набросок

1. Дипломная работа на тему: Разработка электронного устройства управления для индукционного нагрева.

2.

3. Принцип нагрева металлической заготовки индукционным способом.

Последовательность явлений:
Линии
магнитного
поля
1. Источник генерирует ток (I1) в индукторе
2. Ток индуктора (ампер-витки) создает магнитное поле.
Линии поля всегда замкнуты (закон природы) и
располагаются вокруг проводника в плоскости,
перпендикулярной к направлению тока
3. Возникшее магнитное поле индуцирует в поперечном
сечении нагреваемой детали электрическое поле
(напряжение)
4. Напряжение вызывает вихревые токиI (I2) в нагреваемой
детали, текущие в направлении противоположном току
индуктора
5. Вихревые токи нагревают деталь
Питающая
цепь

4. Схема индукционного нагревателя на (IRFZ44N)

5.

Компонент на схема
Колличество Отечественный компонент
Количество
Транзистор IRFZ44 (70)
2шт.
КП741А(1300)
2шт.
C1 пленочный 1мкф не менее 250в
К73-17 0.47мкф 450В(225)(греться
будет так как внутр
сопростивленнеи большое плюс
потерии больше но мы поставим 5
шт что не сильно повлияет на
характеристики но щза то
прордлить жизнь еомпонентам и ще
уменьшит нагрев деталей )
5шт.
К78-2, 0.47мкФ, 250В (960)
Внутренне сопростивоение меньше
греться меньше будет )
3шт.
Диод VD3-VD3 быстродействующие,
например her102, fr102 (8)
2шт.
КД2998А(168)
2шт.
Резистор 220 Ом, (14)
2шт.
Резистор 220 Ом, CF-25 (12)
2шт.
Резистор 10 кОм (14)
2шт.
Резистор 10 кОм С2-23(35)
2шт.
Дроссели L1-L3 из компа
2шт.
Дроссели L1-L3 мотаются на желто белых
кольцах, стоят в компьютерных блоках
питания, диаметром 25-30мм, количество
витков 20-40, диаметр провода более 1мм.
2шт.
Стабилитроны 12–15
2шт.
КС515А(500)
2шт.

6.

Параметр
IRFZ44N
IRFP260N
КП741А
Напряжение сток-исток
(Vdss)
55–60 В
200 В
200 В
Ток стока (Id) макс.
50–60 А
50 А
~50 А
Сопротивление Rds(on)
12–18 мОм (очень
низкое)
40–50 мОм (низкое)
~20–30 мОм
Заряд затвора (Qg)
31–39 нКл (маленький)
234–244 нКл (большой)
~50–70 нКл
Входная емкость (Ciss)
880–1470 пФ
3500–3538 пФ
~1500–1800 пФ
Рассеиваемая
мощность (Pd)
87–130 Вт
250–300 Вт
190 Вт
Тип корпуса
TO-220 (компактный)
TO-247 (мощный,
крупный)
TO-220
Цена
35
220
650
Доступность
очень высокая
высокая
низкая (старый
советский)
Высоковольтные ZVS
Низковольтные ZVS (12–
Низковольтные ZVS (12–

7.

8.

Тип схемы
Принцип работы
Преимущества
Недостатки
ZVS-генератор (Маззилли)
Двухтактный автогенератор на
MOSFET-транзисторах с
резонансным контуром.
Обеспечивает "мягкое"
переключение (в момент нуля
напряжения), что резко снижает
тепловыделение на ключах.
Высокий КПД (до 95%), простота,
надёжность, самоподстройка
частоты, малый нагрев
транзисторов.
Требует качественных
высокочастотных конденсаторов
в резонансной цепи, ограничен по
максимальной мощности (обычно
до 1-2 кВт).
Однотактный
преобразователь
Управляется внешним ШИМконтроллером (например,
UC3845). Требует сложной
схемы управления и "раскачки"
мощного ключа через
трансформатор.
Простота силовой части (один
ключ), легко регулируется
мощность.
Низкий КПД из-за жёсткого
переключения, большой нагрев
транзистора, критичен к
настройке и выбору частоты.
Высокая выходная мощность
(несколько кВт), возможность
питания от сети 220В.
Сложная схема управления с
драйверами и гальванической
развязкой, требует настройки,
высокая стоимость.
Полумостовая схема
Два транзистора работают под
управлением драйвера, создавая
переменное напряжение на
нагрузке. Часто используется с
последовательным резонансным

9. Схема индукционного нагревателя на ZVS (IRFP064N)

Популярный преобразователь ZVS Владимира
Мадзилли.
Модифицированная схема.

10.

11.

Параметр
IRFP064N
КП723А
КП741А
Корпус
TO-247
TO-220
TO-220
Макс. ток
I_D (посто
янный)
110 А
50 А
50 А
Макс. напряжение
V_DSS
55 В
60 В
60 В
Сопротивление
канала
R_DS(on)
0,008 Ом
0,028 Ом
0,018 Ом
Рассеиваемая
мощность
P_tot
200 Вт
125 Вт
125 Вт
Тепловое
сопротивление
«переход-корпус»
R_thJC
0,5 °C/Вт
1,0 °C/Вт
1,0 °C/Вт
Температура

12. Подбор компонентов.

Компонент на схема
Колличество Отечественный компонент
Количество
Транзистор IRFP064N(360)
2шт.
КП741А (2600)
4шт.
Конденстор C1 (8 шт., 2,2 мкФ, 250 В
AC) MKP1840447634M
0,47uF*10=1200
10шт.
К78-2 0.47мкФ * 10=3200
10шт.
Диод her102, fr102 (8)
2шт.
КД2998А(168)
2шт.
Резистор 470 Ом, 5 Вт(14)
2шт.
ПЭВ-10 (1540)
2шт.(для каждого
транзистора)
Резистор 10 кОм(14)
2шт.
С2-23(35)
2шт.
Дросель L2, L3
2шт.
Мотать самому)
2шт.
Стабилитроны 12–15 В
1N5352BRLG (45)
2шт.
КС515А(500)
2шт.
Катушка L1
1шт.
Медная трубка наружным диаметром
5 мм, профилированная в 5 витков.
1 шт.

13. Зачем вот он ответ

14.

15.

16. Выбор между схемами.

17. Сравнение электрических параметров приведенных схем.

Параметр
Схема Drive2 (простая)
Схема
avrproject (модифицированная)
Напряжение питания
12 В
12–24 В
Ток потребления
до 10–15 А (ограничен БП)
15–20 А (12 В) / 30 А (24 В)
Макс. мощность
~100–180 Вт
~200–700 Вт
Транзисторы
IRFZ44, IRF3205, 50n06 (TO-220)
IRFP064N (TO-247) или мощные
аналоги
Резонансный конденсатор
1 мкФ (один, плёночный)
батарея 8×2,2 мкФ → 4,4 мкФ
(MKP)
Индуктор (L1)
10 витков, провод 2,5 мм, Ø35 мм
5 витков, медная трубка 5 мм, Ø35
мм
Диоды
HER102, FR102 (быстрые)
FMQG5G (TO-247) или UF4005–
4007
Частота
~70–140 кГц
87 кГц
Сложность сборки
низкая
средняя (больше деталей)

18.

19. Транзистор IRFZ44 (V_DSS = 55 В) при 24 В питания может получить выбросы до 70–90 В, что приведет к пробою и выходу

20. Путем подбора ёмкости конденсатора

•Внутренний диаметр катушки = 35 мм → средний диаметр D = 2.5 мм
•Общий диаметр D=3.75 см (учитывая толщину трубки).
•Число витков N=10.
•Длина намотки l ≈ 3.5 витков × 0,5 см (наружный диаметр трубки 5 мм) =
2,5 см.
Подставляем:
Итог:
Возьмём 3 конденсатора по 0.47 мкФ общей
ёмкостью 1.41мкФ
Для уменьшения частоты до 73кГц
и диод MUR1640CT 16 А
Транзистор (его уже заменить
отечественным нужно 2 шт КТ741А)
обратное напряжение 400 В
(запас против выбросов при 24 В)

21.

22. Схема понижающего преобразователя напряжения DC / DC

использовать буду готовый 300W
20A DC-DC Buck Converter

23.

24. Выходная мощьность понижающего преобразователя напряжения DC / DC.

Напряжение на ZVS (U)
Ток (I)
Мощность (P)
Эффект нагрева
5В
~6-7 А
~30-35 Вт
Очень слабый нагрев,
еле тёплый болт
~120-130 Вт
Медленный нагрев,
можно греть мелкие
детали
10 В
~12-13 А
12 В
~15-16 А
~180-190 Вт
Умеренный нагрев, болт
M8 нагреется за ~1
минуту
15 В
~20 А (максимум)
300 Вт
Быстрый нагрев, болт до
красна за 20-30 секунд
18 В
~16,7 А
300 Вт (ограничение)
Ток уже не растёт,
мощность не выше 300 Вт
То же самое, но при

25. Почему не выбран регулирование с помощью частоты.

26.

27. Скин слой при 82кГц в раных материалах.

Материал
Относительная
магнитная
проницаемость (μᵣ)
Удельное
сопротивление (ρ,
Ом·м)
Скин-слой при 82
кГц
Эффективность
нагрева
Сталь
(ферромагнитная)
100–1000
~2×10⁻⁷
0,5–0,7 мм
Отличная (вихревы
е токи сильны)
~0,5 мм (но токи
слабее)
Плохая (из-за
низкого ρ токи
большие, но из-за
отсутствия μ —
слабое поле)
~0,6 мм
Средняя (лучше
меди, но хуже
стали)
Медь
Алюминий
1 (диамагнетик)
1
~1,7×10⁻⁸
~2,8×10⁻⁸

28. Работа компонентов на частотах.

Компонент
Ограничение
Транзисторы IRFP064N
Оптимальная рабочая частота до 100–150
кГц. Выше — начинаются динамические
потери и нагрев ключей.
Плёночные конденсаторы (MKP, CBB)
Рассчитаны на работу до 100–200 кГц. На
более высоких частотах они перегреваются и
выходят из строя.
Скин-эффект в катушке
На частотах выше 100 кГц потери в медной
катушке резко возрастают. Ваша катушка из
трубки 6–8 мм работает на 82 кГц с
приемлемыми потерями.

29.

30. Почему индуктивность 2мкГн

31. Напряжение на индукторе

32. Мультиметр (Вольтметр Амперметр).

Установка мультиметра чтобы следить за
изменением напряжения и ампеража для
дальнейшего наблюдения за изменением
мощности.

33. Датчик температуры (для слежения за температурой).

Термопара.
Термистьер

34.

Критерий
Термопара
Обычный термистор (NTC)
Устойчивость к наводкам
Очень низкая
Низкая (сильный самонагрев)
Саморазогрев полем
Сильный (металлические провода)
Сильный
Температурный диапазон
-200…+2000°C
-50…+150°C (редко до +300°C)
Точность
±1–5°C (зависит от типа)
±0.5–1.5°C в узком диапазоне
Линейность
Нелинейная, требует коррекции
Сильно нелинейная
Стоимость датчика
Средняя
Низкая
Стоимость преобразователя
Средняя (MAX6675 ~200–500 руб)
Низкая (делитель напряжения)
Требования к кабелю
Экранированная витая пара,
термопарный провод
Обычный провод (но наводки
искажают сигнал)

35.

36.

Датчик тока
Модуль датчика тока
ACS712 Stlxy 5A/20A/30A
30ª(150)
https://market.yandex.ru/card/modul-datchika-toka-kholla-5a20a-30a-modul-acs712-dlya-arduino-acs712telc5a20a30a/4955069060?dowaremd5=7iiKP6dAO6Coimvxt93Jjg&clid=1651&ogV=-12
Датчик напряжения
Датчик напряжения
ZMPT101B для Arduino
Transformer(200) Module
https://market.yandex.ru/card/zmpt101b-datchik-vykhodnogonapryazheniya-peremennogo-toka-modulya-aktivnogoodnofaznogo-transformatora-napryazheniya-dlya-arduino-megazmpt101b-2-ma-transformer-module/103691310814?dowaremd5=XrdrOigdnvBfZxX430CHPg&clid=1601&utm_source=yan
dex&utm_medium=search&utm_campaign=ymp_offer_dp_oborudo
vanie_model_dyb_full_search_rus&utm_content=cid%3A11822733
7%7Cgid%3A5542609709%7Caid%3A1868922547828882575%7
Cph%3A54325643120%7Cpt%3Apremium%7Cpn%3A1%7Csrc%3
Anone%7Cst%3Asearch%7Crid%3A54325643120%7Ccgcid%3A0
&yclid=3059884470904553471&ogV=-12
Arduino с V 3.0 TYPE-C
ATMEGA328P(300) FT232
https://www.ozon.ru/product/arduino-nano-v-3-0-type-c-atmega328p-ft232zapayana-grebenka-arduino-1613892076/
Твердотельное реле
отключения
10A 25A 40A 60A AC-AC
однофазное твердотельное
реле AC SSR SSR-10AA
(350) https://market.yandex.ru/card/odnofaznoyetverdotelnoye-rele-10-a-25-a-40-a-60-a-ac-ac-ac-ssr-10aa-ssr40aa-ssr-60aaa-80-250-v-peremennogo-toka-220-v-do-24-380-vperemennogo-toka-1-sht-ssr-silver-radiator/103689734872?dowaremd5=MtwZJ2QBeNx704QDXIoDJQ&clid=1651&ogV=-12
Модуль MAX6675 с термопарой(260)
MAX6675 K Module for Thermocouple,
Термопара типа К с модулем
подключения MAX6675, от 0°C до
+1024°C https://www.chipdip.ru/product/max6675-k-module-for-thermocoupletermopara-tipa-s-ruichi-8007161065