Индукционный паяльник принцип работы: устройство прибора и схема для изготовления своими руками

принцип работы, устройство и особенности выбора паяльной станции

Электрикам, электронщикам и людям других близких профессий прекрасно известно понятие пайки и инструмент для этих целей — паяльник. Его устройство тоже не вызывает особого недоумения, так как строится на элементарных понятиях. А вот индукционный паяльник известен далеко не всем. Принцип его действия сможет объяснить даже не каждый электрик. Хотя в основу работы такого прибора положены самые обычные законы физики.

• Станции для пайки
  • Принцип работы паяльного элемента
  • Система управления нагревом
• Выбор подходящей модели
• Можно ли сделать своими руками

Станции для пайки

Сегодня в большей степени распространено использование обычных паяльников или паяльных станций, принцип работы которых основан всё на том же использовании нагрева рабочей поверхности за счёт сопротивления проводника. Это дёшево, просто и удобно. Но проблемы, возникающие в процессе пайки, всё же есть.

Специалистам, которые сталкиваются с этим ежедневно, все они хорошо известны: большое потребление мощности, низкий КПД, перегрев в месте контакта жала. Более того, для различных видов спаиваемых частей устройства приходится использовать то же разные. Хотя паяльные станции частично помогают решить подобную проблему.

Совсем по-другому обстоит дело с устройством под названием индукционная паяльная станция. И это не удивительно, ведь в основе работы таких систем стоят кардинально иные законы физики.

А это позволяет не только проводить пайку более удобно, но и избежать множества неприятных моментов, возникающих в процессе работы. И всё благодаря применению индукции.

Принцип работы паяльного элемента

Принцип действия индукционного паяльного прибора основан на действии электромагнитной индукции.

И для начала стоит рассмотреть основы действия паяльного элемента, потому что именно он является основной частью паяльника. Устройство прибора:

1. Наконечник;
2. Индукционная катушка;
3. Экранирующий элемент;
4. Ферромагнитное покрытие;
5. Ручка;
6. Провод.

При подаче на индукционную катушку токов высокой частоты формируется электромагнитное поле. Жало же имеет слой ферромагнитного материала, который под действием электромагнитного поля начинает перемагничиваться. Это вызывает возникновение вихревых токов, в результате чего происходит выделение большого количества тепла. Именно оно и нужно для пайки.

Плюсы такого метода вполне очевидны: при работе разогревается непосредственно само жало, что способствует не только равномерному нагреву, но и исключению тепловой инерции, присущей обычным паяльным установкам.

Это же позволяет предотвратить перегрев, что увеличивает его срок эксплуатации. Отсюда же вытекает и повышение КПД.

Система управления нагревом

Хотя паяльный элемент и выполняет основную функцию, но без подачи электроэнергии ничего не получится. И каждая паяльная станция с индукционным принципом действия имеет блок управления, который и регулирует нагрев.

Для управления нагревом можно использовать два способа:

1. На жало устанавливается датчик температуры, который подключается к цифровому блоку, управляющему процессом. Подобная схема используется чаще в дешёвых моделях.
2. Использование метода стабилизации температуры SmartHeat® более предпочтительно и используется в фирменных, более дорогих прототипах. Основывается он на изменении возможностей ферромагнитного вещества. При достижении точки Кюри ферромагнетики, покрывающие жало паяльника, теряют свои свойства и перестают греться. Такой способ контроля за нагревом называется «умный нагрев».

Каждый способ имеет свои преимущества и негативные стороны. Первый по карману даже любителю, что делает его наиболее доступным.

Второй для пайки в разных случаях требует смены жала-картриджа с различной точкой Кюри. Помимо этого, он малодоступен из-за своей стоимости.

Выбор подходящей модели

Основным критерием при выборе необходимой модели может служить лишь сфера применения паяльной станции. Если подразумевается использование на производстве или в профессиональных целях, то рекомендуется выбирать приборы с «умным нагревом», хотя и стоят они более 1 тыс. у.е.

Любителям же предпочтительнее использовать системы с цифровым блоком. Их вполне хватит для качественной и удобной работы. Правда, в таких вариантах будет отсутствовать фен, но его можно купить и отдельно. Удобен такой вариант ещё и тем, что нет необходимости каждый раз подбирать наконечник с заданной точкой Кюри, а это сильно упрощает работу.

Можно ли сделать своими руками

Любители всё создавать своими силами обязательно заинтересуются возможностью создать индукционную станцию самостоятельно. Тем более учитывая ценовую таблицу, сделать это захочется не только «самоделкиным».

И здесь желающих сэкономить хочется разочаровать. Теоретически, конечно, сделать можно всё. Но по своей конструкции

для самостоятельного изготовления паяльный элемент слишком сложен. Что же касается цифрового блока, то создать его можно и самому, но здесь теряется смысл, так как обойдётся это практически в ту же сумму, сколько будет стоит целая китайская паяльная станция.

принцип работы, обзор, как выбрать

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.

Картриджи-наконечники

Краткий обзор

Начнем со станции с цифровым блоком управления Quick 203H (ее фото представлено на рисунке ниже).

Внешний вид станции QUICK 203Н

Оригинальная модель данной станции стоит в пределах $220-$240, китайский аналог можно найти по цене вдвое дешевле (при выборе обращайте внимание на комплектацию, может поставляться без паяльника). Отлично справляется с smd радиодеталями и содержащим свинец припоем.

Видео: обзор и работа в реальных условиях станции QUICK 203Н

Отрицательные моменты: массивные элементы и бессвинцовый припой необходимо долго прогревать.

Характеристики:

• Заявленная производителем мощность – 90Вт.
• Рабочая температура от 200С° до 420С°.
• На индукционную катушку подается напряжение 36В с частотой 400кГц.
• Стабилизация установленного теплового режима выполняется с погрешностью 2С°.
• Нагрев до рабочей температуры 350С° занимает не более 25 секунд.

Цифровой блок управления позволяет задать 10 температурных профилей, установить блокировку по паролю на включение, выполнить калибровку, назначить время задержки включения спящего режима и отключения устройства.

Тем, кто приобрел китайский аналог прибора, рекомендуется сразу побеспокоиться о покупке оригинального жала, поскольку то, что входит в комплект, скорее, декоративное, чем рабочее.

Теперь рассмотрим станцию PS-900, работающую по технологии SmartHeat® (ее внешний вид показан на рисунке 3). Это самая доступная модель из линейки OKI, ее ориентировочная стоимость около $250.

Характеристики:

• Минимальная мощность 5Вт, максимальная – 60Вт (регулируется автоматически).
• Индуктор работает на частоте 470кГц.
• Потребляемая мощность – 90Вт.
• Напряжение питания от 90 до 240В.

Особенности:

• Поскольку температурный режим задается картиджем-насадкой, панель блока управления упрощена до минимума, на ней имеется только кнопка включения питания.
• Имеется возможность заменить штатный индуктор с диаметром 7,5мм менее мощным пятимиллиметровым на 35Вт. Это дает возможность производить деликатную пайку при помощи микронаконечников.
• Паяльник автоматически включается при извлечении с подставки и выключается после установки обратно.
• Необходимо отдельно приобрести комплект наконечников-картриджей для различных режимов пайки.

Приведем, в качестве сравнения, основные характеристики одной из моделей высшего уровня – MX-5241(см. рисунок 6). Необходимо сразу предупредить, что в руках любителя такой инструмент станет дорогой игрушкой, не более.

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.

Безопасность при пайке | Отдел инженерного здравоохранения и безопасности

Прежде чем приступить к работе, прочтите оценки рисков и информацию о химической безопасности. Они должны быть легко доступны с паяльной станции.

 

Убедитесь, что вы знаете состав припоя, это не всегда видно на этикетке катушки . Если сомневаетесь, спросите.

 

Паяльник

• Никогда не прикасайтесь к элементу паяльника….400°C!
• Держите нагреваемые провода пинцетом или зажимами.
• Держите чистящую губку влажной во время использования.
• Всегда возвращайте паяльник на подставку, когда он не используется. Никогда не кладите его на рабочий стол.
• Выключайте устройство и отключайте его от сети, когда оно не используется.

Припой, флюс и очистители

• Использовать защитные очки. Припой может «плеваться».
• По возможности используйте припои, не содержащие смолы и свинца.
• Храните чистящие растворители в бутылях-дозаторах.
• Всегда мойте руки водой с мылом после пайки.

Воздействие свинца

• Свинец может привести к серьезным хроническим последствиям для здоровья. Воздействие в первую очередь будет происходить при случайном проглатывании через кожу, надевайте перчатки при непосредственном контакте с припоем. При пайке может образовываться ограниченное количество дыма.

Канифоль экспозиция

• Канифоль (кифаль, эрсин) представляет собой смолу, содержащуюся в флюсе для припоя. Флюс образует видимые пары, видимые во время пайки. Воздействие канифоли может вызвать раздражение глаз, горла и легких, кровотечение из носа и головные боли. Повторяющееся воздействие может вызвать респираторную и кожную сенсибилизацию, вызывая и усугубляя астму. Канифоль представляет собой серьезную опасность для здоровья на рабочем месте .

Защита от дыма

• Пайка с использованием канифоли разрешается только в строго контролируемых условиях после обсуждения с отделом безопасности при отсутствии эффективной альтернативы . Вытяжка дыма должна осуществляться через закрытый колпак (предпочтительно) или через наконечник. В идеале они должны выходить наружу. Устройства для вытяжки наконечников, в которых используются коробки с фильтрами, должны включать как фильтры с активированным углем, так и фильтры HEPA.
• Настольные вытяжные системы с фильтрами можно использовать для пайки без канифоли в хорошо проветриваемых помещениях (например, в больших рабочих помещениях или с механическим воздухообменом). Их размещение важно для производительности, если есть сомнения, спросите.
• Все вытяжные системы следует проверять не реже одного раза в год и обслуживать (т. е. регулярно менять фильтры). Ведите журнал изменений фильтра или отмечайте дату на фильтре/системе.
• Не припаивайте, если экстракт не работает должным образом, и немедленно сообщите об этом.

Обучение и контроль

• Начальники/линейные руководители должны информировать пользователей о рисках, связанных с пайкой.
• Руководители/линейные руководители должны обеспечить наличие и работу средств контроля и их правильное использование.
• Все паяльщики должны пройти обучение и должным образом контролироваться.

Медицинский надзор

• Все, кто паяет часто (т.е. чаще одного раза в неделю) и любой с использованием припоев, содержащих канифоль, следует направлять в отдел безопасности для наблюдения за состоянием здоровья.

Электрическая безопасность

• Не используйте паяльники с очевидными повреждениями корпуса, кабеля или вилки.
• Все паяльники должны пройти испытания на электробезопасность (PAT) в течение последних двенадцати месяцев. Если нет, свяжитесь с местным представителем BOC.
• Держите паяльную станцию ​​подальше от электрических кабелей, чтобы не повредить нагретое жало.
• Используйте заземленную розетку и штырь заземления, если возможно короткое замыкание.

Противопожарная защита

• Работа на огнеупорной или огнеупорной поверхности.
• Носите огнеупорную одежду (например, из 100% хлопка), закрывающую руки и ноги, чтобы предотвратить случайные ожоги.
• Знайте, где находится ближайший к вам огнетушитель и как им пользоваться (служба безопасности может организовать обучение).

Первая помощь

• Немедленно поместите ожоги под холодную воду на 15 минут.
• Если рана глубокая или обширная, обратитесь к врачу, в противном случае наложите пластырь (лейкопластырь).

Отходы

• Соберите отходы припоя в контейнер с крышкой.