DIY เครื่องทำความร้อนเหนี่ยวนำที่ทรงพลัง: 12 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

เครื่องทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดวิธีหนึ่งในการให้ความร้อนแก่วัตถุที่เป็นโลหะโดยเฉพาะโลหะที่เป็นเหล็ก ส่วนที่ดีที่สุดเกี่ยวกับเครื่องทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำนี้คือคุณไม่จำเป็นต้องสัมผัสกับวัตถุเพื่อให้ความร้อน

มีชุดเครื่องทำความร้อนเหนี่ยวนำจำนวนมากพร้อมใช้งานออนไลน์ แต่ถ้าคุณต้องการเรียนรู้พื้นฐานของการเหนี่ยวนำความร้อนและต้องการสร้างชุดที่มีลักษณะและทำงานเหมือนกับเครื่องทำความร้อนระดับไฮเอนด์ ให้ทำตามคำแนะนำนี้ต่อไปเพราะฉันจะแสดงให้คุณเห็นว่าการเหนี่ยวนำเป็นอย่างไร เครื่องทำความร้อนทำงานและที่ซึ่งคุณสามารถจัดหาวัสดุของคุณเพื่อสร้างเครื่องทำความร้อนสำหรับตัวคุณเองซึ่งดูเหมือนมืออาชีพ

มาเริ่มกันเลย…

ขั้นตอนที่ 1: แนวคิดเบื้องหลังการให้ความร้อนด้วยการเหนี่ยวนำ

การทำความร้อนโลหะมีหลายวิธี วิธีหนึ่งคือการให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำ ตามชื่อของวิธีการหมายถึงความร้อนจะถูกสร้างขึ้นภายในวัสดุโดยใช้การเหนี่ยวนำไฟฟ้า

การเหนี่ยวนำไฟฟ้าเกิดขึ้นภายในวัสดุเนื่องจากสนามแม่เหล็กรอบ ๆ มีการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องซึ่งส่งผลให้เกิดการเหนี่ยวนำของกระแสน้ำวนภายในวัสดุที่วางอยู่ภายในขดลวด ดังนั้นทำให้เกิดความร้อนทันทีและผลกระทบจะเด่นชัดที่สุดในโลหะเหล็กเนื่องจากการตอบสนองต่อแรงแม่เหล็กที่สูงขึ้น

คุณสามารถรับภาพรวมเชิงลึกเพิ่มเติมบนวิกิพีเดีย:

en.wikipedia.org/wiki/Induction_heating

ขั้นตอนที่ 2: แผงวงจรพิมพ์และส่วนประกอบ

เนื่องจากฉันจะใช้แบตเตอรี่/แหล่งจ่ายไฟที่ให้เอาต์พุต 12v DC ซึ่งไม่เพียงพอที่จะสร้างการเหนี่ยวนำเนื่องจากสนามแม่เหล็กที่ผลิตในขดลวดเหนี่ยวนำเนื่องจากกระแสตรงเป็นสนามแม่เหล็กคงที่ ดังนั้นงานที่นี่คือการแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงนี้เป็นกระแสสลับซึ่งจะทำให้เกิดการเหนี่ยวนำ

ดังนั้นฉันจึงออกแบบวงจรออสซิลเลเตอร์ซึ่งสร้างเอาต์พุต AC ที่มีคลื่นสี่เหลี่ยมที่มีความถี่เกือบ 20 KHz วงจรนี้ใช้มอสเฟต N-Channel IRF540 สี่ตัวเพื่อสลับกระแสในทิศทางสลับกันบ่อยๆ เพื่อจัดการกับกระแสจำนวนมากได้อย่างปลอดภัย ฉันได้ใช้มอสเฟตคู่หนึ่งในแต่ละช่องสัญญาณ

เนื่องจากเราจะจัดการกับกระแสน้ำในปริมาณที่มากขึ้น ดังนั้น perfboard จึงไม่น่าเชื่อถือและแน่นอนว่าไม่ใช่ตัวเลือกที่เรียบร้อย ดังนั้นฉันจึงตัดสินใจเลือกใช้ตัวเลือกที่น่าเชื่อถือมาก นั่นคือแผงวงจรพิมพ์ นั่นอาจฟังดูเป็นตัวเลือกที่มีราคาแพง แต่ด้วยความคิดนั้น ฉันจึงมาเจอ JLCPCB.com

พวกเหล่านี้นำเสนอ PCB คุณภาพสูงในราคาที่โดดเด่น ฉันได้สั่งซื้อ PCB จำนวน 10 แผ่นสำหรับเครื่องทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำ และสำหรับการสั่งซื้อครั้งแรก พนักงานเหล่านี้เสนอราคาทั้งหมดเพียง 2 เหรียญสหรัฐฯ ซึ่งรวมถึงค่าขนส่งที่หน้าประตูด้วย

คุณภาพเป็นพรีเมี่ยมอย่างที่คุณเห็นในภาพ ดังนั้นอย่าลืมตรวจสอบเว็บไซต์ของตน

ขั้นตอนที่ 3: การสั่งซื้อ PCB

ขั้นตอนการสั่งซื้อ PCB นั้นเรียบง่าย ก่อนอื่นคุณต้องไปที่ jlcpcb.com ในการรับใบเสนอราคาทันที สิ่งที่คุณต้องทำคืออัปโหลดไฟล์ Gerber สำหรับ PCB และไฟล์ที่พวกเขาอัปโหลดเสร็จแล้ว คุณสามารถไปที่ตัวเลือกที่ระบุด้านล่าง

ฉันได้เพิ่มไฟล์ Gerber ของคุณสำหรับ PCB ในขั้นตอนนี้เพื่อให้แน่ใจว่าได้ตรวจสอบ

ขั้นตอนที่ 4: ส่วนประกอบเสริม

ฉันได้เริ่มประกอบ PCB ด้วยชิ้นส่วนประกอบขนาดเล็กซึ่งรวมถึงตัวต้านทานและไดโอดสองสามตัว

R1, R2 เป็นตัวต้านทาน 10k R3 และ R4 เป็นตัวต้านทาน 220 โอห์ม

D1 และ D2 เป็นไดโอด UF4007 (UF ย่อมาจาก Ultra Fast) อย่าแทนที่ด้วยไดโอด 1N4007 เนื่องจากจะระเบิด D3 และ D4 เป็นซีเนอร์ไดโอด 1N821

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณวางส่วนประกอบที่ถูกต้องในตำแหน่งที่ถูกต้อง และวางไดโอดไปในทิศทางที่ถูกต้องตามที่แสดงใน PCB

ขั้นตอนที่ 5: MOSFETs

เพื่อรองรับการระบายน้ำจำนวนมากในปัจจุบัน ฉันจึงตัดสินใจเลือกใช้ N-Channel MOSFET ฉันใช้ IRF540N MOSFET หนึ่งคู่ในแต่ละด้าน แต่ละตัวได้รับการจัดอันดับที่ 100 Vds และไม่เกิน 33 แอมแปร์ของกระแสไฟไหลต่อเนื่อง เนื่องจากเราจะจ่ายไฟให้กับฮีตเตอร์เหนี่ยวนำนี้ด้วย 15VDC 100 Vds อาจฟังดูเป็นการฆ่าที่เกินจริง แต่จริงๆ แล้วไม่ใช่เพราะสไปค์ที่เกิดขึ้นระหว่างการเปลี่ยนความเร็วสูงสามารถข้ามขีดจำกัดเหล่านั้นได้อย่างง่ายดาย ดีกว่าที่จะไปกับ Vds ratting ที่สูงขึ้นไปอีก

เพื่อระบายความร้อนส่วนเกิน ฉันได้ติดฮีตซิงก์อะลูมิเนียมเข้ากับแต่ละอัน

ขั้นตอนที่ 6: ตัวเก็บประจุ

ตัวเก็บประจุมีบทบาทสำคัญในการรักษาความถี่เอาต์พุตที่ต้องการ ซึ่งในกรณีที่แนะนำให้ใช้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำที่เกือบ 20KHz ความถี่เอาต์พุตนี้เป็นผลมาจากการรวมกันของการเหนี่ยวนำและความจุ ดังนั้นคุณสามารถใช้เครื่องคำนวณความถี่ LC เพื่อคำนวณชุดค่าผสมที่คุณต้องการได้

เป็นการดีที่จะมีความจุมากขึ้น แต่จำไว้เสมอว่าเราต้องได้รับความถี่เอาต์พุตที่ใดที่หนึ่งใกล้ 20KHz

ดังนั้นฉันจึงตัดสินใจใช้ตัวเก็บประจุแบบไม่มีขั้ว WIMA MKS 400VAC 0.33uf อันที่จริง ฉันไม่สามารถหาพิกัดแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นสำหรับตัวเก็บประจุเหล่านี้ได้ ดังนั้นตัวหลังจึงบวมขึ้น และฉันต้องแทนที่ด้วยตัวเก็บประจุแบบไม่มีขั้วอื่นๆ ที่มีพิกัด 800VAC

มีสองตัวเชื่อมต่อกันแบบขนาน

ขั้นตอนที่ 7: ตัวเหนี่ยวนำ

เนื่องจากหาตัวเหนี่ยวนำกระแสไฟสูงได้ยาก ดังนั้นฉันจึงตัดสินใจสร้างมันด้วยตัวเอง ฉันได้แกนเฟอร์ไรต์เก่าจากเศษคอมพิวเตอร์เก่าที่มีขนาดดังต่อไปนี้:

เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก: 30mm

เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน: 18mm

ความกว้าง: 13mm

ไม่จำเป็นต้องได้แกนเฟอร์ไรท์ที่มีขนาดที่แน่นอน แต่เป้าหมายที่นี่คือเพื่อให้ได้ตัวเหนี่ยวนำที่สามารถให้ค่าความเหนี่ยวนำเกือบ 100 Micro Henry ฉันได้ใช้ลวดทองแดงหุ้มฉนวน 1.2 มม. เพื่อไขขดลวดแต่ละอันมี 30 รอบ การกำหนดค่านี้ขึ้นอยู่กับการเหนี่ยวนำที่ต้องการ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณไขขดลวดให้แน่นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เนื่องจากไม่แนะนำให้มีช่องว่างระหว่างแกนกลางกับลวดมากขึ้น

หลังจากม้วนตัวเหนี่ยวนำแล้ว ฉันได้ถอดสารเคลือบฉนวนออกจากปลายลวดทั้งสองข้าง เพื่อให้พร้อมสำหรับการบัดกรีบน PCB

ขั้นตอนที่ 8: พัดลมระบายความร้อน

เพื่อแยกความร้อนจาก MOSFET ฉันได้ติดตั้งพัดลมพีซี 12v เหนือฮีตซิงก์อะลูมิเนียมโดยใช้กาวร้อน จากนั้นพัดลมจะเชื่อมต่อกับขั้วอินพุท ดังนั้นเมื่อใดก็ตามที่คุณจ่ายไฟให้กับฮีตเตอร์แบบเหนี่ยวนำ พัดลมจะทำงานโดยอัตโนมัติเพื่อทำให้ MOSFET เย็นลง

เนื่องจากฉันจะจ่ายไฟให้กับฮีตเตอร์เหนี่ยวนำนี้โดยใช้แหล่งจ่าย 15VDC ดังนั้นฉันจึงเพิ่มตัวต้านทาน 10 OHM 2watts เพื่อลดแรงดันไฟฟ้าลงจนถึงขีด จำกัด ที่ปลอดภัย

ขั้นตอนที่ 9: ตัวเชื่อมต่อสำหรับ Output Coil

ในการเชื่อมต่อคอยล์เอาท์พุตกับวงจรทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำ ฉันได้สร้างช่องบน PCB โดยใช้เครื่องเจียรมุม ต่อมาฉันได้ทำลายตัวเชื่อมต่อ XT60 เพื่อใช้พินสำหรับขั้วเอาท์พุท หมุดเหล่านี้แต่ละตัวดันพอดีภายในคอยล์ทองแดงเอาต์พุต

ขั้นตอนที่ 10: ขดลวดเหนี่ยวนำ

ขดลวดเหนี่ยวนำทำโดยใช้ท่อทองแดงขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 5 มม. ที่ใช้กันทั่วไปในเครื่องปรับอากาศและตู้เย็น ในการม้วนคอยล์เอาท์พุตอย่างสมบูรณ์ ฉันใช้ม้วนกระดาษแข็งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเกือบหนึ่งนิ้ว ฉันได้หมุนคอยล์ 8 รอบซึ่งสร้างความกว้างของคอยล์เพื่อให้พอดีกับขั้วต่อกระสุนออก

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ม้วนคอยล์อย่างอดทน เพราะอาจทำให้ท่องอจนทำให้เกิดรอยบุบได้ ยิ่งกว่านั้นหลังจากที่คุณม้วนขดลวดเสร็จแล้ว ตรวจสอบให้แน่ใจว่าไม่มีการสัมผัสระหว่างผนังสองรอบติดต่อกัน

สำหรับขดลวดนี้ คุณต้องใช้ท่อทองแดง 3 ฟุต

ขั้นตอนที่ 11: พาวเวอร์ซัพพลาย

ในการจ่ายไฟให้กับฮีตเตอร์เหนี่ยวนำนี้ ฉันจะใช้พาวเวอร์ซัพพลายของเซิร์ฟเวอร์ที่มีกำลังไฟ 15v และสามารถจ่ายกระแสไฟได้มากถึง 130 แอมป์ แต่คุณสามารถใช้แหล่งจ่าย 12v ใดก็ได้ เช่น แบตเตอรี่รถยนต์หรือแหล่งจ่ายไฟ PC

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้เชื่อมต่ออินพุตด้วยขั้วที่ถูกต้อง

ขั้นตอนที่ 12: ผลลัพธ์สุดท้าย

ขณะที่ฉันขับเคลื่อนฮีตเตอร์เหนี่ยวนำนี้ที่ 15v มันจะดึงกระแสเกือบ 0.5 แอมป์โดยไม่ต้องใส่อะไรในคอยล์ สำหรับการทดสอบ ฉันได้เสียบสกรูไม้และทันใดนั้นมันก็เริ่มมีกลิ่นเหมือนกำลังร้อนขึ้น การดึงกระแสก็เริ่มเพิ่มขึ้นและเมื่อสกรูเสียบคอยล์จนสุดดูเหมือนว่าจะดึงกระแสได้เกือบ 3 แอมป์ แค่นาทีเดียวก็แดงแล้ว

ต่อมาฉันได้ใส่ไขควงลงในคอยล์และเครื่องทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำให้ความร้อนเป็นสีแดงโดยมีการดึงกระแสไฟเกือบ 5 แอมแปร์ที่ 15v ซึ่งรวมการทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำสูงสุด 75 วัตต์

โดยรวมแล้วการให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำดูเหมือนจะเป็นวิธีที่ดีในการให้ความร้อนแก่แท่งโลหะเหล็กอย่างมีประสิทธิภาพ และมีอันตรายน้อยกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีอื่นๆ

มีประโยชน์มากมายที่สามารถทำได้โดยใช้วิธีการให้ความร้อนนี้

หากคุณชอบโครงการนี้อย่าลืมเยี่ยมชมและสมัครรับข้อมูลจากช่อง youtube ของฉันสำหรับโครงการที่จะเกิดขึ้นต่อไป

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

ความนับถือ.

DIY คิง