Схема китайского индукционного нагревателя: Обзор индукционного нагревателя — ЭЛЕКТРОНИКА — Обзоры

Как сделать простой индукционный нагреватель

Индукционный нагреватель – это устройство, которое работает используя магнитные свойства металлов. Сделать его своими руками очень просто. Устройство будет полезно не только для изучения основ электротехники, но и в практических целях, например, для закалки деталей. После небольшой доработки можно использовать для сборки домашнего отеплителя.

Необходимые детали

Для сборки индукционного нагревателя нам потребуется:

• медная проволока диаметром 1-1,5 мм;
  
• 2 полевых транзистора IRF44N с радиаторами;
  
• набор конденсаторов, общей емкостью 2-2,5 мкф;
  
• по 2 резистора сопротивлениями 10 Ком и 470 Ом.

К деталям не предъявляется строгих требований. Вместо указанных можно использовать любые N-канальные полевики с аналогичной цоколевкой и ток не менее 10 А. Мощность рассеивания входных резисторов R3 и R4– 2 Вт, с разбросом по сопротивлению 100 – 620 Ом.
Схема индукционного нагревателя представлена ниже.

Процесс сборки индукционного нагревателя

Схема довольно проста, поэтому будем собирать ее навесным монтажом. Все элементы впоследствии закрепим на небольшом деревянном бруске.
Подготовим детали. Если под рукой не окажется резисторов нужных номиналов, можно соединить два последовательно.
Помните! При последовательном соединении резисторов, их мощность остается неизменной. Если вы заменяете R3 или R4 несколькими резисторами, убедитесь, что все детали имеют требуемую мощность рассеивания.

Изготовим индуктор. На гладкий стальной стержень диметром 70 мм, намотаем 3 витка медного провода, оставив с концов прямые отрезки под выводы. Нужно сделать две такие катушки.

Спаяем вместе два вывода катушек, которые образуют общую точку.

Для изготовления катушки индуктивности L1 нужен стержень тоньше, диаметром 20-25 мм. Намотаем 10 витков провода. Для удобства монтажа сделаем так, чтобы выводы были расположены в противоположных направлениях.

Установим транзисторы на радиаторы, смазав внутреннюю часть корпуса термопастой.

Соберем конденсаторную батарею необходимой емкости, соединив их параллельно. В качестве проводников используем такой же медный провод, которым проводили намотку индуктора.
Отформуем выводы транзисторов: крайнюю левую ножку аккуратно изогнем влево, крайнюю правую – вперед.

Соединим центральные выводы транзисторов с конденсаторной батареей.

Соединим исток первого транзистора (крайний правый вывод) с истоком второго перемычкой. Оставим небольшой отрезок провода для дальнейшего монтажа.

Подпаяем резисторы согласно схеме.

С другой стороны конденсаторной батареи устанавливаем индуктор, средний вывод которого соединяем с катушкой индуктивности.

Установим клеммник питания. «Плюсовой» провод пойдет на свободный конец катушки индуктивности, «минус» соединяем с перемычкой между правыми ножками транзисторов.

Устройство готово к работе. Если поместить в катушку индуктора металлический предмет, он быстро нагреется. Сама же катушка нагреваться не будет.

Смотрите видео

Индукционный нагреватель металла

Индукционный нагреватель позволяет нагреть металл вплоть до красноты, даже не прикасаясь к нему. Основой такого нагревателя является катушка, в которой создаётся поле высокой частоты, которое и действует на помещённый внутрь металлический объект. В металле наводится ток высокой плотности, который заставляет металл нагреваться. Таким образом, для создания индукционного нагревателя понадобится схема, генерирующая высокочастотные колебания и сама катушка.

Схема

Выше представлена схема универсального ZVS-драйвера, основой которого являются мощные полевые транзисторы. Лучше всего применить IRFP260, рассчитанные на ток более 40 А, но если достать такие не удаётся, можно применить IRFP250, они так же подходят для этой схемы. D1 и D2 – стабилитроны, можно применить любые, на напряжение от 12 до 16 вольт. D3 и D4, ультрабыстрые диоды, можно применить, например, SF18 или UF4007. Резисторы R3 и R4 желательно взять мощностью 3-5 ватт, иначе возможен их нагрев. L1 – катушка индуктивности, можно брать в пределах 10-200 мкГн. Она должна быть намотана достаточно толстым медным проводом, иначе не избежать её нагрева. Изготовить её самим очень просто – достаточно намотать 20-30 витков провода сечением 0,7-1 мм на любом ферритовом колечке. Особое внимание стоит уделить конденсатору С1 – он должен быть рассчитан на напряжение минимум 250 вольт. Ёмкость может варьироваться от 0,250 до 1 мкФ. Через этот конденсатор будет протекать большой ток, поэтому он должен быть массивным, иначе не избежать его нагрева. L2 и L3 – это та самая катушка, внутрь которой помещается нагреваемый предмет. Она представляет собой 6-10 витков толстого медного провода на оправке диаметром 2-3 сантиметра. На катушке необходимо сделать отвод от середины и подключить его к катушке L1.

Сборка схемы нагревателя

Схема собирается на кусочке текстолита размерами 60х40 мм. Рисунок печатной платы полностью готов к печати и отзеркаливать его не нужно. Плата выполняется методом ЛУТ, ниже представлены несколько фотографий процесса.


После сверления отверстий плату обязательно нужно залудить толстым слоем припоя для лучшей проводимости дорожек, ведь через них будут протекать большие токи. Как обычно, сначала запаиваются мелкие детали, диоды, стабилитроны и резисторы на 10 кОм. Мощные резисторы на 470 Ом для экономии места устанавливаются на плату стоя. Для подключения проводов питания можно использовать клеммник, место под него на плате предусмотрено. После запаивания всех деталей нужно смыть остатки флюса и проверить соседние дорожки на замыкание.

Изготовление индукционной катушки

Катушка представляет собой 6-10 витков толстого медного провода на оправке диаметром 2-3 сантиметра, оправка обязательно должна быть диэлектрической. Если провод хорошо держит форму, можно и вовсе обойтись без неё. Я использовал обычный провод 1,5 мм и намотал его на отрезок пластиковой трубы. Для скрепления витков хорошо подходит изолента.

От середины катушки делается отвод, можно просто снять изоляцию с провода и подпаять туда третий провод, как я и сделал. Все провода должны иметь большое сечение, чтобы избежать лишних потерь.

Первый запуск и испытания нагревателя

Напряжение питания схемы лежит в пределах 12-35 вольт. Чем больше напряжение, тем сильнее нагревается металлический объект. Но вместе с этим и возрастает тепловыделение на транзисторах – если при питании 12 вольт они почти не нагреваются, то при 30-ти вольтах им уже может потребоваться радиатор с активным охлаждением. Следует так же следить за конденсатором С1 – если он ощутимо нагревается, значит следует взять более высоковольтный, или собрать батарею из нескольких конденсаторов. При первом запуске понадобится амперметр, включенный в разрыв одного из питающих проводов. На холостом ходу, т.е. при отсутствии металлического объекта внутри катушки, схема потребляет около 0,5 ампер. Если ток в норме, можно помещать металлический объект внутрь катушки и смотреть, как он нагревается буквально на глазах. Удачной сборки.

Самодельный индукционный нагреватель своими руками: схема и устройство

Принцип индукционного нагрева пришел в наш быт относительно недавно и сразу завоевал большую популярность. Причина – бесконечный поиск человеком недорогих и экономичных источников тепла для обогрева своего жилища. Многие даже решились попробовать сделать индукционный нагреватель своими руками с целью присоединить его к системе отопления частного дома. Попытаемся разобраться, что из этого получилось и оправдывают ли себя затраченные усилия и время.

Схема индукционного нагревателя

Благодаря открытию М. Фарадеем в 1831 году явления электромагнитной индукции в нашей современной жизни появилось множество устройств, нагревающих воду и другие среды.

Мы каждый день пользуемся электрочайником с дисковым нагревателем, мультиваркой, индукционной варочной панелью, поскольку реализовать это открытие для быта удалось только в наше время. Ранее оно использовалось в металлургической и других отраслях металлообрабатывающей промышленности.

Заводской индукционный котел использует в своей работе принцип воздействия вихревых токов на металлический сердечник, помещенный внутрь катушки. Вихревые токи Фуко имеют поверхностную природу, поэтому есть смысл задействовать в качестве сердечника полую металлическую трубу, сквозь которую протекает нагреваемый теплоноситель.

Принцип действия индукционного нагревателя

Возникновение токов обусловлено подачей на обмотку переменного электрического напряжения, вызывающего появление переменного электромагнитного поля, меняющего потенциалы 50 раз в секунду при обычной промышленной частоте 50 Гц. При этом индукционная катушка выполнена таким образом, чтобы ее можно было подключить к сети переменного тока напрямую.

В промышленности для такого нагрева используют токи высокой частоты – до 1 МГц, поэтому добиться работы устройства при частоте 50 Гц достаточно непросто.

Толщина медной проволоки и количество витков обмотки, которую используют индукционные нагреватели воды, рассчитано отдельно для каждого агрегата по специальной методике под требуемую тепловую мощность. Изделие должно работать эффективно, быстро нагревать протекающую по трубе воду и при этом не перегреваться. Предприятия вкладывают немалые средства в разработку и внедрение подобных продуктов, поэтому все задачи решены успешно, а показатель КПД нагревателя составляет 98%.

Помимо высокой эффективности особо привлекает скорость, с которой происходит нагрев протекающей через сердечник среды. На рисунке представлена схема работы индукционного нагревателя, сделанного в заводских условиях. Такая схема применена в агрегатах известной торговой марки «ВИН», выпускаемых Ижевским заводом.

Схема работы нагревателя

Долговечность работы теплогенератора зависит только от герметичности корпуса и целостности изоляции витков провода, а это получается достаточно большой период, производители декларируют – до 30 лет. За все эти достоинства, которыми в действительности обладают данные аппараты, надо выложить немалые деньги, индукционный нагреватель воды – самый дорогой из всех видов отопительных электроустановок. По этой причине некоторые умельцы взялись за изготовление самодельного прибора с целью задействовать его в отоплении дома.

Самодельные индукционные котлы

Самая простая схема устройства, которую собирают, состоит из отрезка пластиковой трубы, в полость которую закладываются различные металлические элементы с целью создать сердечник. Это может быть тонкая нержавеющая проволока, скатанная шариками, нарубленная мелкими кусочками проволока – катанка диаметром 6—8 мм или даже сверло диаметром, соответствующим внутреннему размеру трубы. Снаружи к ней приклеиваются палочки из стеклотекстолита, а на них наматывается провод толщиной 1.5—1.7 мм в стеклоизоляции. Длина провода – порядка 11 м. Технологию изготовления можно изучить, просмотрев видео:

Затем самодельный индукционный нагреватель испытали, заполнив его водой и подключив к индукционной варочной панели заводского изготовления ORION мощностью 2 кВт вместо штатного индуктора. Результаты испытаний показаны на следующем видео:

Другие мастера рекомендуют в качестве источника принять сварочный инвертор небольшой мощности, подключив клеммы вторичной обмотки к выводам катушки. Если внимательно изучить проделанную автором работу, то напрашиваются выводы:

• Автор хорошо потрудился и его изделие, несомненно, работает.
• Никаких расчетов по толщине провода, числу и диаметру витков катушки не производилось. Параметры обмотки были приняты по аналогии с варочной панелью, соответственно, индукционный водонагреватель получится мощностью не выше 2 кВт.
• В лучшем случае самодельный агрегат сможет нагревать воду для двух радиаторов отопления по 1 кВт каждый, этого хватит на обогрев одной комнаты. В худшем случае нагрев будет слабым или вообще пропадет, ведь испытания проводились без протока теплоносителя.

Более точные выводы сделать трудно из-за недостатка информации о дальнейших испытаниях прибора. Другой способ, как самостоятельно организовать индукционный нагрев воды для отопления, показан на следующем видео:

Сваренный из нескольких металлических труб радиатор выполняет роль внешнего сердечника для вихревых токов, создаваемых катушкой той же индукционной варочной панели. Выводы следующие:

• Тепловая мощность получившегося отопителя не превышает электрической мощности панели.
• Количество и размер труб были выбраны случайно, но обеспечили достаточную поверхность для передачи тепла, возникающего от вихревых токов.
• Данная схема индукционного нагревателя оказалась успешной для конкретного случая, когда квартира окружена помещениями других отапливаемых квартир. Кроме того, автор не показывал работу установки в холодное время года с фиксацией температуры воздуха в комнатах.

В подтверждение сделанных выводов предлагается просмотреть видео, где автор пытался применить подобный нагреватель в условиях отдельно стоящего утепленного здания:

Заключение

Конструирование и изготовление индукционных котлов – процесс непростой и требующий серьезного подхода. Представленные примеры показывают, что на данный момент пока не удалось создать надежный и работоспособный в каждой системе отопления самодельный агрегат. Экспериментальные модели нельзя предложить домовладельцам, которые хотели бы своими руками изготовить подобный индукционный нагреватель в домашних условиях.

Хорошая статья в тему: Как сделать индукционный нагреватель из сварочного инвертора.

Китайский индукционный нагреватель SJK и VapCap

Вау, после нескольких дней использования этого IH я полностью впечатлен этой штукой. Я нашел оптимальный эффект, когда почти полностью вставил его в чашку. Тем не менее, стержень M, который я использовал, немного нагревался, потому что он находился немного внутри чашки.

Я вытащил новый наконечник и колпачок и вставил их в свою оригинальную водяную палочку DDave и … ОМГ !!! эта вещь настолько прекрасна. Длинная стеклянная палочка позволяет мне полностью вставить наконечник в чашку, и этот щенок делает двойной щелчок примерно за 4 секунды.И поджаренный ужин. И гораздо больше попаданий, чем я получаю от факела. Не знаю почему.

Я на вейп-форуме с кучей итальянцев, и я снял для них видео, и они скупают эти стоматологические обогреватели как сумасшедшие. По-видимому, как мне сказали, бутан в Италии дорогой, поэтому этот индукционный нагреватель для них — новая идея. Не могу поверить, что они никогда об этом не слышали. Dynavap добьется больших успехов, когда выйдет со своим IH. Маленькие чудо-трубки так отстают от заказов. Они абсолютно убивают с помощью факела.

Я выложу видео, которое я сделал для итальянского форума. Это совершенно потрясающе. Для меня это работает лучше, чем фонарик. 50 баксов и уже на пороге через 2 дня. Эта штука вдохнула новую жизнь в мой ВК.

Если у вас есть VC и нет ни одного из этих обогревателей, вы просто не знаете, что вам не хватает.

Теперь мне нужно получить от кого-нибудь красивый стеклянный стержень.

РЕДАКТИРОВАТЬ: Примечание о «новом» наконечнике и колпачке, которые я использовал. Я купил эту насадку Ti в Puff it up несколько месяцев назад.Когда я вытащил его, чтобы протестировать с помощью палочки DDave, я начал волноваться от сообщений о чистке вашего VC перед использованием. Раньше я никогда не чистил свои Vapcaps или другие купленные мной вейпы. Я предположил иное.

Так или иначе, я достал ватный тампон и немного изоцианата и прошелся вокруг наконечника, чашки и через отверстие, избегая резиновых уплотнительных колец. И внутренняя часть кепки.

Q-Tip был безупречным и чистым. Никаких крошечных металлических частиц. Масла нет. Никаких темных вещей. Безупречно.

Просто к сведению, так как он поднимался в других потоках.

Индукционный нагреватель Royer / Mazilli / ZVS

Опубликовано 18 января 2013 г. Обновлено 21 марта 2019 г.

Введение

Драйвер обратного хода Mazilli ZVS хорошо известен в высоковольтном сообществе своей простотой и способностью обеспечивать 20-50 кВ при высоких токах для обратноходового трансформатора.

Примерно полтора года назад Марко из 4hv.org вернул схему, преобразовав ее в простой индукционный нагреватель.

Я построил схему в качестве доказательства концептуальной модели, чтобы показать ее моему отцу, который хотел бы начать кузнец над маленькими ножами.

Чтобы изучить все мои индукционные нагреватели, включая китайский индукционный нагреватель мощностью 1800 Вт, посмотрите мой плейлист на YouTube для всех проектов, связанных с индукционными нагревателями: https://www. youtube.com/watch?v=N1tg3mQL7lQ&list=PLw4xMO1xCMSUOj19zUmFE2-a2lcFBuzX_

Безопасность

ВНИМАНИЕ! Работа с электричеством опасна, вся информация, размещенная на моем сайте, предназначена для образовательных целей, и я не несу ответственности за действия других людей, использующие информацию, найденную на этом сайте.

Прочтите этот документ о безопасности! http://www.pupman.com/safety.htm

Соображения

Используемые полевые МОП-транзисторы должны иметь номинальное напряжение, примерно в 4 раза превышающее напряжение питания, и сопротивление в открытом состоянии ниже 150 мОм. В режиме ZVS переключатели видят напряжение, которое в π раз больше входного напряжения, поэтому 4-кратное значение входного напряжения оставляет некоторое пространство для перестраховки.

Если напряжение питания превышает 40 В постоянного тока, подумайте об использовании резисторов между 470R-800R для ворот.Напряжение питания должно быть минимум 12 В постоянного тока, в этом случае можно использовать затворные резисторы ниже 470R, если напряжение питания падает ниже 10 В постоянного тока, существует риск выхода из строя полевых МОП-транзисторов из-за перегрева из-за работы только в линейной области или короткого замыкания, если он из них перестает переключаться.

Напряжение питания не должно превышать 60 В постоянного тока, так как оно очень близко к 200 В постоянного тока на полевом МОП-транзисторе. Внутренняя конструкция полевых МОП-транзисторов с более высоким номинальным напряжением делает их непригодными для использования в автоколебательной цепи, такой как этот генератор Ройера.

А MMC состоит из 27 конденсаторов, чтобы избежать чрезмерного нагрева одного конденсатора. Конденсаторы все равно будут нагреваться, поскольку между баком и рабочей катушкой протекает большой ток. Чтобы получить хороший результат, необходима большая емкость бака, если используется емкость ниже 4 мкФ, результаты могут быть неутешительными. Настоятельно рекомендуется использовать конденсатор из полипропилена (MKP) или аналогичный, который может выдерживать большие среднеквадратичные токи, может даже потребоваться водяное охлаждение конденсатора.MMC, которую я использую здесь, может выдерживать лишь короткое время работы и даже после этого нагревается.

Рекомендуется, чтобы величина индуктивности составляла от 45 до 200 мкГн, и в зависимости от материала сердечника количество витков сильно варьируется, используйте измеритель LCR для проверки значений.

Обязательно наличие водяного охлаждения рабочего змеевика! Даже при небольших пробегах с умеренной потребляемой мощностью, как те, которые я проводил, рабочая катушка будет повреждена от тепла.

Технические характеристики

Электропитание	35 В постоянного тока, сглаженный 40000 мкФ
ММС	3 мкФ из 9 последовательно включенных конденсаторов 3x 2 275 В переменного тока MKP X2.
Потребляемая мощность	650 Вт.
Лучший результат	Болт M10x20мм между раскаленным докрасна и раскаленным добела болтом

Схема

Строительство

17 января 2013 г.

Мне удалось собрать всю установку из частей, которые я спас от старого оборудования, только полевые МОП-транзисторы были куплены новыми и использовались раньше.

Трансформатор потребляет 230 В переменного тока на выходе из 32 В переменного тока, что соответствует примерно 700 ВА трансформатору, исходя из размера сердечника.2 дает индуктивность примерно 130 мкГн.

Два полевых МОП-транзистора IRFP250N, установленных на каждом, их довольно маленький радиатор, но достаточно большой, чтобы схема могла проработать пару минут и нагреться чуть выше руки. Радиаторы склеены между собой куском акрилового пластика между ними, чтобы обеспечить электрическую изоляцию между двумя радиаторами.

Рабочая катушка состоит из 5 витков медной трубки диаметром 8 мм, что дает примерно 0,477 мкГн. MMC состоит из 9 параллельных цепочек по 3 последовательно соединенных конденсатора Rifa 1 мкФ / 275 В переменного тока MKP X2 на 3 мкФ.Это дает расчетную резонансную частоту примерно 133 кГц.

Измерения во время прогрева болта M10x20 мм при 33 В постоянного тока на входе, 260 В переменного тока при 2,5 А на входе в трансформатор.

Резонансная частота измеряется до 106 кГц. Измеренная частота отличается от расчетной, поскольку обрабатываемая деталь будет влиять на электромагнитные свойства катушек.

На следующем снимке экрана осциллографа:

Желтый: ток инвертора, здесь измеряется до 10 ампер.

Синий: напряжение инвертора, здесь измерено как 100 вольт.

На следующем снимке экрана осциллографа:

Желтый: Ток в резервуаре, здесь измеряется до 200 ампер.

Синий: Напряжение в баке, здесь измерено до 100 В.

Три куска металла нагреваются до уровня, возможного при входном напряжении 35 В постоянного тока.

На первом снимке показан винт M4x10 мм, нагретый докрасна при входной мощности 260 Вт, на втором и третьем снимках показан болт M10x20 мм, нагретый докрасна при входной мощности 650 Вт.

Заключение

Хороший и надежный генератор до тех пор, пока напряжение питания поддерживается в пределах безопасной рабочей зоны для полевых МОП-транзисторов и используется только короткое время работы, если не используются хорошие компоненты и водяное охлаждение рабочей катушки, полевых МОП-транзисторов и конденсаторов.

Дальнейшими улучшениями при использовании в качестве нагревателя / расплавителя могло бы стать более высокое напряжение питания.

Демонстрация

Определение индукционного нагревателя и синонимы индукционного нагревателя (на английском языке)

Из Википедии, свободной энциклопедии

Индукционный нагреватель является ключевым элементом оборудования, используемого во всех формах индукционного нагрева. Обычно индукционный нагреватель работает в диапазоне средних частот (MF) или радиочастоты (RF). ^[1] Три основных компонента составляют основу современного индукционного нагревателя, включая силовой блок (инвертор мощности), рабочую головку (трансформатор) и катушку (индуктор). Индукционный нагрев — это бесконтактный метод нагрева проводящего тела с помощью сильного магнитного поля. Индукционные нагреватели с частотой питания (от сети) 50/60 Гц включают катушку, питаемую непосредственно от источника электроэнергии, как правило, для промышленных применений с меньшей мощностью, где требуются более низкие температуры поверхности.

Компоненты основного оборудования

Индукционный нагреватель обычно состоит из трех элементов.

Блок питания

Часто называют инвертором или генератором. Эта часть системы используется для увеличения частоты сети до 1–400 кГц. Типичная выходная мощность единичной системы составляет от 2 до 500 кВт. ^[2]

Рабочая головка

Она содержит комбинацию конденсаторов и трансформаторов и используется для соединения блока питания с рабочей катушкой. ^[3]

Рабочая катушка

Катушка, также известная как индуктор, используется для передачи энергии от силового блока и рабочей головки к обрабатываемой детали.Сложность индукторов варьируется от простого соленоида с обмоткой, состоящего из нескольких витков медной трубки, намотанной вокруг оправки, до прецизионного элемента, изготовленного из твердой меди, спаянного и спаянного вместе. Поскольку индуктор — это область, в которой происходит нагрев, конструкция катушки является одним из наиболее важных элементов системы и сама по себе является наукой. ^[4]

Определение

Термин «высокочастотная индукция» традиционно используется для описания индукционных генераторов, предназначенных для работы в диапазоне частот от 100 кГц до 10 МГц, однако на практике диапазон частот имеет тенденцию охватывать от 100 до 10 МГц. 200 кГц.Диапазон мощности обычно составляет от 2,5 до 40 кВт. Как правило, индукционные нагреватели в этом диапазоне используются для небольших компонентов и приложений, таких как индукционная закалка клапана двигателя. ^[5]

Термин «индукция МП» традиционно используется для описания индукционных генераторов, предназначенных для работы в диапазоне частот от 1 до 10 кГц. Диапазон мощности обычно составляет от 50 до 500 кВт. Индукционные нагреватели, работающие в этих диапазонах, обычно используются для средних и крупных компонентов и приложений, таких как индукционная ковка вала. ^[1]

История

Основной принцип индукционного нагрева был открыт Майклом Фарадеем еще в 1831 году. Работа Фарадея заключалась в использовании импульсного источника постоянного тока, обеспечиваемого батареей, и двух обмоток из медного провода, намотанных вокруг железное ядро. Было отмечено, что, когда переключатель был замкнут, во вторичной обмотке протекал мгновенный ток, который можно было измерить с помощью гальванометра. Если цепь оставалась под напряжением, ток прекращал течь.При размыкании переключателя ток снова течет во вторичной обмотке, но в обратном направлении. Фарадей пришел к выводу, что, поскольку между двумя обмотками не существует физической связи, ток во вторичной катушке должен быть вызван напряжением, которое было наведено от первой катушки, и что создаваемый ток прямо пропорционален скорости изменения магнитного потока. ^[6]

Первоначально эти принципы применялись при разработке трансформаторов, двигателей и генераторов, где нежелательные эффекты нагрева контролировались за счет использования многослойного сердечника.

В начале 20 века инженеры начали искать способы использовать теплогенерирующие свойства индукции для плавления стали. В этой ранней работе для создания тока средней частоты (СЧ) использовались двигатели-генераторы, но отсутствие подходящих генераторов переменного тока и конденсаторов правильного размера сдерживало первые попытки. Однако к 1927 году первая система индукционной плавки MF была установлена ​​EFCO в Шеффилде, Англия.

Примерно в то же время инженеры Midvale Steel и Ohio Crankshaft Company в Америке пытались использовать эффект нагрева поверхности током MF для локального упрочнения поверхности картера коленчатого вала.Большая часть этой работы проводилась на частотах 1920 и 3000 Гц, так как это были самые простые частоты для получения с помощью имеющегося оборудования. Как и во всех других областях, основанных на технологиях, наступление Второй мировой войны привело к огромным достижениям в использовании индукционного нагрева в производстве деталей автомобилей и боеприпасов. ^[7]

Со временем технология усовершенствовалась, и устройства в частотном диапазоне от 3 до 10 кГц с выходной мощностью до 600 кВт стали обычным явлением в индукционной ковке и крупных приложениях для индукционной закалки.Электродвигатель-генератор оставался опорой производства электроэнергии с использованием сверхвысоких напряжений до появления полупроводников высокого напряжения в конце 1960-х — начале 1970-х годов.

На раннем этапе эволюционного процесса инженерам стало очевидно, что способность производить оборудование с более высоким радиочастотным диапазоном приведет к большей гибкости и откроет целый ряд альтернативных приложений. Были предприняты поиски методов производства этих высокочастотных источников питания для работы в диапазоне от 200 до 400 кГц.

Развитие в этом конкретном диапазоне частот всегда отражало развитие индустрии радиопередатчиков и телевизионного вещания и действительно часто использовало компоненты, разработанные для этой цели.В ранних устройствах использовалась технология искрового разрядника, но из-за ограничений этот подход был быстро заменен использованием генераторов на основе многоэлектродных термоэмиссионных триодов (вентилей). Действительно, многие из пионеров отрасли были также очень вовлечены в радио- и телекоммуникационную промышленность, и такие компании, как Phillips, English Electric и Redifon, были вовлечены в производство оборудования для индукционного нагрева в 1950-х и 1960-х годах.

Использование этой технологии продолжалось до начала 1990-х годов, после чего технология была практически заменена мощным MOSFET и твердотельным оборудованием IGBT.Однако все еще существует много ламповых генераторов, и на экстремальных частотах 5 МГц и выше они часто являются единственным жизнеспособным подходом и все еще производятся. ^[8]

Источник питания на основе вентильного генератора

Благодаря своей гибкости и потенциальному диапазону частот индукционный нагреватель на основе вентильного генератора до недавнего времени широко использовался в промышленности. ^[9] Доступные мощности от 1 кВт до 1 МВт и в диапазоне частот от 100 кГц до многих МГц, этот тип устройства нашел широкое применение в тысячах приложений, включая пайку и пайку, индукционную закалку, сварку труб и индукцию. термоусадочная муфта.Блок состоит из трех основных элементов:

Высоковольтный источник питания постоянного тока

Источник постоянного тока состоит из стандартного повышающего трансформатора с воздушным или водяным охлаждением и высоковольтного выпрямителя, способного генерировать напряжения обычно от 5 и 10 кВ для питания генератора. Устройство должно быть рассчитано на правильный киловольт-ампер (кВА) для подачи необходимого тока на генератор. Ранние выпрямительные системы включали клапанные выпрямители, такие как GXU4 (высокомощный высоковольтный полуволновой выпрямитель), но в конечном итоге они были заменены высоковольтными твердотельными выпрямителями. ^[10]

Самовозбуждающий генератор класса «C»

Схема генератора отвечает за создание электрического тока повышенной частоты, который при приложении к рабочей катушке создает магнитное поле, которое нагревает деталь. Основными элементами схемы являются индуктивность (резервуарная катушка), емкость (резервуарный конденсатор) и вентиль генератора. Основные электрические принципы диктуют, что если напряжение приложено к цепи, содержащей конденсатор и катушку индуктивности, цепь будет колебаться почти так же, как качели, которые были сдвинуты.Используя наше колебание в качестве аналогии, если мы не толкаем снова в нужный момент, колебание постепенно остановится, то же самое и с осциллятором. Назначение клапана — действовать как переключатель, который позволит энергии проходить в генератор в нужное время для поддержания колебаний. Чтобы рассчитать время переключения, небольшое количество энергии возвращается в сетку триода, эффективно блокируя или запуская устройство или позволяя ему работать в нужное время. Это так называемое сеточное смещение может быть получено либо емкостным, либо кондуктивным, либо индуктивным образом в зависимости от того, является ли осциллятор генератором Колпитца, осциллятором Хартли, тиклером Армстронга или генератором Мейснера. ^[11]

Средства управления мощностью

Управление мощностью для системы может быть достигнуто различными способами. Многие современные устройства оснащены тиристорным регулятором мощности, который работает с помощью двухполупериодного привода переменного тока (переменного тока), изменяющего первичное напряжение на входном трансформаторе. Более традиционные методы включают трехфазные вариаторы (автотрансформатор) или моторизованные регуляторы напряжения типа Brentford для управления входным напряжением. Другой очень популярный метод заключался в использовании змеевика резервуара, состоящего из двух частей, с первичной и вторичной обмотками, разделенными воздушным зазором.На регулирование мощности влияло изменение магнитной связи двух катушек путем их физического перемещения относительно друг друга. ^[12]

Твердотельные источники питания

На заре индукционного нагрева мотор-генератор широко использовался для выработки мощности СЧ до 10 кГц. Хотя с помощью стандартного асинхронного двигателя, приводящего в действие генератор переменного тока, можно генерировать кратные частоты сети, например, 150 Гц, существуют ограничения. Этот тип генератора имел обмотки, установленные на роторе, которые ограничивали окружную скорость ротора из-за центробежных сил на этих обмотках.Это привело к ограничению диаметра машины и, следовательно, ее мощности и количества полюсов, которые могут быть физически размещены, что, в свою очередь, ограничивает максимальную рабочую частоту. ^[13]

Чтобы преодолеть эти ограничения, промышленность индукционного нагрева обратилась к индуктору-генератору. Этот тип машины имеет зубчатый ротор, состоящий из пакета перфорированных металлических пластин. Обмотка возбуждения и обмотка переменного тока установлены на статоре, поэтому ротор представляет собой компактную прочную конструкцию, которая может вращаться с более высокими окружными скоростями, чем стандартный генератор переменного тока, указанный выше, что позволяет ему иметь больший диаметр для данного числа оборотов в минуту.Этот больший диаметр позволяет разместить большее количество полюсов и в сочетании со сложными схемами прорезания, такими как датчик Лоренца или прорезание Гая, что позволяет генерировать частоты от 1 до 10 кГц.

Как и во всех вращающихся электрических машинах, используются высокие скорости вращения и малые зазоры, чтобы максимизировать изменения магнитного потока. Это требует пристального внимания к качеству используемых подшипников, а также жесткости и точности ротора.Привод для генератора переменного тока обычно обеспечивается стандартным асинхронным двигателем для удобства и простоты. Используются как вертикальная, так и горизонтальная конфигурации, и в большинстве случаев ротор двигателя и ротор генератора установлены на общем валу без муфты. Затем весь узел монтируется в раму, содержащую статор двигателя и статор генератора. Вся конструкция смонтирована в шкафу с теплообменником и системами водяного охлаждения по мере необходимости.

Мотор-генератор стал опорой среднечастотного производства электроэнергии до появления твердотельных технологий в начале 1970-х годов.

В начале 1970-х годов с появлением технологии твердотельной коммутации произошел отход от традиционных методов генерации энергии с помощью индукционного нагрева. Первоначально это ограничивалось использованием тиристоров для генерации диапазона частот МП с помощью дискретных электронных систем управления.

В современных устройствах теперь используются технологии SCR (кремниевый выпрямитель), ^[14] IGBT или MOSFET для генерации «MF» и «RF» тока. Современная система управления, как правило, представляет собой цифровую микропроцессорную систему, использующую технологию PIC, PLC (программируемый логический контроллер) и технологии поверхностного монтажа для производства печатных плат.В настоящее время на рынке доминируют твердотельные устройства, и теперь доступны блоки мощностью от 1 кВт до многих мегаватт с частотами от 1 кГц до 3 МГц, включая двухчастотные блоки. ^[8]

Для генерации СЧ и ВЧ мощности с помощью полупроводников используется целый ряд методов, реальный используемый метод часто зависит от сложного ряда факторов. Типичный генератор будет использовать топологию с питанием по току или напряжением. Фактический используемый подход будет зависеть от требуемой мощности, частоты, индивидуального применения, начальной стоимости и последующих эксплуатационных расходов.Однако, независимо от используемого подхода, все блоки, как правило, имеют четыре отдельных элемента: ^[15]

Выпрямитель переменного тока в постоянный

Он принимает напряжение питания от сети и преобразует его из частоты питания 50 или 60 Гц, а также преобразует это в «DC». Он может обеспечивать переменное постоянное напряжение, фиксированное постоянное напряжение или переменный постоянный ток. В случае систем переменного тока они используются для обеспечения общего управления мощностью для системы. Выпрямители постоянного напряжения необходимо использовать в сочетании с альтернативными средствами управления мощностью.Это может быть сделано с помощью регулятора режима переключения или с помощью различных методов управления в секции инвертора.

Преобразователь постоянного тока в переменный

Инвертор преобразует источник постоянного тока в однофазный выход переменного тока соответствующей частоты. Он оснащен SCR, IGBT или MOSFETS и в большинстве случаев настроен как H-мост. H-мост имеет четыре ножки с переключателем на каждой, выходная цепь подключается через центр устройств. Когда соответствующие два переключателя замкнуты, ток проходит через нагрузку в одном направлении, эти переключатели затем размыкаются, а два противоположных переключателя замыкаются, позволяя току течь в противоположном направлении.Точно синхронизируя размыкание и замыкание переключателей, можно поддерживать колебания в цепи нагрузки.

Выходная цепь

Выходная цепь выполняет работу по согласованию выхода инвертора с тем, который требуется катушке. В простейшей форме это может быть конденсатор или, в некоторых случаях, комбинация конденсаторов и трансформаторов.

Система управления

Секция управления контролирует все параметры в цепи нагрузки, инверторе и подает импульсы переключения в соответствующее время для подачи энергии в выходной контур.В ранних системах использовалась дискретная электроника с регулируемыми потенциометрами для регулировки времени переключения, пределов тока, пределов напряжения и частотных отключений. Однако с появлением микроконтроллеров большинство современных систем теперь имеют цифровое управление.

Инвертор с питанием от напряжения

Инвертор с питанием от напряжения имеет конденсатор фильтра на входе инвертора и последовательные резонансные выходные цепи. Система с питанием от напряжения чрезвычайно популярна и может использоваться с SCR до частоты 10 кГц, IGBT до 100 кГц и MOSFET до 3 МГц.Инвертор с питанием от напряжения с последовательным подключением к параллельной нагрузке также известен как система третьего порядка. В основном это аналог твердотельной системы, но в этой системе последовательно соединенные внутренний конденсатор и катушка индуктивности подключены к параллельной выходной цепи резервуара. Основным преимуществом этого типа системы является надежность инвертора благодаря внутренней схеме, эффективно изолирующей выходную цепь, что делает коммутационные компоненты менее подверженными повреждению из-за пробоев катушки или несоответствия. ^[16]

Инвертор с питанием от тока

Инвертор с питанием от тока отличается от системы с питанием от напряжения тем, что в нем используется переменный вход постоянного тока, за которым следует большой индуктор на входе в мост инвертора. Силовая цепь имеет параллельный резонансный контур и может иметь рабочие частоты обычно от 1 кГц до 1 МГц. Как и система с питанием от напряжения, SCR обычно используются до 10 кГц, а IGBT и MOSFET используются на более высоких частотах. ^[17]

Подходящие материалы

Подходящие материалы — это материалы с высокой проницаемостью (100-500), которые нагреваются ниже температуры Кюри этого материала. Руднев, п. 645.

Библиография

Внешние ссылки

Индукционный нагреватель

Учебное пособие по индукционному нагревателю

10 кВт и 3 кВт

Отказ от ответственности: в обсуждаемых темах используется высокое напряжение и тепло. Они могут причинить материальный ущерб, а также причинить вред и убить. Этот сайт и автор сделали эту информацию общедоступной только в образовательных целях. Любой, кто читает это и пытается создать устройство на основе какой-либо его части, делает это на свой страх и риск.Это снимает с себя всякую ответственность и никого не поощряет к этому.

Индукционный нагреватель — интересное устройство, позволяющее быстро нагревать металлический предмет. При достаточной мощности можно даже расплавить металл. Индукционный нагреватель работает без ископаемого топлива и может отжигать и нагревать предметы различной формы. Я задумал сделать индукционный нагреватель, способный плавить сталь и алюминий. До сих пор я мог обеспечить потребляемую мощность более 3 киловатт! Теперь, когда я сделал это, я хотел бы рассказать, как это работает и как вы можете его создать.В конце урока я расскажу и покажу вам, как построить левитационную катушку, которая позволит вам кипятить металлы, находясь в воздухе!

В первой части этого руководства я расскажу о моей разработке инвертора на 3 кВт. Моей первоначальной целью было быстрое нагревание металлов. Моей следующей целью было левитировать металлы. Мне это удалось, но я понял, что не могу левитировать из твердой меди и стали. Их плотность была слишком велика для магнитного поля. Это была моя конечная цель: поднять и приостановить расплавленную медь и сталь.В конце этого руководства я перейду к разработке блока мощностью 10 кВт, который реализовал эту цель. Я также остановлюсь на проблемах, которые пришлось преодолеть, чтобы этого добиться.

Начнем.

Мой индукционный нагреватель — инвертор. Инвертор использует источник постоянного тока и преобразует его в переменный ток. Электропитание переменного тока приводит в действие трансформатор, подключенный к последовательному резервуару LC. Частота инвертора устанавливается на резонансную частоту резервуара, что позволяет генерировать очень высокие токи внутри катушки резервуара.2. Заготовка похожа на однооборотную катушку; рабочая катушка имеет несколько витков. Таким образом, у нас есть понижающий трансформатор, поэтому в заготовке генерируются еще более высокие токи.

Я хотел бы поблагодарить Джона Дирмонда, Тима Уильямса, Ричи Бернетта и других участников форума 4hv за неоценимую помощь за то, что они помогли мне разобраться в этой теме. А теперь, прежде чем мы поговорим подробнее, давайте посмотрим, что он может делать:

Позже дам ссылку на видео, на котором он работает.Вот инвертор:

Теперь я перейду к каждой части. Затем я дам схемы, расскажу о том, как вы можете построить это устройство.

.