Riscaldatore a induzione fai-da-te

Quando pensi a un modo per riscaldare un oggetto metallico, pensi al fuoco? Il fuoco è un modo inefficiente, vecchio stile e lento per riscaldare oggetti metallici. Spreca molta energia sotto forma di calore e crea molto fumo sporco. Bene, se potessi avere un modo per riscaldare oggetti metallici che risolva tutti questi problemi, sarebbe fantastico, giusto? In questo istruttivo, ti mostrerò come costruire un riscaldatore a induzione ZVS. Questo è un dispositivo che riscalda la maggior parte dei metalli usando un circuito di pilotaggio ZVS e l'elettromagnetismo. È molto efficiente, non produce fumo e può riscaldare oggetti come graffette in pochi secondi. Il video qui sotto mostra una dimostrazione di questo riscaldatore a induzione in azione, insieme a un altro tipo di istruzioni su come costruirlo.

Iniziamo.

Passaggio 1: come funziona

Molti di voi che stanno leggendo questo articolo potrebbero chiedersi "Cos'è un driver ZVS"? Bene, è un circuito oscillatore estremamente efficiente che è in grado di creare un campo elettromagnetico estremamente potente che riscalda il metallo. È la spina dorsale del riscaldatore a induzione che questo istruttore ti sta mostrando come fare.

Per capire come funziona questo alimentatore, spiegherò le diverse sezioni di esso. La prima sezione è l'alimentazione a 24 volt. L'alimentatore deve produrre 24 volt a una corrente di 10 amp. Per il mio alimentatore, userò due batterie al piombo sigillate cablate in serie. L'alimentazione viene quindi immessa nella scheda del driver ZVS. L'oscillatore ZVS spinge e tira corrente attraverso una bobina attorno all'oggetto che viene riscaldato. Questo costante cambiamento della direzione della corrente crea un campo magnetico fluttuante. Questo induce molte piccole correnti parassite nel metallo (fare riferimento al diagramma sopra). Tutte queste correnti sono relativamente elevate e, a causa della bassa resistenza del metallo target, viene generato calore. Secondo la legge degli ohm, la potenza convertita in calore in un circuito resistivo è P = I ^ 2 * R.

Ora, il tipo di metallo dell'oggetto che viene riscaldato è molto importante. I metalli ferrosi hanno una maggiore permeabilità magnetica, quindi sono in grado di sfruttare più energia dal campo magnetico. Ciò consente loro di essere riscaldati più rapidamente rispetto ad altri materiali. I metalli, come l'alluminio, hanno una permeabilità magnetica inferiore, quindi impiegano più tempo a riscaldarsi. Le cose che hanno un'alta resistenza e una bassa permeabilità magnetica, come un dito umano, non saranno affatto riscaldate da un riscaldatore a induzione. Anche la resistenza del materiale è molto importante. Se hai una resistenza maggiore nel metallo target, allora fluirà meno corrente, quindi la potenza convertita in calore si esponenzialmente ridotta. Se hai un metallo con una resistenza inferiore, la corrente sarà maggiore, ma la perdita di potenza sarà inferiore a causa della legge degli ohm. È un po 'complicato, ma a causa della relazione tra resistenza e potenza, la massima potenza si ottiene quando la resistenza dell'oggetto si avvicina a 0.

L'oscillatore ZVS è la parte più complessa di questo circuito, quindi ho intenzione di spiegare come funziona. Prima di tutto, quando la corrente è accesa, scorre attraverso 2 induttanze induttive in ciascun lato della bobina. Lo starter è quello di assicurarsi che il circuito non assorba molto amperaggio all'avvio. La corrente scorre anche pensando che i due resistori da 470 ohm nelle porte dei due Mosfet. Ora, poiché nessun componente è perfetto, un Mosfet si accenderà per primo. Quando ciò accade, fa impallidire tutta la corrente di gate dell'altro Mosfet. Disegnerà anche lo scarico di quel Mosfet che è a terra. Questo non solo permetterà alla corrente di fluire attraverso la bobina verso terra, ma permetterà anche alla corrente di fluire anche se uno dei diodi veloci forma l'altro cancello dell'altro Mosfet, bloccandolo. Poiché esiste un condensatore in parallelo con la bobina, crea un circuito risonante del serbatoio che inizia a oscillare. A causa di questa azione risonante, il drenaggio dell'altro Mosfet oscillerà avanti e indietro nella sua tensione, raggiungendo infine 0 volt. Una volta raggiunta questa tensione, la carica del gate del Mosfet che si accende si scaricherà attraverso il diodo veloce nello scarico del Mosfet opposto, spegnendolo efficacemente. Con questo Mosfet spento, l'altro Mosfet ha l'opportunità di accendersi. Successivamente, il ciclo si ripete migliaia di volte al secondo. Il resistore da 10K è destinato a esaurire qualsiasi carica di gate in eccesso sul Mosfet, perché è come un condensatore e il diodo Zener ha lo scopo di mantenere le porte dei mosfet a 12 volt o meno in modo che non esplodano. Questo oscillatore ad alta frequenza ad alta frequenza è ciò che consente di riscaldare oggetti metallici.

Ora è il momento di costruire questa cosa!

Passaggio 2: materiali

Per costruire questo alimentatore, avrai bisogno di alcune parti, per fortuna, la maggior parte può essere recuperata gratuitamente. Se hai mai visto una vecchia TV CRT sdraiata sul lato della strada, raccoglila, perché contiene la maggior parte delle parti necessarie per questo progetto. Se desideri componenti di qualità superiore, puoi acquistarli nel negozio online LCSC. Fare clic sulle parti per visualizzare i collegamenti del prodotto in LCSC.

Avrai bisogno:

  • Mosfet IRFP260
  • Diodi veloci
  • Diodi Zener da 12 volt
  • Resistori da 220 Ohm
  • Resistori 10K
  • Condensatori 10x /.047uF
  • 2x induttori da 50uH (da un alimentatore per computer) Amazon Link
  • Filo di rame Amazon Link
  • Legna
  • 2x batterie al piombo sigillate Amazon Link

Passaggio 3: strumenti

Per questo progetto, avrai bisogno di:

  • Saldatore Amazon Link
  • Spelafili / tronchesi Amazon Link
  • Multimetro Amazon Link

Passaggio 4: transistor e raffreddamento

In questo circuito, poiché i transistor commutano a 0 volt (da qui il nome, Zero Voltage Switching ZVS) non si surriscaldano molto, ma dovrebbero comunque essere montati su un dissipatore di calore se si prevede di far funzionare questo circuito per più di 1 minuto . Ho montato entrambi i transistor su un dissipatore di calore. Quando lo fai, assicurati di isolare i dorsi metallici dei FET dal dissipatore di calore. Se entrambi si toccano, si cortocircuitano ed espellono i tuoi FET. Il mio dissipatore di calore proveniva da un alimentatore per computer ed era già dotato di un pezzo di silicone isolante, quindi i miei transistor sono isolati. Per assicurarsi che i transistor siano isolati, toccare il multimetro con il pin centrale di entrambi i transistor, lo scarico. Se ottieni continuità, i tuoi FET non sono isolati.

Passaggio 5: il banco di condensatori

In questo circuito, i condensatori diventano molto caldi. Ciò è dovuto al fatto che hanno sempre pensato che scorre corrente. Ora, il valore del condensatore di cui abbiamo bisogno per far funzionare correttamente questo circuito è 0.47uF, quindi avremo bisogno della maggior quantità di condensatori insieme per raggiungere lo stesso valore, ma abbiamo una superficie maggiore per la dissipazione del calore. È inoltre necessario ottenere una tensione nominale superiore a 400 volt a causa di picchi di tensione induttiva nel circuito risonante. Quello che ho fatto è stato creare un anello di rame e aggiungere 10 condensatori da 0, 047 uF in parallelo attorno ad esso. Ciò rende la batteria di condensatori combinata con una capacità di 0, 447 uF, con un'ampia superficie per il raffreddamento ad aria. Questo banco di condensatori sarà in parallelo con la bobina di lavoro.

Passaggio 6: la bobina di lavoro

Questa parte del circuito è ciò che genera il campo magnetico. Si forma con filo di rame. È molto importante usare il rame. Ho iniziato questo progetto usando una bobina da lavoro in acciaio. Non ha funzionato molto bene. Quando funzionava senza carico, assorbiva 14 amp !! Quando l'ho spento con una bobina di rame, ha assorbito solo 3 ampere. Penso che ciò sia dovuto al fatto che il materiale ferroso nella bobina d'acciaio presentava correnti parassite. La sua elevata permeabilità magnetica ha reso la bobina oggetto del riscaldamento ad induzione, che ha sprecato la potenza e impedito al riscaldamento del materiale inserito. Non sono sicuro che questa sia la ragione esatta per cui non funzionava, ma è l'argomento più logico basato sulle prove fornite.

Per creare la tua bobina, usa un filo di rame incagliato e avvolgilo attorno a un pezzo di tubo in PVC circa 9 volte.

Passaggio 7: compilazione della prova del circuito ed errore

La costruzione di questo circuito ha richiesto molte prove ed errori. Il mio problema numero uno era il mio alimentatore e bobina originali. L'alimentatore è un alimentatore a commutazione da 12 volt a 55 amp. Penso che questo alimentatore abbia guidato il circuito ZVS con una corrente iniziale troppo elevata, questo ha fatto esplodere i mosfet. Sono esplosi, come nella prima foto. Questo probabilmente avrebbe potuto essere risolto aggiungendo induttori più grandi, ma ho deciso di utilizzare solo batterie al piombo acido.

Il mio secondo problema era la bobina. Nel passaggio 6, hai visto che la bobina d'acciaio non funzionava. Questo elevato assorbimento di corrente dovuto alla bobina di acciaio ha fatto esplodere anche alcuni mosfet. In totale, ho perso circa 6 mosfet a causa dell'esplosione. Questo può essere negativo, ma ho imparato dai miei errori.

Nel corso di questo progetto, ho ricostruito il circuito molte volte, ma spiegherò semplicemente come ho realizzato la versione di maggior successo.

Passaggio 8: costruzione del circuito

Per costruire questo circuito driver ZVS, è necessario seguire lo schema elettrico sopra. Ho preso il diodo zener e l'ho attorcigliato insieme al resistore da 10k. È quindi possibile prendere questa coppia di componenti e saldarla tra il cancello e il terreno del mosfet. Assicurarsi che l'estremità nera del diodo zener sia rivolta verso il cancello. Quindi, saldare i mosfet su un pezzo per perfezionare la tavola. Utilizzare la parte inferiore della scheda perf per saldare due diodi veloci tra lo scarico e le porte di ciascun feto. Accertarsi che la linea bianca sia rivolta verso lo scarico (perno 2). Quindi, collegare il cavo VCC, dall'alimentazione, tramite 2 resistori da 220 ohm al gate di ciascun transistor. Metti a terra entrambe le fonti. Quindi, saldare la bobina di lavoro e il banco di condensatori in parallelo tra loro e saldare ciascuna estremità con un diverso drain. Infine, alimenta le fognature di ogni mosfet attraverso 2 induttori da 50 uh. Questi possono essere nuclei toroidali con 10 giri di filo. Con ciò, il tuo circuito dovrebbe essere pronto per l'uso.

Passaggio 9: la base

La base del riscaldatore a induzione è solo per supportare tutti i componenti. Ho usato un pezzo di scarto di legno 2x4. Il circuito stampato, il banco di condensatori e la bobina di lavoro erano tutti incollati a caldo sul legno. Penso che questa configurazione lo renda bello.

Passaggio 10: test del riscaldatore a induzione

Per accendere il tuo riscaldatore a induzione, basta collegarlo all'alimentazione che hai. Quindi, inserire la parte che si sta tentando di riscaldare nella bobina. Dovrebbe iniziare il riscaldamento. Sono stato in grado di portare una graffetta a temperature roventi in 10 secondi. Altre cose, come un chiodo, impiegarono circa 30 secondi. Con questi oggetti inseriti, l'attuale assorbimento aumenta di circa 2 amp. Questo è un circuito divertente con cui giocare. Può anche essere usato molto praticamente. Può riscaldare oggetti senza la fuliggine che viene dal fumo. Può persino riscaldare oggetti metallici isolati, come il materiale getter in tubi a vuoto. È anche sicuro per l'uomo, quindi non ti brucerai mettendo il dito all'interno della bobina. Tuttavia, ti brucerà se tocchi un oggetto che è già stato riscaldato.

Questo riscaldatore ha molte possibilità, dimmi nei commenti per cosa prevedi di usarlo!

Grazie per aver letto!

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