DIYの誘導加熱器

金属物を加熱する方法を考えるとき、火のことを考えますか? 火は、金属製の物体を加熱するための非効率的で昔ながらの遅い方法です。 それは熱として多くのエネルギーを無駄にし、たくさんの汚れた煙を作ります。 さて、これらすべての問題を解決する金属オブジェクトを加熱する方法があるとしたらどうでしょう-それは素晴らしいことですよね? この説明のために、ZVS誘導加熱器の構築方法を紹介します。 これは、ZVSドライバー回路と電磁気を使用してほとんどの金属を加熱するデバイスです。 それは非常に効率的で、煙を出さず、数秒でクリップのようなオブジェクトを加熱できます。 以下のビデオは、この誘導ヒーターの動作のデモと、それを構築する方法に関する別のタイプの説明を提供します。

始めましょう。

ステップ1:仕組み

これを読んでいるあなたの多くは、「ZVSドライバーとは何ですか?」 まあ、それは非常に効率的な発振器回路であり、金属を加熱する非常に強力な電磁場を作り出すことができます。 このインストラクタブルが作り方を示しているのは誘導加熱のバックボーンです。

この電源の仕組みを理解するために、さまざまなセクションについて説明します。 最初のセクションは24ボルトの電源です。 電源は、10アンペアの電流で24ボルトを生成する必要があります。 電源には、直列に接続された2つの密閉型鉛蓄電池を使用します。 次に、電源がZVSドライバーボードに供給されます。 ZVS発振器は、加熱されている物体の周りのコイルに電流を流します。 電流の方向のこの絶え間ない変化は、変動する磁場を作成します。 これにより、金属に多くの小さな渦電流が誘導されます(上の図を参照)。 これらの電流はすべて比較的高く、ターゲット金属の抵抗が低いため、熱が発生します。 オームの法則によれば、抵抗回路で熱に変換される電力はP = I ^ 2 * Rです。

今、加熱されているオブジェクトの金属タイプは非常に重要です。 鉄金属は透磁率が高いため、磁場からより多くのエネルギーを利用できます。 これにより、他の材料よりも速く加熱できます。 アルミニウムのような金属は透磁率が低いため、加熱に時間がかかります。 人間の指のような高抵抗で低透磁率のものは、誘導加熱器によってまったく加熱されません。 材料の抵抗も非常に重要です。 ターゲット金属の抵抗が高いと、流れる電流が少なくなるため、熱に変換される電力は指数関数的に小さくなります。 低抵抗の金属を使用している場合、電流は高くなりますが、オームの法則により電力損失は低くなります。 少し複雑ですが、抵抗と出力の関係により、オブジェクトの抵抗が0に近づくと最高の出力が得られます。

ZVS発振器はこの回路の最も複雑な部分であるため、その仕組みを説明します。 まず、電流をオンにすると、コイルの両側に2つの誘導チョークが流れます。 チョークは、回路が起動時に大きなアンペアにならないようにすることです。 また、2つの470オームの抵抗器から2つのMosfetのゲートに電流が流れます。 現在、完璧なコンポーネントはないため、Mosfetの1つが最初にオンになります。 これが発生すると、他のMosfetからのすべてのゲート電流を消費します。 また、地面にあるMosfetのドレインを描画します。 これにより、電流がコイルを介してグランドに流れるだけでなく、高速ダイオードの1つが他のMosfetのもう1つのゲートを形成し、ロックオフします。 コイルと並列にコンデンサがあるため、発振を開始する共振タンク回路が作成されます。 この共振作用により、他のMosfetのドレインは電圧を前後にスイングし、最終的に0ボルトに達します。 この電圧に達すると、オンになっているMosfetからのゲート電荷が、高速ダイオードを介して反対側のMosfetのドレインに放電し、効果的にオフになります。 このMosfetをオフにすると、他のMosfetをオンにする機会があります。 この後、サイクルは毎秒数千回繰り返されます。 10K抵抗器は、コンデンサのようなものであるため、MOSFETの過剰なゲート電荷を使い果たすことを意味し、ツェナーダイオードは、MOSFETのゲートを爆発しないように12ボルト以下に保つことを意味します。 この高周波高出力発振器は、金属物体を加熱することを可能にします。

さあ、このことを構築する時です!

ステップ2:材料

この電源を構築するには、いくつかの部品が必要になります。幸いなことに、ほとんどは無料で回収できます。 古いCRT TVが道路の脇に置かれているのを見たことがあれば、このプロジェクトに必要な部品のほとんどが入っているので、それを拾ってください。 より高品質のコンポーネントが必要な場合は、LCSCオンラインストアで購入できます。 部品をクリックして、LCSCの製品リンクを表示します。

必要になるだろう:

  • IRFP260モスフェット
  • 高速ダイオード
  • 12ボルトのツェナーダイオード
  • 220オームの抵抗器
  • 10K抵抗器
  • 10x /.047uFコンデンサ
  • 2x 50uHインダクタ(コンピューターの電源から取得)Amazon Link
  • 銅線Amazonリンク
  • 木材
  • 2x密閉型鉛蓄電池Amazon Link

ステップ3:ツール

このプロジェクトには、次のものが必要です。

  • はんだごてAmazonリンク
  • ワイヤーストリッパー/カッターAmazon Link
  • マルチメーターAmazonリンク

ステップ4:トランジスタと冷却

この回路では、トランジスターは0ボルトでスイッチするため(ゼロ電圧スイッチングZVSという名前です)、それほど熱くなりませんが、この回路を1分以上実行する予定がある場合は、ヒートシンクにマウントする必要があります。 両方のトランジスタを1つのヒートシンクに取り付けました。 これを行うときは、FETのメタルバックをヒートシンクから確実に分離してください。 両方が接触すると、FETが短絡して破壊されます。 私のヒートシンクはコンピューターの電源からのもので、すでに絶縁性のシリコンが付属しているため、トランジスタは分離されています。 トランジスタが確実に絶縁されるようにするには、マルチメーターを両方のトランジスタの中央ピンであるドレインに触れます。 連続性が得られる場合、FETは分離されていません。

ステップ5:コンデンサバンク

この回路では、コンデンサが非常に熱くなります。 これは、常に電流が流れると考えられているためです。 現在、この回路を適切に動作させるために必要なコンデンサ値は0.47uFであるため、この同じ値に達するために最も多くのコンデンサを一緒に必要としますが、放熱のための表面積が大きくなります。 また、共振回路の誘導電圧スパイクのために、それらの電圧定格を400ボルト以上にする必要があります。 私がしたことは、銅のリングを作り、その周りに並列に10.047uFのコンデンサを追加することです。 これにより、結合されたコンデンサバンクの容量は.47uFになり、空冷用の表面積が大きくなります。 このコンデンサバンクは、作業コイルと並列になります。

ステップ6:作業コイル

回路のこの部分が磁場を生成します。 銅線を使用して形成されます。 銅を使用することは非常に重要です。 私はスチール製のコイルを使用してこのプロジェクトを始めました。 うまくいきませんでした。 無負荷で稼働していたとき、14アンペアを消費していました!! 銅コイルで切り替えたとき、わずか3アンペアしか消費しませんでした。 これは、スチールコイルの鉄系材料に渦電流が誘導されたためだと思います。 その高い透磁率により、コイルは誘導加熱の対象となり、電力を浪費し、挿入された材料を加熱できなくなりました。 これが機能しなかった正確な理由であるかどうかはわかりませんが、提供された証拠に基づいた最も論理的な議論です。

コイルを作るには、撚り銅線を使用し、PVCパイプに約9回巻き付けます。

ステップ7:回路の試行錯誤の構築

この回路の構築には多くの試行錯誤が必要でした。 私の一番の問題は、元の電源とコイルでした。 電源は55アンペア12ボルトのスイッチング電源です。 この電源がZVS回路の初期電流を大きくしすぎたため、MOSFETが吹き飛ばされたと思います。 最初の写真のように爆発しました。 これはおそらく、より大きなインダクタを追加することで修正できたかもしれませんが、鉛蓄電池を使用することにしました。

2番目の問題はコイルでした。 手順6では、スチールコイルが機能しないことがわかりました。 スチールコイルによるこの高電流は、いくつかのMOSFETを吹き飛ばしました。 合計で、爆発で約6個のMOSFETを失いました。 これは悪いかもしれませんが、間違いから学びました。

このプロジェクトの過程で、何度も何度も回路を再構築しましたが、最も成功したバージョンをどのように構築したかを説明します。

ステップ8:回路の構築

このZVSドライバー回路を作成するには、上記の回路図に従う必要があります。 最初にツェナーダイオードを取り、10kの抵抗器と一緒にツイストしました。 次に、このコンポーネントのペアを取り、MOSFETのゲートとグランドの間にはんだ付けします。 ツェナーダイオードの黒い端がゲートに面していることを確認してください。 次に、MOSFETを一片のパフォーマンスボードにはんだ付けします。 perfボードの底面を使用して、各FETのドレインとゲートの間に2つの高速ダイオードをはんだ付けします。 白い線が排水口(ピン2)に面していることを確認してください。 次に、電源からのVCCワイヤを2 220オームの抵抗器を通して各トランジスタのゲートに取り付けます。 両方のソースを接地します。 次に、ワークコイルとコンデンサバンクを互いに平行にはんだ付けし、各ドレインを異なるドレインにはんだ付けします。 最後に、2つの50uhインダクタを介して各MOSFETのドレインに電力を供給します。 これらは、10回転のトロイダルコアにすることができます。 これで、回路を使用する準備が整います。

ステップ9:ベース

誘導加熱器のベースは、すべてのコンポーネントをサポートすることです。 2x4の木材くずを使用しました。 回路基板、コンデンサバンク、作業コイルはすべて木材に熱接着されていました。 このセットアップにより、見栄えが良くなると思います。

ステップ10:誘導加熱器のテスト

誘導加熱器の電源を入れるには、お持ちの電源に接続するだけです。 次に、加熱しようとしている部品をコイルに挿入します。 加熱が開始されます。 私は10秒で赤い高温にクリップを手に入れることができました。 爪のような他のことは、約30秒かかりました。 これらのオブジェクトを挿入すると、電流が約2アンペア上昇します。 これは、遊びを構築するための楽しいサーキットです。 また、非常に実用的に使用できます。 煙に由来するすすのないオブジェクトを加熱できます。 真空管のゲッター材料のように、孤立した金属オブジェクトを加熱することもできます。 人間にも安全なので、指をコイルの中に入れても火傷することはありません。 ただし、すでに加熱されているオブジェクトに触れると火傷します。

このヒーターには多くの可能性があります。コメントであなたがそれを使用する予定を教えてください!

読んでくれてありがとう!

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