Индукционным нагревом называют явление бесконтактного разогрева проводников, расположенных в мощном переменном (обычно высокочастотном) поле внутри индуктора, происходящее вследствие токов Фуко. Статья в википедии и подробная инструкция по изготовлению данного устройства для лабораторных задач (т. е. прогрева, закалки и мелкого литья практически любых металлов, равно как и иной их термообработки), широко известная среди интересующихся темой, являются почти исчерпывающими для ознакомления с идеей и для самостоятельного построения подобного устройства.

 Индукционный нагрев Индукционный нагрев

Мой индукционный нагреватель имеет в силовой части полумост с внешним генератором IRS27952 (улучшенная версия хорошо известной IR2153, специально предназначенная для построения резонансных инверторов) и драйвером MIC4423, включенных по даташитным схемам. Развязка сделана на GDT. В силовой части стоят два IGBT-транзистора HGTG20N60A4D, обвязанные снабберами и силовыми плёнками по питанию. Питание идёт от ЛАТРа с выпрямителем и 1000 мкф в фильтре после выпрямителя. Обычно для индукционки используют генератор с подстройкой частоты и фазы (ФАПЧ), но, поскольку я ещё не принимался за её изучение, а сделать индукционку хотелось, было применено более простое и менее удобное в работе решение в виде внешнего генератора без подстройки фазы.

 Индукционный нагрев

Полумост нагружен на ферритовый трансформатор тока на двух синих кольцах EPCOS (материал неизвестен, но работают они до 500 кгц) сечением приблизительно 16х9 мм каждое. Намотан трансформатор литцендратом для уменьшения тепловых потерь, существенных вследствие скин-эффекта на обычном проводе, и содержит около 16 витков.В связи с этим у нас низкочастотный нагрев для всех по оптимальной цене! Точное количество можно изменять в соответствии с размерами нагреваемой заготовки, но на практике это не требуется. Трансформатор надет на медную трубку вывода индуктора. Индуктор сменный: будучи намотан медной трубкой в 6 мм диаметром, он имеет на концах припаянные трубки 8 мм диаметром, от которых при необходимости может быть отпаян и заменён на другой индуктор, например, иной формы.

 Индукционный нагрев

Параллельно индуктору для образования резонансного контура стоят силовые плёночные конденсаторы EFD (Eurofarad). Решив, что набирать батарею MMC из мелких плёнок типа К78-2 или CBB61, как это обычно делают, слишком утомительно, я взял заказанные некоторое время назад в США эти белые «таблетки», специально предназначенные для использования в индукционных нагревателях. При ёмкости в 3.75 мкф каждая, и будучи соединены последовательно, они образуют превосходный конденсатор на ~1.8 мкф, предназначенный для работы при большой реактивной мощности и больших токах.

 Индукционный нагрев

 Индукционный нагрев

Контроль работы осуществляется на данный момент осциллографом, подключенным одним каналом к GDT (одному витку через него), а вторым — к трансформатору тока в первичной обмотке трансформатора индукционки. Согласно его показаниям, ток в первичном контуре через ключи достигает 50 ампер при правильной регулировке, активная мощность при этом может быть до 3 киловатт (9-10А потребление по постоянному току из розетки). На ключах выделяется очень небольшая её часть, а охлаждение индуктора проточной водой позволяет избежать и его саморазогрева своим же полем.

 Индукционный нагрев

Сам процесс разогрева и плавки — отдельная тема, относящаяся больше к металлургии, чем к электронике, и выходящая за рамки данной статьи. Индукционка нагревает стальной болт М12, опущенный шляпкой в индуктор, дожелта примерно за 15-20 секунд, в зависимости от его положения в индукторе, как видно из видео. Более мелкие объекты разогреваются просто моментально. Несколько хуже греются цветные металлы, хуже всего — медь (КПД при этом наиболее низкий, ниже только при нагреве серебра).

 Индукционный нагрев

Интересный эффект наблюдается при использовании индуктора специальной формы и нагреве алюминия: ввиду сочетания высокой проводимости и малой плотности он начинает левитировать внутри индуктора. Чтобы предотвратить выталкивание его полем за пределы индуктора, делают индуктор, во-первых, конусовидной формы, и, во-вторых, содержащим т. н. обратный виток: крайний верхний виток наматывают в другую сторону, чем остальные витки индуктора, и его поле стабилизирует летающий кусочек алюминия, не давая ему улететь. Форму индуктора следует подбирать довольно тщательно, мои эксперименты пока не дали устойчивой левитации, хотя сам эффект имеет место (как видно из последней части видео).

 Индукционный нагрев   Индукционный нагрев

При помещении внутрь индуктора теплоизолированного тигля можно заниматься литьём металлов. К сожалению, первый же эксперимент в этой области окончился несколько неудачно: около 20-30 грамм кипящей стали раскололи тигль, не выдержавший контраста температур расплава и водоохлаждаемой трубки, и вылились огромной раскалённой каплей прямёхонько на мой многострадальный ковёр, воспламенив его и начав прожигать дыру до деревянного пола. Пламя сбили огнетушителем, а каплю стали пришлось заливать водой из чайника. В результате в ковре образовалась огромная чёрная дыра с углём. Мораль — необходимо использовать по крайней мере керамический лоток или подобный несгораемый поддон при занятии такой хренотенью.

 Индукционный нагрев

Более удачной была плавка меди: удалось сплавить около 90 г. в этакую медную чушку. Она выглядит, конечно, ужасно, но тем не менее.