Chauffage à induction puissant bricolage : 12 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:09

Les appareils de chauffage par induction sont certainement l'un des moyens les plus efficaces de chauffer des objets métalliques, en particulier des métaux ferreux. La meilleure partie de ce chauffage par induction est que vous n'avez pas besoin d'avoir un contact physique avec l'objet à chauffer.

Il existe de nombreux kits de chauffage par induction disponibles en ligne, mais si vous voulez apprendre les bases du chauffage par induction et que vous souhaitez en construire un qui ressemble et fonctionne exactement comme un haut de gamme, continuez à parcourir cette instructable car je vais vous montrer comment une induction le chauffage fonctionne et où vous pouvez vous procurer votre matériel pour en construire un pour vous-même qui ressemble à un professionnel.

Commençons…

Étape 1: Concept derrière le chauffage par induction

Il existe plusieurs méthodes de chauffage des métaux, dont l'une est le chauffage par induction. Comme le nom de la méthode fait référence, la chaleur est générée dans le matériau en utilisant l'induction électrique.

L'induction électrique a lieu dans le matériau lorsque le champ magnétique qui l'entoure change continuellement, ce qui entraîne l'induction de courants de Foucault dans le matériau placé à l'intérieur de la bobine. Provoquant ainsi un chauffage instantané et l'effet est le plus important dans les métaux ferreux en raison de sa réponse plus élevée aux forces magnétiques.

Vous pouvez obtenir un aperçu plus détaillé sur wikipedia:

en.wikipedia.org/wiki/Induction_heating

Étape 2: Circuit imprimé et composants

Puisque je vais utiliser une batterie/alimentation qui nous donne une sortie de 12v DC qui n'est pas suffisante pour produire une induction car le champ magnétique produit dans la bobine d'induction en raison du courant continu est un champ magnétique constant. La tâche ici est donc de convertir cette tension continue en courant alternatif qui produira ainsi une induction.

J'ai donc conçu un circuit oscillateur qui produit une sortie CA ayant une onde carrée de près de 20 KHz de fréquence. Le circuit utilise quatre mosfets IRF540 N-Channel pour commuter fréquemment le courant dans un sens alternatif. Pour gérer en toute sécurité une plus grande quantité de courants, j'ai utilisé une paire de mosfets dans chaque canal.

Étant donné que nous allons faire face à une quantité de courants plus élevée, une carte de perf n'est certainement pas une option fiable et bien sûr pas une bonne option. J'ai donc décidé d'opter pour une option très fiable qui est une carte de circuit imprimé. Cela peut sembler une option coûteuse, mais avec cette idée en tête, je suis tombé sur JLCPCB.com

Ces gars-là offrent des PCB de haute qualité à des prix exceptionnels. J'ai commandé 10 PCB pour le chauffage par induction et comme première commande, ces gars-là offrent tout cela en seulement 2 $, y compris les frais d'expédition à la porte.

La qualité est au rendez-vous comme vous pouvez le voir sur les photos. Assurez-vous donc de consulter leur site Web.

Étape 3: Commande de PCB

Le processus de commande de PCB est assez simple. Vous devez d'abord visiter jlcpcb.com. Pour obtenir un devis instantané, tout ce que vous avez à faire est de télécharger votre fichier Gerber pour les PCB et une fois le téléchargement terminé, vous pouvez utiliser l'option indiquée ci-dessous.

J'ai également ajouté le fichier Gerber pour le PCB dans cette étape, alors assurez-vous de le vérifier.

Étape 4: Pièces complémentaires

J'ai commencé à assembler des PCB avec de petites pièces complémentaires comprenant des résistances et quelques diodes.

R1, R2 sont des résistances de 10k. R3 et R4 sont des résistances de 220 Ohm.

D1 et D2 sont des diodes UF4007 (UF signifie Ultra Fast), ne les remplacez pas par des diodes 1N4007 car elles vont exploser. D3 et D4 sont des diodes Zener 1N821.

Assurez-vous de placer le bon composant au bon endroit et de placer également les diodes dans le bon sens, comme indiqué sur le PCB.

Étape 5: MOSFET

Afin de gérer une grande quantité de drains de courant, j'ai décidé d'opter pour des MOSFET à canal N. J'ai utilisé une paire de MOSFET IRF540N de chaque côté. Chacun d'eux est cadencé à 100 Vds et jusqu'à 33 ampères de courant continu. Étant donné que nous allons alimenter ce chauffage par induction avec 15VDC, 100 Vds peut sembler excessif, mais en réalité ce n'est pas le cas, car les pointes générées lors de la commutation à grande vitesse peuvent facilement atteindre ces limites. Il vaut donc mieux aller avec une notation Vds encore plus élevée.

Pour dissiper l'excès de chaleur, j'ai attaché des dissipateurs thermiques en aluminium à chacun d'eux.

Étape 6: Condensateurs

Les condensateurs jouent un rôle important pour maintenir une fréquence de sortie souhaitable, qui, en cas de chauffage par induction, est suggérée à près de 20 KHz. Cette fréquence de sortie est le résultat de la combinaison de l'induction et de la capacité. Vous pouvez donc utiliser un calculateur de fréquence LC pour calculer votre combinaison souhaitée.

C'est bien d'avoir plus de capacité mais gardez toujours à l'esprit que nous devons obtenir la fréquence de sortie quelque part près de 20KHz.

J'ai donc décidé d'opter pour des condensateurs non polaires WIMA MKS 400VAC 0.33uf. En fait, je n'ai pas pu trouver de tension plus élevée pour ces condensateurs, ils ont donc gonflé et j'ai dû les remplacer par d'autres condensateurs non polaires à 800VAC.

Il y en a deux connectés en parallèle.

Étape 7: Inducteurs

Comme il est difficile de trouver des inductances à courant élevé, j'ai donc décidé de le construire moi-même. J'ai un vieux noyau de ferrite provenant d'un vieux rebut d'ordinateur avec les dimensions suivantes:

Diamètre extérieur: 30 mm

Diamètre intérieur: 18 mm

Largeur: 13 mm

Il n'est pas nécessaire d'obtenir un noyau de ferrite de taille exacte, mais le but ici est d'obtenir une paire d'inducteurs pouvant fournir une inductance de près de 100 Micro Henry. Pour cela, j'ai utilisé du fil de cuivre isolé de 1,2 mm pour enrouler les bobines de telle sorte que chacune d'elles ait 30 tours. Cette configuration est soumise pour produire l'inductance requise. Assurez-vous de faire les enroulements aussi serrés que possible car il n'est pas recommandé d'avoir plus d'espace entre le noyau et le fil.

Après avoir enroulé les inducteurs, j'ai retiré les revêtements isolés des deux extrémités du fil afin qu'ils soient prêts à être soudés sur le PCB.

Étape 8: Ventilateur de refroidissement

Afin de dissiper la chaleur des MOSFET, j'ai monté un ventilateur PC 12v juste au-dessus des dissipateurs thermiques en aluminium à l'aide de colle chaude. Le ventilateur est ensuite connecté aux bornes d'entrée de sorte que chaque fois que vous alimentez le chauffage par induction, les ventilateurs s'allument automatiquement pour refroidir les MOSFET.

Puisque je vais alimenter ce chauffage par induction en utilisant une alimentation 15VDC, j'ai donc ajouté une résistance de 10 OHM 2watts pour faire baisser la tension jusqu'à la limite de sécurité.

Étape 9: Connecteurs pour la bobine de sortie

Pour connecter la bobine de sortie au circuit de chauffage par induction, j'ai fait une paire de trappes sur le PCB à l'aide d'une meuleuse d'angle. Plus tard, j'ai décomposé un connecteur XT60 pour utiliser ses broches pour les bornes de sortie. Chacune de ces broches s'insère à l'intérieur de la bobine de cuivre de sortie.

Étape 10: Bobine d'induction

La bobine d'induction est fabriquée à l'aide d'un tuyau en cuivre de 5 mm de diamètre couramment utilisé dans les climatiseurs et les réfrigérateurs. Pour enrouler parfaitement la bobine de sortie, j'ai utilisé un rouleau de carton mesurant près d'un pouce de diamètre. J'ai donné 8 tours à la bobine, ce qui a créé une largeur de bobine pour s'adapter exactement aux connecteurs de balle de sortie.

Assurez-vous d'enrouler patiemment la bobine, car vous pourriez finir par plier le tuyau et provoquer une bosselure. De plus, une fois le bobinage terminé, assurez-vous qu'il n'y a pas de contact entre les parois de deux spires consécutives.

Pour cette bobine, vous avez besoin de 3 pieds de tuyau en cuivre.

Étape 11: Alimentation

Pour alimenter ce chauffage par induction, je vais utiliser une alimentation de serveur conçue pour 15 V et pouvant fournir jusqu'à 130 ampères de courant. Mais vous pouvez utiliser n'importe quelle source 12v telle qu'une batterie de voiture ou une alimentation PC.

Assurez-vous de connecter l'entrée avec la bonne polarité.

Étape 12: Résultats finaux

Comme j'ai alimenté ce chauffage par induction à 15 V, il doit tirer près de 0,5 A de courant sans rien placer à l'intérieur de la bobine. Pour le test, j'ai inséré une vis en bois et tout à coup, ça commence à sentir comme si elle chauffe. L'appel de courant commence également à augmenter et avec la vis complètement insérée dans la bobine, il semble tirer près de 3 ampères de courant. En une minute, il devient rouge.

Plus tard, j'ai inséré un tournevis à l'intérieur de la bobine et le chauffage par induction l'a chauffé au rouge avec près de 5 ampères de courant à 15 V, ce qui représente 75 watts de chauffage par induction.

Dans l'ensemble, le chauffage par induction semble être un bon moyen de chauffer efficacement une tige de métal ferreux et il est moins dangereux que d'autres méthodes.

Il y a beaucoup de choses utiles qui peuvent être faites en utilisant cette méthode de chauffage.

Si vous aimez ce projet, n'oubliez pas de visiter et de vous abonner à ma chaîne youtube pour d'autres projets à venir.

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Salutations.

Roi du bricolage