Приветствую, радиолюбители-самоделкины!
В металлургической промышленности, а также на других производствах, где требуется нагрев материалов до высокой температуры иногда используются индукционные нагреватели. Их принцип работы довольно необычен и сильно отличается, например, от привычного нагрева за счёт сгорания какого-либо топлива, ведь в качестве энергоресурса используется электричество. Казалось бы, электрические нагреватели, различные ТЭНы также не редкость, но они работают по другому принципу — в ТЭНах установлена, как правило, спираль из материала с определённым электрическим сопротивлением, например из нихрома, при прохождении через неё тока происходит нагрев, который затем передаётся нагреваемому объекту. Индукционные же нагреватели на имеют ТЭНов — в них нагрев происходит за счёт образования в металлах токов Фуко, или вихревых токов достаточно большой силы. Таким образом, индукционный нагреватель разогревает только проводящие объекты, в частности, металлы, ведь в толще диэлектрика токов возникать не может. Обязательным элементом индукционного нагревателя будет являться индуктор — катушка из толстого медного проволока, которая и будет создавать высокочастотное поле, внутрь этой катушки для нагрева будет помещаться нагреваемый металлический предмет.
Преимуществом индукционного нагревателя будет являться достаточно большой КПД — ведь сам индуктор не нагревает с процессе работы, конечно, определённые потери на нём есть, но они не так значительны. Схема, которая генерирует высокочастотные колебания большой мощности также не выделяет лишнее тепло, при правильной сборке и настройке, таким образом, дополнительное охлаждение ей не требуется, максимум — небольшие радиаторы для силовых транзисторов. Индукционные нагреватели могут иметь совершенно разные мощности — например, промышленные могут развивать мощность вплоть до нескольких десятков и сотен киловатт, их предназначением является плавление крупных металлических объектов. В домашних условиях построить нагреватель такой мощности весьма проблематично, но вот маломощный — запросто, нагревать он сможет различные небольшие металлические предметы — гайки, болтики, гвозди, шарики подшипников. Найти применение такому нагревателю можно даже дома — например, для ковки небольших металлических предметов, либо просто для развлечения, наблюдая, как всего за пару минут гайка раскаляется до красноты.
Схема для сборки представлена выше, рассмотрим, из каких элементов она состоит и какие детали потребуются. Стоит сразу отметить, что для настройки схемы желательно иметь под рукой осциллограф, без него настройка в слепую может стать проблематичной. В левой части схемы большим прямоугольником показан «чёрный ящик» — это генератор прямоугольных импульсов, конкретная его схемотехника на схеме не приводится, так как способов сделать такой генератор огромное множество, некоторые варианты были описаны в предыдущих статьях. Самый простой способ — применить микросхему NE555, схема будет самой типовой. «Ящик» с генератором подключается к схеме 3-мя контактами, два из которых предназначены для питания, со среднего вывода снимается сигнал с генератора и поступает на базы транзисторов. Генератор должен иметь настройку частоты, границы настройки должен лежать в пределах от 40 до 80 кГц, либо в более широком диапазоне, скважность импульсов должна быть 50% — именно столько и дают простейшие схемы генераторов. Каскады схемы на транзисторах VT2, VT3, а также VT1 являются драйвером для «раскачки» полумоста, который следует по схеме далее.
В качестве VT2 и VT3 можно применить практически любую комплементарную пару маломощных транзисторов — обратите внимание, что они имеют разную структуру, применить можно, например, КТ3102 и КТ3107, либо импортные BC547, BC557. В качестве VT1 подойдёт любой достаточно мощный полевой транзистор N-канальный, например, IRF740, IRF630, IRF840, либо указанный на схеме BUZ71. В стоке VT1 установлен так называемый GDT трансформатор, который развязывает силовую и логическую части схемы. Наматывается этот трансформатор на ферритовом колечке диаметром примерно 2 сантиметра и содержит три обмотку — одну первичную и две вторичные, ко вторичным будут подключаться силовые транзисторы полумоста. Все обмотки должны быть одинаковыми, количество витков составляет 15-30, подобрать лучше всего экспериментально, наблюдая сигнал на вторичных обмотках осциллографом — там должны быть ровные без искажений прямоугольные импульсы, важно проконтролировать, чтобы их форма не было искажённой во всём диапазоне частот — от 40 до 80 кГц. Для намотки трансформатора можно использовать медную эмалированную проволоку диаметром 0,4 мм, либо, например, жилы в изоляции от кабеля витой пары. Сигналы с трансформатора идут на базы транзисторов VT4, VT5, которые непосредственно коммутируют индуктор через согласующий трансформатор. В цепи баз этих транзисторов установлены цепочки для формирования так называемого дэд-тайма, дополнительного времени между переключениями транзисторов. Дэд-тайм исключает ситуацию, когда оба транзистора открыты, таким образом, значительно снижается их нагрев. В качестве VT4, VT5 можно применить достаточно мощные биполярные транзисторы КТ805, но также можно экспериментировать и с мощными полевыми, например, IRF740, IRF250 — с ними результат должен быть ещё лучше. Конденсаторы С1 и С2 образуют вместе с VT4, VT5 полумост, который коммутирует нагрузку в виде согласующего трансформатора Tr2. В качестве этих конденсаторов можно применить плёночные на напряжение не меньше 200В, ёмкость можно варьировать от 470 нФ до 1 мкФ, увеличение их ёмкости может дать некоторый прирост в мощности нагревателя. Tr2 — трансформатор тока, наматывается на массивном ферритовом колечке, подойдут диаметром не менее 5 см.
Первичная обмотка, подключаемая к полумосту, содержит 22 витка медным проводом диаметром 1 мм, вторичная, подключаемая к индуктору — всего 2-3 витка, но либо одним толстым медным проводом, либо сложенным в 4-5 раз тем же проводом 1 мм. Этот трансформатор называется трансформатором тока, так как преобразует колебания высокого напряжения в высокий ток при небольшом напряжении на вторичной обмотке. И уже ко вторичной обмотке этого трансформатора подключается индуктор — катушка из медной проволоки, диаметр катушка составляет 11 мм, количество витков равно шести. Проволоку для индуктора лучше взять потолще, около 2мм, чтобы избежать лишних потерь. Последовательно с индуктором включен конденсатор, который вместе с индуктором образует резонансную цепь — частоту её резонанса после сборки схемы нужно настроить одинаково с частотой генератора в начале схемы, сделать это можно либо с помощью изменения частоты генератора, либо подбором конденсатора.
Вся схема собирается навесным монтажом, как можно увидеть, схема неприхотливая — даже при не самом образцовом варианте навесного монтажа работает и уверенно нагревает металлический болтик до красноты, это можно увидеть на одной из фотографий ниже.
Для питания схемы необходимы два источника — один на 15В для питания логический части схемы, этот источник может иметь небольшую мощность, ведь ток потребления логической части достаточно мал. Источник питания для силовой части должен иметь достаточно большую мощность, ведь в процессе нагрева схема потребляет значительный ток, до десятка ампер. Напряжение питания силовой части можно варьировать, начиная с 10-12В и постепенно поднимать, контролируя работу схемы. Чем больше напряжение питания — тем сильнее будет нагрев, но вместе с тем повышается и нагрузка на силовые транзисторы. Удачной сборки!
Источник (Source)
Подборки: Индукционный нагреватель Схема Транзистор Электроника Трансформатор
Источник: