Spis treści

Pierwszy raz z tematem nagrzewania indukcyjnego spotkałem się w pewnym warsztacie, gdy zobaczyłem jak mechanik wkłada do zwojnicy z grubego drutu rurę a ona dosłownie w kilka sekund rozgrzewa się do białości, podczas gdy zwojnica pozostaje zimna.

      Później, gdy zacząłem zgłebiać temat w internecie dowiedziałem się, że zwojnica ta wytważała zmienne pole magnetyczne o czestotliwości od 200 do 400 kHz. To szybkozmienne pole magnetyczne indukuje w przedmiocie znajdującym sie w jego zasięgu prady wirowe o ogromnym natężeniu, przepływ tych prądów powoduje nagrzewanie materiału. W ferromagnetykach dodatkowo materiał ogrzewa się w wyniku tarcia poruszanych polem magnetycznym domen. Wszystko to dokładnie jest opisane w przetłumaczonym przezemnie artykóle z zagranicznej strony internetowej. Tłumaczenie znajduje się w dziale Magnetyzm pod pozycją Nr 2. 
    Na stronie scopeboy.com znalazłem prosty schemat takiej nagrzewnicy w wersji mini.

 
Rys: Schemat prostej nagrzewnicy indukcyjnej - kliknij na obraz by powiekszyć



 

 

  

Tak ten układ wykonali inni:
kliknij by powiększyć kliknij by powiekszyć
kliknij by powiekszyć kliknij by powiększyć

A tak to wyglada w moim wykonaniu:
      Przedstawiony powyżej schemat mozna podzielić na dwie zasadnicze części: inwerter i układ rezonansowy. Inwerter to cztery połaczone ze sobą tranzystory MOSFET w tzw. pełny mostek, sterowane naprzemiennie z generatora sygnału prostokatnego. Dokładny opis działania mostka tranzystorowego znajduje się w dziale Wysokie napięcie przy budowie elektronicznej Cewki Tesli. Zadaniem generatora sterujacego jest wygenerowanie dwuch sygnałów o przebiegu prostokatnym i napięciu rzedu 12 - 18 V, przesunietych wzgledem siebie o 180 stopni, tak że gdy para tranzystorów po przekatnej dostaje np. +12 V (otwieraja się), przeciwległa para w tym samym momęcie dostaje -12 V (zamyjają się). W efekcie na wyjściu inwertera zasilanego napięciem stałym mamy napięcie o przebiegu prostokątnym. 
 
           kliknij by powiększyć                                 kliknij by powiększyć
Rys: Pełny mostek (kliknij by powiększyć)                        Rys: Połowa mostka (kliknij by powiększyć) kliknij by powiększyć
      Zdjęcie przedstawia generator sygnału prostokątnego (normalnego i odwróconego), oraz połowę mostka tranzystorowego. Wykonałem ten model by przetestować generator sygnału sterujacego. W połowie mostka tylko jeden tranzystor jest otwierany podczas gdy drugi zamyka się. Różnica polega na tym, że amplituda napięcia na wyjściu jest o połowę mniejsza w porównaniu do pełnego mostka.


      Na wyjściu na poczatek załaczyłem żarówkę i za pomocą oscyloskopu sprawdziłem przebiegi zarówno na wyjściu jak i na bramkach tranzystorów. W układach naprzemiennie przełaczających się tranzystorów bardzo ważny jest czas narastania i opadania impulsu sterującego. Gdy jest on dość długi - tranzystory nie przełaczą się natychmiast i bedą występowały stany nieustalone powodujace ich silne nagrzewanie się.

kliknij by powiększyć       Tak wygląda przebieg na wyjściu inwertera. Amplituda przy zasilaniu z 12 V akumulatora równa jest 12 V, gdy zestawimy pełny mostek bedzie 24 V. Taki sygnał bedzie idealny do zasilania układu rezonansowego, który opisze na następnej stronie.

  

 

 


Druga część schematu - obwód rezonansowy.

kliknij by powiększyć       Po sprawdzeniu wcześniej wykonanego generatora sygnału sterującego na prowizorycznej połowie mostka, na potrzeby nagrzewnicy wykonałem pełny mostek. Rdzeń ferrytowy z nawiniętym nań drutem to transformator separacyjny umieszczony pomiędzy generatorem a bramkami tranzystorów, ale o tym więcej można przeczytać przy budowie elektronicznej Cewki Tesli.


kliknij by powiekszyć kliknij by powiększyć
      Tak wygląda gotowy inwerter i przebieg na jego wyjściu. Jest obciążony układem rezonansowym i zasilany napięciem 12 V.




kliknij by powiększyć       Tu widzimy wykonany przeze mnie trochę prowizorycznie układ rezonansowy wg. schematu z poprzedniej strony. Jest to najprostszy układ drgający LC składający się z cewki, która jednocześnie spełnia role zwojnicy wytwarzającej szybkozmienne pole magnetyczne oraz kondensatora. Rdzeń toroidalny oraz kondensator 1 uF spełnia rolę układu separującego.
      Gdy mamy juz gotowy inwerter oraz układ rezonansowy wystarczy tylko je ze soba połączyć i poprzez regulację częstotliwości pracy inwertera doswiadczalnie znaleźć częstotliwośc, która wprawi nasz układ w drgania rezonansowe.

 


Gdy mamy do dyspozycji oscyloskop znalezienie częstotliwości rezonansowej układu bedzie bardzo proste. Wystarczy sondę podłączyć do obu końców cewki i tak regulować częstotliwość inwertera by przebieg na cewce miał kształt sinusoidalny a jego amplituda maksymalnie wzrosła.
                
kliknij by powiekszyć     
      Na pierwszym oscylogramie obserwujemy początek oscylacji rezonansowych, drugi oscylogram to prawidłowy rezonans przy idealnie dobranej częstotliwości.
                
kliknij by powiększyc      kliknij by powiększyć
                                            
kliknij by powiększyć
      Powyżej mały pokaz możliwości wykonanej nagrzewnicy. Gwóźdź o grubości 3 mm włożony do zwojnicy nagrzewa się do czerwoności po czasie ok 10 sekund przy zasilaniu tylko 12 V. Na następnej stronie zwiększe zasilanie do maksimum. Zobaczymy ile ten układ wytrzyma.

Zobacz nasze oferty na Allegro