DIY Ισχυρός θερμαντήρας επαγωγής: 12 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:37

Οι επαγωγικοί θερμαντήρες είναι σίγουρα ένας από τους πιο αποτελεσματικούς τρόπους θέρμανσης μεταλλικών αντικειμένων ειδικά σιδηρούχων μετάλλων. Το καλύτερο μέρος για αυτόν τον επαγωγικό θερμαντήρα είναι ότι δεν χρειάζεται να έχετε φυσική επαφή με το αντικείμενο που θα θερμανθεί.

Υπάρχουν πολλά κιτ επαγωγικών θερμαντήρων διαθέσιμα στο διαδίκτυο, αλλά αν θέλετε να μάθετε τα βασικά της επαγωγικής θέρμανσης και θέλετε να φτιάξετε ένα που να μοιάζει και να λειτουργεί ακριβώς όπως ένα υψηλό, τότε συνεχίστε αυτό το διδακτικό, καθώς θα σας δείξω πώς μια επαγωγή ο θερμαντήρας λειτουργεί και όπου μπορείτε να προμηθευτείτε το υλικό σας για να φτιάξετε ένα για εσάς που μοιάζει με επαγγελματικό.

Ας αρχίσουμε…

Βήμα 1: Έννοια πίσω από τη θέρμανση επαγωγής

Υπάρχουν πολλές μέθοδοι θέρμανσης μετάλλων, μία από τις οποίες είναι η επαγωγική θέρμανση. Όπως αναφέρεται στο όνομα της μεθόδου, η θερμότητα παράγεται μέσα στο υλικό χρησιμοποιώντας ηλεκτρική επαγωγή.

Η ηλεκτρική επαγωγή λαμβάνει χώρα μέσα στο υλικό καθώς το μαγνητικό πεδίο γύρω του αλλάζει συνεχώς, με αποτέλεσμα την επαγωγή στροβιλικών ρευμάτων μέσα στο υλικό που τοποθετείται μέσα στο πηνίο. Προκαλώντας έτσι άμεση θέρμανση και η επίδραση είναι πιο εμφανής στα σιδηρούχα μέταλλα λόγω της υψηλότερης απόκρισης στις μαγνητικές δυνάμεις.

Μπορείτε να πάρετε μια πιο εμπεριστατωμένη επισκόπηση στη wikipedia:

en.wikipedia.org/wiki/Induction_heating

Βήμα 2: Πίνακας τυπωμένων κυκλωμάτων και εξαρτήματα

Δεδομένου ότι πρόκειται να χρησιμοποιήσω μια μπαταρία/ τροφοδοτικό που μας δίνει έξοδο 12v DC που δεν είναι αρκετή για να παράγει επαγωγή, καθώς το μαγνητικό πεδίο που παράγεται στο επαγωγικό πηνίο λόγω του συνεχούς ρεύματος είναι ένα σταθερό μαγνητικό πεδίο. Έτσι, το καθήκον εδώ είναι να μετατρέψουμε αυτήν την τάση DC σε εναλλασσόμενο ρεύμα, το οποίο θα παράγει έτσι επαγωγή.

Έτσι, έχω σχεδιάσει ένα κύκλωμα ταλαντωτή που παράγει έξοδο AC με τετραγωνικό κύμα συχνότητας σχεδόν 20 KHz. Το κύκλωμα χρησιμοποιεί τέσσερα mosfets με κανάλι Ν IRF540 για να αλλάζει συχνά το ρεύμα σε εναλλασσόμενη κατεύθυνση. Για τον ασφαλή χειρισμό μεγαλύτερης ποσότητας ρευμάτων, έχω χρησιμοποιήσει ένα ζευγάρι mosfets σε κάθε κανάλι.

Δεδομένου ότι πρόκειται να ασχοληθούμε με υψηλότερη ποσότητα ρευμάτων, επομένως ο πίνακας δεν είναι σίγουρα μια αξιόπιστη και φυσικά μια τακτοποιημένη επιλογή. Έτσι αποφάσισα να πάω με μια πολύ αξιόπιστη επιλογή που είναι μια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος. Αυτό μπορεί να ακούγεται σαν μια ακριβή επιλογή, αλλά με αυτή τη σκέψη συνάντησα το JLCPCB.com

Αυτά τα παιδιά προσφέρουν υψηλής ποιότητας PCB σε εξαιρετικές τιμές. Έχω παραγγείλει 10 PCB για τον επαγωγικό θερμαντήρα και ως πρώτη παραγγελία αυτά τα παιδιά προσφέρουν όλα αυτά σε μόλις 2 $ συμπεριλαμβανομένου του κόστους αποστολής στο βήμα της πόρτας.

Η ποιότητα είναι κορυφαία όπως μπορείτε να δείτε στις εικόνες. Επομένως, φροντίστε να ελέγξετε τον ιστότοπό τους.

Βήμα 3: Παραγγελία PCB

Η διαδικασία παραγγελίας PCB είναι απλή και απλή. Πρώτα πρέπει να επισκεφτείτε το jlcpcb.com. Για να λάβετε μια άμεση προσφορά, το μόνο που χρειάζεται να κάνετε είναι να ανεβάσετε το αρχείο Gerber για τα PCB και όταν ολοκληρωθεί η φόρτωση, μπορείτε να περάσετε από την παρακάτω επιλογή.

Έχω προσθέσει επίσης το αρχείο Gerber για το PCB σε αυτό το βήμα, οπότε φροντίστε να το ελέγξετε.

Βήμα 4: Συμπληρωματικά μέρη

Ξεκίνησα να συναρμολογώ PCB με μικρά συμπληρωματικά μέρη που περιλαμβάνουν αντιστάσεις και μερικές διόδους.

Τα R1, R2 είναι αντιστάσεις 10k. Τα R3 και R4 είναι αντιστάσεις 220Ohm.

Οι D1 και D2 είναι δίοδοι UF4007 (το UF σημαίνει Ultra Fast), μην τις αντικαθιστάτε με διόδους 1N4007 καθώς θα ανατιναχτούν. Οι D3 και D4 είναι δίοδοι zener 1N821.

Βεβαιωθείτε ότι έχετε τοποθετήσει το σωστό εξάρτημα στη σωστή θέση και επίσης τις δίοδοι στη σωστή κατεύθυνση, όπως φαίνεται στο PCB.

Βήμα 5: MOSFET

Προκειμένου να χειριστώ μεγάλη ποσότητα τρέχουσας αποχέτευσης, αποφάσισα να πάω με N-Channel MOSFET. Έχω χρησιμοποιήσει ένα ζευγάρι IRF540N MOSFET σε κάθε πλευρά. Καθένα από αυτά υπολογίζεται σε 100 Vds και έως 33 Αμπέρ συνεχούς εκκένωσης ρεύματος. Δεδομένου ότι πρόκειται να τροφοδοτήσουμε αυτόν τον επαγωγικό θερμαντήρα με 15VDC, τα 100 Vds μπορεί να ακούγονται υπερβολικά, αλλά στην πραγματικότητα δεν είναι καθώς οι αιχμές που δημιουργούνται κατά την εναλλαγή υψηλής ταχύτητας μπορούν εύκολα να ξεπεράσουν αυτά τα όρια. Καλύτερα λοιπόν να πάμε με ακόμα υψηλότερη βαθμολογία Vds.

Για να διαλύσω την υπερβολική θερμότητα, έχω συνδέσει ψύκτες αλουμινίου σε καθένα από αυτά.

Βήμα 6: Πυκνωτές

Οι πυκνωτές παίζουν σημαντικό ρόλο για να διατηρήσουν μια επιθυμητή συχνότητα εξόδου, η οποία σε περίπτωση επαγωγικής θέρμανσης προτείνεται σε σχεδόν 20KHz. Αυτή η συχνότητα εξόδου είναι αποτέλεσμα του συνδυασμού επαγωγής και χωρητικότητας. Έτσι, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε έναν υπολογιστή συχνότητας LC για να υπολογίσετε τον επιθυμητό συνδυασμό.

Είναι καλό να έχουμε περισσότερη χωρητικότητα, αλλά πάντα να έχετε κατά νου ότι πρέπει να έχουμε τη συχνότητα εξόδου κάπου κοντά στα 20KHz.

Έτσι αποφάσισα να πάω με μη πολικούς πυκνωτές WIMA MKS 400VAC 0.33uf. Στην πραγματικότητα δεν μπόρεσα να βρω βαθμολογία υψηλότερης τάσης για αυτούς τους πυκνωτές, οπότε διογκώθηκαν και έπρεπε να τους αντικαταστήσω με κάποιους άλλους μη πολικούς πυκνωτές που έχουν τιμή 800VAC.

Υπάρχουν δύο από αυτά που συνδέονται παράλληλα.

Βήμα 7: Επαγωγείς

Δεδομένου ότι είναι δύσκολο να βρω επαγωγείς υψηλού ρεύματος, αποφάσισα να το κατασκευάσω μόνος μου. Έχω έναν παλιό πυρήνα φερρίτη από παλιά θραύσματα υπολογιστή με τις ακόλουθες διαστάσεις:

Εξωτερική διάμετρος: 30mm

Εσωτερική διάμετρος: 18mm

Πλάτος: 13mm

Δεν είναι απαραίτητο να αποκτήσετε έναν πυρήνα φερρίτη ακριβούς μεγέθους, αλλά ο στόχος εδώ είναι να πάρετε ένα ζεύγος επαγωγέων που μπορούν να παρέχουν μια επαγωγή σχεδόν 100 Micro Henry. Για αυτό, χρησιμοποίησα καλώδιο χαλκού με μόνωση 1,2 mm για να τυλίξω τα πηνία έτσι ώστε το καθένα να έχει 30 στροφές. Αυτή η διαμόρφωση υποβάλλεται για να παράγει την απαιτούμενη επαγωγή. Βεβαιωθείτε ότι κάνετε τις περιελίξεις όσο πιο σφιχτά γίνεται, καθώς δεν συνιστάται να υπάρχει μεγαλύτερο κενό μεταξύ του πυρήνα και του σύρματος.

Μετά την περιέλιξη των επαγωγών, έχω αφαιρέσει τις μονωμένες επικαλύψεις και από τα δύο άκρα του σύρματος, έτσι ώστε να είναι έτοιμες να κολληθούν στο PCB.

Βήμα 8: Ανεμιστήρας ψύξης

Για να αποκρυπτογραφήσω τη θερμότητα από τα MOSFET, έχω τοποθετήσει έναν ανεμιστήρα PC 12v ακριβώς πάνω από τους θερμαντήρες αλουμινίου χρησιμοποιώντας κάποια θερμή κόλλα. Στη συνέχεια, ο ανεμιστήρας συνδέεται με τους ακροδέκτες εισόδου, έτσι ώστε κάθε φορά που τροφοδοτείτε τον επαγωγικό θερμαντήρα, οι ανεμιστήρες να ενεργοποιούνται αυτόματα για να κρυώσουν τα MOSFET.

Δεδομένου ότι πρόκειται να τροφοδοτήσω αυτόν τον επαγωγικό θερμαντήρα χρησιμοποιώντας μια τροφοδοσία 15VDC, πρόσθεσα μια αντίσταση 10 OHM 2watt για να μειώσω την τάση στο ασφαλές όριο.

Βήμα 9: Συνδέσεις για πηνίο εξόδου

Για να συνδέσω το πηνίο εξόδου στο κύκλωμα θέρμανσης επαγωγής, έκανα ένα ζεύγος καταπακτών στο PCB χρησιμοποιώντας έναν γωνιακό μύλο. Αργότερα κατέστρεψα έναν σύνδεσμο XT60 για να χρησιμοποιήσω τις ακίδες του για τους ακροδέκτες εξόδου. Κάθε ένας από αυτούς τους πείρους προσαρμόζεται στο εσωτερικό του πηνίου χαλκού εξόδου.

Βήμα 10: Επαγωγικό πηνίο

Το πηνίο επαγωγής κατασκευάζεται με σωλήνα χαλκού διαμέτρου 5 mm που χρησιμοποιείται συνήθως σε κλιματιστικά και ψυγεία. Για να τυλίξω τέλεια το πηνίο εξόδου, χρησιμοποίησα ένα ρολό από χαρτόνι με διάμετρο σχεδόν μια ίντσα. Έχω δώσει 8 στροφές στο πηνίο που δημιούργησε ένα πλάτος πηνίου για να ταιριάζει ακριβώς στους συνδετήρες σφαίρας εξόδου.

Φροντίστε να τυλίξετε το πηνίο υπομονετικά, καθώς μπορεί να καταλήξετε να λυγίζετε τον σωλήνα προκαλώντας ένα βαθούλωμα σε αυτό. Επιπλέον, αφού ολοκληρώσετε την περιέλιξη του πηνίου, βεβαιωθείτε ότι δεν υπάρχει επαφή μεταξύ των τοιχωμάτων δύο συνεχόμενων στροφών.

Για αυτό το πηνίο χρειάζεστε 3 πόδια χαλκού σωλήνα.

Βήμα 11: Τροφοδοσία

Για να τροφοδοτήσω αυτόν τον επαγωγικό θερμοσίφωνα, θα χρησιμοποιήσω ένα τροφοδοτικό διακομιστή που έχει ισχύ 15V και μπορεί να αποδώσει έως και 130 Amps ρεύματος. Αλλά μπορείτε να χρησιμοποιήσετε οποιαδήποτε πηγή 12v, όπως μπαταρία αυτοκινήτου ή τροφοδοτικό υπολογιστή.

Βεβαιωθείτε ότι έχετε συνδέσει την είσοδο με τη σωστή πολικότητα.

Βήμα 12: Τελικά αποτελέσματα

Καθώς τροφοδοτούσα αυτόν τον επαγωγικό θερμαντήρα στα 15v, είναι απαραίτητο να αντλεί ρεύμα σχεδόν 0,5 Amp χωρίς να έχει τοποθετηθεί τίποτα μέσα στο πηνίο. Για τη δοκιμαστική λειτουργία έχω τοποθετήσει μια ξύλινη βίδα και ξαφνικά αρχίζει να μυρίζει ότι θερμαίνεται. Η τρέχουσα εκτόξευση αρχίζει επίσης να αυξάνεται και με τη βίδα να έχει εισαχθεί πλήρως το πηνίο φαίνεται να τραβάει σχεδόν 3 αμπέρ ρεύματος. Μέσα σε ένα λεπτό ζεσταίνεται.

Αργότερα έχω τοποθετήσει ένα κατσαβίδι μέσα στο πηνίο και ο επαγωγικός θερμαντήρας το θερμαίνει στο κόκκινο με σχεδόν 5 αμπέρ ρεύματος στα 15v, το οποίο αθροίζει έως 75 watts επαγωγικής θέρμανσης.

Συνολικά η επαγωγική θέρμανση φαίνεται να είναι ένας καλός τρόπος αποτελεσματικής θέρμανσης μιας ράβδου σιδηρούχων μετάλλων και είναι λιγότερο επικίνδυνη σε σύγκριση με άλλες μεθόδους.

Υπάρχουν πολλά χρήσιμα πράγματα που μπορούν να γίνουν χρησιμοποιώντας αυτήν τη μέθοδο θέρμανσης.

Αν σας αρέσει αυτό το έργο, μην ξεχάσετε να επισκεφθείτε και να εγγραφείτε στο κανάλι μου στο youtube για περισσότερα επερχόμενα έργα.

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

Χαιρετισμοί.

DIY King