Nagrzewnica indukcyjna DIY z mikrofalówki – transformator MOT, ZVS, cewka miedziana, bezpieczeństwo

Pytanie

nagrzewnica indukcyjna z mikrofalówki jak zrobić

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Z kuchenki mikrofalowej da się pozyskać głównie transformator (MOT), wentylator i elementy mechaniczne; sam magnetron nie przydaje się.
• MOT po usunięciu uzwojenia wysokiego napięcia i nawinięciu kilku grubych zwojów staje się zasilaczem niskonapięciowym (≈12-20 V) o bardzo dużym prądzie (≥100 A), który zasila falownik wysokiej częstotliwości (najczęściej układ ZVS).
• Falownik + cewka z rurki miedzianej + kondensatory MKP tworzą obwód rezonansowy LC, w którym nagrzewana jest próbka metalu.
• Projekt wymaga bardzo dobrej znajomości elektroniki mocy oraz rygorystycznego przestrzegania zasad BHP (wysokie napięcia, prądy setek amperów, pole elektromagnetyczne, gorący metal, toksyczny BeO w magnetronie).

Szczegółowa analiza problemu

1. Fundamenty teoretyczne

1.1 Zjawisko: nagrzewanie indukcyjne (prądy wirowe + straty magnetyczne)
1.2 Częstotliwość pracy: 20–200 kHz (rezonans szeregowy lub równoległy LC).
1.3 Równanie doboru rezonansu:
\[ f0 = \frac{1}{2\pi\sqrt{L{\text{cewki}}\,C_{\text{rez}}}} \] W praktyce L ≈ 1–4 µH, C ≈ 0,33–1 µF → f₀ 35–90 kHz.

2. Demontaż mikrofalówki – elementy przydatne

3. Modyfikacja transformatora (MOT → potężny zasilacz prądowy)

3.1 Wyciąć wtórne uzwojenie WN (cienki drut).
3.2 Pozostawić uzwojenie pierwotne 230 V.
3.3 W to samo okno włożyć 2–5 zwojów linki miedzianej 25–35 mm² (spawalniczej, dobrze izolowanej).
3.4 Typowe parametry: 2 zwoje → ~6 V AC, 4 zwoje → ~12 V AC; prąd ciągły 150–250 A, impulsowo więcej.
3.5 Wariant: dwa identyczne MOT-y połączone wtórnym równolegle – podwojenie wydajności prądowej.

4. Falownik wysokiej częstotliwości (driver)

4.1 Najprostszy i sprawdzony układ: Mazilli ZVS (samowzbudny półmostek z dławikami).
4.2 Elementy kluczowe:

• 2 × MOSFET (IRFP260N, HY4008, STW45NM60 lub lepsze SiC/GaN).
• 2 × dławik 10–15 µH na rdzeniu ferrytowym.
• Kondensatory MKP 0,6–1 µF / ≥630 V DC (bateria równoległa).
• Diody szybkie UF4007 lub RHRG3060.
• Niezależne zasilanie bramek 12–15 V (opcjonalnie, w oryginalnym ZVS zasilane samopobudzeniem).

4.3 Zasilanie: napięcie stałe 12–36 V DC.

• MOT + mostek prostowniczy 150 A + kondensator elektrolityczny 10 mF/35 V.
• Dla mocy >1 kW zaleca się SMPS serwerowe 12 V/100 A (ciche, kompaktowe, bezpieczniejsze).

4.4 Zabezpieczenia: bezpiecznik 200 A w linii DC, czujnik temperatury MOSFET-ów, soft-start (NTC lub układ RC+przekaźnik).

5. Cewka robocza i obwód rezonansowy

5.1 Rurka Cu Ø 6–8 mm, 5–8 zwojów, średnica cewki 40–60 mm, skok 3 mm.
5.2 Chłodzenie: przepływ wody (aquarium pump 5–10 L/min) → wlot i wylot na szybkozłączki.
5.3 Dystans od elektroniki ≥10 cm + ekran z blachy Cu lub Al uziemionej (ograniczenie EMI).
5.4 Strojenie: zmiana liczby kondensatorów MKP równoległych, obserwacja minimalnego prądu w zasilaniu (warunek rezonansu).

6. Uruchomienie i test

• Pierwsze uruchomienie bez detalu i zasilanie laboratoryjne ≤5 A – oscyloskop + sonda prądowa → sprawdzić przebieg sinusoidalny ~50–70 kHz.
• Stopniowo zwiększać napięcie. Temperatura MOSFET-ów <85 °C, kondensatorów <70 °C.
• Włożyć mały gwóźdź; czas do czerwoności <10 s przy mocy 500–800 W.

7. Parametry typowego hobbystycznego układu

8. Typowe błędy

• Użycie kondensatorów elektrolitycznych w obwodzie rezonansowym (eksplodują).
• Brak mostka prostowniczego i filtracji DC – ZVS nie startuje.
• Zbyt mały przekrój przewodów – duże straty I²R.
• Brak chłodzenia cewki – przegrzanie, odlutowanie rurki.
• Nieodizolowanie magnetronu → skażenie pyłem BeO.

Aktualne informacje i trendy

• Coraz częściej stosuje się MOSFET-y SiC lub tranzystory GaN, pozwalające pracować przy 100–400 kHz z wyższą sprawnością.
• Gotowe moduły ZVS 1–2 kW (Aliexpress, eBay) kosztują 15–40 € i znacznie skracają czas budowy.
• W przemyśle przechodzi się z topologii półmostkowych na rezonansowe LLC z regulacją częstotliwości (większa sprawność, mniejszy poziom EMI).
• Normy EMC (EN 55011 klasa A/B) zaostrzają limity emisji – hobbystyczne układy często ich nie spełniają.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Indeks głębokości wnikania dla stali przy 50 kHz:
  \[ \delta ≈ \sqrt{\frac{2\rho}{\mu_0 \mu_r \omega}} \approx 0{,}18 \text{mm} \] co oznacza, że nagrzewanie jest powierzchniowe → świetne do hartowania.
• Wyższa częstotliwość = mniejsza głębokość, większa moc strat powierzchniowych.

Aspekty etyczne i prawne

• Zgodność z Prawem budowlanym i energetycznym: układ >1 kW podlega zgłoszeniu jako odbiornik dużej mocy (w PL >2 kW – konieczna korekta instalacji).
• Odpowiedzialność za emisję elektromagnetyczną: zakłócenia RTV, sieci Wi-Fi; formalnie potrzebne badania EMC do użytku komercyjnego.
• Utylizacja magnetronu (BeO) – odpad niebezpieczny, przekazać do PSZOK-u.
• Środki ochrony osobistej: przyłbica spawalnicza, rękawice żaroodporne, wentylacja.

Praktyczne wskazówki

1. Najpierw zbuduj woltomierz + amperomierz DC (shunt 50 mV/200 A) – ułatwi strojenie.
2. Używaj śrub fi8 + podkładki miedziane do łączenia kondensatorów – minimalny ESR.
3. Cewkę wykonuj na wzorniku z PCV; po zagięciu przepłucz wewnętrzny kanał.
4. Zaopatrz się w dwie gaśnice: proszkową (elektryka) i CO₂ (gaszenie gorącego metalu).
5. Do topienia wykorzystuj tygle grafitowe – nie niszczą cewki, nie wchodzą w reakcję.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• MOT dostarcza moc 1–1,2 kW; do większej mocy (>3 kW) użyj falownika od spawarki inwertorowej lub SMPS 48 V/80 A.
• Ograniczeniem ZVS jest brak regulacji mocy – sterowanie tylko napięciem zasilania. Bardziej zaawansowane projekty stosują mostek pełny z PLL.
• Falownik pracuje bez izolacji galwanicznej od sieci, jeśli zasilasz go bezpośrednio z wyprostowanych 325 V – zalecane separowane zasilanie (SMPS 24 V).

Sugestie dalszych badań

• Analiza topologii LLC z miękkim przełączaniem i sterownikiem L6599, UCC25600.
• Zastosowanie tranzystorów GaN (np. EPC2034) – mniejsza indukcyjność obwodowa, praca 400 kHz.
• Implementacja cyfrowego sterownika (STM32 + PLL) z automatycznym dostrajaniem f₀.
• Badanie wpływu ekranowania miedzianego na redukcję EMI; pomiary spektroanalizatorem.

Krótkie podsumowanie

Przeróbka kuchenki mikrofalowej nie daje „gotowej” nagrzewnicy indukcyjnej, lecz umożliwia pozyskanie solidnego źródła prądu (transformatora MOT). Po usunięciu uzwojenia wysokiego napięcia i nawinięciu kilku grubych zwojów uzyskujemy niskonapięciowy, wysokoprądowy zasilacz DC. Dopiero po dodaniu rezonansowego falownika (najczęściej układ ZVS), kondensatorów MKP i chłodzonej cewki miedzianej powstaje pełnoprawna nagrzewnica indukcyjna. Kluczowe są prawidłowe parametry rezonansu, grube przewody, sprawne chłodzenie i przede wszystkim rygorystyczne przestrzeganie zasad bezpieczeństwa.