Leistungsstarke Induktionsheizung DIY - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:20

Induktionsheizungen sind definitiv eine der effizientesten Methoden zum Erhitzen von Metallgegenständen, insbesondere Eisenmetallen. Das Beste an diesem Induktionsheizgerät ist, dass Sie keinen physischen Kontakt mit dem zu erwärmenden Objekt haben müssen.

Es gibt viele Induktionsheizungs-Kits, die online verfügbar sind, aber wenn Sie die Grundlagen der Induktionsheizung lernen und eine bauen möchten, die genau wie eine High-End-Version aussieht und funktioniert, dann gehen Sie durch dieses anweisbare, da ich Ihnen zeigen werde, wie eine Induktion Heizung funktioniert und wo Sie Ihr Material beschaffen können, um für sich selbst eine zu bauen, die wie eine professionelle aussieht.

Lass uns anfangen…

Schritt 1: Konzept hinter Induktionserwärmung

Es gibt mehrere Methoden zum Erhitzen von Metallen, von denen eine die Induktionserwärmung ist. Wie der Name des Verfahrens schon sagt, wird die Wärme im Material durch elektrische Induktion erzeugt.

Elektrische Induktion findet innerhalb des Materials statt, da sich das magnetische Feld um es herum ständig ändert, was zur Induktion von Wirbelströmen innerhalb des Materials führt, das sich in der Spule befindet. Dies führt zu einer sofortigen Erwärmung und der Effekt ist bei Eisenmetallen aufgrund seiner höheren Reaktion auf magnetische Kräfte am deutlichsten.

Einen tieferen Überblick erhalten Sie auf Wikipedia:

en.wikipedia.org/wiki/Induction_heating

Schritt 2: Leiterplatte und Komponenten

Da ich eine Batterie / Stromversorgung verwenden werde, die uns eine Ausgabe von 12 V DC liefert, die nicht ausreicht, um eine Induktion zu erzeugen, da das in der Induktionsspule aufgrund von Gleichstrom erzeugte Magnetfeld ein konstantes Magnetfeld ist. Die Aufgabe hier besteht also darin, diese Gleichspannung in Wechselstrom umzuwandeln, der somit eine Induktion erzeugt.

Also habe ich eine Oszillatorschaltung entworfen, die einen Wechselstromausgang mit einer Rechteckwelle von fast 20 KHz Frequenz erzeugt. Die Schaltung verwendet vier IRF540 N-Kanal-Mosfets, um den Strom häufig in wechselnde Richtung umzuschalten. Um größere Ströme sicher zu handhaben, habe ich in jedem Kanal ein Paar Mosfets verwendet.

Da wir mit höheren Strömen zu tun haben werden, ist ein Perfboard definitiv keine zuverlässige und natürlich keine saubere Option. Also entschied ich mich für eine sehr zuverlässige Option, die eine Leiterplatte ist. Das mag nach einer teuren Option klingen, aber mit diesem Gedanken im Hinterkopf bin ich auf JLCPCB.com gestoßen

Diese Jungs bieten hochwertige Leiterplatten zu hervorragenden Preisen an. Ich habe 10 Platinen für das Induktionsheizgerät bestellt und als erste Bestellung bieten diese Jungs das alles für nur 2 $ einschließlich der Versandkosten vor der Haustür an.

Die Qualität ist hochwertig wie auf den Bildern zu sehen. Schauen Sie also unbedingt auf ihrer Website vorbei.

Schritt 3: Leiterplatte bestellen

Der Bestellvorgang für Leiterplatten ist denkbar einfach. Zuerst müssen Sie jlcpcb.com besuchen. Um ein sofortiges Angebot zu erhalten, müssen Sie nur Ihre Gerber-Datei für die PCBs hochladen und eine, die sie hochgeladen haben, können Sie die unten angegebene Option verwenden.

Ich habe in diesem Schritt auch die Gerber-Datei für die Leiterplatte hinzugefügt, also überprüfen Sie sie unbedingt.

Schritt 4: Ergänzende Teile

Ich habe angefangen, PCB mit kleinen komplementären Teilen zu montieren, die Widerstände und ein paar Dioden enthalten.

R1, R2 sind 10k Widerstände. R3 und R4 sind 220 Ohm Widerstände.

D1 und D2 sind UF4007-Dioden (UF steht für Ultra Fast), ersetzen Sie sie nicht durch 1N4007-Dioden, da sie explodieren. D3 und D4 sind Zenerdioden 1N821.

Stellen Sie sicher, dass Sie das richtige Bauteil an der richtigen Stelle platzieren und platzieren Sie die Dioden auch in der richtigen Richtung, wie auf der Platine gezeigt.

Schritt 5: MOSFETs

Um eine große Menge an Stromabflüssen zu bewältigen, habe ich mich für N-Kanal-MOSFETs entschieden. Ich habe auf jeder Seite ein Paar IRF540N MOSFET verwendet. Jeder von ihnen hat eine Nennspannung von 100 Vds und eine kontinuierliche Stromaufnahme von bis zu 33 Ampere. Da wir dieses Induktionsheizgerät mit 15 VDC betreiben werden, klingen 100 Vds vielleicht übertrieben, aber das ist es nicht, da die beim Hochgeschwindigkeitsschalten erzeugten Spitzen leicht an diese Grenzen springen können. Also besser mit noch höherem Vds-Rating.

Um überschüssige Wärme abzuleiten, habe ich an jedem von ihnen Aluminiumkühlkörper angebracht.

Schritt 6: Kondensatoren

Die Kondensatoren spielen eine wichtige Rolle, um eine gewünschte Ausgangsfrequenz aufrechtzuerhalten, die im Falle einer Induktionserwärmung bei fast 20 KHz empfohlen wird. Diese Ausgangsfrequenz ergibt sich aus der Kombination von Induktion und Kapazität. So können Sie mit einem LC-Frequenzrechner Ihre Wunschkombination berechnen.

Es ist gut, mehr Kapazität zu haben, aber denken Sie immer daran, dass wir die Ausgangsfrequenz irgendwo in der Nähe von 20 kHz erreichen müssen.

Also entschied ich mich für WIMA MKS 400VAC 0.33uf unpolare Kondensatoren. Tatsächlich konnte ich für diese Kondensatoren keine höhere Nennspannung finden, so dass sie später anschwollen und ich sie durch einige andere unpolare Kondensatoren ersetzen musste, die mit 800 VAC ausgelegt sind.

Davon sind zwei parallel geschaltet.

Schritt 7: Induktivitäten

Da es schwer ist, Hochstrominduktivitäten zu finden, beschloss ich, sie selbst zu bauen. Ich habe einen alten Ferritkern aus altem Computerschrott mit folgenden Abmessungen:

Außendurchmesser: 30mm

Innendurchmesser: 18mm

Breite: 13mm

Es ist nicht notwendig, einen Ferritkern mit exakter Größe zu erhalten, aber das Ziel hier ist es, ein Paar Induktivitäten zu erhalten, die eine Induktivität von fast 100 Micro Henry liefern können. Dafür habe ich 1,2 mm isolierten Kupferdraht verwendet, um die Spulen so zu wickeln, dass jede von ihnen 30 Windungen hat. Diese Konfiguration wird unterzogen, um die erforderliche Induktivität zu erzeugen. Stellen Sie sicher, dass Sie die Wicklungen so eng wie möglich machen, da es nicht empfohlen wird, mehr Abstand zwischen dem Kern und dem Draht zu haben.

Nach dem Wickeln der Induktoren habe ich die isolierten Beschichtungen von beiden Drahtenden entfernt, damit sie auf die Leiterplatte gelötet werden können.

Schritt 8: Lüfter

Um die Wärme der MOSFETs abzuleiten, habe ich mit etwas Heißkleber einen 12-V-PC-Lüfter direkt über den Aluminium-Kühlkörpern montiert. Der Lüfter wird dann an die Eingangsklemmen angeschlossen, sodass die Lüfter bei jedem Einschalten des Induktionsheizers automatisch hochfahren, um die MOSFETs abzukühlen.

Da ich dieses Induktionsheizgerät mit einer 15-VDC-Versorgung betreiben werde, habe ich einen 10 OHM 2 Watt-Widerstand hinzugefügt, um die Spannung auf die sichere Grenze zu senken.

Schritt 9: Anschlüsse für Ausgangsspule

Um die Ausgangsspule mit dem Induktionsheizkreis zu verbinden, habe ich mit einem Winkelschleifer ein Paar Schraffuren auf die Platine gemacht. Später habe ich einen XT60-Anschluss aufgebrochen, um seine Pins für die Ausgangsanschlüsse zu verwenden. Jeder dieser Pins passt in die Ausgangskupferspule.

Schritt 10: Induktionsspule

Die Induktionsspule besteht aus einem Kupferrohr mit 5 mm Durchmesser, das üblicherweise in Klimaanlagen und Kühlschränken verwendet wird. Um die Ausgangsspule perfekt zu wickeln, habe ich eine Papprolle mit einem Durchmesser von fast einem Zoll verwendet. Ich habe der Spule 8 Windungen gegeben, wodurch eine Spulenbreite erzeugt wurde, die genau auf die Ausgangskugelverbinder passt.

Achten Sie darauf, die Spule geduldig zu wickeln, da Sie das Rohr möglicherweise verbiegen und eine Delle verursachen. Stellen Sie außerdem sicher, dass nach dem Wickeln der Spule kein Kontakt zwischen den Wänden von zwei aufeinanderfolgenden Windungen besteht.

Für diese Spule benötigen Sie 3 Fuß Kupferrohr.

Schritt 11: Netzteil

Um diese Induktionsheizung mit Strom zu versorgen, werde ich ein Server-Netzteil verwenden, das für 15 V ausgelegt ist und bis zu 130 Ampere Strom liefern kann. Sie können jedoch jede beliebige 12-V-Quelle wie eine Autobatterie oder ein PC-Netzteil verwenden.

Achten Sie darauf, den Eingang mit der richtigen Polarität anzuschließen.

Schritt 12: Endgültige Ergebnisse

Da ich dieses Induktionsheizgerät mit 15 V versorgt habe, muss es fast 0,5 Ampere Strom ziehen, ohne dass etwas in der Spule platziert wird. Für den Probelauf habe ich eine Holzschraube eingesetzt und plötzlich fängt es an nach Erhitzung zu riechen. Die Stromaufnahme beginnt ebenfalls zu steigen und wenn die Schraube vollständig eingeführt ist, scheint die Spule fast 3 Ampere Strom zu ziehen. Innerhalb von nur einer Minute wird es glühend heiß.

Später habe ich einen Schraubendreher in die Spule eingesetzt und die Induktionsheizung hat sie mit fast 5 Ampere Stromaufnahme bei 15 V auf glühend heiß erhitzt, was einer Induktionsheizung von 75 Watt entspricht.

Insgesamt scheint die Induktionserwärmung eine gute Möglichkeit zu sein, einen Eisenmetallstab effizient zu erwärmen, und sie ist im Vergleich zu anderen Methoden weniger gefährlich.

Es gibt viele nützliche Dinge, die mit dieser Heizmethode gemacht werden können.

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

Grüße.

DIY König