Реклама на портале

Схема простой индукционной плиты. Устройство индукционных плит

1. Теория.
Нагрев происходит за счет перемагничивания ферромагнетика, а не токов Фуко/Эдди/вихревых в сковороде, ибо при использовании только токов Фуко, в самой плите будет выделяться большее количество тепла или конструкция будет очень сложной с медными трубками. Все что дальше написанное, взято из pdf onsemiconductor, holtek и fairchild. На практике не проверял, по этому могу заблуждаться. Упрощенная схема индукционной плитки.

Cbus - конденсатор для стабилизации напряжения питания в течении одного периода колебательного процесса, 4...8мкФ;
Сr - резонансный конденсатор, 0.2...0.3мкФ;
Lr - индуктор, 100мкГн;
T1/D1 - IGBT типа IHW20N120R2, FGA15N120ANTD, IRGP20B120UD (Vces=1200V/Ic=15A/Toff+Tf=400нС/Vsat=1.6 V).

Какие процессы происходят, я отобразил на таком графике.

Цикл работы состоит из двух больших этапов: заряд индуктора линейнонарастающим током через открытый транзистор/диод и затухающего колебательного процесса при закрытом транзисторе. Которые можно разделить на несколько малых тактов.

  1. Затухающий колебательный процесс при закрытом транзисторе. Исходное состояние здесь всегда одно и тоже: Cr заряжен до уровня Ubas, ибо он всегда, мгновенно, заряжается до уровня Ubas при открывании IGBT.
    1. Cr разряжается на индуктор : ток через индуктор и напряжение на коллекторе IGBT нарастает до Ubas, ибо Uce=Ubas-Ucr.
    2. Индуктор разряжается на Cr: ток через индуктор уменьшается, а напряжение на коллекторе IGBT растет до максимального возможного значения. Это значение пропорционально времени открытого состояния транзистора.
    3. Cr разряжается на Lr до напряжения Ubas : ток индуктора растет, а напряжение коллектора IGBT падает до 0. Когда напряжение на коллекторе станет меньше нуля - откроется встречный диод IGBT.
  2. Линейный процесс накачки индуктора. Исходное состояние здесь всегда одно и тоже: Cr заряжен до уровня Ubas, ибо при этом уровне заряда напряжение на встречном диоде переходит через ноль. Если отпирающий импульс на затвор транзистора придет раньше отпирания диода или когда диод уже закроется, т. е. резонансный конденсатор не зарядится до Ubus или уже разрядится на индуктор, то в начальный момент времени через транзистор пройдет большей ток и он будет сильно греться. Что плохо скажется на надежности. На этом этапе Cr всегда заряжен до уровня Ubas, а напряжение на коллекторе близко к 0.
    1. Ток индуктора идет через встречный диод : ток через индуктор линейно падает до нуля. В это оптимальное время подавать отпирающий импульс на затвор.
    2. Ток индуктора идет через IGBT : ток через индуктор линейно нарастает. В это время надо вовремя закрыть транзистор, что бы индуктор не накопил энергии достаточной для пробоя транзистора при такте 1.2.
Следствия.
  1. Мощность регулируют при помощи изменения длительности пачки импульсов, ибо ШИП регулировать сложно: момент включения транзистора определяется переходом через ноль напряжения коллектора, а момент выключения максимальным возможным напряжением на коллекторе, то есть частота и скваженность связаны обратной зависимостью и регулировать ими мощность простым способом не получиться.
  2. Если на плите нет посуды, то это может вывести из строя транзистор из-за повышения максимального напряжения (Cr зарядится до большего напряжения). Для предотвращения этого, каждые две секунды проводят процедуру контроля наличия сковороды: подают затравочный импульс, а потом считают сколько циклов будет затухать колебательный процесс. Если больше 3 - значит посуды нет и надо выключать плиту.
  3. Самый тяжелый - первый импульс, ибо тогда заряжается Cr через IGBT.

2. Силовая схема.


Назначение элементов:
Li - ферритовый тор, надетый на сетевой провод, служит для подавления синфазных помех. В большинстве случаев его нет;
FUSE - предохранитель;
С1 - конденсатор фильтрации импульсных помех, в большинстве случаев его нет;
R1 - резистор для разряда C1 после отключения питания;
D1, D2 - выпрямитель для ИИП и контроля напряжения сети (для расчета мощности и защиты от перенапряжения);
RJ - шунт в виде куска толстого провода;
L1 - фильтр от импульсных помех, чаще всего его нет;
С2 - конденсатор для возможности возврата энергии колебательного контура с индуктором в промежуточный контур постоянного тока Ubas;
С3 - резонансный конденсатор, нужен для обеспечения непрерывного тока после запирания транзистора;
Lr1 - индуктор, служит для передачи энергии в посуду;
T1 - IGBT транзистор, нужен для преобразования постоянного тока в переменный;
R2 - резистор, предназначенный для гарантированного нахождения транзистора в запертом состоянии после включения;
R3 - резистор, предназначенный для подавления высокочастотного тока на затворе;
Uoutlet - выпрямленное напряжение в сети;
Ush - контроль тока для защиты от перегрузки;
Uce - контроль напряжения на коллекторе IGBT, служит защиты от перенапряжения и совместно с Ubas определяет момент включения IGBT;
Ubus - служит для определения момента включения IGBT.

Теорию работы я описал раньше, поэтому повторяться не буду.

3. Драйвер.


Назначение элементов:
D2 - не дает проседать 18V при уменьшении 18V на выходе ИИП, вместо диода может быть резистор сопротивлением 51 Ом или вообще ничего не быть;
С2 - стабилизация напряжение питания драйвера, может не быть;
R3, T4, R2, T3 - два каскада усиления с общим эмиттером;
T1 и T2 - эмитерный повторитель;
D1 - не дает подняться напряжению на выходе выше 18V;
R1 - ограничивает ток заряда затвора IGBT;
R5 - увеличивает входное сопротивление драйвера, необходимо для защиты выхода контроллера;
R4 - служит для канализации тока утечки T4;
С1 - ускоряет процесс переключения T4.

4. Источник Импульсного Питания 5 и 18 Вольт.
Они делаются по двум схемам: обратноходового преобразователя и прямоходового. В обоих случаях используются одни и теже компоненты: микросхема ШИП (ШИМ/PWM со встроенным ключом, чаще всего Viper12A), 78L05, трансформатор, резисторы и конденсаторы.

В обоих схемах S1 - это термопредохранитель упирающийся на теплостойкую крышку плитки. Часто его не бывает; R1 - служит для фильтрации (это если судить по схеме в datasheet samsung: там вместо резистора стоит дроссель на 300 мкГн) или как предохранитель (так написано у stm).

4.1. Обратноходовой преобразователь (flyback converter).

4.2 Прямоходовой преобразователь (Double Output Buck Converter) на тех же элементах.

Схема содрана у STM (AN1514, 3 страница), с точностью до номиналов используется в alaska ic1800. .


Несколько схем из AN1514.



5. Контроль напряжения на индукторе.
Несмотря на то, что IGBT надо открывать когда напряжение на коллекторе (Uce) чуть ниже нуля (когда открыт встроенный в него обратный диод), этот момент времени определяется не через пересечение этим напряжением нуля, а при помощи сравнения его с напряжением промежуточного контура постоянного тока (Ubus), с последующей задержкой. Напряжения сравниваются в встроенном в управляющую микросхему компараторе.
Еще этот компаратор используется для определения наличия сковороды: раз в 2 секунды открывается IGBT на 1 мС, а потом считаются колебания до полного их затухания, если их будет больше 3...24, то значит сковороды на плитке нет. Поэтому здесь используются два делителя, которые приводят входные напряжения около 1200V к величинам меньше 5V (напряжение питания управляющей микросхемы).
Дополнительно напряжение на коллекторе подается на аналоговый вход управляющей мс, для защиты от перенапряжения. Поэтому это напряжение делится еще в 1.5-3 раза. Хотя этого дополнительного делителя может и не быть.
Так как напряжение в 1200V пробьет любой одиноко стоящий резистор, то в верхних плечах делителя используют 2 или 3 последовательно включенных резистора на 1-2Вт, но так как Ubas сильно больше 300V быть не может, то в верхнем плече делителя Ubus на один или два резистора меньше ставят. На выходе делителей, последовательно с входами ic могут быть по резистору на 100-39000 Ом, вероятно, они нужны для дополнительной фильтрации помехи. В результате получается такая схема.

6. Контроль напряжения в сети.
В принципе - это тоже самое Ubus, но измеренное до выпрямителя. Используется для замера мощности и защиты от перенапряжения. Для обоих целей используются разные делители напряжения: выход одного делителя идет на вход АЦП, а другого на вход компаратора. Схемы делителей похожи предыдущие. Только напряжение на входе АЦП сильно усредняется конденсатором большой емкости.


Для экономии одного большого резистора, они могут на делитель подключенный к компоратору подавать постоянное напряжение подавать с делителя подключенного к АЦП через маленький резистор (это напряжения заведомо меньше 5V), а переменку через конденсатор.

7. Контроль тока.
Для контроля тока используется встроенный в управляющую микросхему операционный усилитель. То есть для этой схемы нужны два вывода: вход ОУ и его выход. В некоторых плитках еще используется встроенный компаратор для защиты по току. Схема понятна без пояснений.

8. Контроль температуры igbt.
Под igbt, при помощи резинки, вплотную прижат терморезистор. Он нужен для контроля температуры igbt.

Схема - обычный делитель напряжения, в одном плече которого стоит NTC термистор типа 3950-100k.

Рекомендуемая samsung логика контроля:
-температура выше 85° - понижаем мощность;
-температура выше 90° - выключаем плиту.

9. Контроль температуры поверхности.
Схема идентична предыдущей, только термистор прижат к поверхности плиты. Где находится термистор.

10. Пищалка и вентилятор.
Они могут управляться от отдельных выходов управляющей микросхемы, но в последнее время их подключают к одному выходу, но пищалку через конденсатор. Причем другой выход пищалки может быть подключен к любому напряжению: 0V, 5V или 18V.

11. Другие варианты конструкций.
1. Схема на тиристоре с резонансом напряжений. Она хотя проще этой, но она надежнее (не надо беспокоиться об моменте выключения тиристора), дороже (резонансный конденсатор емкостью в 10 раз больше) и тяжелее (конденсаторы тяжее будут). Сейчас ее не реализовать, ибо инверторные тиристоры промышленность перестала выпускать массово.


2. Полумостовой резонансный инвертор, предлагается STM.

Индукционная плавильная печь применяется для плавления металлов и сплавов уже на протяжении последних нескольких десятилетий. Устройство получило широкое распространение в металлургической и машиностроительной областях, а также в ювелирном деле. При желании простую версию этого оборудования можно изготовить своими руками. Рассмотрим принцип работы и особенности применения индукционной печи подробнее.

Принцип индукционного нагрева

Для того чтобы металл перешел из одного агрегатного состояния в другое требуется нагреть его до достаточно высокой температуры. При этом у каждого металла и сплава своя температура плавления, которая зависит от химического состава и других моментов. Индукционная плавильная печь проводит нагрев материала изнутри при создании вихревых токов, которые проходят через кристаллическую решетку. Рассматриваемый процесс связан с явлением резонанса, который становится причиной увеличения силы вихревых токов.

Принцип действия устройства имеет следующие особенности:

  1. Пространство, которое образуется внутри катушки, служит для размещения заготовки. Использовать этот метод нагрева в промышленных условиях можно только при условии создания большого устройства, в которое можно будет поместить шихту различных размеров.
  2. Устанавливаемая катушка может иметь различную форму, к примеру, восьмерки, но наибольшее распространение получила спираль. Стоит учитывать, что форма катушки выбирается в зависимости от особенностей заготовки, подвергаемой нагреву.

Для того чтобы создать переменное магнитное поле устройство подключается к бытовой сети электроснабжения. Для повышения качества получаемого сплава с высокой текучестью применяются высокочастотные генераторы.

Устройство и применение индукционной печи

При желании можно создать индукционную печь для плавки металла из подручных материалов. Классическая конструкция имеет три блока:

  1. Генератор, который создает ток высокой частоты переменного типа. Именно он создает электрический ток, преобразующийся в магнитное поле, проходящее через материал и ускоряя движение частиц. За счет этого происходит переход металла или сплавов из твердого состояния в жидкое.
  2. Индуктор отвечает за создание магнитного поля, которое и нагревает металл.
  3. Тигель предназначен для плавки материала. Он помещается в индуктор, а обмотка подключается к источникам тока.

Процесс преобразования электрического тока в магнитное поле сегодня применяется в самых различных отраслях промышленности.

К основным достоинствам индуктора можно отнести нижеприведенные моменты:

  1. Современное устройство способно направлять магнитное поле, за счет чего повышается КПД. Другими словами, проходит нагрев шихты, а не устройства.
  2. За счет равномерного распространения магнитного поля заготовка нагревается равномерно. При этом с момента включения устройства до плавки шихты уходит небольшое количество времени.
  3. Однородность получаемого сплава, а также его высокое качество.
  4. При нагреве и плавлении металла не образуются испарения.
  5. Сама установка безопасна в применении, не становится причиной образования токсичных веществ.

Существует просто огромное количество различных вариантов исполнения самодельных индукционных печей, каждая имеет свои определенные особенности.

Виды индукционных печей

Рассматривая классификацию устройств, отметим, что нагрев заготовок может проходить как внутри, так и снаружи катушки. Именно поэтому выделяют два типа индукционных печей:

  1. Канальная. Подобного рода устройство имеет небольшие каналы, которые расположены вокруг индуктора. Для генерации переменного магнитного поля внутри расположен сердечник.
  2. Тигельная. Эта конструкция характеризуется наличием специальной емкости, которую называют тигель. Изготавливается она из тугоплавкого металла с высоким показателем температуры плавления.

Важно, что канальные индукционные печи обладают большими габаритными размерами и предназначаются для промышленного плавления металла. За счет непрерывного процесса плавки можно получать большой объем расплавленного металла. Канальные индукционные печи применяются для плавки алюминия и чугуна, а также других цветных сплавов.

Тигельные индукционные печи характеризуются относительно небольшими размерами. В большинстве случаев подобного рода устройство применяется в ювелирном деле, а также при плавке металла в домашних условиях.

Создавая печь своими руками можно провести регулировку мощности, для чего изменяется количество витков. Стоит учитывать, что при повышении мощности устройства требуется более емкая батарея, так как повышается показатель энергопотребления. Для того чтобы снизить температуру основных элементов конструкции устанавливается вентилятор. При длительной эксплуатации печи ее основные элементы могут существенно нагреваться, что стоит учитывать.

Еще большое распространение получили индукционные печи на лампах. Подобную конструкцию можно изготовить самостоятельно. Процесс сборки имеет следующие особенности:

  1. Медная трубка применяется для создания индуктора, для чего ее сгибают по спирали. Концы также должны быть большими, что требуется для подключения устройства к источнику тока.
  2. Индуктор следует поместить в корпусе. Изготавливается он из термостойкого материала, который может отражать тепло.
  3. Проводится соединение каскадов ламп по схеме с конденсаторами и дросселями.
  4. Выполняется подключение неоновой лампы-индикатора. Она включается в схему для обозначения того, что устройство готово к работе.
  5. В систему подключают подстроечный конденсатор переменной емкости.

Важным моментом является то, как можно провести охлаждение системы. При работе практически всех индукционных печей основные элементы конструкции могут нагреваться до высокой температуры. Промышленное оборудование имеет систему принудительного охлаждения, которое работает на воде или антифризе. Для того чтобы создать конструкцию водяного охлаждения своими руками требуется довольно много средств.

В домашних условиях устанавливается система воздушного охлаждения. Для этого устанавливаются вентиляторы. Следует располагать их так, чтобы обеспечивать беспрерывный поток холодного воздуха к основным элементам конструкции печи.

Многофункциональные индукционные электроприборы длительное время использовались в металлургии и сварочной отрасли. Их производство относится к высоким технологиям. Усовершенствованная схема индукционной плиты активно используется в бытовой отрасли (создание электроплит). Даже если оборудование выходит из строя, это не является серьезной проблемой. Но специализированные сервисные центры требуют значительную плату за свои услуги. Чтобы сэкономить внушительную сумму, можно выполнить ремонт индукционной плиты своими руками.

Комплектующие элементы

Традиционная схема индукционной плитки состоит из нескольких ключевых деталей, каждая из которых предназначена для выполнения определенных функций. Слаженная работа агрегата достигается за счет наличия следующих элементов:


Принцип работы

Схема индукционной плиты не такая уж и сложная, если перед использованием изделия разобраться с тем, как оно функционирует. Работа агрегата построена на электромагнитных импульсах - механизме протекания тока при изменении общего магнитного потока. По своему принципу работы изделие очень похоже на классический трансформатор. Мощная катушка индукционного типа спрятана под стеклокерамической поверхностью. В нормальных условиях механизм взаимодействует с током частотой от 20 до 200 кГц. В качестве первичной обмотки используется катушка, а вторичной является посуда, которую пользователь устанавливает сверху на конфорку.

Схема индукционной плиты основана на том, что после размещения кастрюли на рабочей поверхности в действие вступают токи, которые и выполняют нагревание. Стеклокерамическая поверхность изделия хорошо накаляется, но исключительно от посуды, а не от встроенных механизмов.

Приготовление пищи

Абсолютно все схемы управления платами индукционной плитки рассчитаны на определенную посуду с магнитным днищем. Варочная поверхность автоматически распознает подходящую конструкцию и мгновенно активизируется после поворота конфорки. Производители разрешают использовать следующую посуду:

  • Из нержавейки.
  • Чугунную.
  • Эмалированную, но только с плоским дном.

Если сама посуда изготовлена из стали, но сверху покрыта толстым слоем эмали, то и такое изделие можно использовать.

Выбор качественной модели

Схема настольной индукционной плитки построена таким образом, что все зависит от уровня напряжения в доме. Если показатели ниже требуемых значений, тогда будет регулярно выбивать главный предохранитель возле распределительного щитка, а также сгорит шнур питания.

Если потребитель понимает, что проблемы с напряжением все же присутствуют, тогда лучше изучить схему индукционной плитки Endever меньшей мощности, которая оснащена функцией самостоятельной регулировки требуемых показателей. Это самый простой и доступный вариант. Но скорость нагрева установленной емкости будет снижена. После покупки изделия нужно проложить самостоятельно кабель с соответствующим поперечным сечением. Для безопасности можно установить отдельный автоматический выключатель с подходящим номинальным током.

Виды неисправностей

В последнее время наибольшей популярностью пользуется индукционная плитка Galaxy GL 3054. Схема ремонта этого изделия отличается своей простотой и доступностью, за счет чего пользователям не нужно тратить большую сумму на восстановление работоспособности агрегата. К самым распространенным неисправностям относятся:

  • Отсутствует реакция на сенсорную панель. Если на поверхности присутствуют жировые загрязнения, то система может просто не распознавать касания человека. Для решения этой проблемы достаточно выполнить аккуратную очистку поверхности.
  • Не работает несколько конфорок. Нужно проверить подключение плиты к источнику питания. От перегрева может выйти из строя соединительный разъем индуктора.
  • Охлаждающий вентилятор не отключается. Причиной может служить неисправность датчика температуры.
  • Плита не реагирует на посуду. Для приготовления пищи можно использовать только те кастрюли и сковородки, которые изначально предназначены для таких варочных поверхностей. В противном случае нужно проверить блок питания и датчик температуры.
  • Не отображается показатель остаточного тепла. Чаще всего ситуация возникает на фоне поломки термодатчика. Во время замены устройства нужно проверять надежность подключения соединительной проводки, чтобы избежать возможного возгорания.

Восстановление работоспособности

В частных жилых помещениях и квартирах все чаще используются однокомфорочные индукционные плитки. Электрические схемы позволяют домашним мастерам самостоятельно проводить необходимые ремонтные работы. Первым делом всегда отсоединяют изделие от электросети. Только после этого демонтируют декоративную поверхность, чтобы получить полноценный доступ к деталям. Любые следы копоти, смена традиционной расцветки элементов, признаки плавления должны вызвать опасение.

Эксперты рекомендуют заранее подготовить схему электрической индукционной плитки, так как в этом случае все ремонтные работы будут проходить гораздо быстрее. Скачать необходимый документ можно на официальном сайте производителя изделия. С помощью мультиметра нужно проверить блок предохранителей, кабель и сами контакты. Обязательно осматривают спирали индукционных катушек. На изделиях не должно быть трещин, а также касаний между витками. Необходимо протестировать исправность соединительной проводки. Цепи проверяют мультиметром. Необходимо аккуратно извлечь проблемную конфорку вместе с платой генератора. Мастеру предстоит внимательно осмотреть элементную базу. Сгоревшие радиодетали видно невооруженным глазом. Когда проблема обнаружена, нужно заменить вышедшие из строя детали. В этом случае поможет схема индукционной плитки. Своими руками выполнить все необходимые манипуляции не так уж и сложно, если заранее подготовить необходимые инструменты.

Преимущества и недостатки

Современная схема индукционной плитки позволяет добиться максимальных показателей КПД, существенной экономии электроэнергии, а также минимальных рисков получения термического ожога. Изделие является отличным помощником на любой кухне. Агрегат выгодно отличается от всех газовых и электрических аналогов. Основные преимущества индукционной плиты заметны даже новичку.

Отдельного внимания заслуживает современный внешний вид изделия. Плита органично впишется в любой дизайн кухни, а ухаживать за ней сможет даже ребенок. Для очистки от накопившегося жира и других пятен нужно использовать обычную губку с моющим средством. Запрещено применять металлические ершики и другие изделия, которые могут повредить поверхность.

После снятия с плиты сковородки или кастрюли изделие автоматически отключается, за счет чего электричество не расходуется впустую. Пища ничем не отличается от той, которая была приготовлена на обычном газу. К дополнительным удобствам можно отнести возможность регулировки температурного режима и наличие нескольких программ для качественной готовки.

К недостаткам можно отнести тот факт, что пользователям нужно использовать определенную посуду, которая изготовлена на основе ферромагнитных материалов. Такие плиты реализуются не сразу, если сравнивать с основными конкурентами. Среднестатистический покупатель не всегда может позволить себе приобрести такое изделие.

Безопасность для человека

В последнее время ведется много различных дискуссий об уровне вреда индукционных плит. Принцип работы таких изделий построен на электромагнитных полях, о негативности которых прекрасно известно всем. Экспертами было доказано, что на расстоянии 2 см от плиты излучение всегда выше допустимой нормы. Если кастрюля смещена относительно центра конфорки, то указанная норма будет завышена в районе 15 сантиметров от варочной поверхности.

Качественное в жилых зданиях занимает много свободного времени. Прежде чем приступать к самостоятельному монтажу изделия, нужно учесть сечение, мощность фаз и количество проводов силового кабеля между варочной поверхностью и домашним распределительным устройством. После установки обязательно нужно придерживаться основных правил эксплуатации, а также регулярно очищать поверхность от загрязнений. За счет этого плита прослужит не один год.

Индукционные нагреватели работают по принципу “получение тока из магнетизма”. В специальной катушке генерируется переменное магнитное поле высокой мощности, которое порождает вихревые электрические токи в замкнутом проводнике.

Замкнутым проводником в индукционных плитах является металлическая посуда, которая разогревается вихревыми электрическими токами. В общем, принцип работы таких приборов не сложен, и при наличии небольших познаний в физике и электрике, собрать индукционный нагреватель своими руками не составит большого труда.

Самостоятельно могут быть изготовлены следующие приборы:

  1. Приборы для нагрева в котле отопления.
  2. Мини-печи для плавки металлов.
  3. Плиты для приготовления пищи.

Индукционная плита своими руками, должна быть изготовлена с соблюдением всех норм и правил для эксплуатации данных приборов. Если за пределы корпуса в боковых направлениях будет выделяться опасное для человека электромагнитное излучение, то использовать такой прибор категорически запрещается.

Кроме этого большая сложность при конструировании плиты заключается в подборе материала для основания варочной поверхности, которое должно удовлетворять следующим требованиям:

  1. Идеально проводить электромагнитное излучение.
  2. Не являться токопроводящим материалом.
  3. Выдерживать высокую температурную нагрузку.

В бытовых варочных индукционных поверхностях используется дорогая керамика, при изготовлении в домашних условиях индукционной плиты, найти достойную альтернативу такому материалу – довольно сложно. Поэтому, для начала следует сконструировать что-нибудь попроще, например, индукционную печь для закалки металлов.

Инструкция по изготовлению

Чертежи


 Рисунок 1. Электрическая схема индукционного нагревателя
Рисунок 2. Устройство. Рисунок 3. Схема простого индукционного нагревателя

Для изготовления печи понадобятся следующие материалы и инструменты:

  • припой;
  • текстолитовая плата.
  • мини-дрель.
  • радиоэлементы.
  • термопаста.
  • химические реагенты для травления платы.

Дополнительные материалы и их особенности:

  1. Для изготовления катушки , которая будет излучать необходимое для нагрева переменное магнитное поле, необходимо приготовить отрезок медной трубки диаметром 8 мм, и длиной 800 мм.
  2. Мощные силовые транзисторы являются самой дорогой частью самодельной индукционной установки. Для монтажа схемы частотного генератора необходимо приготовить 2 таких элемента. Для этих целей подойдут транзисторы марок: IRFP-150; IRFP-260; IRFP-460. При изготовлении схемы используются 2 одинаковых из перечисленных полевых транзисторов.
  3. Для изготовления колебательно контура понадобятся керамические конденсаторы ёмкостью 0,1 mF и рабочим напряжением 1600 В. Для того, чтобы в катушке образовался переменный ток высокой мощности, потребуется 7 таких конденсаторов.
  4. При работе такого индукционного прибора , полевые транзисторы будут сильно разогреваться и если к ним не будут присоединены радиаторы из алюминиевого сплава, то уже через несколько секунд работы на максимальной мощности, данные элементы выйдут из строя. Ставить транзисторы на теплоотводы следует через тонкий слой термопасты, иначе эффективность такого охлаждения будет минимальна.
  5. Диоды , которые используются в индукционном нагревателе, обязательно должны быть ультрабыстрого действия. Наиболее подходящими для данной схемы, диоды: MUR-460; UF-4007; HER – 307.
  6. Резисторы, которые используются в схеме 3: 10 кОм мощностью 0,25 Вт – 2 шт. и 440 Ом мощностью – 2 Вт. Стабилитроны: 2 шт. с рабочим напряжением 15 В. Мощность стабилитронов должна составлять не менее 2 Вт. Дроссель для подсоединения к силовым выводам катушки используется с индукцией.
  7. Для питания всего устройства понадобится блок питания мощностью до 500. Вт. и напряжением 12 – 40 В. Запитать данное устройство можно от автомобильного аккумулятора, но получить наивысшие показания мощности при таком напряжении не получится.


Сам процесс изготовления электронного генератора и катушки занимает немного времени и осуществляется в такой последовательности:

  1. Из медной трубы делается спираль диаметром 4 см. Для изготовления спирали следует медную трубку накрутить на стержень с ровной поверхностью диаметром 4 см. Спираль должна иметь 7 витков, которые не должны соприкасаться. На 2 конца трубки припаиваются крепёжные кольца для подключения к радиаторам транзистора.
  2. Печатная плата изготавливается по схеме. Если есть возможность поставить полипропиленовые конденсаторы, то благодаря тому, что такие элементы обладают минимальными потерями и устойчивой работой при больших амплитудах колебания напряжений, устройство будет работать намного стабильнее. Конденсаторы в схеме устанавливаются параллельно образуя с медной катушкой колебательный контур.
  3. Нагрев металла происходит внутри катушки, после того как схема будет подключена к блоку питания или аккумулятору. При нагреве металла необходимо следить за тем, чтобы не было короткого замыкания обмоток пружины. Если коснуться нагреваемым металлом 2 витка катушки одновременно, то транзисторы выходят из строя моментально.

Нюансы


  1. При проведении опытов по нагреву и закалке металлов , внутри индукционной спирали температура может быть значительна и составляет 100 градусов Цельсия. Этот теплонагревательный эффект можно использовать для нагрева воды для бытовых нужд или для отопления дома.
  2. Схема нагревателя рассмотренного выше (рисунок 3) , при максимальной нагрузке способна обеспечить излучение магнитной энергии внутри катушки равное 500 Вт. Такой мощности недостаточно для нагрева большого объёма воды, а сооружение индукционной катушки высокой мощности потребует изготовление схемы, в которой необходимо будет использовать очень дорогие радиоэлементы.
  3. Бюджетным решением организации индукционного нагрева жидкости , является использование нескольких устройств описанных выше, расположенных последовательно. При этом, спирали должны находиться на одной линии и не иметь общего металлического проводника.
  4. В качестве используется труба из нержавеющей стали диаметром 20 мм. На трубу «нанизываются» несколько индукционных спиралей, таким образом, чтобы теплообменник оказался в середине спирали и не соприкасался с её витками. При одновременном включении 4 таких устройств, мощность нагрева будет составлять порядка 2 Квт, что уже достаточно для проточного нагрева жидкости при небольшой циркуляции воды, до значений позволяющих использовать данную конструкцию в снабжении тёплой водой небольшого дома.
  5. Если соединить такой нагревательный элемент с хорошо изолированным баком , который будет расположен выше нагревателя, то в результате получится бойлерная система, в которой нагрев жидкости будет осуществляться внутри нержавеющей трубы, нагретая вода будет подниматься вверх, а её место будет занимать более холодная жидкость.
  6. Если площадь дома значительна , то количество индукционных спиралей может быть увеличено до 10 штук.
  7. Мощность такого котла можно легко регулировать путём отключения или включения спиралей. Чем больше одновременно включённых секций, тем больше будет мощность работающего таким образом отопительного устройства.
  8. Для питания такого модуля понадобится мощный блок питания. Если есть в наличии инверторный сварочный аппарат постоянного тока, то из него можно изготовить преобразователь напряжения необходимой мощности.
  9. Благодаря тому, что система работает на постоянном электрическом токе , который не превышает 40 В, эксплуатация такого устройства относительно безопасна, главное обеспечить в схеме питания генератора блок предохранителей, которые в случае короткого замыкания обесточат систему, там самым исключив возможность возникновения пожара.
  10. Можно таким образом организовать “бесплатное” отопление дома , при условии установки для питания индукционных устройств аккумуляторных батарей, зарядка которых будет осуществляться за счёт энергии солнца и ветра.
  11. Аккумуляторы следует объединить в секции по 2 шт., подключённые последовательно. В результате, напряжение питания при таком подключении будет не менее 24 В., что обеспечит работу котла на высокой мощности. Кроме этого, последовательное подключение позволит снизить силу тока в цепи и увеличить срок эксплуатации аккумуляторов.


  1. Эксплуатация самодельных устройств индукционного нагрева , не всегда позволяет исключить распространение вредного для человека электромагнитного излучения, поэтому индукционный котёл следует устанавливать в нежилом помещении и экранировать оцинкованной сталью.
  2. Обязательно при работе с электричеством следует соблюдать правила техники безопасност и, особенно это касается сетей переменного тока напряжением 220 В.
  3. В качестве эксперимента можно изготовить варочную поверхность для приготовления пищи по схеме указанной в статье, но эксплуатировать данный прибор постоянно не рекомендуется по причине несовершенства самостоятельного изготовления экранирования данного устройства, из-за этого возможно воздействие на организм человека вредного электромагнитного излучения, способного негативно сказаться на здоровье.

Выплавка металла индукционным способом активно применяется в различных отраслях, например машиностроении, металлургическом и ювелирном производстве. Материал нагревается под воздействием электрического тока, что позволяет использовать тепло с максимальной эффективностью. На крупных фабриках для этого имеются специальные промышленные агрегаты, тогда как в домашних условиях можно собрать простенькую и небольшую индукционную печь своими руками.

Подобные печи популярны на производстве

Самостоятельная сборка печи

В интернете и журналах представлено множество технологий и схематичных описаний этого процесса, но при выборе стоит остановиться на какой-то одной модели, наиболее эффективной в работе, а также доступной и лёгкой в выполнении.

Самодельные плавильные печки имеют довольно простую конструкцию и обычно состоят лишь из трёх основных частей, помещённых в крепкий корпус. К ним относятся:

  • элемент, генерирующий переменный ток высокой частоты;
  • спиралевидная деталь, созданная из медной трубки или толстой проволоки, называемая индуктором;
  • тигель – ёмкость, в которой будет осуществляться прокаливание или плавка, изготовленная из огнеупорного материала.

Конечно, такое оборудование нечасто используют в быту, ведь не все мастера нуждаются в подобных агрегатах. Но технологии, встречающиеся в этих приспособлениях, присутствуют в бытовой технике, с которой многие люди имеют дело практически каждый день. Сюда можно отнести микроволновки, электрические духовки и индукционные плиты. Своими руками по схемам можно изготовить разное оборудование, если имеются необходимые знания и умения.

В этом видео вы узнаете из чего состоит данная печь

Нагрев в подобной технике осуществляется благодаря индукционным вихревым токам. Повышение температуры происходит мгновенно в отличие от других приспособлений аналогичного предназначения.

Например, индукционные плиты обладают КПД в 90%, а газовые и электрические не могут похвастаться этим значением, оно составляет лишь 30-40% и 55-65%, соответственно. Однако у ТВЧ плит есть недостаток: для их эксплуатации придётся подготовить специальную посуду.

Конструкция из транзисторов

Существует множество различных схем по сборке индукционных плавилен в домашних условиях. Простая и проверенная печь из полевых транзисторов собирается довольно легко, многие мастера, знакомые с основами радиотехники, справятся с её изготовлением по схеме, представленной на рисунке. Для создания установки нужно подготовить следующие материалы и детали:

  • два транзистора IRFZ44V;
  • медные провода (для обмотки) в изоляции из эмали, толщиной 1,2 и 2 мм (по одной штуке);
  • два колечка от дросселей, их можно снять с блока питания старого компьютера;
  • один резистор 470 Ом на 1 Вт (можно последовательно соединить два по 0,5 Вт);
  • два диода UF4007 (спокойно заменяются на модель UF4001);
  • плёночные конденсаторы по 250 Вт - одна штука ёмкостью 330 нФ, четыре - 220 нФ, три - 1 мкФ, 1 штука - 470 нФ.

Перед сборкой подобной печи не забываем про инструмент

Сборка происходит по схематическому рисунку, также рекомендуется сверяться с пошаговой инструкцией, это убережёт от ошибок и порчи элементов. Создание индукционной плавильной печи своими руками производится по следующему алгоритму:

  1. Транзисторы помещают на довольно большие радиаторы. Дело в том, что схемы могут сильно греться во время работы, поэтому так важно подобрать детали подходящего размера. Все транзисторы можно разместить и на одном радиаторе, но в таком случае придётся изолировать их, избавив от соприкосновения с металлом. В этом помогут шайбы и прокладки из пластика и резины. Правильная распиновка транзисторов показана на картинке.
  2. Затем приступают к изготовлению дросселей, их понадобится две штуки. Для этого берут медную проволоку 1,2 миллиметра в диаметре и обматывают ею кольца, взятые с блока питания. В состав этих элементов входит ферромагнитное железо в виде порошка, поэтому необходимо сделать не меньше 7-15 витков, оставляя между ними небольшое расстояние.
  3. Полученные модули собирают в одну батарею с ёмкостью 4,6 мкФ, конденсаторы соединяют параллельно.
  4. Медную проволоку толщиной 2 мм используют для обмотки индуктора. Её оборачивают 7-8 раз вокруг любого предмета цилиндрической формы, его диаметр должен соответствовать размеру тигля. Лишнюю проволоку обрезают, но оставляют довольно длинные концы: они понадобятся для подключения к другим деталям.
  5. Все элементы соединяют на плате, как показано на рисунке.

При необходимости можно соорудить корпус для агрегата, в этих целях используют только термостойкие материалы, например текстолит. Мощность аппарата можно регулировать, для чего достаточно поменять количество витков проволоки на индукторе и их диаметр.


Есть несколько вариации индукционной печи, которую можно собрать

С графитовыми щётками

Главный элемент этой конструкции собирают из графитовых щёток, пространство между которыми заполняют гранитом, измельчённым до порошкового состояния. Затем готовый модуль соединяют с понижающим трансформатором. При работе с подобным оборудованием можно не опасаться удара током, так как оно не испытывает необходимости в использовании 220 вольт.

Технология изготовления индуктивной печи из графитовых щёток:

  1. Сначала собирают корпус, для этого огнеупорный (шамотный) кирпич размером 10×10×18 см укладывают на плитку, способную переносить высокую температуру. Готовый бокс оборачивают асбестокартоном. Чтобы придать этому материалу необходимую форму, его достаточно смочить небольшим количеством воды. Размер основы напрямую зависит от мощности трансформатора, используемого в конструкции. При желании бокс можно покрыть проволокой из стали.
  2. Отличным вариантом для графитных печей станет трансформатор мощностью 0,063 кВт, взятый от сварочного аппарата. Если он рассчитан на 380 В, то в целях обеспечения безопасности можно подвергнуть его обмотке, хотя многие опытные радиотехники считают, что от этой процедуры можно отказаться без какого-либо риска. Однако рекомендуется обвить трансформатор тонким алюминием, чтобы готовый аппарат не нагревался во время работы.
  3. На дно короба устанавливают глиняную подложку, чтобы жидкий металл не растекался, после чего в бокс помещают графитовые щётки и гранитный песок.


Главным преимуществом подобных приборов считается высокая температура плавления, которая способна изменить агрегатное состояние даже палладия и платины. К недостаткам можно отнести слишком быстрый нагрев трансформатора, а также небольшую площадь печи, которая не позволит выплавить больше 10 г металла за один раз. Поэтому каждый мастер должен понимать, что если прибор собирается для обработки больших объёмов, то лучше изготовить печь иной конструкции.

Прибор на лампах

Мощную печку для плавки можно собрать из электронных лампочек. Как видно на схеме, для получения высокочастотного тока нужно параллельно соединить лучевые лампы. Вместо индуктора в этом приборе используют трубку из меди диаметром 10 мм. Также конструкцию оснащают подстроечным конденсатором, чтобы иметь возможность регулировать мощность печи. Для сборки нужно подготовить:

  • четыре лампы (тетроды) L6, 6П3 или Г807;
  • подстроечный конденсатор;
  • 4 дросселя на 100-1000 мкГн;
  • неоновую лампочку-индикатор;
  • четыре конденсатора на 0,01 мкФ.


Для начала медной трубке придают форму спирали - это будет индуктор прибора. При этом между витками оставляют расстояние не менее 5 мм, а их диаметр должен составлять 8-15 см. Концы спирали обрабатывают для прикрепления к схеме. Толщина получившегося индуктора должна быть больше, чем у тигля (его помещают внутрь), на 10 мм.

Готовую деталь размещают в корпусе. На его изготовление следует использовать материал, который обеспечит электро- и термоизоляцию начинки прибора. Затем из ламп, дросселей и конденсаторов собирают каскад, как показано на рисунке, последние соединяют в прямую линию.

Пришло время подключать неоновый индикатор: он нужен, чтобы мастер мог узнавать о готовности прибора к работе. Эту лампочку выводят на корпус печи вместе с ручкой конденсатора переменной ёмкости.

Оборудование охлаждающей системы

Промышленные агрегаты для плавления металла оснащены специальными системами охлаждения на антифризе или воде. Для оборудования этих важных установок в самодельных ТВЧ печках потребуются дополнительные затраты, из-за чего сборка может существенно ударить по кошельку. Поэтому лучше обеспечить бытовой агрегат более дешёвой системой, состоящей из вентиляторов.

Воздушное охлаждение этими устройствами возможно при их удалённом расположении от печи. В противном случае металлическая обмотка и детали вентилятора могут послужить контуром для замыкания вихревых токов, что существенно снизит эффективность оборудования.

Ламповые и электронные схемы также склонны активно нагреваться во время работы агрегата. Для их охлаждения обычно используют теплоотводящие радиаторы.

Правила использования

Опытным радиотехникам сборка индукционной печи по схемам своими руками может показаться лёгким занятием, поэтому прибор будет готов довольно быстро, а мастер захочет испробовать своё творение в деле. Стоит помнить, что при работе с самодельной установкой важно соблюдать технику безопасности и не забывать об основных угрозах, которые могут возникнуть во время эксплуатации инерционной печи:

  1. Жидкий металл и нагревательные элементы приспособления могут стать причиной сильных ожогов.
  2. Ламповые схемы состоят из деталей с высоким напряжением, поэтому во время сборки агрегата их необходимо поместить в закрытый бокс, исключив таким образом вероятность случайного прикосновения к этим элементам.
  3. Электромагнитное поле способно оказывать влияние даже на те вещи, что находятся вне короба установки. Поэтому перед включением прибора нужно убрать подальше все сложнотехнические устройства, такие как мобильные телефоны, цифровые фотоаппараты, MP3 плееры, а также снять все металлические украшения. Опасности подвергаются также люди с кардиостимуляторами: им ни в коем случаем нельзя пользоваться таким оборудованием.

Эти печи можно использовать не только для плавки, но и для быстрого нагрева металлических предметов при формовке и лужении. Меняя выходной сигнал установки и параметры индуктора, можно настроить прибор для конкретной задачи.

Для плавки небольших объёмов железа пойдут самодельные печки, эти эффективные устройства способны работать от обычных розеток. Прибор не занимает много места , его можно расположить на рабочем столе в мастерской или гараже. Если человек умеет читать простенькие электрические схемы, то ему не нужно приобретать подобное оборудование в магазине, ведь он сможет собрать небольшую печку своими руками всего за несколько часов.

Радиолюбители давно выяснили, что можно изготовить индукционные печи для плавки металла своими руками. Эти простые схемы помогут сделать твч установку для домашнего использования. Однако все описанные конструкции правильней будет назвать лабораторными инверторами Кухтецкого, так как самостоятельно собрать полноценную печку этого типа просто невозможно.