Comment fonctionne une forge à induction

[invitebc5fedd7]

Bonjour à tou(te)s

Je suis en train de construire une forge à induction. Il y a plein de tutoriels sur internet.
Moi, je suis en train de suivre celui de GreatScott :
https://www.youtube.com/watch?v=_v5Hg2zfLjs

Tous les tutoriels expliquent comment le fabriquer, mais pas comment ça marche...
J'ai compris que ce circuit générait des impulsions très fortes, mais je n'ai pas assez de connaissances pour comprendre comment ces composants peuvent arriver à ce résultat...

Est-ce que quelqu'un pourrait m'expliquer le fonctionnement de ce schéma ?



Merci !!!
-----

[jiherve]

Bonsoir
Montage auto oscillant avec un peu de chance, grosso modo, en moins bien, la circuiterie d'une plaque à induction.
Cela doit surtout forger les transistors car il n'y a strictement aucune protection d'aucune sorte.
bon bbq!
JR

[Antoane]

Bonjour,

Le fonctionnement du circuit est expliqué en détails dans https://forums.futura-sciences.com/p...induction.html post 15 et suivants.

[Antoane]

Bonsoir,

Moi, je suis en train de suivre celui de GreatScott :
https://www.youtube.com/watch?v=_v5Hg2zfLjs

Lorsqu'il place une spire dans la bobine pour démontrer l'apparition d'une tension ou d'un courant induit, il place la bobine suivant un axe orthogonal à la bobine d'induction (celle reliée au générateur). C'est sub-optimal : pour maximiser le couplage entre les bobines, il faudrait les rendre coaxiales.
D'ailleurs, lorsqu'il place un morceau de conducteur massif dans la bobine d'induction, les lignes de courant principales sont globalement coaxiales avec les spires de la bobine d'induction.

Les pertes par hystérésis entrainent effectivement une augmentation des pertes vs. un matériau paramagnétique mais c'est relativement anecdotique. La raison principale expliquant que le fer chauffe plus rapidement que l'aluminium est liée au fait que la forte perméabilité du fer accroit le champ B en son sein, et par suite démultiplie les courant induits. En première approximation :
- le champ H est indépendant du matériaux placé dans la bobine,
- le champ B croit avec le champ H et la perméabilité µ du matériaux placé dans la bobine,
- la puissance dissipée est proportionnelle au carré du champ B

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitebc5fedd7]

JIHERVE
Bonsoir
Montage auto oscillant avec un peu de chance, grosso modo, en moins bien, la circuiterie d'une plaque à induction.
Cela doit surtout forger les transistors car il n'y a strictement aucune protection d'aucune sorte.
bon bbq!
JR

Selon Melkano, les diodes zener de protection ne sont pas nécessaires si on ne dépasse pas les 15 V pour l'alimentation.
Moi, je compte utiliser une alimentation de PC, donc du 12 V.

https://www.youtube.com/watch?v=VdcSoTRYI6Q

Concernant la "forge" des transistors , je leur ai mis à chacun un gros radiateur d'alimentation de PC et je compte mettre un ventilateur.

Je compte l'utiliser cette boucle à induction comme chauffage de démarrage d'une machine à recycler le plastique (pour faire du filament 3D). Ma boucle à induction devra monter la température d'un tube de fer avec une "mèche" de fer à l'intérieur le tout d'environ 2cm de diamètre à environ 150°C pour, ensuite, passer le relais à un fil résistant en Nichrome.
Donc son utilisation serait manuelle et de quelques secondes tout au plus au démarrage.

Si tu trouves ce montage très fragile, n'hésite pas à me donner des conseils !

Merci d'avance !

[invitebc5fedd7]

Autre détail

Du à mon isolement géographique, technologique (je vis au Nicaragua) et au confinement, je ne trouve pas de condensateur d'exactement 0.33μF

Cependant, j'ai réussi à mettre la main sur des 0.47μF.

Pensez-vous que ça fera une grande différence ? Est-ce que ça fonctionnerait ?

Comme maintenant, j'enroule moi même mes bobines (sur des noyaux de bobines d'alimentations de PC...), je pourrais adapter la valeur de mes bobines en conséquence.

Merci à vous !

[Antoane]

Bonjour,

La valeur des composants réactifs n'est pas critique, elle influence la fréquence de résonance (et le coefficient de qualité du résonateur).
Il est tout à fait possible de travailler avec 470 nF plutôt que 330 nF; le point important est la technologie de ces condensateurs : il doit s'agir de composants plastique, de préférence "pleine feuille" et non simplement métallisé. La tension de service doit également être "très supérieure" à la tension d'alimentation.
Les transistors doivent également avoir une tension d'avalanche "très supérieure" à la tension d'alimentation.
Le sens précis de "très supérieure" serait à définir en fonction des éléments du montage (et en particulier de la pièce à chauffer). Ce n'est cependant pas évident et faudra plutôt passer par l'expérimentation.

[invitebc5fedd7]

Merci pour tes conseils.

Est-ce que ce type de condensateur te paraît adapté ?



Aussi, il y a plusieurs modèles de forges qui accumulent les condensateurs.
Est-ce que je pourrais en mettre 3 ou 4 en parallèle au lieu de 2 ?

Ça apporterait quoi ?

[Antoane]

C'est un condensateur MPX. Il est donc à film métallisé (ce n'est pas l'idéal), à diélectrique polypropylène (c'est pas mal). La tenue en tension est de 250Vac (ca devrait suffire, surtout si tu utilises des MOSFET ayant une tension d'avalanche < 200 V), et le composant est par ailleurs X2 et "self-healing" (c'est une bonne chose).
C'est sans certitude, mais il me parait convenable.

Cette datasheet : https://www.es.co.th/Schemetic/PDF/MPX_MKP.PDF done le courant max admissible par un tel condensateur en fonction de la fréquence. Attention : il s'agit du courant résonant, qui est difficilement directement mesurable.

Mettre plusieurs condensateurs en parallèle permet d'améliorer le refroidissement et de limiter les pertes.
Par ailleurs, n condensateurs de capacité C en parallèle ont une capacité équivalente égale à n*C.

[FC05]

Je compte l'utiliser cette boucle à induction comme chauffage de démarrage d'une machine à recycler le plastique (pour faire du filament 3D). Ma boucle à induction devra monter la température d'un tube de fer avec une "mèche" de fer à l'intérieur le tout d'environ 2cm de diamètre à environ 150°C pour, ensuite, passer le relais à un fil résistant en Nichrome.
Donc son utilisation serait manuelle et de quelques secondes tout au plus au démarrage.

Tu as déjà entendu parler de l'effet de peau ?
Cage de Faraday ?
Pour moi tu vas chauffer surtout l'extérieur ... mais bon je me trump peut-être ...

[f6bes]

Je compte l'utiliser cette boucle à induction comme chauffage de démarrage d'une machine à recycler le plastique (pour faire du filament 3D). Ma boucle à induction devra monter la température d'un tube de fer avec une "mèche" de fer à l'intérieur le tout d'environ 2cm de diamètre à environ 150°C pour, ensuite, passer le relais à un fil résistant en Nichrome.
Donc son utilisation serait manuelle et de quelques secondes tout au plus au démarrage.

Si tu trouves ce montage très fragile, n'hésite pas à me donner des conseils !

Merci d'avance !

Bjr à toi,
En gros tu veux faire chauffer du plastique dans un "récipient" métal qui lui s'échauffera par induction.
Je trouves ta solution assez complexe. Comment réguleras tu la température de ton plastique ?
Voit pas trés bien comment tu vas produire ton filament pour la 3D.
Un chauffage plus "traditionnel" ne serait pas plus simple ?
Mais bon comme on n'a pas de vue sur la "machine à recycler".....pourquoi pas!
Bonne soirée

[invitebc5fedd7]

Tu as déjà entendu parler de l'effet de peau ?
Cage de Faraday ?
Pour moi tu vas chauffer surtout l'extérieur ... mais bon je me trump peut-être ...

Oui, Ooouupps, t'as peut-être raison...
Et si la tige touche bien électriquement le tube ? Est-ce que les courants de Foucault passeront aussi dans la tige ?

Merci pour ta remarque !

[invitebc5fedd7]

Bjr à toi,
En gros tu veux faire chauffer du plastique dans un "récipient" métal qui lui s'échauffera par induction.
Je trouves ta solution assez complexe. Comment réguleras tu la température de ton plastique ?
Voit pas trés bien comment tu vas produire ton filament pour la 3D.
Un chauffage plus "traditionnel" ne serait pas plus simple ?
Mais bon comme on n'a pas de vue sur la "machine à recycler".....pourquoi pas!
Bonne soirée

Ce n'est pas un récipient mais un tube.
Le chauffage à induction ne servirait que pour le démarrage, pour aller plus vite.
Je suis aussi en train de préparer un chauffage plus standard basé sur un fil nichrome alimenté par une tension variable. Elle sera contrôlée par la PWM d'un Arduino UNO équipé d'une sonde thermique (un thermostat quoi...)

La tige "visse sans fin" va tourner pour faire pénétrer les morceaux de bouteille dans le tube chauffé et ressortir par un trou au bon diamètre (un extrudeur quoi...)

Voilà la bête dans l'état actuel des choses :

[invitebc5fedd7]

C'est un condensateur MPX. Il est donc à film métallisé (ce n'est pas l'idéal), à diélectrique polypropylène (c'est pas mal). La tenue en tension est de 250Vac (ca devrait suffire, surtout si tu utilises des MOSFET ayant une tension d'avalanche < 200 V), et le composant est par ailleurs X2 et "self-healing" (c'est une bonne chose).
C'est sans certitude, mais il me parait convenable.

Cette datasheet : https://www.es.co.th/Schemetic/PDF/MPX_MKP.PDF done le courant max admissible par un tel condensateur en fonction de la fréquence. Attention : il s'agit du courant résonant, qui est difficilement directement mesurable.

Mettre plusieurs condensateurs en parallèle permet d'améliorer le refroidissement et de limiter les pertes.
Par ailleurs, n condensateurs de capacité C en parallèle ont une capacité équivalente égale à n*C.

Merci pour tes conseils !

Voici la dernière version de mon schéma :



Qu'en penses-tu ?
Ton avis m'intéresse avant de commencer à souder...

Merci encore !

[Antoane]

Bonjour,

Le champ émis est ici presque uniquement magnétique et on travaille en champ proche. Ce n'est pas un champ électromagnétique, la composante "Maxwellienne" du champ électrique est quasi-nulle. On n'est pas dans le cas d'une onde EM telle que la lumière qui pourrait être arrêtée par une simple feuille de papier aluminium.
Quelle est l'épaisseur du tube ?

Tu peux estimer l'inductance de la bobine (en l'absence de matériau magnétique à l'intérieur) par exemple à partir de http://www.circuits.dk/calculator_si...er_aircore.htm. Cela permet ensuite d'estimer la fréquence de résonance à vide du convertisseur.

As-tu un oscilloscope ?

[invitebc5fedd7]

Le champ émis est ici presque uniquement magnétique et on travaille en champ proche. Ce n'est pas un champ électromagnétique, la composante "Maxwellienne" du champ électrique est quasi-nulle. On n'est pas dans le cas d'une onde EM telle que la lumière qui pourrait être arrêtée par une simple feuille de papier aluminium.

Cela signifierait qu'il n'y aurait pas d'effet de cage de Faraday ?



Oui, j'ai un petit oscilloscope. Mais c'est seulement un DOS202.
Il a 1 MHz de bande passante et sa tension d'entrée maximale est d'environ 40 v.

Cela permet ensuite d'estimer la fréquence de résonance à vide du convertisseur.

C'est ça qu'il faut que j'apprenne à faire...
Ici, il y a 3 bobines et 4 condensateurs.

[Antoane]

Est-ce que tu sais quelle nuance d'acier est utilisée pour la vis et le tube ?

[FC05]

Vu l'engin j'oublierai l'induction.

A la limite, chauffage avec un fil resistif enroulé sur la vis.

[Janpolanton]

Oui, c'est ce qui se fait en général avec les extrudeurs "maison"
Le plus simple étant souvent le plus efficace.

[invitebc5fedd7]

Est-ce que tu sais quelle nuance d'acier est utilisée pour la vis et le tube ?

Non... Tout ce que je peux déduire, c'est que c'est un tube de douche qui a l'air de ne jamais s'oxyder malgré l'humidité ambiante du Nicaragua. Il semble chromé à l'extérieur mais aucune trace d'oxyde à l'intérieur non plus
Il est peu magnétique : mon aimant de néodyme si colle, sans conviction, alors qu'il est franchement puissant sur d'autres métaux. Ça pourrait être une sorte d'Inox.

Le foret à bois s'oxyde avec l'humidité (c'est visible), il a pour vocation d'être tranchant. Je pencherai pour un acier au carbone...
C'est une mèche à bois de la marque Makita. Mais aucun site ne met en valeur l'alliage utilisé...
https://keloutils.com/meche-bois/205...-mm-q-hex.html
https://www.amazon.fr/Makita-d-16053.../dp/B0193EZTYK

[invitebc5fedd7]

Vu l'engin j'oublierai l'induction. A la limite, chauffage avec un fil resistif enroulé sur la vis.

C'est bien le plan principal. L'induction ne serait là que pour commencer plus rapidement la mise à la bonne température.

[invitebc5fedd7]

Oui, c'est ce qui se fait en général avec les extrudeurs "maison"
Le plus simple étant souvent le plus efficace.

Oui, c'est aussi ce que je vais faire. C'est juste que le temps que le fil chauffe le tube, le temps que le tube chauffe le plastique (ou l'air s'il est vide), le temps que le plastique chauffe le foret... le tout à environ 200°C...
J'ai pensé un petit coup d'induction au démarrage pourrait aider.

[FC05]

Ton tube externe semble être en inox.
Question conduction de la chaleur, ce n'est pas le mieux.
Un tube en cuivre serait bien plus efficace.

[invitebc5fedd7]

Oui, j'ai cherché un tube de cuivre au bon diamètre en fonction des forets disponibles à Managua (mais j'ai dû finalement faire importer une mêche à bois par des amis venus d'Europe.)
Au Nicaragua, il y a beaucoup moins de choix qu'en Europe et des fois, ne pas trouver un bout de tissu en fibre de verre fine pour isoler le fil nichrome du tube de fer peut prendre des semaines...
Une des caractéristiques du DIY, c'est de dépendre des ressources du milieu.

[invitebc5fedd7]

Comme j'ai un peu de temps libre (il y a pas mal de gens dans ce cas en ce moment d'ailleurs...) et parce que j'avais à peu près terminé ma chasse aux composants, j'ai pu réaliser aujourd'hui mon chauffage par induction.
J'ai décidé de le fabriquer dans sa forme originelle avant de voir si je pouvais l'adapter à mon extrudeur.

Voici quelques images :

Pièce jointe 408882

Pièce jointe 408883

Pièce jointe 408884

Pièce jointe 408885

Pièce jointe 408886

Comme prévu, l'intensité de l'alimentation de mon montage augmente avec la présence d'un objet fero-métallique dans la bouche à induction.
Je suis un peu au dessous de 3A à vide, et je monte à presque 6 ampères avec un clou (plus gros que sur la photo).

Contrairement à l'étiquette de mon alimentation (que je n'ai pas pris le soin de changer), elle peut fournir 650W.
P = U x I --> I = 650/12 ≃ 54 A

Donc mon alimentation pourrait donner 50A à priori.
Mais j'ignore combien d’ampères peut supporter le montage lui-même. Probablement beaucoup moins...
Ça m'aiderait pourtant à protéger mon montage par, un fusible par exemple, quand j'essaierai de chauffer ma buse.

Comment ca

Merci !

[invitebc5fedd7]

Le montage en fonctionnement :

DSC_0881.jpg

DSC_0901.jpg

DSC_0903.jpg

[Antoane]

Bonjour,

Comme j'ai un peu de temps libre (il y a pas mal de gens dans ce cas en ce moment d'ailleurs...) et parce que j'avais à peu près terminé ma chasse aux composants, j'ai pu réaliser aujourd'hui mon chauffage par induction.
J'ai décidé de le fabriquer dans sa forme originelle avant de voir si je pouvais l'adapter à mon extrudeur.

Voici quelques images :

Pièce jointe 408882

Pièce jointe 408883

Pièce jointe 408884

Pièce jointe 408885

Pièce jointe 408886

Comme prévu, l'intensité de l'alimentation de mon montage augmente avec la présence d'un objet fero-métallique dans la bouche à induction.
Je suis un peu au dessous de 3A à vide, et je monte à presque 6 ampères avec un clou (plus gros que sur la photo).

Contrairement à l'étiquette de mon alimentation (que je n'ai pas pris le soin de changer), elle peut fournir 650W.
P = U x I --> I = 650/12 ≃ 54 A

Donc mon alimentation pourrait donner 50A à priori.
Mais j'ignore combien d’ampères peut supporter le montage lui-même. Probablement beaucoup moins...
Ça m'aiderait pourtant à protéger mon montage par, un fusible par exemple, quand j'essaierai de chauffer ma buse.

Comment ca

Merci !

Les PJ ne sont pas passées, peux-tu les reposter stp ?
Les messages devenus inutiles seront ensuite supprimés.

[Antoane]

Bonjour,

Nota : je répond uniquement par rapport à la question de départ, sans juger de la pertinence du système de chauffe choisi.

C'est ça qu'il faut que j'apprenne à faire...
Ici, il y a 3 bobines et 4 condensateurs.

La fréquence d'oscillation à vide est donnée par la formule de Thomson :

où L_eq et C_eq sont les inductance équivalentes (ici celle de la bobine d'induction) et la capacité équivalente (ici celle du condensateur résonant, qui vaut la somme des 4 condensateurs connectés en parallèle).

Oui, j'ai un petit oscilloscope. Mais c'est seulement un DOS202.
Il a 1 MHz de bande passante et sa tension d'entrée maximale est d'environ 40 v.

1 MHz... C'est peu, tu risques de ne pas tout voir.
40 V, c'est très peu, il faudrait une sonde x10 pour être sûr de ne pas endommager l'instrument.

Cela signifierait qu'il n'y aurait pas d'effet de cage de Faraday ?

Je peux essayer de faire une simulation, mais il faudrait davantage de données sur le circuit, en particulier la fréquence de fonctionnement, l'inductance de la bobine, et l'allure de la tension sur le drain des transistors en fonctionnement.

Ton tube externe semble être en inox.
Question conduction de la chaleur, ce n'est pas le mieux.
Un tube en cuivre serait bien plus efficace.

Je ne suis pas sûr que la conduction thermique soit ici le critère le plus important : la conductivité du tube sera de toutes façon plus de un ordre de grandeur supérieure à celle du plastique, c'est donc lui qui déterminera avant tout la dynamique de chauffe.

Mais j'ignore combien d’ampères peut supporter le montage lui-même. Probablement beaucoup moins...

Ce sont principalement les contraintes thermiques, ainsi éventuellement que la tenue en tension, qui vont limiter la puissance transmissible.

[invitebc5fedd7]

Bonjour,

Les PJ ne sont pas passées, peux-tu les reposter stp ?
Les messages devenus inutiles seront ensuite supprimés.

Re-voici les photos :

DSC_0860.jpg

DSC_0875.jpg

DSC_0881.jpg

DSC_0903.jpg

DSC_0901.jpg

[Antoane]

Bonsoir,

Mais j'ignore combien d’ampères peut supporter le montage lui-même. Probablement beaucoup moins...
Ça m'aiderait pourtant à protéger mon montage par, un fusible par exemple, quand j'essaierai de chauffer ma buse.

Un fusible ne sera pas assez rapide pour protéger ton montage, il peut éventuellement protéger l'alimentation (et encore...) si celle-ci n'est pas protégée en interne.
Une protection utile serait éventuellement un disjoncteur thermique monitorant la température des MOSFET.

Il pourrait être bon de vérifier que les inductances ne saturent pas, en y mesurant le courant avec un shunt à l'oscillo.