Свежие обсуждения
Идеи

Как реализовать индукционый нагрев в чайнике или паяльнике?

1 7 19

lolo2: ...почему контур индуктора должен греться на 10 процентов, а контур жала на 90?

Не знаю. Наверно, потому, что контура жала не существует...
Я принял "по умолчанию", что греется только то, что внутри индуктора.
Скажем, стоит установка. Индуктор из медной шины, в котором расположен тигель с металлоломом. Установка включается, и металлолом плавится...
Если материал индуктора и то, что плавится выполнено из одного металла - меди, то оплавится должно всё и сразу - как металлолом, так и индуктор. Тем не менее, этого не происходит. Почему?

Не вникая в тонкости, и опираясь на причину плавления того, что находится в тигеле, можно утверждать, что добротность самого контура много лучше, чем плавящегося металла...

Снова, эксперимент с катушкой коррекции монитора - стальной гвоздь, засунутый в середину катушки, мгновенно разогревается так, что в руках не удержишь, а сама катушка холодная. При этом, температура плавления стального гвоздя почти в 1,5 раза выше температуры плавления меди - катушки индуктора. До плавления я, конечно, не смог довести гвоздь, но всё-таки... Для разогрева стального гвоздя потребуется больше энергии, чем для разогрева меди, или нет? К тому же, гвоздь толще, чем провод катушки...

Получается, что поле концентрируется внутри катушки индуктора, и является, как бы, суммой всех полей отдельных витков.
Существует же понятие ампер-витков... Один и тот же результат можно получить с одним витком, через который протекает ток в 100А, или с катушкой из 100 витков, но с током в ней 1А.

В связи с этим придётся идти на какой то компромисс, при изготовлении паяльника с индукционным нагревом - увеличение числа витков индуктора уменьшает добротность, но снижает потребляемый ток. Меньше витков - лучше добротность и условия работы на ВЧ, но потребуется коммутировать большие токи...

 

DWD: стальной гвоздь, засунутый в середину катушки, мгновенно разогревается так, что в руках не удержишь, а сама катушка холодная.
А вы медный стержень вставлять пытались? Медь и сталь - разные металлы по электрической проводимости. К тому же сталь ферромагнетик, что также способствует концентрации поля.

 

Zandy: А вы медный стержень вставлять пытались?....
Я точно об этом уже спрашивал . Может еще кто-то поэкспериментирует (лучше на чужом ) мониторе. А то мне своего жалко , а в ремонт что-то долго не приносят .

 

Опять я влез не по делу. Каюсь. Вот что значит не читать топик полностью.
Но мне все-таки думается, что медный стержень это более легкая экзекуция над монитором, чем железный гвоздь. Из меди подстроечники для ВЧ катушек делают. Добротность конечно ухудшается, но не так, как это делает железо.

 

DWD: К тому же, гвоздь толще
Потому он и разогревается. А если попробовать вставить в катушку не гвоздь, а пучек из большого числа тонких изолированных друг от друга стальных проволочек. Будут-ли они греться также? Ведь именно поэтому стальные сердечники трансформаторов не делают сплошными. А ведь здесь тот-же принцип получается: в гвозде возникают замкнутые токи которые его и разогревают и чем больше площадь контура (площадь сечения гвоздя) тем больше ток. В катушке при этом тоже воникает ток, этот ток и называется током самоиндукции если я еще не совсем забыл физику.

 

Zandy: А вы медный стержень вставлять пытались?
SAK: Потому он и разогревается. А если попробовать вставить в катушку не гвоздь, а пучек из большого числа тонких изолированных друг от друга стальных проволочек.

Вчерашний эксперимент, полюс сегодняшний.

Индуктор - катушка от фильтра с колонки S-30. Представляет собой пластмассовый каркас с обмоткой из провода диаметром 0,8мм (примерно, 100 витков). Размеры самой обмотки без каркаса - диаметр около 22мм, длина 25мм. В центре каркаса квадратное отвертстие 12мм х 12мм.

Параллельно индуктору подключил, взятый на угад, конденсатор К78-2, 0,033мкФ, 1000В.

Источником служил НЧ генератор Г3-109.
Частоту генератора подстроил под резонансную контура. Получилось 51кГц...совпадение с моей "любимой" частотой меня самого удивило.

Осциллографа нет (дома телевизор сломался, ремонтирую...), по этому, настройка в резонанс по минимуму потребляемого тока - стрелка уровня выходного напряжения генератора это сразу же показывает увеличением уровня.

Опыт №1.

Всё включено, катушка индуктора холодная, хотя включена уже пару минут.
Вставляю в отверстие каркаса стальное шило диаметром 2мм с пластмассовой ручкой. Считаю до 3, вытягиваю его и берусь за метал... придурок... пальцы до сих пор болят... на пальцах - след от шила в виде "проглаженной" полоски на коже... Известный способ устранения опасности оставления отпечатков пальцев на месте преступления...

Амплитуда напряжения генератора упала... естетсвенно...
Меняю частоту, что бы получить прежнее значение - получилось 45кГц.
Снова невезение... прошло каких то секунд 10, а шило теперь у меня не заклённое а отпущенное... Ещё и не красивое стало. Раньше - блестящая поверхность, а сейчас - серая перекаленная...

Опыт №2

Беру канцелярскую скрепку диаметром 1мм.
Вставляю в катушку и считаю...
На счёте 3 скрепка задымила и почернела. Отверстие большое, по этому всё видно... особенно, дым...
На счёт 4 скрепка покраснела, а на пять раскалилась до красна. Не раскалённым остался кусочек в месте захвата пинцетом.

Считаю дальше, но температура не меняется. Это видно по цвету раскалённого металла.

Скрепка тоже влияет на резонанс, частота изменилась с 51кГц до 47кГц.

Опыт №3

Беру медный провод диаметром... а, безразницы - что тонкий, что толстый нагрев слабый и, практически, одинаков. Но, всё равно, есть. Температура, конечно, маленькая и в руках чувствуется лёгкое тепло.
Частота при этом не меняется совсем.

Опыт №4

Беру паяльник на 65Вт с медным стержнем диаметром 8мм и засовываю конец жала в катушку. Частота ушла. Пришлось подстроить. Получилось 54кГц. То есть, с объёмным куском меди резонансная частота увеличилась на 4кГц.

Уже не считал, а просто держал, пока не надоест. Когда надоело, вынул и попробовал температуру пальцами - мне показалось, что оно, всё таки, стало теплее...

После всех этих опытов катушка индуктора нагрелась довольно сильно, но пальцами за неё можно держаться без опаски. Конденсатор холодный.

Генератор у меня, хотя и умощнён (10Вт выдаёт элементарно, а родная мощность была не более 5Вт), но слабоват для таких экспериментов. Выходное напряжение он выдаёт, примерно, 230-250В амплитуды.

В общем, нужно переходить на ИБП от компа...
По крайней мере, уже видно, чего можно ожидать.

Видна большая проблема - видимо, цельно медный стержень будет не эффективным в качестве жала индукционного паяльника.
Но можно, ведь, жало сделать (или купить вечное) со стальной вставкой (омеднённое).
Простейший вариант - медная трубка, в которую вставлен стальной болт, пруток, залито железом... нужное подчеркнуть. Рабочая поверхность жала формируется путём сплющивания трубки на самом кончике.

У кого какие будут мысли?

 

Результаты были предсказуемы. Медный сердечник не будет греться (а серебряный - и тем паче), по причине высокой проводимости. В результате токи Фуко гуляют по поверхности (скин-эффект) сердечника почти без потерь (джолулево тепло прямо пропорционально R), создавая магнитное противополе (вытеснение магнитного поля из сердечника). Отсюда и собственная частота контура возросла.
Помещать стальной сердечник для его нагрева внутрь медного не имеет смысла. В нем не наведутся вихревые токи по причине экранирования стального керна внешним медным покрытием. Начинка останется холодной как и наружная медная рубашка.
Для достижения желаемого эффекта надо поменять местами слои: внутри медь, а снаружи железо. Успехов!

 

Я почему-то предполагал, что будут именно такие результаты.
Здесь играют два параметра металла - магнитные свойства (ферромагнетик или пара(диа)магнетик) и проводимость. Чтобы понять, что в данном случае является определяющим, надо взять для эксперимента металл, примерно с такой же проводимостью, как железо, но не обладающего ферромагнитными свойствами. Надо справочник смотреть. Может цинк, свинец? Или вообще кусок припоя?
Но, мне почему-то кажется, что определяющими все-таки будут ферромагнитные свойства. В идеале - железный стержень, покрытый медью. Железо обеспечит концентрацию поля, а медь - приличный ток. Но к сожалению, к паяльнику такой стержень отношения иметь не будет.
Дописываю.
Выкладки ВиНи тоже резонны, хотя вывод диаметрально противоположен.

 

ВиНи: ...надо поменять местами слои: внутри медь, а снаружи железо.

Кстати, вариант! Можно и разнообразить - стальной стержень с медной головкой, которая одевается, вставляется, впресовывается, вкручивается... на выбор, в стальной стержень. Когда жало обгорит, нужно будет заменить саму медную головку.
В этом случае параметры инвертора по частоте току и т.д. вообще не изменяться. Это удобно, так как замена рабочего жала паяльника не требует подстройки или регулировки инвертора.

Zandy: Здесь играют два параметра металла - магнитные свойства (ферромагнетик или пара(диа)магнетик) и проводимость.

Тут у меня проблемы... У меня по материаловедению была тройка... :.(
По этому, давайте конкретные рекомендации...

Ещё парочка экспериментов.
Установка та же, что и раньше.

Во первых, кусок припоя не захотел сильно нагреваться, хотя и нагрелся сильнее, чем медный стержень.

Кусок медной фольги шириной 2,5см и длиной около 10см (такой полоской обматывают силовые трансформатры ИБП от телевизоров 3УСЦТ) сворачивается в трубочку и вставляется в отверстие каркаса катушки индуктора.
При включении генератора, сразу видно, что пошла нагрузка. Выключил генератор и попробовал трубочку из медной фольги. Так и есть - она нагрелась. А будучи вставленной с усилием, вплавилась в стенки каркаса индуктора...

На этой фольге были остатки припоя (лента спаивалась на трансформаторе и к ней был припаян провод), так этот припой полностью расплавился и стёк на стол.

Отсюда уже вывод - медный стержень жала паяльника нужно не просто вставлять в катушку индуктора, а, предварительно, обмотав его несколькими слоями медной (железной?) ленты...

Ладно, идём дальше...
Кое как выковырял медную трубку, так и не проверив то, что хотел - будет ли нагреваться стальной стержень в медной трубке.

Беру такую же полоску медной фольги, наклеиваю на обе её стороны бумажный скотч, и снова скручиваю в рулон. Получилось, так же, 3 витка. Но теперь изолированных друг от друга.

Вставляю этот рулончик в катушку и включаю генератор. Ни чего не греется, амплитуда не садится.
Пинцетом вставляю ту же скрепку, что и раньше (эталон времени нагрева) и эта скрепка снова раскаляется до красна.
Замечена только одна разница Если раньше эта скрепка начинала калиться на 3-й секунде, и набирала максимум температуры на 5-й, то сейчас - начинает калиться на 4-й и набирает ту же (на глаз) температуру, на 6-й секунде.
Конечно, время счёта не эталонное, но разница, всё таки, заметна.

Кстати, пока набирал на клаве текст предыдущего абзаца, генератор был включен, а в катушке индуктора находился только медный рулончик. И он за эти несколько минут нагрелся так, что в руках его уже не удержишь.

В общем, для подтверждения ВиНи, по поводу того, что сталь не будет греться, находясь в медной трубке, как в экране, не хватило одного факта - цельной медной трубки.
Пока же, получается, что стальной сердечник нагревается в индукторе, будучи обёрнутым медной фольгой. Правда, есть разница, замкнуты ли между собой витки медной фольги или нет. Если замкнуты, то таже скрепка, хотя и хорошо греется, но уже не до красна. Если же витки фольги не замкнуты, то скрепка раскаляется так же, как и без экрана из меди.

Найду цельную медную трубку, проверю.

Какие ещё будут соображения?

 

Про фольгу с бумагой даже и комментировать не требуется. А замкнутая фольга (тонкостенная трубка) нагрелась потому, что представляет собой короткозамкнутый контур с тонкими стенками. На экспериментальной частоте скин-слой значительно превышает толщину фольги. У короткозамкнутого витка из фольги заметное сопротивление и приличный ток КЗ в контуре. Вот он и греется. Надо принять во внимание и значительно меньшую массу тонкостенной фольговой трубки. Если возьмете медное кольцо большей толщины, греться перестанет. За неимением медной трубки, можно воспользоваться алюминиевой. Результат будет отличаться не очень сильно.

Zandy: В идеале - железный стержень, покрытый медью. Железо обеспечит концентрацию поля, а медь - приличный ток.

Именно приличный ток в медном верхнем слое и не позволит магнитному полю добраться до железного керна. Будет создан встречный магнитный поток, выталкивающий магнитное поле наружу! Ребята, вспомните физику!
Но справедливости для надо заметить, что большую роль будет играть толщина наружной медной брони. При большой толщине железному керну внутри делать нечего. При малой - будут греться и броня и керн. Но встает вопрос: а зачем тогда на железном керне тонкая медная фольга?
И вообще, ввязался я в эту тему ... Всё! Индуктируйте дальше без меня