначе провода при работе станут горячие.

Нагрев отвертки до синего цвета ТВЧ Нагрев ножа ТВЧ

Второй вариант схемы — с питанием от сети

Чтоб удобнее настраивать резонанс можно собрать более совершенную схему с драйвером IR2153. Рабочая частота настраивается регулятором 100к в резонанс. Частотами можно управлять в диапазоне примерно 20 — 200 кГц. Схема управления нуждается в вспомогательном напряжении 12-15 В от сетевого адаптера, а силовая часть через диодный мост может быть подключена напрямую к сети 220 В. Дроссель имеет около 20 витков 1,5 мм на ферритовом сердечнике 8×10 мм.

Схема индукционного нагревателя от сети 220В

Рабочая катушка ТВЧ должна быть из толстой проволоки или лучше медной трубки, и имеет около 10-30 витков на оправке 3-10 см. Конденсаторы 6 х 330n 250V. И то, и другое через некоторое время сильно нагревается. Резонансная частота около 30 кГц. Эта самодельная установка индукционного нагрева собрана в пластиковом корпусе и работает уже более года.

Индукционный нагреватель своими руками

Схема индукционного нагревателя

На этом рисунке изображена печатная плата индукционного нагревателя.

Дроссели решил приклеить силиконовым герметиком, чтобы не болтались.

Радиодетали для сборки индукционного нагревателя

Транзисторы Т1, Т2 IRFP250 лучше IRFP260 2 шт.
Резисторы R1, R2 10K 0.25W 2 шт. R3, R4 470R 2W 2 шт.
Диоды D1, D2 ультрабыстрые UF4007 2 шт. или аналогичные
Стабилитроны VD1, VD2 на 12V 1W 1N5349 или аналогичные 2 шт.
Конденсаторы C1-C16 0.33mf 630V 16 шт.
Дроссели от компьютерного БП желтые с белой полосой, размер 27х14х11 мм 2 шт.
Колодка клемная для провода сечением 16 мм² 2 шт.
Провод медный в лаковой изоляции d=1 мм длина 2 метра
Трубка медная d=6 мм, длина 1 метр
Радиатор чем больше, тем лучше 2 шт.
Насос омывателя лобового стекла от ВАЗ 2114 1 шт.
Трубка силиконовая 2 метра
Вентилятор чем мощнее, тем лучше. Рекомендую от отопителя салона ВАЗ 2107 1 шт.

Друзья, желаю вам удачи и хорошего настроения! До встречи в новых статьях!

Рекомендую посмотреть видеоролик о том, как сделать индукционный нагреватель своими руками

Как сделать высокочастотный индукционный нагреватель своими руками – схема простого индуктивного горна для нагрева металла электричеством

Сейчас мы узнаем как сделать своими руками индукционный нагреватель, который можно использовать для разных проектов или просто для удовольствия. Вы сможете мгновенно плавить сталь, алюминий или медь. Вы можете использовать её для пайки, плавления и ковки металлов. Вы можете использовать самодельный индуктивный нагреватель и для литья.

Мое учебное пособие охватывает теорию, компоненты и сборку некоторых из важнейших компонентов.

Инструкция большая, в ней мы рассмотрим основные шаги, дающие вам представление о том, что входит в такой проект, и о том, как его спроектировать, чтобы ничего не взорвалось.

Для печи я собрал очень точный недорогой криогенный цифровой термометр. Кстати, в тестах с жидким азотом он неплохо себя показал против брендовых термометров.

Шаг 1: Компоненты

Основные компоненты высокочастотного индукционного нагревателя для нагрева металла электричеством — инвертор, драйвер, соединительный трансформатор и колебательный контур RLC. Вы увидите схему чуть позже. Начнем с инвертора. Это — электрическое устройство, которое изменяет постоянный ток на переменный. Для мощного модуля он должен работать стабильно. Сверху находится защита, которая используется, чтобы защитить привод логического элемента МОП-транзистора от любого случайного перепада напряжения. Случайные перепады вызывают шум, который приводит к переключению на высокие частоты. Это приводит к перегреву и отказу МОП-транзистора.

Линии с большой силой тока находятся внизу печатной платы. Много слоев меди используются, чтобы позволить им пропускать более 50А тока. Нам не нужен перегрев. Также обратите внимание на большие алюминиевые радиаторы с водяным охлаждением с обеих сторон. Это необходимо, чтобы рассеивать тепло, вырабатываемое МОП-транзисторами.

Изначально я использовал вентиляторы, но чтобы справиться с этой мощностью, я установил небольшие водяные насосы, благодаря которым вода циркулирует через алюминиевые теплоотводы. Пока вода чистая, трубки не проводят ток. У меня также установлены тонкие слюдяные пластины под МОП-транзисторами, чтобы гарантировать отсутствие проводимости через стоки.

Шаг 2: Схема инвертора

Это схема для инвертора. Схема на самом деле не такая сложная. Инвертированный и неинвертированный драйвер повышает или понижает напряжение 15В, чтобы настроить переменный сигнал в трансформаторе (GDT). Этот трансформатор изолирует чипы от мосфетов. Диод на выходе мосфета действует для ограничения пиков, а резистор минимизирует колебания.

Конденсатор C1 поглощает любые проявления постоянного тока. В идеале, вам нужны самые быстрые перепады напряжения на цепи, так как они уменьшают нагрев. Резистор замедляет их, что кажется нелогичным. Однако если сигнал не угасает, вы получаете перегрузки и колебания, которые разрушают мосфеты. Больше информации можно получить из схемы демпфера.

Диоды D3 и D4 помогают защитить МОП-транзисторы от обратных токов. C1 и C2 обеспечивают незамкнутые линии для проходящего тока во время переключения. T2 — это трансформатор тока, благодаря которому драйвер, о котором мы поговорим далее, получает обратный сигнал от тока на выходе.

Шаг 3: Драйвер

Эта схема действительно большая. Вообще, вы можете прочитать про простой маломощный инвертор. Если вам нужна большая мощность, вам нужен соответствующий драйвер. Этот драйвер будет останавливаться на резонансной частоте самостоятельно. После того, как ваш металл расплавится, он останется заблокированным на правильной частоте без необходимости какой-либо регулировки.

Если вы когда-либо строили простой индукционный нагреватель с чипом PLL, вы, вероятно, помните процесс настройки частоты, чтобы металл нагревался. Вы наблюдали за движением волны на осциллографе и корректировали частоту синхронизации, чтобы поддерживать эту идеальную точку. Больше не придется этого делать.

В этой схеме используется микропроцессор Arduino для отслеживания разности фаз между напряжением инвертора и емкостью конденсатора. Используя эту фазу, он вычисляет правильную частоту с использованием алгоритма «C».

Я проведу вас по цепи:

Сигнал емкости конденсатора находится слева от LM6172. Это высокоскоростной инвертор, который преобразует сигнал в красивую, чистую квадратную волну. Затем этот сигнал изолируется с помощью оптического изолятора FOD3180. Эти изоляторы являются ключевыми!

Далее сигнал поступает в PLL через вход PCAin. Он сравнивается с сигналом на PCBin, который управляет инвертором через VCOout. Ардуино тщательно контролирует тактовую частоту PLL, используя 1024-битный импульсно-модулированный сигнал. Двухступенчатый RC-фильтр преобразует сигнал PWM в простое аналоговое напряжение, которое входит в VCOin.

Как Ардуино знает, что делать? Магия? Догадки? Нет. Он получает информацию о разности фаз PCA и PCB от PC1out. R10 и R11 ограничивают напряжение в пределах 5 напряжений для Ардуино, а двухступенчатый RC-фильтр очищает сигнал от любого шума. Нам нужны сильные и чистые сигналы, потому что мы не хотим платить больше денег за дорогие мосфеты после того, как они взорвутся от шумных входов.

Шаг 4: Передохнём

Это был большой массив информации. Вы можете спросить себя, нужна ли вам такая причудливая схема? Зависит от вас. Если вы хотите автонастройку, тогда ответ будет «да». Если вы хотите настраивать частоту вручную, тогда ответ будет отрицательным. Вы можете создать очень простой драйвер всего лишь с таймером NE555 и использовать осциллограф. Можно немного усовершенствовать его, добавив PLL (петля фаза-ноль)

Тем не менее, давайте продолжим.

Шаг 5: LC-контур

К этой части есть несколько подходов. Если вам нужен мощный нагреватель, вам понадобится конденсаторный массив для управления током и напряжением.

Во-первых, вам нужно определить, какую рабочую частоту вы будете использовать. Более высокие частоты имеют больший скин-эффект (меньшее проникновение) и хороши для небольших объектов. Более низкие частоты лучше для больших объектов и имеют большее проникновение. Более высокие частоты имеют большие потери при переключении, но через бак пройдет меньше тока. Я выбрал частоту около 70 кГц и дошел до 66 кГц.

Мой конденсаторный массив имеет ёмкость 4,4 мкФ и может выдерживать более 300А. Моя катушка около 1мкГн. Также я использую импульсные пленочные конденсаторы. Они представляют собой осевой провод из самовосстанавливающегося металлизированного полипропилена и имеют высокое напряжение, высокий ток и высокую частоту (0.22 мкФ, 3000В). Номер модели 224PPA302KS.

Я использовал две медные шины, в которых просверлил соответствующие отверстия с каждой стороны. Паяльником я припаял конденсаторы к этим отверстиям. Затем я прикрепил медные трубки с каждой стороны для водного охлаждения.

Не берите дешевые конденсаторы. Они будут ломаться, и вы заплатите больше денег, чем если бы вы сразу купили хорошие.

Шаг 6: Сборка трансформатора

Один из вопросов, который мне часто задавали: «Как ты делаешь такую изогнутую катушку?» Ответ — песок. Песок будет препятствовать разрушению трубки во время процесса изгиба.

Возьмите медную трубку от холодильника 9мм и заполните ее чистым песком. Перед тем, как сделать это, закройте один конец какой-нибудь лентой, а также закройте другой после заполнения песком. Вкопайте трубу соответствующего диаметра в землю. Отмерьте длину трубки для вашей катушки и начните медленно наматывать её на трубу. Как только вы сделаете один виток, остальные будет сделать несложно. Продолжайте наматывать трубку, пока не получите количество желаемых витков (обычно 4-6). Второй конец нужно выровнять с первым. Это упростит подключение к конденсатору.

Теперь снимите колпачки и возьмите воздушный компрессор, чтобы выдуть песок. Желательно делать это на улице.

Обратите внимание, что медная трубка также служит для водного охлаждения. Эта вода циркулирует через емкостный конденсатор и через рабочую катушку. Рабочая катушка генерирует много тепла от тока. Даже если вы используете керамическую изоляцию внутри катушки (чтобы удерживать тепло), вы по-прежнему будете иметь чрезвычайно высокие температуры в рабочем пространстве, нагревающие катушку. Я начну работу с большим ведром ледяной воды и через некоторое время она станет горячей. Советую заготовить очень много льда.

Шаг 8: Обзор проекта

Выше представлен обзор проекта на 3 кВт. Он имеет простой PLL-драйвер, инвертор, соединительный трансформатор и бак.

Видео демонстрирует 12кВт индукционный горн в работе. Основное различие заключается в том, что он имеет управляемый микропроцессором драйвер, более крупные МОП-транзисторы и теплоотводы. Блок 3кВт работает от 120В переменного тока; блок 12 кВт использует 240В.

Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.

Индукционный нагреватель для плавки и закалки металла своими руками

Схема ZVC драйвера

Стандартный вариант генератора

Усиленный вариант схемы

Но видно мне войти в их число не судьба.

Были куплены все необходимые детали — новые полевые транзисторы, новые фаст диоды и стабилитроны. Всё перед пайкой было испытано на транзистор-тестере, в том числе для определения правильной цоколёвки.

Была собрана шикарная катушка из чистой меди диаметром 5 мм. Но работать сей девайс упорно отказывался.

Добыча искомых и установка также оказалась безрезультативной — индукционный нагреватель металлов как не работал раньше, так и не собирался работать дальше. Подключение различных вариантов катушек совместно с конденсаторами разной емкости картину не изменили — «открывает рыба рот, но не слышно что поёт», то есть транзисторы открываются, ток тянут, а генерации не происходит.

На что тут грешить — даже не знаю. Может конденсаторы не те, может транзисторы. В любом случае факт остается фактом: промышленная плата заработала, а самодельная нет. Так что кто хочет — может смело кинуть в меня куском канифоли, другие — посочувствовать, третьи сами попробовать собрать этот индукционник и написать в комментариях о результатах.

Индуктор. Индуктор нагревательный. | мтомд.инфо

Индуктор нагревательный (лат. inductor, от induce — ввожу, нахожу, побуждаю) — электромагнитное устройство, предназначенное для индукционного нагрева. Индуктор нагревательный состоит из двух основных частей — индуктирующего провода, с помощью которого создаётся переменное магнитное поле, и токоподводов для подключения индуктирующего провода к источнику электрической энергии. Проводящее электрический ток тело, помещенное в магнитное переменное поле, нагревается вследствие теплового действия вихревых токов, наводимых в участках изделия, непосредственно охватываемых индуктирующим проводом.

Индукционная нагревательная установка
Индукционная печь. Схема индукционной печи.

В основном все типы нагревательных индукторов могут быть разделены на два вида: одновременного и непрерывно-последовательного нагрева. В первом случае площадь индуктирующего провода примерно равна площади нагреваемой поверхности, что позволяет одновременно нагревать все её участки. При втором способе нагреваемое изделие перемещают относительно индуктирующего провода, последовательно нагревая участки поверхности изделия.

Существуют нагревательные индукторы для поверхностного нагрева и закалки различных изделий (деталей), для сквозного нагрева кузнечных заготовок, нагрева листового материала, для плавки металлов и др., различающиеся конструктивным выполнением, частотой питающего электрического тока, материалом магнитопровода индуктирующей системы и пр.

Поверхностная закалка стали. Закалка ТВЧ. Закалка стали ТВЧ. Установка для закалки ТВЧ. Закалка токами высокой частоты.

На рис. 1 показан индуктор нагревательный для нагрева под закалку простых цилиндрических деталей способом одновременного нагрева. Чтобы избежать перегрева и расплавления индуктирующего провода, его выполняют массивным. Такие нагревательные индукторы питают током с частотой 10 кгц. На поверхности индуктирующего провода расположены отверстия для подачи на нагретую деталь закалочной воды после выключения электрического тока. Таким образом одновременно охлаждается и сам индуктор нагревательный.

Рисунок 1 — Индуктор для закалки цилиндрических деталей способом одновременного нагрева

1 — воронки для выравнивания давления закалочной воды в камере 2; 3 — индуктирующий провод с отверстиями для выхода закалочной воды; 4 — трубопровод водяного охлаждения

Простейшим многовитковым нагревательным индуктором, предназначенным для закалки внутренних поверхностей деталей, является соленоид. Соленоидными нагревательными индукторами нагревают внутренние цилиндрические поверхности диаметром 50 мм и более. При диаметрах отверстий меньше 30 мм используют петлевые нагревательные индукторы с магнитопроводом (рис. 2), а для нагрева внутренних цилиндрических поверхностей диаметром меньше 15 мм — стержневые нагревательные индукторы в виде трубки, диаметр которой на несколько мм меньше диаметра обрабатываемого отверстия. Трубка по отношению к отверстию располагается коаксиально. Для сквозного нагрева кузнечных заготовок применяют нагревательные индукторы, изготавливаемые из трубки, которая при большой длине разделяется на несколько секций с отдельным охлаждением.

Рисунок 2 — Петлевой индуктор для закалки внутренних цилиндрических поверхностей способом одновременного нагрева при вращении закаливаемой детали

а — конструкция с отдельными камерами для охлаждения индуктора и выхода закалочной воды; б — конструкция без постоянного охлаждения

1 — магнитопровод; 2 — индуктирующий провод; 3 — трубопровод водяного охлаждения

Плоские поверхности изделий нагревают для закалки индуктором нагревательным с индуктирующим проводом в виде плоских спиралей или зигзагов (для малых нагреваемых площадей) либо непрерывно-последовательным способом нагрева с перемещением нагреваемой детали над индуктирующим проводом (рис. 3). Существуют секционированные нагревательные индукторы с отдельными подводами электрического тока к каждой секции; включая или выключая в определённом порядке секции, можно закаливать (нагревать) поверхности переменной ширины и требуемой формы. Нагрев торцевых поверхностей производится индуктором нагревательным зигзагообразной формы; для равномерного нагрева поверхности деталь вращают.

Рисунок 3 — Индуктор для закалки плоской поверхности непрерывно-последовательным способом

1 — индуктирующий провод; 2 — магнитопровод; 3 — душевое устройство для подачи закалочной воды; 4 — трубопровод водяного охлаждения

Листовой материал и ленты наиболее эффективно нагреваются в поперечном магнитном поле (рис. 4), при этом толщина листа должна быть меньше глубины проникновения тока (обычно на частотах от 10 до 70 кгц). Нагрев и закалку зубьев шестерни производят в петлевом индукторе нагревательном, охватывающем зуб с двух сторон. Чтобы закалить (см. Закалка стали) впадину между зубьями, индуктирующий провод располагают вдоль окружности шестерни, устанавливая против впадин магнитопроводы, входящие при рабочем положении внутрь впадин.

Индукционная нагревательная установка
Индукционная печь. Схема индукционной печи.

Рисунок 4 — Схема индукторов для нагрева листового материала в поперечном магнитном поле

а — при размещении индуктирующего провода с одной стороны нагреваемого листа; б — при размещении индуктирующего провода с обеих сторон нагреваемого листа

1 — индуктирующий провод; 2 — магнитопровод; 3 — ярмо магнитопровода

Что такое индуктор? — Простое и легкое руководство по индуктору

Я получил несколько писем с вопросом «Что такое индуктор?». И я понял, что это действительно хороший вопрос. Потому что это какой-то странный компонент.

Катушка индуктивности — это просто катушка с проволокой.

Сделать его невероятно просто — достаточно сделать несколько петель из проволоки. Но поскольку провода создают магнитные поля, вы скоро увидите, что они могут делать кое-что интересное.

Индуктор в цепи

Если вы изучаете электронику, первый важный вопрос: что делает катушка индуктивности в цепи?

Катушка индуктивности будет сопротивляться изменениям тока.

В схеме ниже у вас есть светодиод и резистор, соединенные последовательно с индуктором. И есть переключатель для включения и выключения питания.

Без индуктора это была бы обычная светодиодная цепь, и светодиод включился бы сразу же, когда вы щелкаете выключателем.

Но индуктор — это компонент, который сопротивляется изменениям тока.

Когда переключатель выключен, ток не течет. Когда вы включаете выключатель, начинает течь ток.Это означает, что существует изменение тока, которому индуктор будет сопротивляться.

Таким образом, вместо того, чтобы ток сразу пошел от нуля до максимума, он будет постепенно увеличиваться до максимального значения.

(Максимальный ток для этой цепи устанавливается резистором и светодиодом.)

Поскольку сила тока определяет интенсивность света светодиода, индуктор заставляет светодиод постепенно загораться, а не мгновенно.

Примечание: Вам понадобится очень большая катушка индуктивности, чтобы можно было видеть, как светодиоды гаснут в приведенной выше схеме.Это не то, для чего вы бы использовали индуктор. Но используйте это как мысленный образ того, что индуктор делает в цепи.

Что происходит при отключении индуктора?

Катушка индуктивности также препятствует мгновенному отключению тока. Ток не просто перестанет течь в катушке индуктивности в одно мгновение.

Таким образом, когда вы выключаете питание, индуктор будет пытаться продолжить прохождение тока.

Это достигается за счет быстрого увеличения напряжения на его выводах.

На самом деле он настолько увеличивается, что вы можете получить небольшую искру на контактах вашего переключателя!

Эта искра позволяет току продолжать течь (через воздух!) В течение доли секунды, пока магнитное поле вокруг индуктора не разрушится.

Вот почему диод обычно помещают в обратном направлении через катушку реле или двигателя постоянного тока. Таким образом, индуктор может разряжаться через диод вместо того, чтобы создавать в цепи высокое напряжение и искры.

БЕСПЛАТНО Бонус: Загрузите базовые электронные компоненты [PDF] — мини-книгу с примерами, которая научит вас, как работают основные компоненты электроники.

Как работают индукторы

Любой провод, по которому протекает ток, окружено небольшим магнитным полем.

Когда вы наматываете провод в катушку, поле становится сильнее.

Если вы намотаете провод на магнитопровод, например, из стали или железа, вы получите еще более сильное магнитное поле.

Так создается электромагнит.

Магнитное поле вокруг индуктора зависит от силы тока. Итак, когда меняется ток, меняется магнитное поле.

Когда магнитное поле изменяется, на выводах индуктора создается напряжение, которое препятствует этому изменению.

Для чего можно использовать индукторы?

В типичных схемах для начинающих не так уж часто можно увидеть дискретные индукторы. Так что, если вы только начинаете, вы, вероятно, еще не встретите их.

Но они очень распространены в блоках питания. Например, для создания понижающего или повышающего преобразователя. И они распространены в радиосхемах для создания генераторов и фильтров.

Но гораздо чаще вы встретите электромагниты. И они в основном индукторы. Вы найдете их почти во всем, что движется от электричества. Например, реле, двигатели, соленоиды, динамики и многое другое.

А трансформатор — это, по сути, две катушки индуктивности, намотанные на один и тот же сердечник.

Если вы хотите узнать, как работают другие электронные компоненты, перейдите к основным компонентам в электронике.

Цепи индуктивности переменного тока

| Реактивное сопротивление и импеданс — индуктивный

Резисторы и катушки индуктивности

Катушки индуктивности ведут себя иначе, чем резисторы. В то время как резисторы просто препятствуют прохождению тока через них (снижая напряжение, прямо пропорциональное току), индукторы противодействуют изменениям тока через них, понижая напряжение, прямо пропорциональное скорости изменения тока .

В соответствии с законом Ленца , это индуцированное напряжение всегда имеет такую полярность, чтобы поддерживать ток на его текущем значении. То есть, если ток увеличивается по величине, индуцированное напряжение будет «противодействовать» току; если ток уменьшается, полярность изменится на противоположную и «подтолкнет» ток, чтобы противодействовать уменьшению.

Это противодействие изменению тока называется реактивным сопротивлением , а не сопротивлением. Выражаясь математически, соотношение между падением напряжения на катушке индуктивности и скоростью изменения тока через катушку индуктивности выглядит следующим образом:

Переменный ток в простой индуктивной цепи

Выражение di / dt — это выражение из расчетов, означающее скорость изменения мгновенного тока (i) во времени в амперах в секунду.

Индуктивность (L) измеряется в Генри, а мгновенное напряжение (е), конечно, выражается в вольтах. Иногда вы можете встретить скорость мгновенного напряжения, выраженную как «v» вместо «e» (v = L di / dt), но это означает то же самое.

Чтобы показать, что происходит с переменным током, давайте проанализируем простую цепь индуктивности:

Чистая индуктивная цепь: ток индуктора отстает от напряжения индуктора на 90 °.

Если бы мы изобразили ток и напряжение для этой очень простой схемы, это выглядело бы примерно так:

Чистая индуктивная цепь, формы сигналов.

Помните, что падение напряжения на катушке индуктивности является реакцией на изменение тока через нее.

Следовательно, мгновенное напряжение равно нулю всякий раз, когда мгновенный ток находится на пике (нулевое изменение или наклон уровня на синусоидальной волне тока), а мгновенное напряжение находится на пике везде, где мгновенный ток имеет максимальное изменение (точки крутизны на текущей волне, где она пересекает нулевую линию).

Это приводит к появлению волны напряжения, сдвинутой по фазе на 90 ° по фазе с волной тока. Глядя на график, кажется, что волна напряжения имеет «фору» по сравнению с волной тока; напряжение «опережает» ток, а ток «отстает» от напряжения.

Ток отстает от напряжения на 90 ° в чисто индуктивной цепи.

Все становится еще интереснее, когда мы строим график мощности для этой схемы:

В чисто индуктивной цепи мгновенная мощность может быть положительной или отрицательной.

Поскольку мгновенная мощность является произведением мгновенного напряжения и мгновенного тока (p = ie), мощность равна нулю, когда мгновенный ток или напряжение равно нулю. Если мгновенный ток и напряжение положительные (над линией), мощность положительная.

Как и в примере с резистором, мощность также положительна, когда мгновенные ток и напряжение отрицательны (ниже линии).

Однако, поскольку волны тока и напряжения сдвинуты по фазе на 90 °, бывают моменты, когда одна положительная, а другая отрицательная, что приводит к одинаково частым случаям отрицательной мгновенной мощности .

Что такое отрицательная сила?

Но что означает отрицательная мощность ? Это означает, что катушка индуктивности возвращает мощность в цепь, в то время как положительная мощность означает, что она поглощает мощность из цепи.

Поскольку положительные и отрицательные циклы мощности равны по величине и продолжительности во времени, индуктор возвращает обратно в цепь столько же мощности, сколько потребляет в течение полного цикла.

В практическом смысле это означает, что реактивное сопротивление катушки индуктивности рассеивает нулевую полезную энергию, в отличие от сопротивления резистора, который рассеивает энергию в виде тепла.Имейте в виду, это только для идеальных катушек индуктивности, у которых нет сопротивления провода.

Реактивное сопротивление в зависимости от сопротивления

Противодействие катушки индуктивности изменению тока означает противодействие переменному току в целом, который по определению всегда изменяется по мгновенной величине и направлению.

Это сопротивление переменному току аналогично сопротивлению, но отличается тем, что оно всегда приводит к сдвигу фаз между током и напряжением и рассеивает нулевую мощность.Из-за различий он имеет другое название: реактивное сопротивление . Реактивность по переменному току выражается в омах, как и сопротивление, за исключением того, что его математический символ — X вместо R.

Чтобы быть конкретным, реактивное сопротивление, связанное с катушкой индуктивности, обычно обозначается заглавной буквой X с буквой L в качестве нижнего индекса, например: X _L.

Так как напряжение на катушках индуктивности падает пропорционально скорости изменения тока, они будут снижать большее напряжение при более быстром изменении тока и меньшее напряжение при более медленном изменении тока.Это означает, что реактивное сопротивление в Ом для любой катушки индуктивности прямо пропорционально частоте переменного тока. Точная формула для определения реактивного сопротивления выглядит следующим образом:

Если мы подвергнем индуктор 10 мГн воздействию частот 60, 120 и 2500 Гц, он проявит реактивные сопротивления, указанные в таблице ниже.

Реактивное сопротивление индуктора 10 мГн:

Частота (Герцы)	Реактивное сопротивление (Ом)
60	3.7699
120	7,5398
2500	157.0796

В уравнении реактивного сопротивления термин «2πf» (все в правой части, кроме L) имеет особое значение. Это количество радианов в секунду, на которое «вращается» переменный ток, если вы представите себе один цикл переменного тока, представляющий вращение полного круга.

радиан — это единица измерения угла: в одном полном круге 2π радиана, точно так же, как в полном круге 360 °.Если генератор переменного тока является двухполюсным, он будет производить один цикл на каждый полный оборот вала, что составляет каждые 2π радиан или 360 °.

Если эту константу 2π умножить на частоту в герцах (циклов в секунду), результатом будет число в радианах в секунду, известное как угловая скорость системы переменного тока.

Угловая скорость в системах переменного тока

Угловая скорость может быть представлена выражением 2πf или ее собственным символом, строчной греческой буквой омега, которая похожа на нашу строчную римскую букву «w»: ω.Таким образом, формула реактивного сопротивления X _L = 2πfL также может быть записана как X _L = ωL.

Следует понимать, что эта «угловая скорость» является выражением того, насколько быстро колеблются колебания переменного тока, полный цикл равен 2π радиан. Это не обязательно отражает фактическую скорость вала генератора переменного тока.

Если генератор имеет более двух полюсов, угловая скорость будет кратной скорости вала. По этой причине ω иногда выражается в единицах электрических радиан в секунду, а не в (простых) радианах в секунду, чтобы отличить его от механического движения.

Как бы мы ни выразили угловую скорость системы, очевидно, что она прямо пропорциональна реактивному сопротивлению в катушке индуктивности. По мере увеличения частоты (или скорости вала генератора переменного тока) в системе переменного тока катушка индуктивности будет оказывать большее сопротивление прохождению тока, и наоборот.

Переменный ток в простой индуктивной цепи равен напряжению (в вольтах), деленному на индуктивное реактивное сопротивление (в омах), точно так же, как переменный или постоянный ток в простой резистивной цепи равен напряжению (в вольтах), деленному на сопротивление (в Ом).Пример схемы показан здесь:

Индуктивное сопротивление

Фазовые углы

Однако нужно иметь в виду, что здесь напряжение и ток не совпадают по фазе. Как было показано ранее, напряжение имеет фазовый сдвиг + 90 ° по отношению к току. Если мы представим эти фазовые углы напряжения и тока математически в виде комплексных чисел, мы обнаружим, что сопротивление катушки индуктивности току также имеет фазовый угол:

Ток в катушке индуктивности отстает от напряжения на 90 °.

Математически мы говорим, что фазовый угол сопротивления катушки индуктивности току равен 90 °, что означает, что сопротивление катушки индуктивности току является положительной мнимой величиной. Этот фазовый угол реактивного противодействия току становится критически важным при анализе цепей, особенно для сложных цепей переменного тока, где реактивное сопротивление и сопротивление взаимодействуют.

Будет полезно представить любое сопротивление компонента току в терминах комплексных чисел, а не скалярных величин сопротивления и реактивного сопротивления.

ОБЗОР:

Индуктивное реактивное сопротивление — это противодействие, которое индуктор предлагает переменному току из-за сдвинутого по фазе накопления и высвобождения энергии в его магнитном поле. Реактивное сопротивление обозначается заглавной буквой «X» и измеряется в омах, как и сопротивление (R).
Индуктивное реактивное сопротивление можно рассчитать по следующей формуле: X _L = 2πfL
Угловая скорость цепи переменного тока — это еще один способ выразить ее частоту в единицах электрических радиан в секунду вместо циклов в секунду.Его символизирует строчная греческая буква «омега» или ω.
Индуктивное реактивное сопротивление увеличивается на с увеличением частоты. Другими словами, чем выше частота, тем сильнее он противодействует потоку электронов переменного тока.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Что такое схемы индуктивности? | Универсальный класс

Ключевые термины

o Индуктор

o Индуктивность

o Генри

Цели

o Примените принципы магнетизма, чтобы понять функцию катушек индуктивности

o Изучить поведение простых цепей, содержащих катушки индуктивности

Обратите внимание: не пытайтесь воспроизвести схемы, иллюстрации или инструкции из этой статьи в реальной жизни.Это может привести к поражению электрическим током, травме или смерти. Эти примеры предназначены только для теоретического обсуждения, а не для фактического / физического использования.

Другим важным устройством в электрических цепях является индуктор, который в некоторых отношениях похож на конденсаторы, но сильно отличается в других. Катушки индуктивности важны для цепей связи, а также для трансформаторов — это лишь пара примеров. Опираясь на концепции магнетизма, мы рассмотрим, как индукторы работают в цепях.

Катушки индуктивности

Проволочная петля создает магнитное поле, когда через нее протекает ток, и ток может индуцироваться в ней, когда магнитное поле через петлю изменяется (увеличивается или уменьшается).Теперь представьте, что мы берем кусок провода и наматываем его, как катушку с ниткой: это, по сути, индуктор . Обратите внимание, что индуктор по-прежнему является проводящим путем — он не имеет сопротивления (если предположить, что он сделан из идеального проводника), и ток может течь через него, в отличие от конденсатора. Поскольку индуктор имеет несколько контуров, он создает большее магнитное поле для данного тока, чем одиночный контур.

Катушка индуктивности похожа на конденсатор в том, что она накапливает энергию — в этом случае индуктор накапливает энергию в виде магнитного поля (а не за счет накопления заряда в случае конденсатора, который эффективно накапливает энергию в виде электрическая сила или поле).Давайте посмотрим, как это работает с точки зрения электрической цепи. Во-первых, обратите внимание, что мы будем использовать следующий символ для обозначения индуктора:

Точно так же, как конденсатор измеряется его емкостью, индуктивность измеряется его индуктивностью , , которая имеет единицы генри, (представлен символом H — мы не будем углубляться в то, что такое генри, но достаточно это означает, что это уровень магнитного поля, создаваемого катушкой индуктивности на ампер тока).Теперь мы рассмотрим схему с катушкой индуктивности (обозначенной цифрой L ) и резистором, включенным последовательно с источником напряжения.

Запуск путем включения выключателя S ₁; как обычно, это позволит току течь. Но индуктор будет реагировать, эффективно преобразовывая кинетическую энергию тока в магнитную энергию. В результате вместо тока «мгновенно» становится (вспомните закон Ома), он будет медленно увеличиваться до , поскольку индуктор «крадет» энергию для хранения в магнитном поле.(Вспомните, как ток через петлю «противостоит» обратному току из-за изменяющегося магнитного поля.) В это время некоторая часть общего падения напряжения В будет на катушке индуктивности: сначала она будет полностью на катушке индуктивности, но это будет меняться по мере увеличения тока и все больше и больше общего падения напряжения приходится на резистор. Наконец, все падение напряжения будет на R, , и катушка индуктивности будет фактически проводом (помните, что это не что иное, как свернутый в спираль проводящий провод), но все равно будет иметь магнитное поле, сила которого связана с индуктивность л .

Теперь давайте одновременно закроем S ₂ и откроем S ₁. Обычно, поскольку катушка индуктивности представляет собой просто свернутый в спираль провод, мы ожидаем, что ток просто перестанет течь немедленно, потому что источник питания был отключен от цепи. Но помните, что индуктор отбирал энергию движения у заряда и сохранял ее в магнитном поле. Поскольку источник питания больше не поддерживает этот ток, магнитное поле будет распадаться, возвращая свою энергию в кинетическую энергию заряда — другими словами, оно будет подавать ток в цепь до тех пор, пока магнитное поле не «истощится», и в этот момент нет больше тока будет течь.

В этом смысле катушка индуктивности похожа на конденсатор в том, что в ней накапливается энергия, которую он может высвободить, как если бы он был источником питания, хотя напряжение питания которого со временем уменьшается. К сожалению, физические концепции, связанные с индукторами и магнетизмом, очень сложны, поэтому мы представили только «ручное» обсуждение того, как работают индукторы. Тем не менее, этот несколько упрощенный взгляд на индукторы и магнетизм будет служить нашим целям.

Практическая задача : Переключатель S замкнут на долгое время, а затем разомкнулся.Что случится?

Решение : Эта проблема требует от нас применения ряда понятий, которые мы уже изучили. Во-первых, обратите внимание, что, поскольку переключатель S был замкнут в течение длительного времени, катушка индуктивности полностью «заряжена» (т.е. для тока , протекающего через R ₂, индуктор окружен своим максимальным магнитным полем). Когда переключатель S разомкнут, происходит несколько вещей.

Во-первых, источник питания больше не подает ток на резисторы, но индуктор высвобождает накопленную энергию магнитного поля в виде кинетической энергии заряда (тока).Так же, как он «украл» ток для создания магнитного поля при подключении источника питания, он «вернет» этот ток в цепь в том же направлении.

Этот ток будет уменьшаться по мере затухания магнитного поля, в конечном итоге достигая нуля, когда вся накопленная энергия будет израсходована. Точно так же падение напряжения на резисторах одновременно упадет до нуля. Обратите внимание, что, хотя индуктор работает по другому механизму, он во многом похож на конденсатор в том, что он накапливает энергию, которая позже может быть высвобождена.

Что такое индуктор? — ES Components

Индуктор , также называемый катушкой , дросселем или реактором , представляет собой пассивный двухконтактный электрический компонент, который накапливает энергию в магнитном поле, когда через него протекает электрический ток. Индуктор обычно состоит из изолированного провода, намотанного в катушку вокруг сердечника.

Когда ток, протекающий через катушку индуктивности, изменяется, изменяющееся во времени магнитное поле индуцирует электродвижущую силу ( эл.м.ф. ) (напряжение) в проводнике, описываемое законом индукции Фарадея. Согласно закону Ленца, индуцированное напряжение имеет полярность (направление), которая противодействует изменению тока, который его создал. В результате катушки индуктивности препятствуют любым изменениям тока через них.

Катушка индуктивности характеризуется своей индуктивностью, которая представляет собой отношение напряжения к скорости изменения тока. В Международной системе единиц (СИ) единицей индуктивности является генри (Н), названный в честь американского ученого 19 века Джозефа Генри.При измерении магнитных цепей он эквивалентен Веберу / Амперу. Индукторы имеют значения, которые обычно находятся в диапазоне от 1 мкГн (10-6 Гн) до 20 Гн. Многие индукторы имеют магнитный сердечник из железа или феррита внутри катушки, который служит для увеличения магнитного поля и, следовательно, индуктивности. Наряду с конденсаторами и резисторами, индукторы являются одним из трех пассивных элементов линейной цепи, составляющих электронные схемы. Индукторы широко используются в электронном оборудовании переменного тока (AC), особенно в радиооборудовании.Они используются для блокировки переменного тока, позволяя проходить постоянному току; индукторы, предназначенные для этой цели, называются дросселями. Они также используются в электронных фильтрах для разделения сигналов разных частот и в сочетании с конденсаторами для создания настроенных схем, используемых для настройки радио- и телевизионных приемников.

Катушки индуктивности широко используются в аналоговых схемах и обработке сигналов. Применения варьируются от использования больших катушек индуктивности в источниках питания, которые в сочетании с фильтрующими конденсаторами устраняют пульсации, кратные частоте сети (или частоте переключения для импульсных источников питания) на выходе постоянного тока, до небольшой индуктивности ферритовой бусины или торца, установленных вокруг кабеля, чтобы предотвратить передачу радиочастотных помех по проводу.Индукторы используются в качестве накопителя энергии во многих импульсных источниках питания для выработки постоянного тока. Катушка индуктивности подает энергию в схему для поддержания протекания тока в периоды выключения и позволяет создавать топографии, в которых выходное напряжение выше входного.

Источник: Википедия

Работа и способы использования в практических схемах — Gadgetronicx

Индуктор

— это пассивный компонент в электронике, который считается самым важным после резисторов и конденсаторов.Говоря об индукторах, это не что иное, как проволока, плотно намотанная на сердечник. Это руководство написано, чтобы дать хорошее представление о работе индукторов и их использовании в практических схемах. В этом руководстве рассматриваются три важных вопроса, которые могут возникнуть у энтузиастов об индукторах.

Что такое индуктор? — 3 минуты
Как работает индуктор? — 5 минут
Как использовать их в схемах? — 7 минут

К концу этого урока вы получите хорошее представление о работе индукторов.Также вы сможете распознать использование индукторов в любых цепях, которые вы увидите. Вы можете ознакомиться с нашими руководствами по другим компонентам

ЧТО ТАКОЕ ИНДУКТОР

Как уже говорилось, индуктор — это не что иное, как изолированный провод, плотно намотанный на сердечник. Этот сердечник может быть из ферромагнитного материала или пластмассы или, в некоторых случаях, полый (воздушный). Это основано на принципе «Магнитный поток возникает вокруг проводника с током» . Если вы знаете о конденсаторах, вы должны знать, что конденсатор накапливает энергию, накапливая на своих пластинах одинаковые и противоположные заряды.Точно так же индуктор накапливает энергию в виде магнитного поля, развивающегося вокруг него. Катушки индуктивности по-разному реагируют на переменный и постоянный ток. Но прежде чем углубиться в «Работу индукторов». Посмотрим на его конструкцию и характеристики.

КОНСТРУКЦИЯ ИНДУКТОРА:

Индуктор

довольно просто собрать из всех других компонентов, используемых в электронике. Вот руководство по созданию простого индуктора. Все, что требуется, — это изолированный провод и материал сердечника, чтобы намотать катушку.Сердечник — это не что иное, как материал, на который намотана проволока, как показано на диаграмме выше. Существуют различные типы индукторов в зависимости от материала сердечника, из которого они изготовлены. Некоторые из распространенных материалов сердечника — это железо, ферромагниты и т. Д. Помимо типов материала сердечника, он бывает разных размеров и форм: циклиндрический, стержневой, торроидный и листовой. В отличие от этого есть также индукторы, у которых нет физических ядер. Они известны как индукторы с полым сердечником или воздушным сердечником. Ядро играет важную роль в изменении индуктивности индуктора.

КАК РАБОТАЕТ ИНДУКТОР

Начнем с констатации того факта, что «Магнитный поток будет развиваться через проводник с током». Точно так же, когда ток подается через индуктор, вокруг него создается магнитный поток. Другими словами, энергия, приложенная к индуктору, сохраняется в виде магнитного потока. Направление развиваемого магнитного потока будет противоположным направлению потока тока. Поэтому индукторы сопротивляются резкому изменению тока, протекающего через них.Эта способность индуктора называется индуктивностью, и каждый индуктор будет иметь некоторую индуктивность. Это обозначается символом L и измеряется в Генри.

Индуктивность индуктора зависит от формы катушки, количества витков обмотки на сердечнике, площади сердечника и коэффициента проницаемости материала сердечника. Индуктивность индуктора равна

L = мкН ² А / л

L — Индуктивность катушки

μ — Проницаемость материала сердечника

A — Площадь змеевика в квадратных метрах

N — Количество витков в катушке

л — Средняя длина змеевика в метрах

ИНДУКТОРЫ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА:

Как было сказано ранее, индуктор действует иначе, чем переменный ток, по сравнению с источником сигнала постоянного тока.Когда сигнал переменного тока подается на индуктор, он создает магнитное поле, которое изменяется во времени, потому что ток, создающий поле, сам изменяется во времени. Это явление согласно закону Фарадея вызывает самоиндуцированное напряжение на индукторе. Это самоиндуцированное напряжение обозначается V _L. Фактически, напряжение, возникающее на катушке индуктивности, действует в направлении, противоположном направлению тока, сопротивляющегося им. Это напряжение на индукторе определяется формулой

В _L = L di / dt

VL — Напряжение самоиндукции

di / dt — Изменение тока относительно времени

Если 1 ампер тока по отношению к одной секунде, когда он протекает через один индуктор Генри, разовьется на 1 В.Теперь вы видите, как ток, протекающий через катушку индуктивности, влияет на развиваемое на ней напряжение. Это возникающее напряжение действует противоположно току, протекающему через индуктор.

V-I ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНДУКТОРА:

Давайте лучше поймем вышеупомянутые концепции, обратившись к характеристической кривой индуктивности. Когда положительный цикл сигнала переменного тока проходит через индуктор, ток увеличивается. Мы знаем, что Inductor ненавидит изменения тока, поэтому он вырабатывает индуцированное напряжение, которое действует против тока, вызывающего его.На графике выше при 0 ° вы можете увидеть, что индуцированное напряжение будет максимальным, когда ток начнет расти. Как только ток достигает максимума, индуцированное напряжение становится отрицательным, чтобы предотвратить уменьшение тока.

Этот цикл повторяется, и из приведенного выше графика мы можем видеть, что индуцированное напряжение, возникающее в индукторе, будет действовать против изменяющегося тока, протекающего через него. А здесь напряжение и ток сдвинуты по фазе на 90 °. Таким образом, с сигналом переменного тока индуктор накапливает и высвобождает энергию в виде магнитного поля в непрерывном цикле.

ИНДУКТОР В ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА:

Теперь у нас есть представление о том, как индуктор работает с источником сигнала переменного тока. Давайте посмотрим, как он реагирует при использовании с источником сигнала постоянного тока. Напомним, формула наведенного напряжения на индукторе равна

В _L = L di / dt

При использовании источника сигнала постоянного тока изменение тока во времени будет равно нулю, в результате чего индуцированное напряжение на индукторе будет равно нулю. Проще говоря, в цепях постоянного тока индуктор ведет себя как простой простой провод с некоторым сопротивлением, вызванным его проводом.Но это еще не все, когда в практических схемах используется индуктор с источником сигнала постоянного тока. В практических схемах будет короткий период времени, необходимый току для достижения максимального значения от нуля. В этот момент на индукторе будет индуцированное напряжение, которое будет отрицательным максимумом, когда ток начнет двигаться от нуля до максимального значения. Как только ток достигает стабильного состояния постоянного тока, индуцированное напряжение резко падает до нуля и обнуляется. Этот короткий промежуток индуцированного напряжения будет проявляться как всплеск напряжения на индукторе при использовании с источником сигнала постоянного тока.

ИНДУКТИВНАЯ РЕАКТИВНОСТЬ:

Еще одна важная вещь, которую нужно знать об индукторах, — это реактивность. Это резистивное свойство, проявляемое такими компонентами, как конденсатор и индуктор для сигнала переменного тока. Реактивное сопротивление, отображаемое индуктором, называется индуктивным реактивным сопротивлением и выражается формулой

X _L = 2πFL

Из уравнения вы можете вывести, что реактивное сопротивление увеличивается с частотой сигнала переменного тока, помните, что индуктор ненавидит изменение тока, поэтому он демонстрирует большее реактивное сопротивление к высокочастотным сигналам.Тогда как, когда частота близка к нулю или сигнал постоянного тока проходит через реактивное сопротивление становится равным нулю, действуя как проводник для прохождения входного сигнала.

ПРИМЕНЕНИЕ ИНДУКТОРА

Теперь мы прошли немного скучную и расплывчатую рабочую часть индуктора. Давайте узнаем, как использовать индукторы в схемах. Для этого давайте взглянем на его приложения. Применение индуктора — самая захватывающая часть этого руководства. В этом разделе обсуждаются наиболее важные приложения / схемы, в которых используется индуктор.Если вы где-нибудь найдете индуктор в цепи, велика вероятность, что он подпадает под одно из следующих применений индукторов.

ОСЦИЛЛЯТОРЫ / НАСТРОЕННЫЕ ЦЕПИ:

Это схемы, которые используются в радиопередатчиках, приемниках, генераторах и приложениях, где важен выбор частоты. Здесь индуктор работает вместе с конденсатором. Если вы знаете о работе конденсатора, вы знаете, что он демонстрирует высокое реактивное сопротивление к низкочастотным сигналам, тогда как индуктор предлагает высокое реактивное сопротивление к высокочастотным сигналам.В этой схеме значение индуктора и конденсатора должно быть выбрано таким образом, чтобы обеспечить равное реактивное сопротивление на заданной входной частоте. Это состояние называется разумной частотой, а соответствующая частота называется разумной частотой. В Reasonance эта схема способна генерировать сигналы соответствующей частоты, чтобы действовать как осциллятор или принимать сигналы этой частоты из сложного сигнала.

Когда конденсатор в этой цепи заряжается, он накапливает заряды между пластинами.После отключения питания ток от конденсатора проходит через индуктор, в результате чего вокруг него создается магнитное поле. К этому времени заряд, хранящийся в конденсаторе, будет исчерпан, и ток перестанет течь к индуктору. Как мы знаем, индуктор любит постоянный ток, и в результате он будет пытаться поддерживать постоянный ток, сжимая свое магнитное поле и позволяя току течь обратно к конденсатору. Конденсатор снова будет полностью заряжен. Заряд течет вперед и назад между конденсатором и индуктором, что приводит к генерации сигнала фиксированной разумной частоты.

Причина определяется по формуле f ₀ = 1 / 2π√ (LC)

ОГРАНИЧИТЕЛЬ ПУСКОВОГО ТОКА:

Пусковые токи, также известные как импульсный ток или входной импульсный ток, в значительной степени способны разрушать цепи. Это мгновенные токи, потребляемые нагрузкой или электрическим устройством при их включении. Поразительно, что этот пусковой ток может быть в 40-50 раз выше, чем ток в установившемся режиме, и потенциально способен разрушать устройства.Пусковой ток обычно возникает из-за мгновенного высокого тока, необходимого для работы конденсаторов большой емкости, трансформаторов, которые должны быть защищены от попадания в оборудование.

Индуктор — широко распространенный способ предотвращения повреждения цепи пусковым током. Когда цепь включена, течет мгновенный сильный ток, который изменяется во времени. Индуктор противодействует этому изменению тока, создавая вокруг себя магнитное поле, которое создает самоиндуцированное напряжение, которое противодействует этому высокому току от источника питания.Спустя какое-то время, когда ток возвращается в установившееся состояние, магнитное поле схлопывается и высвобождает накопленную энергию в цепь в виде тока. Как только ток станет постоянным, индуктор больше не будет противодействовать ему и предлагает свободный путь току, протекающему через него.

ФИЛЬТРЫ:

Это особый тип цепей, используемых для фильтрации или устранения сигналов нежелательной частоты, которые позволяют сигналам проходить только в желаемых пределах. Используя индуктор вместе с пассивными компонентами, такими как резистор и конденсатор, мы можем создать три различных типа фильтров, которые могут служить нашей цели фильтрации сигнала.

ФИЛЬТР НИЗКОГО ПРОХОДА:

Как следует из названия, этот фильтр используется в схемах, где вам необходимо отфильтровать сигналы с частотой выше, чем частота среза из входящего сигнала. Термин частота среза относится к пределу частоты, установленному значением компонентов, используемых в этом фильтре. Итак, здесь значение индуктора и резистора определяет частоту среза. Этот фильтр разрешает сигнал, частота которого ниже этого предела среза и выше этого предела, будет блокироваться этим фильтром.

В этом фильтре происходит то, что когда входящий сигнал имеет высокую частоту, реактивное сопротивление индуктора будет очень высоким. Реактивное сопротивление определяется значением индуктивности и частотой, как мы видели в формуле X _L = 2πFL. Катушка индуктивности вместе с резистором образует делитель напряжения, где при более высокой частоте реактивное сопротивление (сопротивление) индуктора будет выше. Более высокое реактивное сопротивление позволяет индуктору эффективно ослаблять сигналы, и поэтому на выходе будет нулевое напряжение или близкое к нулю.

Частота среза этого фильтра нижних частот может быть рассчитана с использованием f _c = R / 2πL

ФИЛЬТР ВЫСОКОГО ПРОХОДА:

Здесь в этом фильтре верхних частот поменяны местами индуктор и резистор. Этот фильтр пропускает только высокочастотные сигналы, в отличие от фильтра нижних частот. Здесь разрешены сигналы с частотой выше частоты среза. А сигналы с частотой ниже этой будут ослабляться / блокироваться. Когда сигнал низкой частоты проходит через цепь, реактивное сопротивление индуктора будет очень низким по сравнению с сопротивлением резистора, поэтому падение напряжения на резисторе будет очень высоким, а выходной сигнал будет нулевым или близким к нулю.

Когда через цепь проходит высокочастотный сигнал, индуктор демонстрирует высокое реактивное сопротивление по сравнению с резистором R1. Следовательно, резистор обеспечивает очень меньшее ослабление входящих сигналов, благодаря чему высокочастотные сигналы достигают выхода с очень меньшим или нулевым ослаблением. Таким образом пропускается высокочастотный сигнал, а низкочастотный сигнал блокируется.

Частоту среза этого фильтра можно рассчитать, используя f _c = R / 2πL

ПОЛОСНЫЙ ПРОХОДНОЙ ФИЛЬТР:

В этом фильтре через них может проходить только полоса частот, и все, что находится за пределами этой частоты, будет отклонено.В отличие от фильтра низких и высоких частот, полосовой фильтр имеет две частоты среза. Будет разрешено проходить только верхнюю и нижнюю частоту среза и сигнал частоты между этими частотами.

Работа этого фильтра в основном зависит от параллельно соединенных индуктора и конденсатора. Это контур резервуара, как мы видели ранее в настроенном контуре. Если вы помните, что вы видели в разделе «Настроенная схема», резонансная частота — это частота, при которой реактивное сопротивление индуктора и конденсатора на входящий сигнал будет одинаковым.Реактивное сопротивление, определяемое парой индуктивности и конденсатора, будет высоким по сравнению с сопротивлением резистора, когда входящий сигнал близок к разумной частоте или около нее. Следовательно, полоса частот, близкая к разумной, будет проходить через фильтр. Частоты вне этого диапазона будут заблокированы.

УСИЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ:

Бустеры напряжения — это схемы, которые используются для повышения входящего напряжения до определенного уровня. Он показывает более высокое выходное напряжение, чем входное.Катушки индуктивности являются наиболее важным элементом в схемах повышения напряжения из-за их способности создавать самоиндуцированную ЭДС при протекании через них тока переменного тока. Выше показана типичная схема усилителя, в которой на индуктор подается постоянный ток. С другой стороны, к нему подключен полевой МОП-транзистор. MOSFET будет включаться и выключаться с постоянными интервалами от источника сигнала.

Когда MOSFET включен, ток течет от источника питания к индуктору, а затем проходит через MOSFET.Это создает магнитный поток, а также самоиндуцированное напряжение на индукторе. Когда MOSFET выключен с помощью источника сигнала, это приводит к уменьшению протекания тока. Индуктор теперь будет пытаться поддерживать постоянный ток. В результате самоиндуцированное напряжение переключает полярность, заставляя его действовать как напряжение, последовательно подключенное к источнику питания G1.

Это комбинированное напряжение (напряжение от источника питания G1 и самоиндуцированное напряжение на L1) будет пропускать ток через диод и заряжать конденсатор до этого уровня напряжения.Когда полевой МОП-транзистор включается и выключается достаточно быстро, конденсатор будет сохранять это напряжение и показывать этот уровень напряжения на выходе. Таким образом, используя такие схемы, вы получите повышенное напряжение на выходе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИНДУКТОРОВ:

Индуктор — это пассивный элемент, что означает, что он не может генерировать энергию самостоятельно.
Противодействует изменениям тока, протекающего через него.
Индуктор предлагает путь с низким сопротивлением при подаче на него сигнала постоянного тока.
При подаче сигнала переменного тока вокруг индуктора формируется магнитное поле, в результате чего возникает самоиндуцированное напряжение, которое противодействует изменению тока, протекающего через него.
В отличие от конденсатора, индуктор обеспечивает высокую реактивность на высокочастотные сигналы и низкую реактивность на низкочастотные сигналы.
Важное применение катушек индуктивности — в радиопередатчиках, приемниках, источниках питания, фильтрах сигналов и т. Д.

Это в основном об индукторах и их применении в практических схемах.Мы предлагаем вам дважды прочитать это руководство по работе с индукторами и по применению, чтобы получить четкое представление об индукторах. Этот учебник, должно быть, помог вам определить цель использования индуктора в любых схемах в будущем. Есть также другие приложения Inductor, которые мы не рассмотрели в этом руководстве, но мы рассмотрим их в другом руководстве, которое будет опубликовано в ближайшие дни.

На нашем веб-сайте вы можете найти учебные пособия по другим электронным компонентам. В будущем мы будем публиковать больше электронных руководств.Подпишитесь на нашу рассылку новостей и следите за нами через каналы социальных сетей, чтобы получать регулярные обновления с нашего веб-сайта. Если у вас есть какие-либо сомнения, которые нуждаются в разъяснении или дополнительном объяснении, оставьте свои вопросы в поле для комментариев ниже. Или, если вы считаете, что мы упустили что-то важное в этом уроке, дайте нам знать, мы добавим их.

Что такое индуктор? | Койлкрафт

Индукторы, катушки и дроссели

Катушка индуктивности — это пассивный электрический компонент, который противодействует резким изменениям тока.Индукторы также известны как катушки или дроссели. Электрический символ индуктора — L.

Для чего используется индуктор?

Катушки индуктивности замедляют скачки или скачки тока, временно сохраняя энергию в электромагнитном поле, а затем возвращая ее в цепь.

Индуктор с воздушным или керамическим сердечником Индуктор с ферритовым или железным сердечником

Как индукторы прикреплены к печатным платам?

Катушки индуктивности

для поверхностного монтажа (SM) помещаются на верхнюю часть печатной платы (PCB) на контактные площадки с паяльной пастой, а затем паяются оплавлением.Индукторы со сквозными отверстиями (TH) устанавливаются на верхнюю часть печатной платы, а выводы проходят через отверстия в плате, а затем припаяны волной на задней стороне.

В каких приложениях используются индукторы?

Катушки индуктивности в основном используются в электрических и электронных устройствах для следующих основных целей:

Подавление, блокировка, ослабление или фильтрация / сглаживание высокочастотного шума в электрических цепях
Хранение и передача энергии в преобразователях мощности (dc-dc или ac-dc)
Создание настроенных генераторов или LC (индуктор / конденсатор) «резервуарных» цепей
Согласование импеданса

Что такое дроссель?

Катушка индуктивности, размещенная последовательно (в линию) с проводником, например, проводом или дорожкой печатной платы, блокирует или препятствует изменениям тока и действует как фильтр нижних частот.Поскольку катушки индуктивности ограничивают или блокируют изменения тока, их также называют «дросселями». Например, широкополосный (широкополосный) дроссель смещения в соответствии со смещением постоянного тока усилителя блокирует широкий диапазон высоких частот, позволяя при этом пропускать постоянный ток. Таким образом, дроссель смещения изолирует смещение постоянного тока от радиочастотного сигнала к усилителю.

Федеральная комиссия по связи (FCC) разработала стандарты и сертифицирует электронные устройства, продаваемые или производимые в США, на соответствие требованиям к электромагнитным помехам (EMI).Всемирные организации по стандартизации электромагнитной совместимости (EMC) включают CISPR, IEC, ISO и EN. Нормы FCC являются обязательными и применяются к таким устройствам, как компьютеры, импульсные источники питания, телевизионные приемники, передатчики, а также промышленные, научные и медицинские (ISM) устройства, излучающие радиочастотное излучение. Катушки индуктивности используются в электрических цепях для уменьшения электромагнитных помех за счет ослабления высокочастотного шума, чтобы соответствовать требованиям к электромагнитной совместимости и помехоустойчивости.

Время нарастания тока с индуктором 1 мкГн при 10 В пост. Тока
и 10 Ом нагрузка менее 10 мкс Время нарастания тока с индуктором 10 мкГн на 10 В постоянного тока
и 10 Ом нагрузка больше 40 мкс Рисунок 1

Как я могу улучшить эффективность фильтрации в цепи?

Обычно высокие значения индуктивности необходимы для фильтрации низкочастотного шума, и наоборот: более низкие значения индуктивности используются для фильтрации высокочастотного шума.Высокие значения индуктивности эффективно замедляют время нарастания тока переходных процессов, таких как замыкание переключателя. Графики в Рис. 1 демонстрируют, как индуктор 10 мкГн «сглаживает» время нарастания больше, чем индуктор 1 мкГн.

Катушки индуктивности также можно комбинировать с конденсаторами для создания еще более эффективных LC-фильтров. Существует несколько возможных вариантов настройки LC-фильтра, каждая из которых предполагает компромисс между равномерностью затухания и частотным поведением и резкостью спада фильтра.

В этом эталонном проектном документе Coilcraft представлены эталонные конструкции фильтров Баттерворта 3-го порядка и эллиптических ЖК-фильтров 7-го порядка, в которых используются стандартные индукторы для достижения частот среза в диапазоне от 0,3 до 3000 МГц.

Хотя использование высоких значений индуктивности или создание LC-фильтров улучшает фильтрацию, для этого требуется больше места на плате. Поскольку для фильтрации более высоких частот можно использовать более низкие значения индуктивности, переключение на работу на более высокой частоте может позволить использовать катушки индуктивности меньшего размера.

Как индукторы используются в преобразователях мощности?

В импульсных источниках питания индукторы используются для хранения энергии и передачи энергии выходной нагрузке или конденсатору. Индукторы в преобразователях мощности служат для фильтрации «пульсаций» тока на выходе. Высокие значения индуктивности приводят к более низкому току пульсаций, что повышает эффективность и снижает электромагнитные помехи. См. Рисунок 2.

Как индукторы используются в настроенных схемах?

Настроенные схемы используются для передачи или приема сигналов радио- или СВЧ-диапазона.Катушки индуктивности можно комбинировать с конденсаторами для создания настроенных LC-контуров, таких как генераторы.

Преобразователь DC-DC с низким пульсирующим током и индуктивностью 7,5 мкГн Преобразователь постоянного тока с низким уровнем пульсаций и индуктивностью 75 мкГн Рисунок 2

Как добротность влияет на полосу пропускания контуров LC?

Q-фактор (Q) — это мера диссипативной характеристики катушки индуктивности. Индукторы с высокой добротностью имеют низкое рассеивание и используются для создания тонко настроенных узкополосных схем. Катушки индуктивности с низкой добротностью имеют более высокое рассеивание, что приводит к широкополосным характеристикам.

Что такое собственная резонансная частота индуктора?

Настоящие катушки индуктивности имеют межвитковую емкость обмотки, которая действует как элемент параллельной цепи. Саморезонансная частота (SRF) катушки индуктивности — это частота, на которой индуктивное реактивное сопротивление равно по величине емкостному реактивному сопротивлению обмоток. В SRF индуктивный и емкостной фазовые углы компенсируются, и полное сопротивление фактически является чисто резистивным. Величина импеданса увеличивается с увеличением частоты до собственной резонансной частоты (SRF), где импеданс катушки индуктивности достигает максимального значения.На частотах выше SRF сопротивление уменьшается с увеличением частоты.

Импеданс (Z) — это характеристика электрических компонентов, которая включает комбинацию вектора сопротивления и фазы. Сопротивление имеет свойство рассеивания: энергия используется, а не восстанавливается. Фаза — это задержка между приложенным напряжением на компоненте и током, протекающим через него, чаще всего выражается как угол в градусах (°) или радианах. И сопротивление переменному току, и фаза катушек индуктивности меняются в зависимости от частоты.

Как используются индукторы для согласования импеданса?

Согласование импеданса обычно включает в себя согласование импеданса источника питания с импедансом электрической нагрузки. Максимальная мощность передается от источника к нагрузке, когда полное сопротивление нагрузки согласуется с сопротивлением источника, что повышает эффективность схемы. Если нагрузка является емкостной по сравнению с источником, можно использовать катушки индуктивности для противодействия емкости нагрузки и, таким образом, согласования импеданса.

Какие типы индукторов производит компания Coilcraft?

Coilcraft разрабатывает и производит стандартные индукторы различных размеров и конструкций для удовлетворения разнообразных требований к фильтрации, настройке и согласованию импеданса.

Примечания к приложению

Лекция 25

Лекция 25 Резюме

Закон Фарадея
Закон Ленца
Индуцированные электрические поля

Собственная индуктивность

Катушки индуктивности

Энергия и индуктивность
Плотность магнитной энергии

Практика:
Попробуйте эти дополнительные примеры

Подготовиться:
Прочитать разделы с 32-1 по 32-3 учебника перед следующей лекцией

POP4 23.30
Каков магнитный поток через каждый виток 500-витковой катушки, когда ЭДС 24 мВ индуцируется ток 4,0 А, который изменяется со скоростью 10 А / с?
A. 96,0 нТл · м ²
В. 19,2 мкм Т · м ²
С. 500 µ Т · м ²
D. 47,5 мТл · м ²
Ответ

POP5 23.37a
Аккумулятор 12,0 В включен в последовательную цепь, содержащую резистор 10,0 Ом. и 2.00-H индуктор. В каком временном интервале ток достигнет 50,0% от своего окончательного значение после включения переключателя?
A. 3.47 µ с
B. 288 µ с
C. 9,85 мс
D. 0.139 с
Ответ

PSE6 32.20
На рисунке ε = 12,0 В, постоянная времени составляет 500 µ с и I _max = 200 мА. Что такое L ?
A. 500 µ H
Б.2,75 мГн
C. 30,0 мГн
D. 1.20 H

Ответ

POP5 23,48
Сколько энергии хранится в сверхпроводящем соленоиде диаметром 6,20 см и длиной 26,0 см, когда он производит магнитное поле 4,50 Тл?
A. 8.06 MJ
Б. 522 кДж
C. 6,32 кДж
D. 1.77 J
Ответ

Knight2 stt 34,6
Потенциал в точке (a) выше, чем потенциал в точке (b). Какое из следующих утверждений о токе индуктора I может быть верным?
А. I — от (a) до (b) и устойчивый.
B. I — от (a) до (b) и увеличивается.
C. I изменяется от (a) до (b) и уменьшается.
D. I — от (b) до (a) и устойчивый.
E. I — от (b) до (a) и увеличивается.
F. I изменяется от (b) до (a) и уменьшается.
Ответ

Walker5e EYU 23,8
Рассмотрим схему, показанную ниже. Ток, подаваемый батареей сразу после включения переключателя, равен _____ току, который он обеспечивает долгое время после включения переключателя.
A. больше
Б. менее
C. равно
Ответ

B. 19,2 µ T · м ²

D. 0,139 с

C. 30,0 мГн

C. 6,32 кДж

C. I изменяется от (a) до (b) и уменьшается.
В этом случае наведенная ЭДС пытается поддерживать ток вправо (от a до b), потому что ток уменьшается.Обратная ЭДС всегда противодействует изменению магнитного потока через катушку индуктивности, что означает, что она всегда противодействует изменению тока через катушку индуктивности.
E. I — от (b) до (a) и увеличивается.
В этом случае наведенная ЭДС пытается бороться с нарастающим током влево (от b до a). Обратная ЭДС всегда противодействует изменению магнитного потока через катушку индуктивности, что означает, что она всегда противодействует изменению тока через катушку индуктивности.

Б.меньше, чем
Из-за противо-ЭДС сначала через катушку индуктивности не протекает ток. Следовательно, индуктор действует как разомкнутая цепь, и ток, подаваемый батареей, составляет I ₀ = & Escr; / R (весь ток течет через левый резистор). По прошествии длительного времени ток больше не меняется, и обратная ЭДС в катушке индуктивности равна нулю.