Potente riscaldatore a induzione fai-da-te: 12 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

I riscaldatori a induzione sono sicuramente uno dei modi più efficienti per riscaldare oggetti metallici, specialmente i metalli ferrosi. La parte migliore di questo riscaldatore a induzione è che non è necessario avere un contatto fisico con l'oggetto da riscaldare.

Ci sono molti kit di riscaldatori a induzione disponibili online, ma se vuoi imparare le basi del riscaldamento a induzione e vuoi costruirne uno che assomigli e funzioni esattamente come uno di fascia alta, continua a seguire questo tutorial poiché ti mostrerò come un'induzione il riscaldatore funziona e dove puoi reperire il tuo materiale per costruirne uno per te che sembri professionale.

Iniziamo…

Passaggio 1: concetto alla base del riscaldamento a induzione

Esistono diversi metodi per riscaldare i metalli, uno dei quali è il riscaldamento a induzione. Come fa riferimento il nome del metodo, il calore viene generato all'interno del materiale utilizzando l'induzione elettrica.

L'induzione elettrica avviene all'interno del materiale poiché il campo magnetico circostante cambia continuamente, il che provoca l'induzione di correnti parassite all'interno del materiale che è posto all'interno della bobina. Causando così un riscaldamento istantaneo e l'effetto è più evidente nei metalli ferrosi a causa della sua maggiore risposta alle forze magnetiche.

Puoi ottenere una panoramica più approfondita su wikipedia:

en.wikipedia.org/wiki/Induction_heating

Passaggio 2: circuito stampato e componenti

Dal momento che utilizzerò una batteria/alimentatore che ci dia un'uscita di 12v CC che non è sufficiente per produrre induzione poiché il campo magnetico prodotto nella bobina di induzione a causa della corrente continua è un campo magnetico costante. Quindi il compito qui è convertire questa tensione CC in corrente alternata che produrrà quindi induzione.

Quindi ho progettato un circuito Oscillatore che produce un'uscita CA con un'onda quadra di quasi 20 KHz di frequenza. Il circuito utilizza quattro mosfet a canale N IRF540 per commutare frequentemente la corrente in direzione alternata. Per gestire in sicurezza una maggiore quantità di correnti ho utilizzato una coppia di mosfet in ciascun canale.

Dal momento che avremo a che fare con una maggiore quantità di correnti, una perfboard non è sicuramente un'opzione affidabile e ovviamente non un'opzione pulita. Quindi ho deciso di scegliere un'opzione molto affidabile che è un circuito stampato. Potrebbe sembrare un'opzione costosa, ma con questo pensiero in mente mi sono imbattuto in JLCPCB.com

Questi ragazzi offrono PCB di alta qualità a prezzi eccezionali. Ho ordinato 10 PCB per il riscaldatore a induzione e come primo ordine questi ragazzi offrono tutto ciò in soli 2 $, incluso il costo di spedizione alla porta.

La qualità è premium come puoi vedere nelle immagini. Quindi assicurati di controllare il loro sito web.

Passaggio 3: ordinazione PCB

Il processo per ordinare PCB è abbastanza semplice. Per prima cosa devi visitare jlcpcb.com. Per ottenere un preventivo istantaneo, tutto ciò che devi fare è caricare il tuo file Gerber per i PCB e una volta terminato il caricamento puoi passare attraverso l'opzione fornita di seguito.

Ho anche aggiunto il file Gerber per il PCB in questo passaggio, quindi assicurati di verificarlo.

Passaggio 4: parti complementari

Ho iniziato ad assemblare PCB con piccole parti complementari che includono resistori e un paio di diodi.

R1, R2 sono resistori da 10k. R3 e R4 sono resistori da 220 Ohm.

D1 e D2 sono diodi UF4007 (UF sta per Ultra Fast), non sostituirli con diodi 1N4007 poiché esploderanno. D3 e D4 sono diodi zener 1N821.

Assicurati di posizionare il componente giusto nel posto giusto e anche di posizionare i diodi nella giusta direzione come mostrato sul PCB.

Passaggio 5: MOSFET

Per gestire grandi quantità di scarichi di corrente ho deciso di utilizzare i MOSFET a canale N. Ho usato una coppia di MOSFET IRF540N su ciascun lato. Ciascuno di essi è valutato a 100 Vds e fino a 33Ampere di assorbimento di corrente continuo. Dato che alimenteremo questo riscaldatore a induzione con 15VDC, 100 Vds potrebbero sembrare un'uccisione eccessiva, ma in realtà non lo è poiché i picchi generati durante la commutazione ad alta velocità possono facilmente saltare fino a quei limiti. Quindi meglio andare con un rating Vds ancora più alto.

Per dissipare il calore in eccesso ho collegato a ciascuno di essi dei dissipatori di calore in alluminio.

Passaggio 6: condensatori

I condensatori svolgono un ruolo importante per mantenere una frequenza di uscita desiderabile, che in caso di riscaldamento ad induzione è suggerita a circa 20KHz. Questa frequenza di uscita è il risultato della combinazione di induzione e capacità. Quindi puoi usare un calcolatore di frequenza LC per calcolare la tua combinazione desiderabile.

È bello avere più capacità, ma tieni sempre presente che dobbiamo ottenere la frequenza di uscita da qualche parte vicino a 20 KHz.

Quindi ho deciso di utilizzare condensatori non polari WIMA MKS 400VAC 0.33uf. In realtà non sono riuscito a trovare un valore di tensione più elevato per questi condensatori, quindi questi ultimi si sono gonfiati e ho dovuto sostituirli con altri condensatori non polari che sono classificati a 800 V CA.

Ce ne sono due collegati in parallelo.

Passaggio 7: induttori

Dal momento che è difficile trovare induttori ad alta corrente, quindi ho deciso di costruirlo da solo. Ho un vecchio nucleo di ferrite da vecchi rottami di computer con le seguenti dimensioni:

Diametro esterno: 30 mm

Diametro interno: 18 mm

Larghezza: 13 mm

Non è necessario ottenere un nucleo di ferrite di dimensioni esatte, ma l'obiettivo qui è ottenere una coppia di induttori in grado di fornire un'induttanza di quasi 100 Micro Henry. Per questo ho usato un filo di rame isolato da 1,2 mm per avvolgere le bobine in modo che ognuna di esse abbia 30 spire. Questa configurazione è soggetta a produrre l'induttanza richiesta. Assicurati di stringere il più possibile gli avvolgimenti poiché non è consigliabile avere più spazio tra il nucleo e il filo.

Dopo aver avvolto gli induttori, ho rimosso i rivestimenti isolanti da entrambe le estremità del filo in modo che siano pronti per essere saldati sul PCB.

Passaggio 8: ventola di raffreddamento

Per decifrare il calore dei MOSFET, ho montato una ventola per PC da 12 V appena sopra i dissipatori di calore in alluminio usando della colla a caldo. La ventola viene quindi collegata ai terminali di ingresso in modo che ogni volta che si alimenta il riscaldatore a induzione, le ventole si accendono automaticamente per raffreddare i MOSFET.

Dato che alimenterò questo riscaldatore a induzione utilizzando un alimentatore da 15 V CC, ho aggiunto un resistore da 10 OHM da 2 watt per ridurre la tensione fino al limite di sicurezza.

Passaggio 9: connettori per bobina di uscita

Per collegare la bobina di uscita al circuito di riscaldamento a induzione ho realizzato una coppia di portelli sul PCB utilizzando una smerigliatrice angolare. Successivamente ho scomposto un connettore XT60 per utilizzare i suoi pin per i terminali di uscita. Ciascuno di questi pin si inserisce a pressione all'interno della bobina di rame di uscita.

Passaggio 10: bobina di induzione

La bobina di induzione è realizzata utilizzando un tubo di rame del diametro di 5 mm comunemente utilizzato nei condizionatori e nei frigoriferi. Per avvolgere perfettamente la bobina di uscita ho utilizzato un rotolo di cartone del diametro di quasi un pollice. Ho dato 8 giri alla bobina che ha creato una larghezza di bobina per adattarsi esattamente ai connettori a proiettile di uscita.

Assicurati di avvolgere la bobina con pazienza poiché potresti finire per piegare il tubo causando un'ammaccatura. Inoltre dopo aver terminato l'avvolgimento della bobina assicurarsi che non vi sia contatto tra le pareti di due spire consecutive.

Per questa bobina sono necessari 3 piedi di tubo di rame.

Passaggio 11: alimentazione

Per alimentare questo riscaldatore a induzione utilizzerò un alimentatore per server che è valutato per 15 V e può fornire fino a 130 Ampere di corrente. Ma puoi usare qualsiasi fonte da 12 V come una batteria per auto o un alimentatore per PC.

Assicurati di collegare l'ingresso con la giusta polarità.

Passaggio 12: risultati finali

Poiché ho alimentato questo riscaldatore a induzione a 15 V, è stato assorbito quasi 0,5 A di corrente senza che nulla fosse posizionato all'interno della bobina. Per il test ho inserito una vite di legno e improvvisamente inizia a puzzare come se si stesse riscaldando. Anche l'assorbimento di corrente inizia ad aumentare e con la vite completamente inserita la bobina sembra assorbire quasi 3 amp di corrente. In appena un minuto diventa rovente.

Successivamente ho inserito un cacciavite all'interno della bobina e il riscaldatore a induzione lo ha riscaldato fino a diventare rovente con quasi 5 ampere di assorbimento di corrente a 15 V che sommano fino a 75 watt di riscaldamento a induzione.

Nel complesso, il riscaldamento a induzione sembra essere un buon modo per riscaldare in modo efficiente un'asta di metallo ferroso ed è meno pericoloso rispetto ad altri metodi.

Ci sono molte cose utili che possono essere fatte usando questo metodo di riscaldamento.

Se ti piace questo progetto, non dimenticare di visitare e iscriverti al mio canale youtube per altri progetti imminenti.

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

Saluti.

Re fai da te