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Chauffage à induction DIY

Quand vous pensez à un moyen de chauffer un objet métallique, vous pensez au feu, n'est-ce pas? Le feu est un moyen inefficace, démodé et lent de chauffer des objets métalliques. Il gaspille beaucoup d'énergie sous forme de chaleur et crée beaucoup de fumée sale. Et si vous pouviez chauffer des objets métalliques qui résolvent tous ces problèmes, ce serait bien, non? Dans cet instructable, je vais vous montrer comment construire un radiateur à induction ZVS. Il s'agit d'un appareil qui chauffe la plupart des métaux à l'aide d'un circuit d'attaque ZVS et de l'électromagnétisme. Il est très efficace, ne produit pas de fumée et peut chauffer des objets comme des trombones en quelques secondes. La vidéo ci-dessous donne une démonstration de ce radiateur à induction en action, ainsi qu'un autre type d'instructions sur la façon de le construire.

Commençons.

Étape 1: Comment ça marche

Beaucoup d'entre vous qui lisez ceci peuvent se demander "Qu'est-ce qu'un pilote ZVS"? Eh bien, c'est un circuit oscillateur extrêmement efficace qui est capable de créer un champ électromagnétique extrêmement puissant qui chauffe le métal. C'est l'épine dorsale du chauffage par induction que cet instructeur vous montre comment fabriquer.

Pour comprendre le fonctionnement de cette alimentation, je vais vous en expliquer les différentes sections. La première section est l'alimentation 24 volts. L'alimentation doit produire 24 volts à un courant de 10 ampères. Pour mon alimentation, j'utiliserai deux batteries au plomb scellées câblées en série. L'alimentation est ensuite injectée dans la carte de pilotage ZVS. L'oscillateur ZVS pousse et tire du courant à travers une bobine autour de l'objet qui est chauffé. Ce changement constant de la direction du courant crée un champ magnétique fluctuant. Cela induit de nombreux petits courants de Foucault dans le métal (voir le schéma ci-dessus). Tous ces courants sont relativement élevés et, en raison de la faible résistance du métal cible, de la chaleur est générée. Selon la loi des ohms, la puissance convertie en chaleur dans un circuit résistif est P = I ^ 2 * R.

Maintenant, le type de métal de l'objet qui est chauffé est très important. Les métaux ferreux ont une perméabilité magnétique plus élevée, ils sont donc capables d'exploiter plus d'énergie du champ magnétique. Cela leur permet d'être chauffés plus rapidement que les autres matériaux. Les métaux, comme l'aluminium, ont une perméabilité magnétique plus faible, il leur faut donc plus de temps pour chauffer. Les objets qui ont une résistance élevée et une faible perméabilité magnétique, comme un doigt humain, ne seront pas du tout chauffés par un radiateur à induction. La résistance du matériau est également très importante. Si vous avez une résistance plus élevée dans le métal cible, alors moins de courant circulera, donc la puissance convertie en chaleur devient exponentiellement plus petite. Si vous avez un métal avec une résistance plus faible, le courant sera plus élevé, mais la perte de puissance sera plus faible en raison de la loi des ohms. C'est un peu compliqué, mais en raison de la relation entre la résistance et la puissance de sortie, la puissance de sortie la plus élevée est atteinte lorsque la résistance de l'objet approche de 0.

L'oscillateur ZVS est la partie la plus complexe de ce circuit, je vais donc expliquer comment il fonctionne. Tout d'abord, lorsque le courant est activé, il passe à travers 2 selfs inductives de chaque côté de la bobine. Le starter est de s'assurer que le circuit ne consomme pas beaucoup d'ampérage au démarrage. Le courant circule également à travers les deux résistances de 470 ohms dans les grilles des deux Mosfets. Maintenant, comme aucun composant n'est parfait, un Mosfet va s'allumer en premier. Lorsque cela se produit, il monopolise tout le courant de porte de l'autre Mosfet. Il tirera également le drain de ce Mosfet qui est au sol. Cela permettra non seulement au courant de circuler à travers la bobine vers la terre, mais également au courant de traverser l'une des diodes rapides de l'autre grille de l'autre Mosfet, le verrouillant. Parce qu'il y a un condensateur en parallèle avec la bobine, il crée un circuit de réservoir résonnant qui commence à osciller. En raison de cette action résonnante, le drain de l'autre Mosfet oscille d'avant en arrière dans sa tension, pour finalement atteindre 0 volt. Une fois que cette tension est atteinte, la charge de la grille du Mosfet qui est allumé se déchargera par la diode rapide dans le drain du Mosfet opposé, la fermant effectivement. Avec ce Mosfet éteint, l'autre Mosfet a la possibilité de s'allumer. Après cela, le cycle se répète des milliers de fois par seconde. La résistance 10K est destinée à épuiser toute charge de grille excédentaire sur le Mosfet, car elle ressemble à un condensateur, et la diode Zener est destinée à maintenir les portes des mosfets à 12 volts ou moins afin qu'elles n'explosent pas. Cet oscillateur haute fréquence haute puissance est ce qui permet de chauffer des objets métalliques.

Maintenant, il est temps de construire cette chose!

Étape 2: Matériaux

Pour construire cette alimentation, vous aurez besoin de quelques pièces, heureusement, la plupart peuvent être récupérées gratuitement. Si vous avez déjà vu un vieux téléviseur CRT posé sur le bord de la route, ramassez-le, car il contient la plupart des pièces nécessaires à ce projet. Si vous souhaitez des composants de meilleure qualité, vous pouvez les acheter dans la boutique en ligne du LCSC. Cliquez sur les pièces pour faire apparaître les liens de produits dans LCSC.

Tu auras besoin de:

IRFP260 Mosfets
Diodes rapides
Diodes Zener 12 volts
Résistances 220 Ohm
Résistances 10K
Condensateurs 10x /.047uF
2 inductances 50uH (à partir d'une alimentation d'ordinateur) Amazon Link
Fil de cuivre Amazon Link
Bois
2x batteries au plomb scellées Amazon Link

Étape 3: Outils

Pour ce projet, vous aurez besoin de:

Fer à souder Amazon Link
Pinces à dénuder / coupe-fil Amazon Link
Multimètre Amazon Link

Étape 4: transistors et refroidissement

Dans ce circuit, parce que les transistors commutent à 0 volt (d'où le nom, Zero Voltage Switching ZVS), ils ne deviennent pas très chauds, mais ils doivent toujours être montés sur un dissipateur de chaleur si vous prévoyez de faire fonctionner ce circuit pendant plus d'une minute. . J'ai monté les deux transistors sur un dissipateur de chaleur. Lorsque vous faites cela, assurez-vous d'isoler les dos métalliques des FET du dissipateur de chaleur. S'ils se touchent tous les deux, cela court-circuitera et soufflera vos FET. Mon dissipateur thermique provenait d'une alimentation d'ordinateur et était déjà livré avec un morceau de silicone isolant, donc mes transistors sont isolés. Pour vous assurer que vos transistors sont isolés, touchez votre multimètre à la broche centrale des deux transistors, le drain. Si vous obtenez la continuité, vos FET ne sont pas isolés.

Étape 5: La banque de condensateurs

Dans ce circuit, les condensateurs deviennent très chauds. Cela est dû au fait qu'ils ont toujours pensé à eux. Maintenant, la valeur de condensateur dont nous avons besoin pour que ce circuit fonctionne correctement est de 0, 47 uF, nous aurons donc besoin de la plus grande quantité de condensateurs ensemble pour atteindre cette même valeur, mais avec une plus grande surface pour la dissipation thermique. Vous devez également obtenir leur tension nominale supérieure à 400 volts en raison de pointes de tension inductives dans le circuit résonnant. Ce que j'ai fait, c'est faire un anneau de cuivre, et ajouter 10 condensateurs 0, 047uF en parallèle autour de lui. Cela fait que la batterie de condensateurs combinés a une capacité de 0, 47 uF, avec beaucoup de surface pour le refroidissement par air. Cette batterie de condensateurs sera parallèle à la bobine de travail.

Étape 6: La bobine de travail

C'est cette partie du circuit qui génère le champ magnétique. Il est formé de fils de cuivre. Il est très important d'utiliser du cuivre. J'ai commencé ce projet en utilisant une bobine de travail en acier. Cela n'a pas très bien fonctionné. Quand il fonctionnait sans charge, il dessinait 14 ampères !! Lorsque je l'ai éteint avec une bobine de cuivre, il ne consommait que 3 ampères. Je pense que c'est parce que le matériau ferreux dans la bobine d'acier avait des courants de Foucault induits. Sa perméabilité magnétique élevée a fait de la bobine le sujet du chauffage par induction, ce qui a gaspillé l'énergie et l'a empêchée de chauffer le matériau inséré. Je ne sais pas si c'est la raison exacte pour laquelle cela n'a pas fonctionné, mais c'est l'argument le plus logique basé sur les preuves fournies.

Pour fabriquer votre bobine, utilisez du fil de cuivre toronné et enroulez-le autour d'un morceau de tuyau en PVC environ 9 fois.

Étape 7: Création de l'essai et de l'erreur de circuit

La construction de ce circuit a pris beaucoup d'essais et d'erreurs. Mon problème numéro un était mon alimentation et ma bobine d'origine. L'alimentation est une alimentation de commutation de 55 ampères 12 volts. Je pense que cette alimentation a entraîné le circuit ZVS avec un courant initial trop élevé, ce qui a fait sauter les mosfets. Ils ont explosé, comme sur la première photo. Cela aurait probablement pu être résolu en ajoutant de plus grandes inductances, mais j'ai décidé d'utiliser uniquement des batteries au plomb.

Mon deuxième problème était la bobine. À l'étape 6, vous avez vu que la bobine d'acier ne fonctionnait pas. Cet appel de courant élevé dû à la bobine d'acier a également soufflé quelques mosfets. Au total, j'ai perdu environ 6 mosfets à cause d'une explosion. Cela peut être mauvais, mais j'ai appris de mes erreurs.

Au cours de ce projet, j'ai reconstruit le circuit plusieurs fois, mais je vais simplement expliquer comment j'ai construit la version la plus réussie.

Étape 8: Construction du circuit

Pour construire ce circuit pilote ZVS, vous devrez suivre le schéma ci-dessus. J'ai d'abord pris la diode Zener et l'ai tordue avec la résistance 10k. Vous pouvez ensuite prendre cette paire de composants et la souder entre la grille et la masse du mosfet. Assurez-vous que l'extrémité noire de la diode zener fait face à la grille. Ensuite, soudez les mosfets en morceaux sur une planche de perf. Utilisez le côté inférieur de la planche de perf pour souder deux diodes rapides entre le drain et les portes de chaque fet. Assurez-vous que la ligne blanche fait face au drain (broche 2). Ensuite, fixez le fil VCC - de votre alimentation - à travers 2 résistances de 220 ohms à la grille de chaque transistor. Mettez à la terre les deux sources. Ensuite, soudez la bobine de travail et la batterie de condensateurs en parallèle et soudez chaque extrémité à un drain différent. Enfin, alimentez les drains de chaque mosfet via 2 inductances de 50uh. Il peut s'agir de noyaux toroïdaux à 10 tours de fil. Avec cela, votre circuit devrait être prêt à l'emploi.

Étape 9: La base

La base de votre radiateur à induction est juste pour supporter tous les composants. J'ai utilisé un morceau de ferraille 2x4. Le circuit imprimé, la batterie de condensateurs et la bobine de travail étaient tous collés à chaud au bois. Je pense que cette configuration le rend cool.

Étape 10: Test de votre appareil de chauffage par induction

Pour alimenter votre radiateur à induction, connectez-le simplement à l'alimentation électrique dont vous disposez. Ensuite, insérez la pièce que vous essayez de chauffer dans la bobine. Il devrait commencer à chauffer. J'ai pu obtenir un trombone à des températures très chaudes en 10 secondes. D'autres choses, comme un clou, ont pris environ 30 secondes. Avec ces objets insérés, le tirage actuel augmente d'environ 2 ampères. C'est un circuit amusant pour construire un jeu avec. Il peut également être utilisé de manière très pratique. Il peut chauffer des objets sans aucune suie provenant de la fumée. Il peut même chauffer des objets métalliques isolés, comme le matériau getter des tubes à vide. Il est également sans danger pour l'homme, vous ne serez donc pas brûlé en mettant votre doigt à l'intérieur de la bobine. Cela vous brûlera cependant si vous touchez un objet qui a déjà été chauffé.

Ce radiateur a de nombreuses possibilités, dites-moi dans les commentaires à quoi vous prévoyez de l'utiliser!

Merci d'avoir lu!