вкр

1. МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования
«Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина»
Кафедра промышленной электроники
Презентация
к выпускной квалификационной работе
Разработка электронного устройства управления
для индукционного нагрева.
Обучающийся: студент гр. 224
Ушаков К.И.
Руководитель: к.т.н.,
Климаков В.В
Рязань, 2026

2. Актуальность работы

Индукционные
нагреватели.
Слайд 2

3.

Цель и задачи работы
Цель работы: Разработка устройства
управления для индукционного нагрева
металлических заготовок.
Решаемые задачи:
Разработка принципиальной схемы.
Выбор компонентной базы.
Разработка структурной схемы.
Разработка печатной платы.
Экспериментальная апробация.
Подготовка конструкторской документации.
Слайд 3

4.

Анализ существующих схемотехнических
Полумостовая
ZVS-генератор.
решений
схема.
Полномостовая
схема.
Слайд 4

5. Выбор компонентной базы.

Компонент на схема
Отечественный компонент
Транзистор IRFP064N
КП741А
Конденстор C1, 2,2 мкФ, 250 В AC
MKP1840447634M
К78-2 0.47мкФ * 10=3200
Диод her102, fr102
КД2999А
Резистор 470 Ом, 5 Вт
ПЭВ-10
Резистор 10 кОм
С2-23
L2, L3 30 витков 1.2мм , сердечник(
Стабилитроны 12–15 В 1N5352BRLG
КС515А
Индуктор L1
Слайд 5

6. Функциональная схема.

Блок питания ZVS схемы: имеет регулироваку мощьности хаарактерисктики : 20А 480В
Схема потребляет 200Вт 5-13В 15А
Слайд 6

7.

Моделирование схем в Micro-Cap.
Разработана модель двухтактного ZVS-генератора в среде Micro-Cap 12
Выбраны компоненты: транзисторы IRFP064N, плёночные конденсаторы MKP, дроссели L2, L3,
индуктор L1
Напряжение на стоках транзисторов
Ток через индуктор L1
Ток, потребляемый от источника
питания
Слайд 7

8.

Разработка и моделирование индуктора в COMSOL
Параметры индуктора L1:
•Диаметр намотки 35 мм, число
витков 7, длина намотки 65 мм
•Материал – литцендрат сечением
4 мм²
•Индуктивность 0,76 мкГн
Результаты моделирования:
•Температура заготовки достигает 550 °С за
≈90 сек
Слайд 8

9.

Сборка схемы.
Схема собрана навесным монтажом без печатной платы – соединения выполнены
толстым медным проводом непосредственно между выводами компонентов.
Слайд 9

10.

Экспериментальная часть.
Результаты испытаний:
•Заготовка – стальной болт М8, целевая температура закалки 550 °C.
•Питание 12 В, ток 11 А → мощность ≈ 132 Вт.
•Температура окружающей среды 23 °C.
Результаты тепловизионного контроля:
•Транзисторы нагрелись до 40 °C, дроссели L2, L3 – до 45 °C, конденсаторы C1–C8 – до 50 °C.
•Индуктор L1 нагрелся до 107 °C.
Слайд 10

11.

Разработка корпуса
Корпус изготовлен из АБС-пластика (ABS) — материал ударопрочный, теплостойкий (до
110°C).
3D-модель корпуса разработана в SolidWorks (система твёрдотельного моделирования).
В модели учтены:
•расположение всех внутренних компонентов (печатной платы, индуктора, радиатора, блока
питания);
•вентиляционные отверстия для отвода тепла от индуктора и транзисторов;
•посадочные места для разъёмов, органов управления и дисплея.
Модель позволяет изготовить корпус методом 3D-печати.
Слайд 11

12.

Составление конструкторской
В результате проведенной работы был разработан
полный комплект КД для изготовления устройства
индукционного нагрева
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Чертёж крышка передняя - Л.
Чертёж крышка передняя - П.
Чертёж крышка задняя.
Чертёж основание нижнее.
Чертёж основание верхнее.
Чертёж стенка правая.
Чертёж стенка левая.
Чертёж подставки.
Чертёж кожуха для вентилятора.
10. Чертёж сборки
11. Чертёж печатного узла.
12. Спецификация на устройство.
13. Спецификация на печатный узел.
Слайд 12

13.

Выводы по работе
Основные результаты ВКР:
1.Разработан и изготовлен лабораторный образец управляемого индукционного нагревателя
на ZVS-генераторе мощностью до 200 Вт.
2.Обеспечена регулировка мощности (изменением напряжения питания 0–13 В) и
автоматический контроль температуры с помощью Arduino Nano, термопары K-типа и
твердотельного реле.
3.Подобрана доступная компонентная база (IRFP064N, MKP-конденсаторы, дроссели на
ферритовых кольцах).
4.Выполнено моделирование (Micro-Cap 12, COMSOL Multiphysics), подтвердившее
корректность выбора параметров.
5.Спроектирована печатная плата (Altium Designer) и корпус из абс пластика (SolidWorks) и
обеспечен отвод тепла.
6.Экспериментально подтверждён нагрев стального болта М8 до 550 °С за 90 с при
энергопотреблении ≈200 Вт.
Слайд 13

14.

Спасибо за внимание
Слайд 14

15.

Критерий
ZVS-генератор
Полумостовая схема
Полномостовая схема
Сложность реализации
Низкая
Высокая
Очень высокая
КПД
90–95%
>90%
>90%
Регулировка мощности
Ограниченная (Uвх)
ШИМ
ШИМ
Максимальная мощность
до 1–2 кВт
до 3–5 кВт
30 кВт и выше
Риск сквозных токов
Отсутствует
Присутствует
Присутствует
Необходимость драйвера
Нет
Да
Да
Плюсы:
•Мягкое переключение (ZVS): транзисторы переключаются при нулевом напряжении →
минимальный нагрев ключей и высокий КПД (до 95%).
•Минимальное количество компонентов: не требует внешнего ШИМ-контроллера и драйвера →
простота сборки и настройки.
•Автоподстройка частоты: частота автоматически подстраивается под резонанс LC-контура → не
нужен осциллограф.
•Отсутствие сквозных токов → высокая надёжность.
•Низкая стоимость элементной базы: все компоненты широкодоступны (транзисторы IRFP064N,
плёночные конденсаторы MKP).
Слайд 15

16.

Схема собрана навесным монтажом без печатной платы – соединения
выполнены толстым медным проводом непосредственно между
выводами компонентов.
•Транзисторы IRFP064N установлены на общий радиатор через
изолирующие прокладки.
•Дроссели L2, L3 намотаны на ферритовых кольцах (30 витков проводом
1,2 мм).
Получены осциллограммы:
•Индуктор L1 – 7 витков литцендрата на оправке Ø35 мм. напряжение на стоках транзисторов с
•Конденсаторная батарея C1 (4×0,47 мкФ MKP) припаяна
ток через индуктор L1 — синусоида с
непосредственно к выводам транзисторов и индуктора.
резонансе)
ток, потребляемый от источника пита
значение около 6 А
Большинство серийных индукционных нагревателей
(преимущественно китайского производства) имеют высокую
стоимость, низкую ремонтопригодность и часто не предусматривают
регулировку мощности и контроль
Выводы: температуры
.
•Устройство успешно достигло температуры закалки (550 °C) за
допустимое время.
•Основной нагрев сосредоточен на индукторе, остальные
компоненты работают в штатном тепловом режиме.
Слайд 16