DIY Induktionsheizung

Wenn Sie über eine Möglichkeit nachdenken, einen Metallgegenstand aufzuheizen, denken Sie an Feuerrecht? Feuer ist eine ineffiziente, altmodische und langsame Methode, um Metallgegenstände zu erhitzen. Es verschwendet viel Energie als Wärme und erzeugt viel schmutzigen Rauch. Was wäre, wenn Sie eine Möglichkeit hätten, Metallgegenstände zu erwärmen, die all diese Probleme lösen - das wäre großartig, oder? In dieser Anleitung zeige ich Ihnen, wie Sie eine ZVS-Induktionsheizung bauen. Dies ist ein Gerät, das die meisten Metalle mithilfe einer ZVS-Treiberschaltung und Elektromagnetismus erwärmt. Es ist sehr effizient, erzeugt keinen Rauch und kann Gegenstände wie Büroklammern in Sekundenschnelle erwärmen. Das folgende Video zeigt eine Demonstration dieses Induktionsheizgeräts in Aktion sowie eine andere Art von Anleitung zum Bau.

Lass uns anfangen.

Schritt 1: Wie es funktioniert

Viele von Ihnen, die dies lesen, fragen möglicherweise "Was ist ein ZVS-Treiber?" Nun, es ist eine äußerst effiziente Oszillatorschaltung, die ein extrem starkes elektromagnetisches Feld erzeugen kann, das das Metall erwärmt. Es ist das Rückgrat der Induktionsheizung, das Ihnen diese Anleitung zeigt.

Um zu verstehen, wie dieses Netzteil funktioniert, werde ich die verschiedenen Abschnitte erläutern. Der erste Abschnitt ist das 24-Volt-Netzteil. Das Netzteil muss 24 Volt bei einem Strom von 10 Ampere erzeugen. Für meine Stromversorgung verwende ich zwei in Reihe geschaltete versiegelte Blei-Säure-Batterien. Der Strom wird dann in die ZVS-Treiberplatine eingespeist. Der ZVS-Oszillator drückt und zieht Strom durch eine Spule um das zu erhitzende Objekt. Diese ständige Richtungsänderung des Stroms erzeugt ein schwankendes Magnetfeld. Dies induziert viele kleine Wirbelströme im Metall (siehe obiges Diagramm). Alle diese Ströme sind relativ hoch und aufgrund des geringen Widerstands des Zielmetalls wird Wärme erzeugt. Nach dem Ohmschen Gesetz beträgt die in einem Widerstandsstromkreis in Wärme umgewandelte Leistung P = I ^ 2 * R.

Nun ist der Metalltyp des zu erhitzenden Objekts sehr wichtig. Eisenmetalle haben eine höhere magnetische Permeabilität, so dass sie mehr Energie aus dem Magnetfeld nutzen können. Dadurch können sie schneller als andere Materialien erhitzt werden. Metalle haben wie Aluminium eine geringere magnetische Permeabilität, so dass es länger dauert, bis sie sich erwärmen. Dinge, die einen hohen Widerstand und eine geringe magnetische Permeabilität haben, wie ein menschlicher Finger, werden von einer Induktionsheizung überhaupt nicht erwärmt. Die Beständigkeit des Materials ist ebenfalls sehr wichtig. Wenn Sie einen höheren Widerstand im Zielmetall haben, fließt weniger Strom, sodass die in Wärme umgewandelte Leistung exponentiell kleiner wird. Wenn Sie ein Metall mit einem niedrigeren Widerstand haben, ist der Strom höher, aber der Leistungsverlust ist aufgrund des Ohmschen Gesetzes geringer. Es ist ein bisschen kompliziert, aber aufgrund der Beziehung zwischen Widerstand und Ausgangsleistung wird die höchste Ausgangsleistung erreicht, wenn sich der Widerstand des Objekts 0 nähert.

Der ZVS-Oszillator ist der komplexeste Teil dieser Schaltung, daher werde ich erklären, wie es funktioniert. Wenn der Strom eingeschaltet wird, fließt er zunächst durch 2 induktive Drosseln in jede Seite der Spule. Die Drossel soll sicherstellen, dass der Stromkreis beim Start nicht zu viel Strom zieht. Der Strom fließt auch durch die beiden 470-Ohm-Widerstände in die Tore der beiden Mosfets. Da nun keine Komponente perfekt ist, wird zuerst ein Mosfet eingeschaltet. In diesem Fall wird der gesamte Gate-Strom des anderen Mosfet verbraucht. Es wird auch den Abfluss des Mosfet ziehen, der auf dem Boden liegt. Dadurch fließt nicht nur Strom durch die Spule zur Erde, sondern es fließt auch Strom durch eine der schnellen Dioden, die das andere Gate des anderen Mosfet bilden, und sperrt ihn ab. Da sich parallel zur Spule ein Kondensator befindet, entsteht ein Resonanz-Tankkreis, der zu schwingen beginnt. Aufgrund dieser Resonanzwirkung schwingt der Drain des anderen Mosfet in seiner Spannung hin und her und erreicht schließlich 0 Volt. Sobald diese Spannung erreicht ist, entlädt sich die Gate-Ladung des eingeschalteten Mosfet über die schnelle Diode in den Drain des gegenüberliegenden Mosfet und schaltet ihn effektiv aus. Wenn dieser Mosfet ausgeschaltet ist, hat der andere Mosfet die Möglichkeit, ihn einzuschalten. Danach wiederholt sich der Zyklus tausende Male pro Sekunde. Der 10K-Widerstand soll überschüssige Gate-Ladung am Mosfet verbrauchen, da er wie ein Kondensator ist, und die Zener-Diode soll die Gates der Mosfets auf 12 Volt oder darunter halten, damit sie nicht explodieren. Mit diesem Hochfrequenz-Hochleistungsoszillator können Metallgegenstände erwärmt werden.

Jetzt ist es Zeit, dieses Ding zu bauen!

Schritt 2: Materialien

Um dieses Netzteil zu bauen, benötigen Sie einige Teile, zum Glück können die meisten kostenlos geborgen werden. Wenn Sie jemals einen alten CRT-Fernseher am Straßenrand gesehen haben, heben Sie ihn auf, da er die meisten für dieses Projekt benötigten Teile enthält. Wenn Sie Komponenten von höherer Qualität wünschen, können Sie diese im LCSC-Online-Shop kaufen. Klicken Sie auf die Teile, um die Produktlinks in LCSC aufzurufen.

Du wirst brauchen:

  • IRFP260 Mosfets
  • Schnelle Dioden
  • 12 Volt Zenerdioden
  • 220 Ohm Widerstände
  • 10K Widerstände
  • 10x /.047uF Kondensatoren
  • 2x 50uH Induktivitäten (von einem Computer-Netzteil beziehen) Amazon Link
  • Kupferdraht Amazon Link
  • Holz
  • 2x versiegelte Blei-Säure-Batterien Amazon Link

Schritt 3: Werkzeuge

Für dieses Projekt benötigen Sie:

  • Lötkolben Amazon Link
  • Abisolierzangen / -schneider Amazon Link
  • Multimeter Amazon Link

Schritt 4: Transistoren und Kühlung

In diesem Stromkreis werden die Transistoren nicht sehr heiß, da sie auf 0 Volt schalten (daher der Name Zero Voltage Switching ZVS). Sie sollten jedoch trotzdem auf einem Kühlkörper montiert werden, wenn Sie diesen Stromkreis länger als 1 Minute betreiben möchten . Ich habe beide Transistoren auf einem Kühlkörper montiert. Stellen Sie dabei sicher, dass Sie die Metallrückseiten der FETs vom Kühlkörper isolieren. Wenn sich beide berühren, werden Ihre FETs kurzgeschlossen und ausgeblasen. Mein Kühlkörper stammte von einem Computer-Netzteil und wurde bereits mit einem isolierenden Silikonstück geliefert, sodass meine Transistoren isoliert sind. Um sicherzustellen, dass Ihre Transistoren isoliert sind, berühren Sie mit Ihrem Multimeter den mittleren Stift beider Transistoren, den Drain. Wenn Sie Kontinuität erhalten, sind Ihre FETs nicht isoliert.

Schritt 5: Die Kondensatorbank

In dieser Schaltung werden die Kondensatoren sehr heiß. Dies liegt daran, dass sie immer Strom fließen. Der Kondensatorwert, den wir benötigen, damit diese Schaltung ordnungsgemäß funktioniert, beträgt 0, 47 uF. Daher benötigen wir die meisten Kondensatoren zusammen, um denselben Wert zu erreichen, haben jedoch eine größere Oberfläche für die Wärmeableitung. Aufgrund induktiver Spannungsspitzen im Resonanzkreis müssen Sie auch eine Nennspannung von über 400 Volt erreichen. Was ich getan habe, ist einen Ring aus Kupfer zu machen und parallel dazu 10, 047 uF Kondensatoren hinzuzufügen. Dadurch hat die kombinierte Kondensatorbank eine Kapazität von 0, 47 uF mit viel Oberfläche für die Luftkühlung. Diese Kondensatorbank wird parallel zur Arbeitsspule sein.

Schritt 6: Die Arbeitsspule

Dieser Teil der Schaltung erzeugt das Magnetfeld. Es wird mit Kupferdraht geformt. Es ist sehr wichtig, dass Sie Kupfer verwenden. Ich habe dieses Projekt mit einer Stahlarbeitsspule gestartet. Es hat nicht sehr gut funktioniert. Wenn es ohne Last lief, verbrauchte es 14 Ampere !! Als ich es mit einer Kupferspule ausschaltete, verbrauchte es nur 3 Ampere. Ich denke, das liegt daran, dass in das Eisenmaterial in der Stahlspule Wirbelströme induziert wurden. Aufgrund seiner hohen magnetischen Permeabilität war die Spule Gegenstand der Induktionserwärmung, die die Energie verschwendete und sie daran hinderte, das eingesetzte Material zu erwärmen. Ich bin nicht sicher, ob dies der genaue Grund ist, warum dies nicht funktioniert hat, aber es ist das logischste Argument, das auf den vorgelegten Beweisen basiert.

Verwenden Sie für die Herstellung Ihrer Spule einen verseilten Kupferdraht und wickeln Sie ihn etwa 9 Mal um ein Stück PVC-Rohr.

Schritt 7: Erstellen des Schaltungsversuchs und -fehlers

Der Bau dieser Schaltung erforderte viel Versuch und Irrtum. Mein Hauptproblem war mein ursprüngliches Netzteil und meine Spule. Das Netzteil ist ein 55-Ampere-12-Volt-Schaltnetzteil. Ich denke, dass dieses Netzteil den ZVS-Stromkreis mit einem zu hohen Anfangsstrom angetrieben hat, dies hat die Mosfets ausgeblasen. Sie explodierten wie auf dem ersten Bild. Dies hätte wahrscheinlich durch Hinzufügen größerer Induktivitäten behoben werden können, aber ich entschied mich, nur Blei-Säure-Batterien zu verwenden.

Mein zweites Problem war die Spule. In Schritt 6 haben Sie gesehen, dass die Stahlspule nicht funktioniert hat. Diese hohe Stromaufnahme aufgrund der Stahlspule blies auch einige Mosfets. Insgesamt habe ich durch Explosion etwa 6 Mosfets verloren. Das mag schlecht sein, aber ich habe aus meinen Fehlern gelernt.

Im Verlauf dieses Projekts habe ich die Schaltung viele Male neu erstellt, aber ich werde nur erklären, wie ich die erfolgreichste Version erstellt habe.

Schritt 8: Aufbau der Schaltung

Um diese ZVS-Treiberschaltung aufzubauen, müssen Sie dem obigen Schaltplan folgen. Ich nahm zuerst die Zenerdiode und drehte sie zusammen mit dem 10k-Widerstand. Sie können dann dieses Komponentenpaar nehmen und es zwischen das Tor und den Boden des Mosfets löten. Stellen Sie sicher, dass das schwarze Ende der Zenerdiode zum Gate zeigt. Löten Sie dann die Mosfets zu einem Stück, um die Platine zu perfektionieren. Verwenden Sie die Unterseite der Perf-Platine, um zwei schnelle Dioden zwischen dem Drain und den Gates jedes Fets zu löten. Stellen Sie sicher, dass die weiße Linie zum Abfluss zeigt (Pin 2). Schließen Sie dann das VCC-Kabel von Ihrem Netzteil über 2 220-Ohm-Widerstände an das Gate jedes Transistors an. Erden Sie beide Quellen. Löten Sie dann die Arbeitsspule und die Kondensatorbank parallel zueinander und löten Sie jedes Ende an einen anderen Drain. Zum Schluss lassen Sie die Abflüsse jedes Mosfets über 2 50-Uhm-Induktivitäten mit Strom versorgen. Dies können Toroidkerne mit 10 Drahtwindungen sein. Damit sollte Ihre Schaltung einsatzbereit sein.

Schritt 9: Die Basis

Die Basis Ihres Induktionsheizgeräts dient lediglich zur Unterstützung aller Komponenten. Ich habe ein Stück 2x4 Holzschrott verwendet. Die Leiterplatte, die Kondensatorbank und die Arbeitsspule wurden alle heiß auf das Holz geklebt. Ich denke, dieses Setup lässt es cool aussehen.

Schritt 10: Testen Ihres Induktionsheizgeräts

Um Ihre Induktionsheizung einzuschalten, schließen Sie sie einfach an die Stromversorgung an, die Sie haben. Führen Sie dann das Teil, das Sie erwärmen möchten, in die Spule ein. Es sollte anfangen zu heizen. Ich konnte in 10 Sekunden eine Büroklammer auf glühende Temperaturen bringen. Andere Dinge, wie ein Nagel, dauerten ungefähr 30 Sekunden. Wenn diese Objekte eingefügt sind, steigt die Stromaufnahme um ca. 2 Ampere. Dies ist eine unterhaltsame Strecke, mit der man herumspielen kann. Es kann auch sehr praktisch eingesetzt werden. Es kann Gegenstände ohne Ruß erwärmen, der durch Rauch entsteht. Es kann sogar isolierte Metallgegenstände wie das Gettermaterial in Vakuumröhren erwärmen. Es ist auch für Menschen sicher, sodass Sie sich nicht verbrennen, wenn Sie Ihren Finger in die Spule stecken. Es verbrennt Sie jedoch, wenn Sie ein Objekt berühren, das bereits erhitzt wurde.

Diese Heizung hat viele Möglichkeiten, sagen Sie mir in den Kommentaren, wofür Sie sie verwenden möchten!

Danke fürs Lesen!

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