自制电磁感应加热器：原理与制作教程

自制电磁感应加热器：原理与制作教程

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本文将介绍一种自制电磁感应加热器的原理和制作方法。这种加热器采用串联谐振2.5KW 锁相环追频ZVS，MOSFET全桥逆变等技术，具有较高的加热效率和安全性。

一、加热机制

1. 涡流加热：金属物体在交变磁场中会产生涡流，强大的高密度涡流能迅速使工件升温。这个机制在所有电阻率不为无穷大的导体中均存在。

2. 感应环流：工件相当于一个短路的1匝线圈，与感应线圈构成一个空心变压器。由于电流比等于匝比的反比，工件上的电流是感应线圈中电流的N（匝数）倍，强大的感应短路电流使工件迅速升温。这个机制在任何导体中均存在，恒定磁通密度情况下，工件与磁场矢量正交的面积越大，工件上感生的电流越大，效率越高。

3. 磁畴摩擦：铁磁性物质的磁畴，在交变磁场的磁化与逆磁环作用下，剧烈摩擦，产生高温。这个机制在铁磁性物质中占主导。

二、为什么要采用谐振？

1. 谐振原理：通过在感应线圈中加入电容构成谐振回路，可以提高功率因数，使输出功率最大化。这是因为电感和电容的特性互补，谐振时可以抵消彼此的影响，使电路呈现纯阻性负载。

2. 谐振类型选择：对于恒压源激励（如半桥、全桥电路），应采用串联谐振回路；对于恒流源激励（如单管电路），应采用并联谐振。实验表明，并联谐振适合加热体积较大的工件，串联谐振适合加热体积小的工件。

三、制作过程

1. 系统组成：调压整流电源、锁相环、死区时间发生器、GDT电路、MOS桥、阻抗变换变压器、LC槽路以及散热系统。

2. 槽路部分：由C1、C2、C3、L1以及T1的次级共同构成串联谐振回路，实际谐振频率约为56.5KHz。C4作为隔直电容，S1用于阻抗变换比切换。

3. PLL锁相环部分：以LM2576-adj为核心的斩波稳压开关电路提供稳定电源。CD4046锁相环芯片通过反馈机制保持频率稳定。

4. 死区发生器：利用RC充放电的延迟时间，产生合适的死区时间，避免共态导通。

5. GDT门极驱动电路：采用脉冲隔离变压器和齐纳二极管进行电压钳位，确保MOS管安全工作。

6. 电源部分：市电经过自耦调压器、全波整流和滤波后，为全桥电路提供稳定的直流电源。

7. 全桥部分：MOSFET桥电路结构简单，但需要严格控制引线长度和相位关系。

四、散热系统

由于满功率输出时电流可达500A，必须采用水冷措施。建议使用隔膜泵实现高压水冷，确保设备安全运行。

五、组装与调试

1. 组装要点：注意GDT部分输出端口的连接方式，双绞线长度应小于250px。

2. 调试步骤：

• PLL板整体功能检测
• 死区时间对称性调整
• VCO中心频率调整

六、注意事项

1. 本项目涉及高压和大电流，具有一定的危险性，建议在专业人士指导下进行。
2. 制作过程中要严格遵循电气安全规范，确保设备和人身安全。
3. 本教程仅供参考，具体参数和设计可能需要根据实际情况进行调整。