Calentador de inducción de bricolaje

Cuando piensas en una forma de calentar un objeto de metal, piensas en el fuego, ¿verdad? El fuego es una forma ineficiente, anticuada y lenta de calentar objetos metálicos. Gasta mucha energía como calor y crea mucho humo sucio. Bueno, ¿y si pudieras tener una manera de calentar objetos metálicos que resuelvan todos estos problemas? Sería genial, ¿verdad? En este instructable, voy a mostrarle cómo construir un calentador de inducción ZVS. Este es un dispositivo que calienta la mayoría de los metales utilizando un circuito controlador ZVS y electromagnetismo. Es muy eficiente, no produce humo y puede calentar objetos como clips en cuestión de segundos. El siguiente video muestra una demostración de este calentador de inducción en acción, junto con otro tipo de instrucciones sobre cómo construirlo.

Empecemos.

Paso 1: cómo funciona

Muchos de ustedes que están leyendo esto pueden preguntarse "¿Qué es un controlador ZVS"? Bueno, es un circuito oscilador extremadamente eficiente que puede crear un campo electromagnético extremadamente potente que calienta el metal. Es la columna vertebral del calentador de inducción que este instructable le muestra cómo hacer.

Para comprender cómo funciona esta fuente de alimentación, explicaré las diferentes secciones de la misma. La primera sección es la fuente de alimentación de 24 voltios. La fuente de alimentación necesita producir 24 voltios a una corriente de 10 amperios. Para mi fuente de alimentación, usaré dos baterías selladas de plomo ácido conectadas en serie. La potencia se alimenta a la placa del controlador ZVS. El oscilador ZVS empuja y extrae corriente a través de una bobina alrededor del objeto que se está calentando. Este cambio constante de la dirección de la corriente crea un campo magnético fluctuante. Esto induce muchas pequeñas corrientes de Foucault en el metal (consulte el diagrama anterior). Todas estas corrientes son relativamente altas, y debido a la baja resistencia del metal objetivo, se genera calor. De acuerdo con la ley de ohmios, la potencia convertida en calor en un circuito resistivo es P = I ^ 2 * R.

Ahora, el tipo de metal del objeto que se está calentando es muy importante. Los metales ferrosos tienen una mayor permeabilidad magnética, por lo que pueden aprovechar más energía del campo magnético. Esto les permite calentarse más rápido que otros materiales. Los metales, como el aluminio, tienen una menor permeabilidad magnética, por lo que les lleva más tiempo calentarse. Las cosas que tienen una alta resistencia y baja permeabilidad magnética, como un dedo humano, no serán calentadas en absoluto por un calentador de inducción. La resistencia del material también es muy importante. Si tiene una mayor resistencia en el metal objetivo, entonces fluirá menos corriente, por lo que la potencia convertida en calor se reduce exponencialmente. Si tiene un metal con menor resistencia, entonces la corriente será mayor, pero la pérdida de energía será menor debido a la ley de ohmios. Es un poco complicado, pero debido a la relación entre resistencia y potencia de salida, la potencia más alta se logra cuando la resistencia del objeto se acerca a 0.

El oscilador ZVS es la parte más compleja de este circuito, así que voy a explicar cómo funciona. En primer lugar, cuando se activa la corriente, fluye a través de 2 inductores inductivos a cada lado de la bobina. El estrangulador es asegurarse de que el circuito no consuma demasiado amperaje en el arranque. La corriente también fluye a través de las dos resistencias de 470 ohmios en las puertas de los dos Mosfets. Ahora, debido a que ningún componente es perfecto, un Mosfet se encenderá primero. Cuando esto sucede, acapara toda la corriente de la puerta del otro Mosfet. También atraerá el drenaje de ese Mosfet que está en el suelo. Esto no solo permitirá que la corriente fluya a través de la bobina a tierra, sino que también permitirá que la corriente fluya a través de uno de los diodos rápidos que forman la otra puerta del otro Mosfet, bloqueándola. Debido a que hay un condensador en paralelo con la bobina, crea un circuito resonante del tanque que comienza a oscilar. Debido a esta acción resonante, el drenaje del otro Mosfet se balanceará hacia adelante y hacia atrás en su voltaje, llegando finalmente a 0 voltios. Una vez que se alcanza este voltaje, la carga de la puerta del Mosfet que está encendido se descargará a través del diodo rápido en el drenaje del Mosfet opuesto, cerrándolo efectivamente. Con este Mosfet apagado, el otro Mosfet tiene la oportunidad de encender. Después de esto, el ciclo se repite miles de veces por segundo. La resistencia de 10K está destinada a agotar cualquier carga de compuerta en exceso en el Mosfet, porque es como un condensador, y el diodo Zener está destinado a mantener las puertas de los mosfets a 12 voltios o menos para que no exploten. Este oscilador de alta frecuencia y alta potencia es lo que permite calentar objetos metálicos.

¡Ahora es el momento de construir esta cosa!

Paso 2: materiales

Para construir esta fuente de alimentación, necesitará algunas piezas, por suerte, la mayoría se puede recuperar de forma gratuita. Si alguna vez has visto un viejo televisor CRT tendido al costado de la carretera, recógelo, porque tiene la mayoría de las piezas necesarias para este proyecto. Si desea componentes de mayor calidad, puede comprarlos en la tienda en línea LCSC. Haga clic en las partes para que aparezcan los enlaces de productos en LCSC.

Necesitará:

  • Mosfets IRFP260
  • Diodos rápidos
  • Diodos Zener de 12 voltios
  • Resistencias de 220 ohmios
  • Resistencias 10K
  • Condensadores 10x /.047uF
  • 2 inductores de 50uH (Obtenga de una fuente de alimentación de computadora) Amazon Link
  • Alambre de cobre Amazon Link
  • Madera
  • 2x baterías de plomo ácido selladas Amazon Link

Paso 3: herramientas

Para este proyecto, necesitará:

  • Soldador Amazon Link
  • Pelacables / cortadores Amazon Link
  • Multímetro Amazon Link

Paso 4: Transistores y Enfriamiento

En este circuito, debido a que los transistores se conmutan a 0 voltios (de ahí el nombre, ZVS de conmutación de voltaje cero) no se calientan mucho, pero aún deben montarse en un disipador de calor si planea ejecutar este circuito durante más de 1 minuto . Monté los dos transistores en un disipador de calor. Cuando haga esto, asegúrese de aislar los respaldos metálicos de los FET del disipador de calor. Si ambos se tocan, se acortará y explotará sus FET. Mi disipador de calor era de una fuente de alimentación de computadora y ya venía con una pieza de silicona aislante, por lo que mis transistores están aislados. Para asegurarse de que sus transistores estén aislados, toque su multímetro en el pin central de ambos transistores, el drenaje. Si obtiene continuidad, entonces sus FET no están aislados.

Paso 5: el banco de condensadores

En este circuito, los condensadores se calientan mucho. Esto se debe a que siempre tienen corriente que los piensa. Ahora, el valor del condensador que necesitamos para que este circuito funcione correctamente es 0.47uF, por lo que necesitaremos la mayor cantidad de condensadores juntos para alcanzar este mismo valor, pero tenemos un área de superficie más grande para la disipación de calor. También debe obtener la clasificación de voltaje de ellos por encima de 400 voltios debido a picos de voltaje inductivo en el circuito resonante. Lo que hice fue hacer un anillo de cobre y agregar 10 condensadores de 0.047 uF en paralelo a su alrededor. Esto hace que el banco de condensadores combinado tenga una capacidad de 0, 47 uF, con mucha superficie para enfriar el aire. Este banco de condensadores estará en paralelo con la bobina de trabajo.

Paso 6: la bobina de trabajo

Esta parte del circuito es lo que genera el campo magnético. Se forma con alambre de cobre. Es muy importante que uses cobre. Comencé este proyecto usando una bobina de trabajo de acero. No funcionó muy bien. Cuando estaba funcionando sin carga, ¡consumía 14 amperios! Cuando lo cambié con una bobina de cobre, consumió solo 3 amperios. Creo que esto se debe a que el material ferroso en la bobina de acero tenía corrientes inducidas inducidas. Su alta permeabilidad magnética hizo que la bobina fuera objeto del calentamiento por inducción, lo que desperdició la energía y evitó que calentara el material insertado. No estoy seguro de si esta es la razón exacta por la que esto no estaba funcionando, pero es el argumento más lógico basado en la evidencia proporcionada.

Para hacer su bobina, use alambre de cobre trenzado y envuélvalo alrededor de un tubo de PVC unas 9 veces.

Paso 7: construcción del circuito de prueba y error

La construcción de este circuito requirió mucha prueba y error. Mi problema número uno fue mi fuente de alimentación y bobina originales. La fuente de alimentación es una fuente de conmutación de 55 amperios y 12 voltios. Creo que esta fuente de alimentación condujo el circuito ZVS con una corriente inicial demasiado alta, esto apagó los mosfets. Explotaron, como en la primera foto. Esto probablemente podría haberse solucionado agregando inductores más grandes, pero decidí usar solo baterías de plomo ácido.

Mi segundo problema fue la bobina. En el paso 6, viste que la bobina de acero no funcionaba. Este alto consumo de corriente debido a la bobina de acero también sopló algunos mosfets. En total, perdí alrededor de 6 mosfets por explosión. Esto puede ser malo, pero aprendí de mis errores.

En el transcurso de este proyecto, construí el circuito nuevamente muchas veces, pero solo explicaré cómo construí la versión más exitosa.

Paso 8: Construyendo el circuito

Para construir este circuito de controlador ZVS, deberá seguir el diagrama de circuito anterior. Primero tomé el diodo zener y lo torcí junto con la resistencia de 10k. Luego puede tomar este par de componentes y soldarlo entre la puerta y el suelo del mosfet. Asegúrese de que el extremo negro del diodo zener se enfrenta a la puerta. Luego, suelde los mosfets a una pieza para perforar. Use la parte inferior de la placa de perf para soldar dos diodos rápidos entre el drenaje y las puertas de cada fet. Asegúrese de que la línea blanca mire hacia el drenaje (pin 2). Luego, conecte el cable VCC -desde su fuente de alimentación- a través de 2 resistencias de 220 ohmios a la puerta de cada transistor. Tierra ambas fuentes. Luego, suelde la bobina de trabajo y el banco de condensadores en paralelo entre sí y suelde cada extremo a un drenaje diferente. Finalmente, ejecute energía a los desagües de cada mosfet a través de 2 inductores de 50uh. Estos pueden ser núcleos toroidales con 10 vueltas de alambre. Con eso, su circuito debería estar listo para usar.

Paso 9: la base

La base de su calentador de inducción es solo para soportar todos los componentes. Usé un pedazo de chatarra de madera de 2x4. La placa de circuito, el banco de condensadores y la bobina de trabajo estaban pegados en caliente a la madera. Creo que esta configuración hace que se vea genial.

Paso 10: prueba de su calentador de inducción

Para encender su calentador de inducción, simplemente conéctelo a la fuente de alimentación que tiene. Luego, inserte la parte que está tratando de calentar en la bobina. Debería comenzar a calentarse. Pude obtener un clip para temperaturas candentes en 10 segundos. Otras cosas, como un clavo, tomaron alrededor de 30 segundos. Con estos objetos insertados, el consumo de corriente aumenta en aproximadamente 2 amperios. Este es un circuito divertido para construir un juego. También se puede usar de manera muy práctica. Puede calentar objetos sin el hollín que proviene del humo. Incluso puede calentar objetos metálicos aislados, como el material getter en tubos de vacío. También es seguro para los humanos, por lo que no se quemará al meter el dedo dentro de la bobina. Sin embargo, te quemará si tocas un objeto que ya se ha calentado.

Este calentador tiene muchas posibilidades, ¡dígame en los comentarios para qué planea usarlo!

¡Gracias por leer!

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