Простой индукционный нагреватель своими руками

Read Time:4 Minute, 31 Second

Сейчас на кухнях довольно часто можно встретить новый тип варочных плит — индукционные. В отличие от газовых и простых электрических, в них не нагревается конфорка, не горит с высокой температурой газ, ведь электрическая энергия в таких плитах поступает «напрямую» к разогреваемой посуде, не нагревая ненужные посторонние части плиты. Работает это следующим образом — специальный индуктор создаёт в толще металла посуды сильные вихревые токи, которые и разогревают металл. Помимо кухонных плит, такая технология используется в разных областях промышленности для нагрева и плавки металла. Возможно, на первый взгляд индукционный нагрев выглядит сложно и очень труднореализуемо в домашних условиях, но на самом деле, схема простого индукционного нагревателя не содержит дорогих либо редких деталей, собрать её под силу каждому радиолюбителю. Мощность такой схемы достаточна для того, чтобы раскалить до красна небольшие металлический предметы — лезвия канцелярского ножа, отвёртки, гвозди.

На самом деле, данная схема является довольно универсальной, на её основе также строят различные высоковольтные генераторы и прочие устройства, где требуется генерация высокочастотных импульсов. В интернете эту схему можно найти по названию «ZVS-драйвер». Рассмотрим более подробно все элементы схемы, определим возможные замены и отметим некоторые нюансы. Напряжение питания на схеме указано 12 В — это минимальное напряжение, которым можно питать данную схему. Максимальная граница напряжения питания зависит от мощности выбранных транзисторов и может составлять 50В. Чем больше напряжение питания, тем, соответственно, больше будет мощность индукционного нагревателя, тем быстрее он будет разогревать металл. Данная схема, особенно при разогреве массивных предметов, потребляет большой ток (до 10А), поэтому важно обеспечить её питание от источника соответствующей мощности. Неплохо для этого подойдут, например, блок питания компьютера или ноутбука, имеющие на выходе напряжения 12 и 19Вт соответственно.

Резисторы номиналами 220 Ом должны быть рассчитаны на мощность как минимум в 1 ватт, иначе возможен их чрезмерный нагрев. После этих резисторов на схеме можно увидеть стабилитроны, имеющими маркировку на схеме «15 v». Здесь можно применить любые стабилитроны на напряжение стабилизации в пределах от 12 до 15В, они нужны для того, чтобы на затворы полевых транзисторов не попало высокое напряжение (более 20В на затворе будет смертельным для полевого транзистора). Также на схеме можно увидеть диоды VD3 и VD4, подключенные к затворам транзисторов — в качестве них можно применить практически любые быстродействующие (обозначаются как ultra fast) диоды, например, UV4007, HER102, FR103. Особое внимание стоит уделить выбору транзисторов для данной схемы. На малой мощности с низким напряжением питания будут без проблем работать практически любые полевые транзисторы из ряда IRFZ44, IRF3205, 50N06 и им подобные по характеристикам. Но при использовании индукционного нагревателя при напряжении питания выше 12В рекомендуется поставить более мощные транзисторы, например IRFP250, IRFP260 либо им аналогичные. Ключевыми параметрами для транзисторов здесь будут максимальное напряжения сток-исток и максимальный ток. На схеме присутствуют дроссели L1 и L3, подключенные одним концом к плюсу питания. Можно найти готовые дроссели, рассчитанные на большой ток (как минимум 2-3А, но чем больше, тем лучше), имеющие индуктивность в диапазоне 47-200 мкГн, так и намотать дроссели самому. Для этого нужно взять кольцо из порошкового железа (оно имеет жёлтый цвет), и намотать на нём примерно 30-40 витков толстого медного провода. Найти кольца жёлтого цвета можно в компьютерных блоках питания, кроме них чуть хуже, но также подойдут обычные ферритовые кольца.

Колебательный контур C1 L2, пожалуй, самая важная часть схемы — именно эти элементы задают частоту колебания схемы. Катушка L2 — непосредственно сам индуктор, катушка большого размера из толстого медного провода, внутрь которой помещается нагреваемый предмет. Её диаметр может составлять от 1 до 5 см, в зависимости от размеров предмета, который нужно будет разогревать. Следует также учитывать, что чем больше будет размер катушки относительно размера нагреваемого объекта — тем менее эффективной будет работа данной схемы. В идеальном случае объект должен помещаться в катушку, не оставляя больших зазоров по краям, до витков. Для намотки можно использовать как изолированный медный провод, так и медные трубки либо шины. Количество витков может варьироваться в пределах от 6 до 12. Чем больше будет напряжение питания, тем большее количество витков следует выбирать.

Через конденсатор С1 в данной схеме будут протекать довольно значительные токи, а потому необходимо использовать неполярные плёночные конденсаторы и низким внутренним сопротивлением (ESR). Ёмкость С1 может варьироваться в пределах 0,68 — 1 мкФ, её можно будет подбирать для достижения наилучшей эффективности работы схемы, оценивая скорость нагрева. Для того, чтобы снизить внутреннее сопротивление С1, можно включить параллельно несколько конденсаторов — это наиболее предпочтительный вариант. Например, 6-10 конденсаторов по 0,1 мкФ каждый дадут как раз нужную ёмкость, а внутреннее сопротивление такой батареи конденсаторов будет значительно меньше, чем у одного конденсатора.

Ниже представлены осциллограммы в разных частях схемы.
На затворе транзистора:

Сток-исток транзистора:

На самой катушке индуктора:

Можно увидеть, что амплитура на катушке индуктора составляет около 70 вольт, и это при том, что напряжение питания схемы составляет всего 11В.

Преимуществом данной схемы является её простота — для сборки даже не обязательно изготавливать печатную плату. Смонтировать все элементы можно прямо на выводах индуктора, если он выполнен из жёсткого провода, то и конструкция будет обладать нужной жёсткостью и надёжностью. Батарея конденсаторов припаивается прямо на толстые выводы.

Ещё одним преимуществом данной схемы является её большой КПД — практически вся мощность, потребляемая от источника, уходит в нагрев объекта, а потому транзисторы нагреваются лишь слегка и не требуют массивных радиаторов. Тестовый запуск схемы можно проводить и вовсе без радиаторов, но для долговременной работы они обязательны. Также следует заметить, что ток потребления в этой схеме большой лишь во время нагрева — когда внутрь катушки-индуктора помещён металлический объект. На холостом же ходе схема потребляет небольшой ток, максимум несколько сотен миллиампер. Ниже представлено несколько фотографий раскалённого лезвия ножа, нагретого таким индукционным нагревателем. Удачной сборки!