Индукционный паяльник принцип работы

Индукционные паяльные станции

Индукционные паяльные станции представляют собой станции контактного типа. Принцип действия индукционного паяльника был описан в статье «Электрические паяльники: виды и конструкции». Если коротко, то принцип работы индукционного паяльника сводится к следующему.

Паяльный стержень имеет ферромагнитное покрытие, вокруг стержня намотана индукционная катушка. В катушку подаются высокочастотные прямоугольные колебания (470КГц), которые создают в ферромагнитном покрытии вихревые токи, токи Фуко. За счет потерь в ферромагнетике происходит его разогрев, который продолжается до тех пор, пока температура не достигнет точки Кюри, при которой исчезают магнитные свойств ферромагнетика, и нагрев прекращается.

На этом принципе работают все индукционные паяльные станции, разве, что за исключением китайских, о чем будет сказано несколько позже. Сам метод получил название Smart Heat, что можно перевести как «умное тепло». Изобретателем этого метода является американская компания Metcal, она же до сих пор является одним из основных производителей индукционных паяльных станций.

Индукционные паяльники улучшаются

Паяльная станция MX-5000

Частота 470КГц в настоящее время считается пониженной, поскольку лучшие, наиболее продвинутые, индукционные паяльные станции имеют частоту генератора аж 13 с лишним МГц! Ярким примером такой станции может служить паяльная система высшего уровня METCAL MX-5000. Ее внешний вид показан на рисунке 1.

Рисунок 1. Индукционная паяльная станция MX-5000

Такая высокая частота позволяет не только уменьшить размеры паяльного инструмента, что можно оценить по рисунку 1, но и улучшить его эксплуатационные свойства. Станция MX-5000 имеет второй канал, который используется для подключения термопинцета, что значительно расширяет возможности станции.

Размеры паяльного жала настолько незначительны, что может возникнуть вопрос, а как же в нем запасается тепло? Ведь достаточно таким миниатюрным жалом коснуться места пайки, как оно сразу остынет. Оказывается все несколько не так, как у обычных паяльников.

Жало индукционного паяльника тепло почти не запасает, слишком мала масса, и остывает при касании места пайки. Но срабатывает стабилизация по точке Кюри, и быстро нагревается и само жало, и место пайки. Мощность паяльника саморегулируется, для индикации мощности служит информационное табло, показанное на рисунке 2. Следует также обратить внимание на то, что на передней панели нет никаких ручек и кнопок для установки температуры, все происходит автоматически по точке Кюри.

Рисунок 2. Дисплей паяльной станции MX-5000

При остывании паяльного стержня ниже точки Кюри магнитные свойства восстанавливаются, причем пропорционально разнице температур. Чем больше эта разница, тем сильнее скорость нагрева, и наоборот, чем разница меньше, тем нагрев происходит медленнее, мощность регулируется автоматически.

Такой алгоритм очень напоминает работу ПИД-регулятора, температура жала поддерживается очень точно. Ведь точка Кюри это физический закон, а против закона не пойдешь. Если потребуется другая температура пайки, то приходится использовать жало с другой точкой Кюри. В подтверждение этих слов можно привести рисунок с техническими характеристиками станции MX-5000.

Рисунок 3. Технические характеристики станции MX-5000

До рабочей температуры индукционный паяльник разогревается всего за 1…2 секунды, что позволяет отключать его, когда он просто лежит на подставке: не успели донести паяльник до места пайки, а он уже горячий! Этим обеспечивается не только экономия электроэнергии, но и значительное увеличение срока службы паяльного стержня.

Если в первых моделях индукционных паяльников использовался паяльный стержень, помещенный в картридж, то сейчас применяются отдельные сменные жала, количество которых просто огромно. Набор сменных жал показан на рисунке 4.

Рисунок 4. Набор сменных жал станции MX-5000

Естественно, жала эти не простые, а с точкой Кюри. Всего имеется несколько наборов жал с различными температурами: 500, 600, 700 и 800 по шкале Фаренгейта (или соответственно 260, 315, 352 и 370 ˚C). Эти температуры зависят от химического состава паяльного стержня, от сплава из которого он сделан.

Точка Кюри у железа 700 ˚C, у никеля 358 ˚C. Ни одна из этих температур для пайки не подходит, поэтому в сплав добавляются редкоземельные элементы, способные понизить точку Кюри полученного сплава на сколько угодно. Например, у редкоземельного элемента гадолиния точка Кюри имеет температуру всего 16 ˚C.

Рассказ об этой паяльной станции будет совсем неполным, если его не дополнить еще одним рисунком.

Рисунок 5. Паяльная станция мечты…

Комментарии, как говорится, излишни. Такие паяльные станции мог позволить себе только Пентагон, ведь для американских военных надежность электроники превыше всего.

Китайские индукционные станции

Китайцы поспели и тут. Хорошие и относительно недорогие индукционные паяльные станции выпускает китайская фирма Quick. Но, в отличии от фирмы METCAL, китайские инженеры пошли своим путем. Они не стали варить сплавы с точкой Кюри, просто сделали индукционный нагреватель, а стабилизацию температуры поручили электронному блоку с термопарой, как в обычных паяльных станциях. Одна из китайских индукционных станций показана на рисунке 6.

Рисунок 6. Паяльная станция Quick-203

В результате такой разработки удалось получить сверхбыстрый нагрев со стабилизацией температуры, при этом цена устройства стала значительно ниже, чем у станций фирмы METCAL, может быть, при незначительном снижении качества. Но в настоящее время именно китайские индукционные паяльные станции широко применяются различными фирмами на своих производственных линиях, например в компании RIGOL.

Индукционные паяльные станции фирмы Quick постепенно завоевывают популярность у любителей – электронщиков, ведь неспроста станции модельного ряда Quick-203 уже предлагаются в интернет магазинах по цене менее восьми тысяч рублей. Думается, что те, кто постоянно занимается ремонтом современной электроники, сделанной по технологии Lead Free, по достоинству оценят все возможности этих паяльных станций.

Индукционный паяльник и принцип работы 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

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 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.

Описание и выбор индукционных паяльников

Паяльник считается одним из самых главных инструментов, который должен иметь в своем наборе каждый мастер. Несмотря на то что рынок представлен огромным выбором этих устройств, особым спросом пользуются импульсивные паяльники. Они обладают не только высоким качеством, но и набором рабочей температуры за 1–2 секунды, что очень важно при выполнении быстрой пайки.

Особенности

Индукционный паяльник представляет собой современный прибор, предназначенный для пайки. Главной особенностью этого устройства считается то, что в его конструкции не предусмотрено наличие нагревательного элемента, его заменяет высокочастотный преобразователь напряжения. Жало в таком виде приборов нагревается под воздействием электрических полей, возникающих внутри корпуса.

Благодаря данной конструктивной особенности пайка выполняется намного быстрее, поэтому паяльники индукционного типа нашли широкое применение не только среди радиолюбителей, но также и в промышленных сферах.

Рассматриваемый паяльник имеет несложную конструкцию, он состоит из таких элементов, как трансформатор, жало (с основой из медной проволоки) и кнопка, которая работает на замыкание. Некоторые производители оснащают прибор дополнительно источником питания и вспомогательными функциями.

В схеме бытовой модели паяльника имеется две обмотки, одна из них питает жало, а другая – лампу, которая подсвечивает место пайки.

К главным достоинствам этого устройства относят:

• моментальный нагрев – жало паяльника готово к работе менее через 40 секунд после включения прибора;
• долговечность и практичность в использовании – аппарат этого типа обладает хорошими эксплуатационными характеристиками, при соблюдении всех правил использования он безотказно прослужит более 10 лет;
• наличие автоматической регулировки нагрева, что позволяет самостоятельно настраивать температурный режим максимально точно для работы с деталями, которые характеризуются высокой чувствительностью к нагревам;
• безопасная эксплуатация – по сравнению с другими аналогичными устройствами не подвергаются пробоям и крайне редко выходят из строя;
• комфорт в использовании – приборы этого типа имеют маленькие габариты и удобную форму, что идеально подходит для выполнения пайки в труднодоступных местах;
• высокий КПД – устройство во время работы не теряет тепло, а направляет его полностью на пайку, это возможно благодаря тому, что жало паяльника покрыто ферромагнитным слоем.

Что же касается недостатков, то их практически нет, если не считать высокую стоимость на отдельные модели.

Кроме этого, многие производители не комплектуют паяльник сменными насадками для разных режимов. Их придется самостоятельно докупить.

Принцип работы

Приборы индукционного типа, по сравнению с другими видами паяльных инструментов, не имеют в своей конструкции нагревательного элемента, поэтому характеризуются особым принципом работы. Нагрев устройства выполняется с помощью вихревых индукционных токов, которые под влиянием переменного магнитного поля формируются внутри корпуса. В конструкции аппарата имеется катушка, куда устанавливается стержень жала. Когда на нее подается ток, в ней начинает генерироваться магнитное поле, которое воздействует на жало аппарата и способствует образованию индукционного тока. Именно он и нагревает стержень паяльника.

Стоит заметить, что жало устройства нагревается равномерно. Это возможно благодаря тому, что ток воздействует на него по всей длине. Такие конструктивные особенности повышают КПД паяльника и делают прибор долговечным. Если ранее такие паяльники выпускались с частотой до 470 кГц, то сейчас в продаже можно встретить современные модели с частотой 13 МГц, которые разогреваются за считаные секунды.

Все индукционные паяльники выпускаются с медными сердечниками, у которых нижняя часть покрыта ферромагнитным слоем, а передняя часть служит жалом. Принцип автоматической регулировки нагрева такой:

• подается переменное напряжение, после чего в покрытии генерируется ток Фуко, он разогревает материал, и тепло передается меди;
• после достижения покрытием оптимальной температуры магнитные свойства пропадают – и, соответственно, нагрев прекращается;
• в процессе паяния деталь получает тепло от медного жала, и оно вместе с ферромагнитным покрытием начинает остывать, после этого магнитные свойства восстанавливаются, нагрев сразу же возобновляется.

Таким образом, регулировка нагрева осуществляется автоматически. Максимально допустимый показатель напрямую зависит от свойств сердечника и магнитного сплава. Профессиональные модели оснащаются типом управления «умное тепло». Помимо автоматической настройки нагрева, можно управлять станцией в ручном режиме, установив для этого температурный датчик или же поменяв сердечник с наконечником.

Правила выбора

Чтобы индукционный паяльник надежно прослужил долгий срок, перед его покупкой следует обратить внимание на многие важные моменты.

• Мощность. На сегодняшний день на рынке можно встретить много различных моделей пальников индукционного типа, и все они могут иметь регулируемую мощность от 5 до 60 Вт. Если планируется только проводить пайку микросхем, то специалисты рекомендуют отдавать предпочтение устройствам с мощностью до 20 Вт. Для радиодеталей подойдут модели с мощностью от 30 до 40 Вт. В том случае, когда мастер точно не знает, где будет использовать прибор, то оптимальным выбором станет универсальный паяльник с мощностью в 60 Вт.
• Частота тока в индукторе. Для профессиональной пайки необходимо выбирать аппараты, у которых значение этого показателя достигает 13,5 Мгц. Для начинающих мастеров достаточно приобретать модели с частотой не более 700 КГц.
• Управление нагревом. Практически все индукционные паяльники оснащены функцией регулировки нагрева жала, но желательно выбирать модели с типом нагрева Smart heat. Они стоят намного дороже, но отличаются высокой функциональностью и удобством в использовании.
• Количество в инструменте независимых каналов. В паяльнике должно быть предусмотрено не менее двух таких каналов. Это нужно для того, чтобы иметь возможность в дальнейшем подключать термопинцет.
• Жало прибора. Это одно из самых важных составляющих устройства, от которого напрямую зависит не только комфорт в применении, но и качество пайки. Неплохим вариантом считается жало из медного стержня, к нему не прилипает припой, да и медь отлично проводит тепло. Единственный недостаток – такое жало требует постоянной зачистки, так как при постоянной работе будет обугливаться и покрываться окислами. Имеются в продаже и паяльники, у которых жало представлено металлическим стержнем с никелевым напылением. В отличие от медных жал такие не склонны к образованию окалины, что идеально подходит для работы с мелкими деталями в ювелирных мастерских. Минус – металлический стержень нельзя зачищать, иначе можно повредить никелевое покрытие, что приведет к потере прилипающих свойств.
• Материал изготовления ручки. Самыми легкими являются инструменты с пластмассовыми ручками, но они быстро перегреваются. Эбонитовые ручки придают инструменту дополнительный вес, что делает неудобной его эксплуатацию. Поэтому самым оптимальным выбором станет деревянная ручка. Она легкая и обладает низким коэффициентом проводимости тепла.
• Вес и размер инструмента. Чтобы было удобно применять и переносить паяльник, следует покупать модели с небольшими габаритами и весом, не превышающим 1 кг.
• Наличие дополнительной комплектации. Большинство производителей поставляют инструмент с держателем, термопинцетом и набором сменных насадок для разной температуры. Некоторые модели также могут комплектоваться мини-дисплеями, электронными блоками и термодатчиками, упрощающими регулировку нагрева жала. Но стоимость на них очень высокая.

Помимо всего вышеперечисленного, стоит также учесть рейтинг производителя и выбранной модели, ознакомиться с отзывами пользователей. Немаловажным считается и послегарантийное обслуживание инструмента.

В следующем видео вас ждет дополнительная информация об индукционных паяльных станциях.

Все права защищены, 14+

Запрещено использование любых материалов без нашего предварительного письменного согласия.