Индукционная паяльная станция своими руками

Принцип работы индукционного паяльника

Жало обычного резистивного паяльника нагревается за счет электрического тока, который протекает через нихромовую спираль, намотанную на капсулу стержня. Недостатки этого процесса: низкий КПД, локальный прогрев, и как результат, большое потребление электроэнергии.

Керамические паяльники более совершенные, но они боятся резких перепадов температур. Совсем по другому принципу работает индукционная паяльная станция. Разогрев жала происходит быстро, а регулировка нагрева максимально простая.

Принцип работы

Основным отличием индукционного паяльника от обычного является нагревательный элемент, а точнее, его полное отсутствие. Нагрев инструмента происходит благодаря возникновению вихревых индукционных токов под действием переменного магнитного поля.

В конструкции индукционного паяльника предусмотрена катушка, в которую вставлен стержень жала прибора.

При подаче тока на катушку в ней генерируется магнитное поле. Оно воздействует на жало паяльника, где и образуются индукционные токи, нагревающие сам стержень.

При этом жало паяльника прогревается равномерно, потому что индукционный ток воздействует на него по всей длине. Срок эксплуатации такого инструмента увеличивается, а его КПД возрастает.

Первоначально выпускались индукционные паяльные станции с частотой 470 кГц, но сегодня встречаются модели, в которых подается напряжение 13 МГц и выше. Разогрев происходит буквально за секунду.

Регулировка нагрева

Сердечник индукционного паяльника делают из меди (не магнитный материал), а заднюю его часть покрывают ферромагнитным материалом (сплав железа и никеля). Передняя часть служит жалом, сам сердечник называют картриджем.

Регулировка нагрева медного жала происходит следующим образом:

• при подаче переменного напряжения, а значит и поля, в покрытии генерируются токи Фуко, которые разогревают материал;
• тепло передается меди;
• как только температура покрытия достигает точки Кюри, магнитные свойства исчезают и разогрев прекращается;
• в процессе работы индукционным паяльником медное жало отдает тепло детали и остывает, остывает также ферромагнитное покрытие;
• как только покрытие остывает, возвращаются магнитные свойства, и мгновенно возобновляется нагрев.

Можно сказать, что происходит автоматическое регулирование температуры, причем с высокой точностью.

Максимальный нагрев индукционного паяльника зависит от свойств магнитного сплава и сердечника. Такое управление называется умным теплом (smart heat).

Менять температуру для конкретных условий пайки можно, установив температурный датчик, который подключается к блоку управления станцией, либо же меняя картриджи (сердечник с наконечником) которые вставляют в ручку индукционного паяльника.

Первый вариант дешевле второго, поэтому им сегодня пользуются не только профессионалы. Зато второй способ точнее и надежнее.

Сборка своими руками

Вопрос, можно ли сделать индукционный паяльник своими руками, в основном носит теоретическую подоплеку. С практической стороны это неоправданно даже с чисто ценовой позиции.

Просто любая китайская паяльная станция будет стоить столько же, сколько сделанная своими руками. И разговор о самодельной конструкции в основном будет касаться именно блока управления. Для чего придется приобретать индукционный паяльник.

Что касается непосредственно изготовления самого инструмента, то его можно сделать из подручных материалов. Правда, такой индукционный паяльник будет маломощным.

Потребуется резистор на 5-10 Ом, медная проволока и ферритовая бусинка для изготовления катушки, а также провода для подачи электрического тока.

В первую очередь мультиметром проверяют сопротивление резистора. После чего с одной его стороны снимают крышку. Теперь потребуется стальная проволока.

К примеру, для этого можно использовать скрепку. Ее разворачивают, и один конец залуживают. Вторым концом оборачивают резистор в месте удаленной крышки.

Далее необходим кусочек текстолита, который с двух сторон также облуживается. Его размер подбирается так, чтобы он входил свободно в будущий корпус катушки. Теперь текстолитовую пластину припаивают к проволоке из скрепки и проводу от резистора.

Далее собирают катушку – на бусинку накручивают медную проволоку, к концам которой присоединяют проводки с вилкой. Луженая текстолитовая пластинка вставляется в подготовленную катушку. Во всех соединениях проводится пайка.

Остается только обмотать вокруг катушки изоленту, вставить в открытый резистор толстую медную проволоку, а саму катушку в подготовленный корпус. К примеру, это может быть алюминиевая трубка.

Обратите внимание, что медная проволока должна войти в резистор с натягом, чтобы жало индукционного паяльника не шевелилось в своем корпусе.

И последнее – обмотка всего корпуса прибора изоляционной лентой. Вот такая простая схема сборки самодельного индукционного паяльника. Им, конечно, большие заготовки паять нельзя, а вот для небольшой микросхемы он подойдет в самый раз.

Особенности приборов

Среди особенностей индукционных паяльников надо отметить тонкий сменный картридж, от которого во многом зависит температура нагрева жала.

Он представляет собой тонкую трубку, которая в сочетании с легким корпусом прибора дает возможность долгое время просиживать за процессом пайки.

Рука не устает, а значит, не меняется точность подвода жала и припоя, нет подтеков излишков материала, увеличивается скорость проводимых операций. Отсутствует сложная электронная схема, степень нагрева регулируется автоматически.

По всем показателям индукционный паяльник более совершенен, чем традиционные паяльные приборы. Хотя он еще не достаточно широко распространен, такую конструкцию можно отнести к технике нового поколения.

Индукционный паяльник

При работе с радиоаппаратурой в домашних и промышленных условиях часто требуется произвести пайку различных элементов. Для этой цели существуют различные виды паяльников. Они различаются габаритами, мощностью и принципом действия, что в совокупности определяет их специализацию и область применения. Одна из разновидностей данного прибора — индукционный паяльник.

Что это такое

Индукционный паяльник — прибор для пайки, не имеющий в своей конструкции нагревательного элемента. Нагрев жала происходит под действием возникающих внутри корпуса вихревых электрических полей. Данный принцип действия увеличивает эффективность применения прибора в разы.

Плюсы и минусы

Основными преимуществами данного типа приборов по сравнению с аналогичным оборудованием с керамическими нагревательными элементами являются:

• Высокая скорость нагрева. Рабочая часть агрегата нагревается до необходимой температуры менее чем за 30 секунд.
• Надежность и долговечность. Этот класс оборудования при правильном использовании имеет срок службы более 10 лет.
• Возможность отрегулировать тонкости нагрева. Паяльник имеет большое количество регулировок, позволяет устанавливать температуру нагрева наконечника с высокой точностью.
• Высокотемпературные компоненты SMD-радио. Они особенно важны для чувствительной настройки режима работы.
• Безопасность. В отличие от аналогичных паяльников такие устройства менее подвержены отказам и не повреждают шнур питания, подключенный к корпусу устройства.
• Удобство. Паяльник имеет удобную форму и небольшой размер, что делает его идеальным для пайки мелких деталей, особенно там, где их трудно достать.
• Более того, такое паяльное устройство имеет очень высокую эффективность, поскольку ферромагнитный слой наконечника используется в качестве нагревательного элемента. Прибор фактически не теряет тепло.
• Дизайн паяльника

К недостаткам данного вида приборов для пайки относят:

• Необходимо отдельно докупать сменные насадки вслучае, если требуется изменить режим пайки.
• Стоимость относительно других паяльников достаточно высока.

Конструкция

Станция индукционной пайки состоит из следующих компонентов:

• электронный блок с понижающим трансформатором и генератором
• датчиком нагрева, который подключается к устройству с помощью длинного гибкого кабеля и специального разъема.
• Рабочим органом такого устройства является жало, в котором медная проволока намотана вокруг гнезда, куда вставлен ​​хвостовик.

Как работает

Основным отличием индукционного паяльника от обычного паяльника является нагревательный элемент или его нет вообще. Инструмент нагревается за счет наличия вихревых токов под воздействием переменного магнитного поля.

Индукционный паяльник имеет катушку, в которую вставлен стержень устройства.

Процесс нагрева индуктора заключается в следующем:

1. Генератор подает высокочастотный ток в 36 В на катушку индуктивности через линию питания.
2. Ток, протекающий через индуктор, превращается в переменное магнитное поле, силовая линия которого пересекает ось наконечника, расположенного внутри индуктора.
3. Магнитное поле, которое взаимодействует с ферромагнитным распылением на наконечнике, заставляет его намагниченность поворачиваться и образовывать вихревое электрическое поле. Этот процесс сопровождается большим выделением тепла и очень быстрым нагревом хвостовика, после чего вся поверхность находится при высокой температуре.
4. Регулировка тока (от частоты которого зависит температура наконечника) осуществляется с помощью регулировочного датчика на электронном блоке. В индукционной паяльной станции используются два метода для контроля температуры нагрева паяльника: с помощью датчика температуры, встроенного в наконечник паяльника и сменные картриджи. Пи первом способе термопара в головке паяльника отправляет сигнал электронному блоку, а электронный блок в соответствии с полученными данными производи регулировку температуры. Для второго способа регулировки необходимо иметь дополнительные сменные наконечники.

Важно! Не у всех моделей в комплекте идут сменные наконечники. Поэтому следует заранее позаботиться о том, чтобы их докупить при необходимости.

Индукционная паяльная станция своими руками

Изготовление индукционного паяльника своими руками — дело не особенно сложное и затратное. Но оно имеет несколько недостатков. Во-первых, мощность и эффективность данного устройства будут невелики. Во-вторых, прибор не будет иметь большого количества дополнительных функций и регулировок, как это могло быть с заводским вариантом. Поэтому наиболее приемлемым вариантом является покупка дешевого китайского аналога.

Если же все-таки имеется желание сделать паяльник самому, то нужно выполнять действия по данному алгоритму:

• подобрать подходящую трубку, которая будет выполнять функции корпуса.
• встроить в нее трубку из металла меньшего диаметра. На нее будет наматываться импровизированная катушка.

• медной проволокой диаметром около 1 мм сделать примерно 12 витков.

Важно: Витки не должны соприкасаться.

• стержень и катушку покрывают слоем изоляции.
• в трубку встраивают медный прут, который будет выполнять функции жала.
• для питания применяют любой трансформатор, понижающий напряжение.

Область использования

Благодаря своей эффективности и малым размерам данный вид устройств имеет широкую область применения:

• Подходят для пайки мелких радиолюбительских схем.
• Используются профессионалами для монтажных работ.
• Применяются в промышленных условиях.

Как применять

При пайке различных небольших радиокомпонентов, согласно требованиям нормативных документов, рекомендациям изготовителей электронных компонентов температура на кончике рабочей поверхности не должна превышать 2700С. При использовании новых моделей устройства этот параметр можно установить с помощью регулятора регулировки на электронном блоке устройства. Правильность данной настройки проверяется касанием наконечника устройства наконечником термопары, подключенной к мультиметру. Основными критериями выбора такого сварочного оборудования являются:

• мощность — наиболее удобна и практична модель паяльной станции, мощность которой может регулироваться от 5 до 60 Вт.
• частота тока в индукторе — для радиолюбителей и полупрофессионалов тока с частотой от 400 до 700 кГц будет достаточно. Модели, используемые профессионалами и рабочими, имеют частоту до 13,5 МГц.
• типы управления нагревом — большинство современных устройств могут использовать интеллектуальную технологию нагрева для регулировки температуры нагрева наконечника.
• количество независимых каналов — для возможности подключения к паяльнику горячего пинцета Устройство также должно быть оснащено 2 независимыми каналами.
• размер и вес — для удобства эксплуатации и переноски устройство должно иметь небольшой размер и вес (не более 1 кг)
• также при выборе необходимо учитывать срок гарантии, возможность ремонта и наличие дополнительных компонентов, которые делают процесс пайки более удобным.

Индукционный паяльник — эффективное средство для пайки. Изготавливать такое устройство своими руками не совсем целесообразно. Намного проще купить дешевый китайский аналог, который прослужит дольше и будет иметь большое количество настроек и дополнительных функций.

Устройство и принцип действия паяльных индукционных станций

Контактный метод нагрева жала, используемый в классических схемах паяльных станций, несовершенен. Это проявляется в виде низкого КПД, большой потребляемой мощности, локального перегрева жала в зоне контакта и т.д. Паяльная индукционная станция лишена таких недостатков. Давайте рассмотрим принцип работы такого устройства, ознакомимся с несколькими популярными моделями и узнаем, как выбрать прибор, исходя из области его применения.

Принцип работы

Начнем с конструктивных особенностей индукционного нагревательного элемента (см. рисунок 1), это позволит лучше понять его принцип действия.

Нагревательный элемент индукционного прибора

Указанные обозначения:

• А – экранирующая оболочка;
• В – провода, подающие напряжение к индуктору;
• С – ручка паяльника;
• D – жало;
• Е – индукционная катушка;
• F – ферромагнитный слой.

Теперь поверхностно расскажем о принципе действия, не погружаясь в теоретические основы электромагнитной индукции. При поступлении в индукционную катушку высокочастотного напряжения происходит формирование переменного магнитного поля. Поскольку скин-слой жала выполнен из ферромагнитного материала, то начинается процесс его перемагничивания, который сопровождается образованием вихревых токов. Это приводит к значительному выделению тепловой энергии.

Преимущества индукционного метода очевидны: поскольку в качестве нагревательного элемента выступает жало паяльника, его нагрев происходит равномерно. Следовательно, отсутствуют потери от температурной инерции, и полностью исключен локальный перегрев, вызывающий окисление и выгорание жала. В результате, увеличивается его срок эксплуатации и повышается КПД устройства.

Принцип управления нагревом

Управлять процессом нагрева можно двумя способами:

1. Установив на жало термодатчик и подключив его к цифровому блоку управления. Такой способ стабилизации температуры применяется практически во всех недорогих индукционных паяльных станциях, например: Quick 203H или Yihua 900Н (показана на рисунке 2). Цифровая станция Yihua 900Н
2. Меняя состав ферромагнитного сплава, покрывающего жало. Данный принцип основан на том, что при определенной температуре (точка Кюри), ферромагнетики утрачивают свои свойства, в результате чего паяльник перестает нагреваться. Такой метод стабилизации температуры был запатентован компанией Metcal под названием SmartHeat®, что дословно переводится как «умный нагрев». Применяется в моделях Metcal, OKI, ERSA, Weller и т.д. Рисунок 3. Модель PS 900, может использоваться как для безсвинцовой пайки, так и обычной

У каждого из представленных выше методов есть свои достоинства и недостатки. Станции с термодатчиком существенно дешевле, что делает их доступными не только для профессионалов, но и любителей. Точность и надежность такого оборудования напрямую зависят от цифрового блока управления.

Второй способ стабилизации температуры осуществляется за счет установки картриджей-наконечников с определенной точкой Кюри — он более надежен. Но станции SmartHeat® имеют два существенных недостатка:

1. Высокая стоимость, не каждый профессионал может себе позволить купить такое оборудование. Но новое поколение бюджетных моделей более доступно.
2. При изменении режима пайки необходимо устанавливать соответствующий картридж-наконечник, которые, как правило, не входят в комплект поставки и стоят недешево.

Рисунок 6. МХ-5241 – техника для профессионалов

Характеристики:

• Диапазон выходной мощности от 5 до 80Вт (регулируется автоматически).
• Частота работы индуктора – 13,56МГц.
• Потребляемая мощность – 125Вт.
• Напряжение питания от 90 до 240В.

Два независимых канала позволяют одновременно использовать термопинцет и паяльник.

Благодаря индикатору мгновенной мощности существенно упрощается подбор необходимого картриджа-наконечника.

Стоимость этого «чудо-инструмента» более $1200.

Выбор

Собственно, процесс выбора заключается в определении области применения станции. Бюджетная модель PS-900 отлично подходит для промышленной ручной пайки и тем, кто планирует заниматься радиоэлектроникой на профессиональном уровне.

Индукционные модели с цифровым блоком управления больше подходят для любителей, поскольку, установить необходимый тепловой режим значительно проще, чем подбирать картридж-наконечник с соответствующей точкой Кюри.

Следует учитывать, что недорогие индукционные устройства не производятся с термофеном. Если он станет необходимым для работы — термовоздушная станция может быть приобретена отдельно.

Можно ли сделать индукционную паяльную станцию своими руками?

Данный вопрос имеет, скорее, теоретическую подоплеку, чем практическое применение. Безусловно, можно сделать самодельный блок управления под готовый индукционный паяльник. Но стоимость такого проекта будет незначительно отличаться от серийного изделия, произведенного в Китае.

Значительно полезней модифицировать готовое устройство с целью его усовершенствования.

Индукционная паяльная станция

Индукционная паяльная станция – новейшее оборудование, широко распространенное как среди профессиональных мастеров и специалистов-электронщиков, так и среди радиолюбителей различных уровней. Обладающая высокой скоростью нагрева, долговечностью и безопасностью она используется для различного рода монтажных и демонтажных паечных работ на микросхемах, при установке мелких и чувствительных к перегреву smd радиодеталей.

Что такое индукционная пайка

Индукционная пайка – вид паечных работ, выполняемых при помощи оборудования, имеющего индукционный нагревательный элемент. Благодаря быстрому контролируемому разогреву, данный вид пайки используется при монтаже любых радиодеталей.

Преимущества индукционных паяльников

Основными преимуществами подобного паяльного оборудования перед аналогами с керамическими нагревательными элементами являются:

• Высокая скорость нагрева – жало прибора разогревается до рабочей температуры менее, чем за 30 секунд;
• Надежность и долговечность – паяльное оборудование данного вида обладает высокой надежностью, при грамотном использовании имеет срок службы более 10 лет;
• Тонкость регулировки нагрева жала – наличие большого количества регулировок позволяет настраивать температуру нагрева жала с максимальной точностью, что особо важно при работе с дорогостоящими и чувствительными к воздействию высоких температур smd радиодеталями;
• Безопасность – в отличие от аналогов, такие устройства менее подвержены поломкам и пробоям питающего кабеля на корпус устройства;
• Удобство – паяльники таких приборов имеют удобную форму и небольшие размеры, благодаря чему хорошо подходят для пайки мелких деталей в труднодоступных местах.

Также такие устройства для пайки имеют очень высокий КПД, так как в качестве нагревательного элемента выступает ферромагнитный слой жала, паяльник практически не теряет тепла и полностью использует его для различных паечных работ.

Устройство и принцип работы

Индукционная паяльная станция состоит из следующих элементов:

• Электронный блок с понижающим трансформатором и генератором;
• Паяльник с нагревателем-индуктором, соединенный с блоком при помощи длинного гибкого кабеля и специального разъема.

Рабочим органом такого оборудования является паяльник с установленным внутри него индуктором – катушкой из медной проволоки, намотанной вокруг гнезда, в которое вставляется хвостовик сменной насадки с ферромагнитным напылением.

Процесс нагрева жала индуктором происходит следующим образом:

1. Генератор подает по питающему кабелю на катушку индуктора высокочастотный ток с напряжением 36 Вольт;
2. Ток, проходящий через витки индуктора, порождает переменное магнитное поле, силовые линии которого пересекают находящийся внутри индуктора хвостовик жала с ферромагнитным напылением на поверхности;
3. Магнитное поле при взаимодействии с ферромагнитным напылением на хвостовике жала приводит к его перемагничиванию и образованию вихревых токов. Данный процесс сопровождается выделением большого количества тепла и очень быстрым нагревом хвостовика, следом и всего жала до высокой температуры.

Регулировка тока (его частоты, следовательно, и температуры жала) производится при помощи регулировочных энкодеров на электронном блоке.

Принцип управления нагревом

В индукционных паяльных станциях применяются 2 способа контроля температуры, до которой нагревается жало паяльника:

• При помощи термодатчика, встроенного в жало, – размещенная в жале термопара подает сигналы в электронный блок, который на основе полученных данных и установленных регулировок осуществляет нагрев жала прибора до определённой температуры;
• При помощи сменных наконечников (картриджей) – в комплекте с большинством современных моделей подобных приборов для пайки идет несколько сменных насадок, имеющих ферромагнитное покрытие, утрачивающее свои магнитные свойства при определенной температуре.

На заметку. Технология использования сменных насадок картриджей с ферромагнитным напылением, обеспечивающим нагрев жала до определенной температуры, является разработкой компании «Metcal» и носит название «Умный нагрев», или «Smart heat».

Первый способ встречается в недорогих полупрофессиональных моделях. Основные его преимущества – относительная дешевизна и простота регулировки. Второе техническое решение применяют в более дорогостоящих, качественных и надежных моделях профессиональных станций для паечных работ.

Выбор подходящей модели

Основными критериями выбора подобного оборудования для пайки являются следующие:

• Мощность – наиболее удобны и практичны модели паяльных станций с регулируемой мощностью в диапазоне от 5 до 60 Вт;
• Частота тока в индукторе – для радиолюбителей и полупрофессионалов достаточно устройства с частотой тока от 400 до 700 КГц. Профессионалы и мастера применяют модели, имеющие значения данной характеристики до 13,5 МГц;
• Тип управления нагревом – большая часть современного оборудования данного типа выпускается с регулировкой температуры нагрева жала по технологии «Smart heat»;
• Количество независимых каналов – для того чтобы иметь возможность подключать, помимо паяльника, термопинцет, устройство должно быть оснащено 2 независимыми каналами;
• Размеры и вес – для удобной работы и переноски устройство должно иметь небольшие размеры и вес не более 1 кг;
• Также при выборе учитывают возможность послегарантийного ремонта устройства, наличие дополнительных комплектующих, делающих процесс пайки более удобным.

Можно ли сделать индукционную паяльную станцию своими руками

Большое разнообразие моделей подобного оборудования делает его самостоятельное изготовление практически нецелесообразным и затратным, проще купить простой китайский прибор, который при небольшой стоимости будет иметь достаточно длительный срок службы и хорошее качество пайки.

Поэтому сделать индукционный паяльник своими руками можно исключительно из научного интереса, изучив внутреннее строение подобного устройство и происходящие в нем физические явления более детально и наглядно.

Выполнение измерений с применением индукционной паяльной станции

При пайке различных мелких радиодеталей, согласно требованиям различных нормативных документов, рекомендациям изготовителей электронных компонентов, технике безопасности, температура жала при его прикосновении к рабочей поверхности должна быть не выше 2700С. При работе с описываемым паяльным оборудованием данный показатель устанавливают при помощи регулировочных энкодеров на электронном блоке устройства. Проверяют правильность такой настройки, прикасаясь к жалу прибора кончиком термопары, подключенной к мультиметру.

Дополнительная комплектация

В некоторых моделях данного паяльного оборудования в расширенную комплектацию входят следующие инструменты и приспособления:

• Термопинцет;
• Держатель для паяльника;
• Набор сменных насадок для различных температур.

Также в некоторых дорогих паяльных станциях на электронном блоке имеется небольшой дисплей, отображающий температуру жала прибора.

Таким образом, паяльная станция с нагревателем-индуктором – оборудование, обладающее большим количеством преимуществ. Это делает ее востребованной и популярной среди как специалистов, так и простых радиолюбителей.

Видео