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:

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. 
 
                                          
Rys: Pełny mostek (kliknij by powiększyć)                        Rys: Połowa mostka (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.

      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.

      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.



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




      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.
                     
      Na pierwszym oscylogramie obserwujemy początek oscylacji rezonansowych, drugi oscylogram to prawidłowy rezonans przy idealnie dobranej częstotliwości.
                     
                                            
      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.