Индукционный нагрев схема: Схема создания индукционного нагревателя своими руками

Содержание

Индукционный нагреватель

электроника для дома

Принцип индукционного нагрева прост — работая, катушка излучает высокочастотное электромагнитное поле и металлический объект, расположенный в середине или вблизи катушки, нагревается.

 

Чем больше ток, тем больше электромагнитное поле излучаемое катушкой, тем быстрее нагревается металлический предмет. Добиться большого тока без особой нагрузки на источник питания можно если наш индуктор является частью колебательного контура, который работает на резонансной частоте. Только в этом случае ток возбуждения намного меньше, чем ток, текущий через катушку.

Рис. 1 Принципиальная схема индукционного нагревателя

Схема индукционного нагревателя представляет собой полумостового преобразователь на микросхеме IR2153. В данной сборке полумоста частота генерации задается цепочкой R2, R3, C4. Частота резонанса рабочего контура настраивается резистором R3, появление резонанса индицируется светодиодом HL2. Частота может регулироваться в диапазоне от 22 до 90 кГц.

Индукционный нагреватель питается от двухполупериодного выпрямителя VD, подключенного непосредственно от сети. Лампа мощностью 500-1000 Вт выполняет роль ограничителя тока и предохраняет схему вслучае неисправности, перегрузки или плохой настройки. Лампа действует как вариатор. Другой вариант схемы питания установки на рисунке 2

Рис. 2

Питание микросхемы может быть внешним (от источника 14-15В) или с конденсатора C2 через резистор 56 кОм 2Вт (стабилитрон есть в самой микросхеме).

Дроссель L1 выполнен на двух Ш-образных сердечниках 12×19 и имеет 14 витков провода диаметром 1мм, намотанных в 4 жилы. Регулировка зазора сердечника дает регулировку выходной мощности индукционного нагревателя.

Рабочая катушка (индуктор) изготовлена ​​из провода диаметром 2 мм. Катушка после длительной эксплуатации нагревается и начинает светится красным, поэтому лучше использовать медную трубку, а водяное охлаждение- это идеальный вариант. Катушка содержит 11 витков, её диаметр 23 мм, высота 30 мм. Т. к, в контуре с индуктором возникают токи порядка 100 А конденсатор, подключенный в параллель к нему, представляет собой составную емкость, состоящую из большого количества конденсаторов, соединенных параллельно. В данном случае используется 37 штук в параллель, общая емкость-8,6 мкФ. Резонансная частота 44 кГц.

 

 



Осторожно! Схема гальванически связана c сетью! Я рекомендую использовать трансформатор и потенциометр R3 с пластиковыми валов. Электромагнитное поле может быть вредным и может привести к повреждению электронных устройств и носителей информации. Схема вызывает значительное помехи. Неосторожное обращение может привести к поражению электрическим током, ожогу или пожару. Все, что вы делаете, вы делаете на свой страх и риск.

 


Индукционный нагрев своими руками. Техника съема энергии с трансформатора тока

Индукционный нагрев своими руками. Техника съема энергии с трансформатора тока

 Целью является практическая реализации обогрева дома с использованием техники индукционной плавки металлов. Идея, не обладает новизной и состоит в том, чтобы индуктор разместить вокруг трубы отопления. Нагревая трубу, тем самым мы нагреваем воду которая циркулирует в системе отопления. Базовой предпосылкой, которая может значительно снизить затраты на электроэнергию является колебательный контур (индуктор->конденсаторы) который работает в резонансе. Возникает повышение напряжения примерно в десятки раз, которым и осуществляется нагрев металла.

 

 Классические индукционные схемы, как показала практика замены выходящих из строя транзисторов, требует дорогой элементной базы. За основу была взята схема индукционного нагрева использующая ZVS (zero voltage switching) метод переключения транзисторов. Схема взята с сайта http://www.rmcybernetics.com/projects/DIY_Devices/diy-induction-heater.htm.

 

 В собранной схеме, были использованы транзисторыы STP40N10, диоды шоттки 50SQ100 5A,100В; резисторы 240 ОМ, измереенная ёмкость батареи конденсаторов CBB81/224/2000V — 2,3 мкф. Магнитная проницаемость ферритового кольца — L2, по заявлению продавца 10000, но схема запускается с ферритовым кольцом. Источниеи питания — два аккумулятора замененны на трансформатор ОСМ1-1.6 c переменным напряжением 24 вольта и постоянным на конденсаторе порядка 27 Вольт. Схема заработала сразу, каких либо настроек не протребовалось. Более или менее интересный результат при данном размере индуктора начинается от 20 вольт.

 

 Напряжение на каждом из транзисторов относительно корпуса по 800 Вольт, не важно где мерять. Частота работы схемы без металлической трубы в индукторе, 321 Кгц, ток потребления 1,7 Ампера. При добавлении металлической трубы частота понижается до 138 Кгц, ток потребления вырастает до 5А. Труба 0,5 дюйма, индуктором с внутренним диаметром 85 мм нагревается в районе средней точки до вишневого цвета.


 Лучше всего в таких схемах использовать плёночные конденсаторы фирм Evox Rifa,Faratronic,Pilcor. КПД поднимется,да и количество кондёров потребуется в разы меньше.

 Ток потребления определяется заполнением индуктора металлом. Стоит использовать под бесшовную трубу с максимальной толщиной стенок. При токе потребления более 12 ампер, транзисторы STP40N10 долго не живут. Рекомендованное на сайте водяное охлаждение не используется. Греются радиатор и индуктор, конденсаторы холодные. Для охлаждения транзисторных радиаторов я использовал вентилятор от компьютера. При необходимости отвод тепла можно организовать на тот же стояк отопления.

 

Трансформатор тока.

 Вторым, не менее, если не более интересным способом нагрева теплоносителя является трансформатор тока. Трансформатор тока представляет из себя ферритовое кольцо, установленное на проводе идущем от блока конденсаторов к индуктору. Подойдут ферритовые кольца, любой магнитопроницаемости. В том числе и кольцо из трансформаторного железа. Чем ниже магнитная проницаемость магнитопровода, тем меньший радиус кольца допустим, тем ниже частота тока на выходе, тем сильнее греется магнитопровод. В случае использования трансформаторного железа эффективность нагрева максималена. Ферритовые кольца с внутренним диаметром менее 60мм для длительной работы схемы не использовать. При малом, внутреннем, диаметре ферритового кольца, менее 50мм , резко растает ток потребления, необходимый для поддержания резонанса, транзисторы выходят из строя. В случае использования сердечника от ТВС необходим зазор, это не по феншую. В случае встречной намотки обмоток, как показано на фотографии, эдс отсутсвует.

 

 Ниже представлена схема подключения нагрузки. Лампу 220В 95W включать без диодного моста можно, но при этом следует уменьшить число витков трансформатора тока примерно до пяти, иначе лампа эффектоно сгорит. На сдвоенную пару витков, используемых в намотке обращать внимание не стоит. Так же следует поступить с парой проводов черный и красный, на транзисторных радиаторах к ним подключались высоковольтные конденсаторы от СВЧ печей. Конденсаторы сильно грелись, пришлось их заменить, провода пусть пока будут.

 Ферритовые кольца размещенные в индукторе увеличивают частоту до 400 кГц, токовый трансформатор ее понижает до 100 кГц. Яркость свечения лампы регулируется частотой за счет увеличения либо уменьшения сердечника из ферритовых колец в индукторе.

 


 На тестере видно, что при подключении нагрузки ток вырос на два ампера. (В первом случае ток необходимо умножить на 100) Это примерно равно мощности используемой лампы. Безвомездного съема энергии с токового трансформатора нет. Подключение активной нагрузки увеличивает ток потребляемый устройством. А вот использовать ферритовые кольца для нагрева теплоносителя в дополнение к индуктору — очень интересный вариант.

 

Дуговой разряд.

 На каждые три-четыре витка токового трансформатора приходится 1000 вольт. Попытка замера напряжения на большем числе витков закончилась неудачей по причине выхода из строя тестера. Можно предположить, что напряжение на токовом рансформаторе около пяти-шести тысяч вольт, поэтому третьим источником тепла, в предлагаемой схеме является дуговой разряд. Как его еспользовать для нагрева теплоносителя, я пока не решил. Плавится все с чем дуговой разряд находится в тесном контакте.

 

 

 
Промежуточный итог.

 1. Осуществлять нагрев трубы отопления токами фуко.
 2. Дополнительная тепловая мощность за счет охлаждения радиаторов, на которых установлены транзисторы.
 3. Охлаждения феррита токового трансформатора теплоносителем (водой).
 4. Использование дугового разряда — проблематично. Очень высокая температура. Но очень перспективно. Наличие дуги не увеличивает потребление тока устройством.

 

Пример страниц руководства:

 

Скачать руководство полностью:

А.Мищук — Индукционный нагрев. Техника съема энергии с трансформатора тока.pdf

Как сделать простейший индукционный вихревой нагреватель своими руками — устройство и схема

Индукционный нагреватель, или индуктор, — прибор, который создает электромагнитное поле, нагревающее проводник, помещенный в это поле. Говоря простыми словами, это катушка, обрамленная медной проволокой. В основном индукторы используют с целью вырабатывания тепловой энергии за счет электрической без использования теплоэлектронагревателей.

Содержание материала

Принцип работы

Переменный ток проходит по обмотке катушки, образуя вокруг не магнитное поле. При введении в центр, внутрь витков, металлического предмета изменяется сила магнитного поля. Из-за этого и нагревается сам предмет, именуемый сердечником. Для того чтобы металл нагревался, катушка обязательно должна питаться переменным током большой частоты, иначе можно получить обычный электромагнит.

Существует два вида индукционных нагревателей:

  • индукторы, при изготовлении которых пользуются различными электронными деталями;
  • вихревой (ВИН) индуктор, им пользуются для обогрева дома, нагрева воды.

ВИН чаще всего встречается в повседневной жизни, так как его достаточно просто изготовить самостоятельно без особых затрат. Он работает на основе передачи энергии, преобразуемой в тепло, от магнитного поля к объекту, например, воде.

Как сделать в домашних условиях

Схема устройства довольно проста, так что самому можно без проблем сделать индукционный нагреватель.

Индуктор можно выполнить на любой базе, но нельзя забывать о теплоизоляции, без которой коэффициент полезного действия систем довольно сильно упадет.

Также нужно серьезно подойти к изготовлению самого важного элемента – катушки. Медную проволоку лучше наматывать очень аккуратно.

С использованием трансформатора

Базовым элементом данной схемы будет сам трансформатор, на котором уже содержатся первичная и вторичная обмотки. Электромагнитное индукционное поле, сформированное в первичной обмотке, начнет влиять на вторичную обмотку. Так, вторичная обмотка передаст энергию в виде тепла тому объекту, который требуется нагреть.

Инструкция выполнения:

  1. две трубки, отличающиеся размерами, соединить друг с другом с помощью сварки;
  2. на внешнюю трубку наложить 90-100 витков с одинаковым расстоянием между ними.

С инвертором

Основной составной частью этой системы станет высокочастотный сварочный инвертор, где уже есть индуктор, нагревательный элемент и генератор переменного тока.

Устройство генерирует высокочастотный ток, который передается на катушку. Она, в свою очередь, и создает магнитное поле, изменяющееся со временем. Его вихревой ток нагревает металлическую часть, которая и передает энергию нужному объекту.

Инструкция создания:

  1. в полимерную трубу поместить металл;
  2. на трубку наносятся сто витков проволоки из меди таким образом, чтобы не осталось большое пространство.

Таким образом, дома можно изготовить индукционный нагреватель без особых затрат и глубоких знаний физики. Главное, не забывать о безопасности.

Поделитесь материалом с друзьями в социальных сетях

Индукционный нагреватель на тиристорах схема

Адрес: Нижний Новгород, Ленинский район, ул. Ростовская д. Сегодня при организации нагрева воды большое распространение получил индукционный водонагреватель. Эта востребованность обеспечена тем, что прибор является полностью экологически безопасным, не сушит и не пережигает воздух. Использование такого прибора может быть реализовано для проточного нагревания воды или в качестве нагревательного котла.


Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам. ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: ПЕРЕДЕЛКА СВАРОЧНОГО ИНВЕРТОРА в ИНДУКЦИОННУЮ ПЕЧЬ. Подробный обзор. Сварочный аппарат — нагревателя

Индукционный нагреватель и 3 причины его использования


Обеспечивает бесконтактный способ передачи энергии от источника электромагнитного поля индуктора в нагреваемое тело с преобразованием её в тепловую непосредственно в теле; наиболее эффективный способ нагрева. При индукционном нагреве теплота, выделяющаяся в нагреваемом теле по Джоуля — Ленца закону , зависит от его размеров и физических свойств, частоты и напряжённости магнитного поля. Особенностью индукционного нагрева является неравномерное распределение мощности в нагреваемом теле, обусловленное диссипацией энергии поля и затуханием электромагнитной волны.

Для индукционного нагрева используют токи разных частот — промышленной 50 Гц , повышенной и Гц , средней от 0,5 до 10 кГц , высокой 67 и кГц , сверхвысокой 1,76 и 5,28 МГц. Индукционный нагрев применяют: в индукционных нагревательных установках — для нагрева заготовок под пластическую обработку глубинный или сквозной индукционный нагрев и деталей под химико-термическую обработку локальный или поверхностный индукционный нагрев , в том числе под поверхностную закалку токами ВЧ; в индукционных печах — для плавки чёрных и цветных металлов и сплавов, а также зонной плавки, плавки во взвешенном состоянии, для получения низкотемпературной плазмы смотри Плазмотрон.

Нагреваемый материал может быть в виде твёрдого массивного тела в индукционных нагревательных установках , жидкого тела в индукционных плавильных печах и ионизированного газа в СВЧ плазмохимических установках. Первая промышленная индукционная печь для подогрева жидкой стали до 80 кг в открытом горизонтальном кольцевом канале введена в эксплуатацию в Швеции в году, в СССР такие печи начали строить в х годах. В индукционных нагревательных установках используют в основном индукторы 2 типов: проходные — круглого или квадратного поперечного сечения для нагрева заготовок по всей длине, щелевые и овального сечения для местного нагрева концов длинных заготовок рис.

Через отверстия в индукторе или с помощью спрейерного устройства на поверхность закаливаемой детали подают охлаждающую жидкость воду, масло, различные эмульсии. Индукционные плавильные печи могут быть канальными, работающими на промышленной частоте, вместимостью до тонн и мощностью до 4,0 MBA, и тигельными — вместимостью на средней частоте до 25 тонн и на промышленной частоте при жидкой завалке до 60 т.

В канальной печи рис. Один или несколько вертикальных либо горизонтальных каналов прямоугольного или круглого сечения , расположенных в огнеупорной футеровке — так называемом подовом камне, охватывают замкнутый магнитопровод с многовитковым цилиндрическим индуктором.

В канале жидкий металл с более высокой температурой под действием электромагнитных сил и свободной тепловой конвекции интенсивно циркулирует, поступая через устье канала в ванну шахту. Индукционные канальные печи применяют в основном в цветной металлургии для непрерывных технологических процессов в качестве плавильных агрегатов и миксеров. Схема индукционной канальной печи разрез : 1 — ванна шахта ; 2- цилиндрический индуктор; 3- замкнутый магнитопровод; 4 — футеровка канала подовый камень ; 5 — вертикальный кольцевой канал; 6 — устье канала.

В тигельной печи рис. Отдельные разомкнутые магнитопроводы в качестве ферромагнитных экранов защищают кожух печи от создаваемых индуктором электромагнитных волн. Энергия затрачивается на нагрев металла и его интенсивное перемешивание. Тигельные печи взрывоопасны из-за невысокой стойкости футеровки тигля , их оснащают сигнализатором состояния футеровки. Схема индукционной тигельной печи разрез : 1 — тигель; 2 — цилиндрический индуктор; 3 — ферромагнитный экран; 4 — кожух; 5 — сигнализатор состояния футеровки тигля; стрелки — траектория движения жидкого металла.

Индукционные плавильные печи. Екатеринбург, Индукционные отопительные котлы — это приборы, которые отличаются очень высоким КПД.

Они позволяют заметно снизить затраты на электроэнергию по сравнению с традиционными приборами, оборудованными ТЭНами. Модели промышленного производства недешевы. Однако сделать индукционный нагреватель своими руками сможет любой домашний мастер, владеющий нехитрым набором инструментов. Ему в помощь мы предлагаем подробное описание принципа действия и сборки эффективного обогревателя.

Индуктор представляет собой катушку, обычно выполненную из медной проволоки, с ее помощью генерируют магнитное поле. Генератор переменного тока используют для получения высокочастотного потока из стандартного потока домашней электросети с частотой 50 Гц. В качестве нагревательного элемента применяется металлический предмет, способный поглощать тепловую энергию под воздействием магнитного поля.

Если правильно соединить эти элементы, можно получить высокопроизводительный прибор, который прекрасно подходит для подогрева жидкого теплоносителя и. С помощью генератора электрический ток с необходимыми характеристиками подается на индуктор, то есть на медную катушку. При прохождении через нее поток заряженных частиц формирует магнитное поле. Принцип действия индукционных нагревателей основан на возникновении электротоков внутри проводников, появляющихся под воздействием магнитных полей.

Особенность поля состоит в том, что оно обладает способностью на высоких частотах изменять направление электромагнитных волн. Если в это поле поместить какой-нибудь металлический предмет, он начнет нагреваться без непосредственного контакта с индуктором под воздействием созданных вихревых токов. Высокочастотный электрический ток, поступающий от инвертора к индукционной катушке, создает магнитное поле с постоянно изменяющимся вектором магнитных волн.

Помещенный в это поле металл быстро разогревается. Отсутствие контакта позволяет сделать потери энергии при переходе из одного вида в другой ничтожными, чем и объясняется повышенный КПД индукционных котлов. Чтобы подогреть воду для отопительного контура, достаточно обеспечить ее контакт с металлическим нагревателем. Часто в качестве нагревательного элемента используют металлическую трубу, через которую просто пропускают поток воды.

Вода попутно охлаждает нагреватель, что значительно увеличивает срок его службы. Электромагнит индукционного прибора получают путем намотки проволоки вокруг сердечника из ферромагнита. Полученная в результате катушка индукции разогревается и передает тепло нагреваемому телу или протекающему рядом теплоносителю через теплообменник. Это простая для самостоятельного изготовления схема, повышенная надежность, высокий КПД, относительно низкие затраты на электроэнергию, длительный срок эксплуатации, малая вероятность возникновения поломок и т.

Производительность прибора может быть значительной, агрегаты этого типа успешно используются в металлургической промышленности. По скорости нагрева теплоносителя устройства этого типа уверенно соперничают с традиционными электрическими котлами, температура воды в системе быстро достигает необходимого уровня. Во время функционирования индукционного котла нагреватель слегка вибрирует.

Эта вибрация стряхивает со стенок металлической трубы известковый осадок и другие возможные загрязнения, поэтому в очистке такой прибор нуждается крайне редко. Конечно, отопительную систему следует защитить от этих загрязнений с помощью механического фильтра.

Индукционная катушка нагревает металл трубу или куски проволоки , помещенные внутри нее, с помощью высокочастотных вихревых токов, контакт не обязателен. Постоянный контакт с водой сводит к минимуму и вероятность перегорания нагревателя, что является довольно частой проблемой для традиционных котлов с ТЭНами. Несмотря на вибрацию, котел работает исключительно тихо, дополнительная шумоизоляция в месте установки прибора не понадобится. Еще индукционные котлы хороши тем, что они практически никогда не протекают, если только монтаж системы выполнен правильно.

Это очень ценное качество для , так как исключает или значительно сокращает вероятность возникновения опасных ситуаций. Отсутствие протечек обусловлено бесконтактным способом передачи тепловой энергии нагревателю. Теплоноситель с помощью описанной выше технологии можно разогреть чуть ли не до парообразного состояния. Это обеспечивает достаточную тепловую конвекцию, чтобы стимулировать эффективное перемещение теплоносителя по трубам.

В большинстве случаев отопительную систему не придется оборудовать циркуляционным насосом, хотя все зависит от особенностей и схемы конкретной системы отопления. Для установки индукционного нагревателя не нужно получать разрешение контролирующих органов, промышленные модели таких устройств вполне безопасны, они подходят и для частного дома, и для обычной квартиры. Но владельцам самодельных агрегатов не следует забывать о технике безопасности. Объяснить популярность индукционного нагревателя IR можно тем, что человек все время находится в поисках — бесконечный поиск человеком источников тепла для обогрева своего жилья, которые будут: экономичными, экологичными и функциональными.

Многие даже осмелились и не зря сделать индукционный нагреватель своими руками с целью присоединения его к отопительной системе жилища. В статье будет подробно рассказано, как это сделать индуктор обогреватель, чтобы затратить минимум денежных средств и времени.

Из-за того, что М. Фарадей в далеком году открыл явление электромагнитной индукции, мир увидел большое количество приспособлений, которые греют воду и прочие среды. Также открытие применяется для экструдера не механический. Раньше оно широко применялось в металлургии и прочих отраслях промышленности, связанной с обработкой металла. Заводской индуктивный котел функционирует по принципу действия вихревых токов на специальный сердечник, расположенный во внутренне части катушки.

Вихревые токи Фуко поверхностные, поэтому лучше брать в качестве сердечника полую трубу из металла, сквозь которую проходит элемент теплоносителя. При этом индукционная катушка Румкорфа выполнена так, что её можно подключить к электросети переменного тока напрямую. На производстве для такого нагрева применяют высокочастотные электротоки — до 1 МГц, поэтому добиться функционирования устройства при 50 Гц довольно сложно.

Толщина проволоки и число обматывающих витков, которую применяет устройство, водонагреватель , рассчитано в отдельности для каждого агрегата по специальному методу под требуемую мощность тепла. Самодельный, мощный агрегат должен функционировать эффективно, быстро греть идущую по трубе воду и при этом не нагреваться. Организации вкладывают серьезные финансы в разработку и внедрение таких продуктов, поэтому :. Кроме высочайшей эффективности не может не привлекать скорость, с которой идет нагревание идущей через сердечник среды.

На рис. Насколько долго будет работать агрегат, зависит исключительно от того, насколько герметичен корпус и не повреждена изоляции витков провода, а это довольно значительный период, по заявлению изготовителя — до 30 лет. Поэтому многие мастера предпочитают собрать сверхэкономичный агрегат для отопления самостоятельно. Изготовление изобретения не сложное, если есть навыки, получится сделать хорошее устройство. Самый простой агрегат, который собирают вручную, состоит из отреза трубы пластик , внутрь которой устраиваются разные элементы металл чтобы создать сердечник.

С наружной стороны к ней наклеиваются палочки из стеклотекстолита, а на них нужно намотать провод толщиной 1,7 мм в изоляции. Длина провода — примерно 11 м. Затем индукционный нагреватель надо испытать, наполнив его водой и подключив, например, к индукционной варочной панели марки ORION мощность которой 2 кВт вместо штатного индуктора. Сваренный из нескольких труб из металла вихревой радиатор выступает в роли внешнего сердечника для вихревых электротоков, которые создает катушка той же панели.

Работает прибор правильно, поэтому если есть желания, опыт и знания можно воплотить эту идею в жизнь. Для сложных моделей может понадобиться применение 3-фазного трансформатора. Такое нагревание имеет самый простой принцип, так как является бесконтактным. Высокочастотный импульсный нагрев дает возможность достигать высочайшего температурного режима, при котором возможно обрабатывать самые сложные в плавке металлы.

Чтобы выполнить индукционный нагрев, нужно создать в электромагнитных полях необходимое напряжение 12В вольт и частоту индуктивности. Сделать это возможно в специальном устройстве — индукторе. Питается оно электричеством от промышленной электросети в 50 Гц. Наиболее простое устройство прибора малой частоты — спираль проводник заизолированный , который может размещаться во внутренней части трубы из металла или наматываться на неё.

Идущие токи греют трубку, которая, в дальнейшем, дает тепло в жилое помещение. Использование индукционного нагрева на минимальных частотах явление не частое. Наиболее распространено обрабатывание металлов на более высокой или средней частоте.

Такие приспособления отличаются тем, что магнитная волна идет на поверхность, где затухает. Энергия преобразуется в тепло. Чтобы эффект был лучше обе составные части должны иметь схожую форму.


Мощный и простой индуктор своими руками

Регистрация Вход. Ответы Mail. Вопросы — лидеры Перестал работать Mi band 4 1 ставка. Роботы уничтожат ваши рабочие места? А разве понятие «эфир» можно всерьёз рассматривать в электронике? Задача по физике 1 ставка. Провод КСПВ, вопрос к электрикам 1 ставка.

Трехфазный индукционный нагреватель Начинающим. Ребята помогите собрать схему трехфазного индукционного нагревателя. А1 – устройство управления тиристором и регулятор температуры, VT1 – тиристор, Lр.

Инвертор тока

Каждый владелец загородного дома или коттеджа, в первую очередь, заботится о том, чтобы в его жилище всегда было тепло и уютно. Достичь такого комфорта помогает правильно подобранное отопительное оборудование, которое бы эффективно обогревало дом и, в тоже время, затраты на него были минимальными. На сегодняшний день наиболее эффективными отопительными системами считают те, в которых для обогрева используют электрическое оборудование. Мы предлагаем рассмотреть альтернативный вариант электрического отопления. Современный полет технической мысли позволил создать новый вид электрического оборудования для отопления, который называется вихревой индукционный нагреватель воды. В этой статье мы попытаемся подробно рассказать о том, что собой представляет этот агрегат и какими преимуществами он обладает, а также опишем технологию его изготовления своими руками. Об особенностях индукционного отопления Вы можете почитать эту статью. Любой индукционный нагреватель состоит из основных трех компонентов:. Принцип же действия нагревателя этого вида заключается в последовательном взаимодействии всех его основных компонентов.

Трехфазный индукционный нагреватель

Индукционный нагреватель периодического действия инм и его модернизация. Описание установки. Для методического индукционного нагрева, используют индукционный нагреватель ИНМ, предназначенный для нагрева цилиндрических алюминиевых заготовок диаметром мм. Общий вид индуктора представлен на рисунке.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания для индукционного нагревателя. Обеспечивается технический результат — повышение надежности работы инвертора тока ИТ.

Индукционный нагреватель своими руками схема

Принцип работы индукционного нагревателя основан на двух физических эффектах: первый заключается в том, что при движении проводящего контура в магнитном поле в проводнике возникает индуцированный ток, а второй основан на выделении тепла металлами, через которые пропускают ток. Первый индукционный нагреватель был реализован в году, когда был найден способ бесконтактного нагрева проводника — для этого использовали токи высокой частоты, которые индуцировались с помощью переменного магнитного поля. В быту схема индукционного нагревателя была реализована для котлов отопления и плит. Первые получили особенно большую популярность и признание у пользователей за счёт отсутствия нагревательных элементов, которые снижают работоспособность в котлах с другим принципом действия, и разъёмных соединений, что даёт экономию на обслуживании систем индукционного отопления. Примечание: Схема устройства настолько проста, что может быть создана в домашних условиях, и своими руками можно создать самодельный нагреватель. Последний вариант, наиболее часто используемый в котлах отопления, стал востребован за счёт простоты его реализации.

Индукционные нагреватели своими руками. Самодельный индукционный нагреватель: схема

Диапазон рабочих частот кГц. Предусмотрено два режима работы: непрерывный десятки часов и более на уровне кВт и кратковременной мин — до 4 кВт. Питание от сети В. Приведены подробное описание каждого узла, схемы, фотографии и результаты тестовых испытаний. Предыдущая конструкция, описанная в [1] , представляла собой полумост на мощных МОП-транзисторах в качестве ключей.

Электрическая схема индукционного нагревателя на тиристорах, которые позволяют эффективно.

Индукционные нагреватели своими руками. Самодельный индукционный нагреватель: схема

Забыли пароль? Изменен п. Расшифровка и пояснения — тут.

Мостовая схема тиристорного инвертора тока для установок индукционного нагрева металлов

Присоединяйтесь к нам в Яндекс Дзен. Схема индукционного нагревателя ватт. Устройство тигельного типа, но можно и приспособить под свои нужды. Задающий генератор выполнен на микросхеме MC, она у нас широтно-импульсный контроллер, соответственно в ней содержится генератор, усилитель ошибки для управления выходными импульсами, и выходной каскад на одном биполярном транзисторе. С её выхода, сигнал частотой килогерц поступает на два биполярных транзистора, которые выполняют роль драйвера управления затвором мощного полевого транзистора.

Качественно и с ответственностью подойдем к выполнению работ, подберем необходимое оборудование для любого бюджета! В кратчайшие сроки ниши инженеры приедут для консультаций, наши проектировщики проведут тепловой расчет и подбор необходимого оборудования, наши монтажники в кратчайшие сроки выполнят поставленные задачи!

Особой популярностью на сегодняшний день отличается индукционный нагреватель Объяснить популярность индукционного нагревателя IR можно тем, что человек все время находится в поисках — бесконечный поиск человеком источников тепла для обогрева своего жилья, которые будут: экономичными, экологичными и функциональными. Многие даже осмелились и не зря сделать индукционный нагреватель своими руками с целью присоединения его к отопительной системе жилища. В статье будет подробно рассказано, как это сделать индуктор обогреватель, чтобы затратить минимум денежных средств и времени. Из-за того, что М. Фарадей в далеком году открыл явление электромагнитной индукции, мир увидел большое количество приспособлений, которые греют воду и прочие среды. Также открытие применяется для экструдера не механический.

Идея нагревать металл вихревыми токами Фуко, возбуждаемыми электромагнитным полем катушки, отнюдь не нова. Она давно и успешно эксплуатируется в промышленных плавильных печах, кузнечных мастерских, а также реализована в бытовых нагревательных приборах — плитах и электрокотлах. Последние довольно дороги, так что домашние умельцы не оставляют попыток сделать индукционный нагреватель воды своими руками.


применение, схемы, технические параметры – ZAVODRR

ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ И СРЕДНЕЧАСТОТНЫЕ ИНДУКЦИОННЫЕ НАГРЕВАТЕЛИ предназначены для индукционного нагрева металла. Высокочастотные индукционные нагреватели способны производить ТВЧ-закалку металла и укреплять его химические свойства. ZAVODRR производит обслуживание нагревателей, предлагает схемы их подключения к охлаждению и электричеству.

Содержание

Преимущества среднечастотных индукционных нагревателей

Высокочастотный нагревательЗа последние 10 лет технология индукционного нагрева значительно улучшилась. Появились новые модели установок и расширилась сфера их использования. Из новинок можно отметить следующие нагреватели: CX (50-120 кГц), ВЧ A/B (15-30 кГц), MFS A/B (0.5-10 кГц).

Преимущества среднечастотных индукционных нагревателей:

  • ✓малый размер и вес;
  • ✓высокая производительность;
  • ✓низкое потребление электроэнергии;
  • ✓выгодная цена в сравнении с европейскими аналогами.

Применение высокочастотных, среднечастотных индукционных нагревателей

СЧ, ВЧ индукционные нагреватели имеют схожий принцип действия с «трансформатором тока», они производят бесконтактный нагрев обрабатываемых деталей.

Среднечастотные и высокочастотные и индукционные нагреватели применяются в широкой сфере промышленности. Установки имеют отличную производительность и используются при следующих операциях нагрева:

  • 1. пайка, сварка металла: для увеличения производительности мы поможем спроектировать и изготовить различные виды индукторов;
  • 2. поверхностная закалка: нагрев может происходит сразу с четырех сторон, поверхность деталей нагревается до определенной температуры за считанные секунды;
  • 3. горячая ковка, штамповка металла: нагрев только нужной части детали;
  • 4. плавка чёрных и цветных металлов: нагрев до высокой температуры и плавка металлов за 30–50 минут.

Таблица технических параметров

Модель Беcтрансформ. Тип с раздельным выходным трансформатором
ВЧ–25A ВЧ–40A ВЧ–50A ВЧ–65A ВЧ–80A ВЧ–100A ВЧ–120A ВЧ–160A ВЧ–200A
Входное напряжение 3х380 V / 50-60 Hz
Входной ток, А 36 60 76 100 125 155 200 250 305
Рабочая частота 15-30 кГц
Выходная мощность, кВт 25 40 50 65 80 100 120 160 200
Таймер времени 0.1-99 секунд
Рабочий цикл 100%
Коэфф. мощности ≥ 95%
Давление воды 0.2-0.3 МП
Проток воды, м3 0.6-1.5 2-4 5-6
Размеры, мм 650x400x530 760x420x1030 810x470x1230
Вес, кг 70 75 80 85 103 108 113 120
Трансформатор, мм ——- 555х380х480 755x380x480
Вес трансформатора, кг ——- 65 71 77 84 90 95

Схема подключения (охлаждение и электричество)

1. Подключение ВЧ бестрансформаторного типа.

2. Подключение ВЧ с трансформатором.

3. Кабель питания и выключатель.

Поскольку оборудование имеет небольшие размеры, то выключатель основной в корпусе не предназначен. Покупатель сам устанавливает автоматический выключатель и подготавливает медный кабель.

Модель Автоматический выключатель, А (3Р) Сечение питающего медного кабеля, мм2
ВЧ – 25A ≥ 60 ≥ 6
ВЧ – 40A ≥ 100 ≥ 10
ВЧ – 50A ≥ 16
ВЧ – 65A ≥ 150 ≥ 25
ВЧ – 80A ≥ 200 ≥ 35
ВЧ – 100A ≥ 250 ≥ 50
ВЧ – 120A
ВЧ – 160A ≥ 300 ≥ 70

4. Подключение системы водяного охлаждения.

Водяное охлаждение необходимо для гарантии нормальной работы генератора. На входе воды в насос необходимо установить фильтр воды, выбирайте градирни по выходной мощности. Охлаждающая вода должна быть дистиллированной, контур водяного охлаждения – закрытым, чтобы избежать попадания пыли и грязи. Температура воды должна быть ниже, чем 40 ℃.

Модель Тип водяного насоса (температура воды ≤ 40℃)
ВЧ – 25A – 40A Высота подачи ≥ 20 м, объем воды ≥ 3 м3
ВЧ – 50A – 100A Высота подачи ≥ 30 м, объем воды ≥ 6 м3
ВЧ – 120A – 160A Высота подачи ≥ 40 м, объем воды ≥ 10 м3

Обслуживание высокочастотных, среднечастотных индукционных нагревателей

1. Защищайте среднечастотные индукционные нагреватели от пыли, воды, масла, и т.д.; избегайте загрязнения печатных плат и разъёмов оборудования. Каждые 3-6 мес, пожалуйста, откройте корпус оборудования и проведите продувку и чистку компонентов от пыли и загрязнений.

2. Избегайте работы высокочастотного индукционного нагревателя в непрерывном режиме длительное время при высокой температуре охлаждающей воды, это может увеличить нагревание воды, известковый налет, и, как результат, оборудование и индуктор могут быстрее выйти из строя. Охлаждающая вода должна быть чистой, без примесей, температура

Большинство покупателей используют жёсткую воду в качестве охлаждающего теплоносителя и установки-градирни с напольным циркуляционным резервуаром для воды, таким образом, в градирнях бак с циркулирующей водой открыт, велика возможность попадания пыли и мути и, как следствие, больше вероятность засоров в трубах и охлаждаемых шлангах. Учитывая такую ситуацию, мы рекомендуем менять охлаждающую воду каждые 2 недели и одновременно очищать градирни и бак для воды. Добавьте сетчатый фильтр на выходе с градирни и регулярно очищайте его.

3. При замене индукторов (или если не меняли индуктор долгое время), пожалуйста, полируйте разъём индуктора и трансформатора, чтобы была гарантия плотного и качественного электрического соединения.

4. Автоматический выключатель, находящийся на задней панели высокочастотного нагревателя, не следует использовать в качестве основного выключателя питания (на оборудовании разделённого типа автоматические выключатели отсутствуют).

5. По окончании каждой рабочей смены, пожалуйста, сливайте из труб среднечастотных нагревателей охлаждающую воду, чтобы избежать возникновения влаги внутри оборудования и выхода его из строя.

6. Убедитесь в том, что преобразователь и выходной трансформатор оборудования имеют качественное соединение корпусов с заземляющей шиной, чтобы обеспечить безопасную работу оператора.

7. Если нагреватели не использовалось длительное время, пожалуйста, откройте корпус и продуйте сжатым тёплым воздухом, избавьтесь от пыли и влаги, проверьте все силовые токовые соединения и только после этого Вы можете использовать оборудование.

Индукционный нагреватель своими руками: схема и этапы сборки

Электрическая энергия обходится сегодня достаточно дорого, однако работающее на этом ресурсе отопительное оборудование не теряет популярности.

Это объясняется тем, что электроотопление является наиболее удобным способом обогреть жилище.

Особый интерес пользователей вызывают приборы, работающие на принципе электромагнитной индукции.

Главным образом потому, что такое устройство легко можно собрать самостоятельно. В этой статье мы поговорим об особенностях этих агрегатов, изучим их сильные и слабые стороны, а также научимся делать индукционный нагреватель своими руками.

Принцип работы

Работа всех электронагревателей, как обычных, так и индукционных, основана на одном и том же принципе: при пропускании электрического тока через некий проводник последний начнет нагреваться.

Количество выделяемого за единицу времени тепла зависит от силы тока и величины сопротивления данного проводника – чем больше эти показатели, тем сильнее будет греться материал.

Весь вопрос в том, каким образом вызвать протекание электротока? Можно подсоединить проводник непосредственно к источнику электрической энергии, что мы и делаем, втыкая в розетку шнур от электрочайника, масляного обогревателя или, к примеру, бойлера. Но можно применить и другой способ: как оказалось, протекание электротока можно спровоцировать воздействием на проводник переменного (именно переменного!) магнитного поля. Это явление, открытое в 1831-м году М. Фарадеем, получило название электромагнитной индукции.

Тут есть одна хитрость: магнитное поле может быть и постоянным, но тогда положение находящегося в нем проводника нужно постоянно менять. При этом будет меняться количество проходящих через проводник силовых линий и их направление относительно него. Проще всего проводник в поле вращать, что и делается в современных электрогенераторах.

Принцип электромагнитной индукции

Но можно менять и параметры самого поля. С постоянным магнитом такой фокус, конечно, не пройдет, а вот с электромагнитом – вполне. Работа электромагнита, кто забыл, основана на обратном эффекте: протекающий через проводник переменный ток генерирует вокруг него магнитное поле, параметры которого (полярность и напряженность) зависят от направления тока и его величины. Для более ощутимого эффекта провод можно уложить в виде катушки.

Таким образом, меняя параметры электротока в электромагните, мы будем менять все параметры наводимого им магнитного поля, вплоть до изменения местоположения полюсов на противоположное.

И тогда это магнитное поле, действительно являющееся переменным, будет наводить электроток в любом токопроводящем материале, расположенном в его пределах. И материал при этом, понятно, будет нагреваться. На этом и основан принцип работы современных индукционных нагревателей.

Хотите подобрать самый экономичный электрический бойлер? Тогда присмотритесь к индукционному водонагревателю. О преимуществах и недостатках прибора читайте в статье.

Решили установить электрический котел в качестве резервного теплогенератора? О том, какую модель лучше выбрать, читайте тут.

Индукционная печь — многофункциональное устройство. Ее можно приобрести в магазине, но интереснее и дешевле изготовить ее своими руками. По этой ссылке https://microklimat.pro/otopitelnoe-oborudovanie/pechi/indukcionnaya-svoimi-rukami.html вы найдете схему сборки прибора и узнаете об особенностях эксплуатации печи.

Индукционный генератор тепла в системе отопления

У применяемых в отопительных контурах индукционных водонагревателей имеются как общие для всех электронагревателей достоинства, так и присущие только им. Начнем с первой группы:

  1. По удобству использования электронагреватели опережают даже газовое оборудование, так как обходятся без розжига. К тому же они являются намного более безопасными: владельцу можно не опасаться утечки топлива или продуктов его сгорания.
  2. Электрооборудованию не нужны дымоход и обслуживание в виде удаления нагара и копоти.
  3. КПД электронагревателя не зависит от его мощности. Его можно установить на самый минимум, и при этом КПД агрегата останется на уровне 99%, в то время как КПД газового или твердотопливного котла в таких условиях окажется значительно ниже паспортного.
  4. При наличии электрического теплогенератора система отопления может работать в самом низкотемпературном режиме, что весьма актуально в периоды межсезонья. В случае применения газового или твердотопливного котла падение температуры «обратки» ниже 50 градусов не допускается, так как при этом на теплообменнике образуется конденсат (при использовании твердого топлива он содержит кислоту).
  5. Ну и последнее: при использовании электрообогрева можно обойтись без жидкостного теплоносителя, правда, к индукционным нагревателям это не относится.

Простой индукционный нагреватель

Перейдем к достоинствам непосредственно «индукционников»:

  1. Площадь контакта теплоносителя с горячей поверхностью в индукционных нагревателях в тысячи раз больше, чем в приборах с трубчатыми электронагревателями. Поэтому среда прогревается гораздо быстрее.
  2. Все элементы «индукционника» монтируются только снаружи, без каких-либо врезок. Соответственно, и протечки полностью исключаются.
  3. Поскольку нагрев осуществляется бесконтактным способом, нагреватель индукционного типа может работать с абсолютно любым теплоносителем, включая все виды антифризов (для ТЭНового электрокотла понадобился бы специальный). При этом вода может содержать сравнительно большое количество солей жесткости – переменное магнитное поле препятствует образованию накипи на стенках теплообменника.

На всякую бочку меда, как известно, найдется своя ложка дегтя. Здесь без этого тоже не обошлось: мало того, что сама по себе электроэнергия стоит достаточно дорого, так еще и индукционные нагреватели относятся к наиболее дорогому типу электроотопительного оборудования.

Индукционный нагреватель своими руками — схема конструкции

Простота конструкции – одно из достоинств индукционного нагревателя. Внутри круглого экранированного корпуса расположена катушка, на языке физиков именуема индуктором. Она подключается к источнику переменного тока. Внутри катушки расположен отрезок стальной трубы, заканчивающийся двумя патрубками. Последние позволяют присоединить нагреватель к системе отопления.

Таким образом, после подсоединения через трубу будет следовать теплоноситель, при этом она будет нагреваться под воздействием генерируемого катушкой переменного поля. От контакта с трубой, соответственно, будет греться и теплоноситель.

Схема индукционного нагревателя

В некоторых моделях индукционных нагревателей катушка подсоединяется непосредственно к электросети, вследствие чего создаваемое ею магнитное поле меняет полярность с частотой 50 Гц. Но существует и более производительная схема подключения. Она отличается от только что описанной наличием преобразователя, увеличивающего частоту колебания подаваемого на катушку тока с 50 Гц до нескольких десятков килогерц. Такой преобразователь называют инвертором. Он состоит из трех модулей:

  1. Выпрямитель, представляющий собой обычный диодный мост.
  2. Собственно, инвертор. Главные герои – пара т.н. ключевых транзисторов, которые могут очень быстро переключаться.
  3. Схема управления, которая «дирижирует» ключевыми транзисторами.

Несложно заметить, что происходящие внутри нагревателя процессы весьма сходны с работой понижающего трансформатора, только в данном случае вторичная обмотка является короткозамкнутой и располагается внутри первичной.

Другое отличие состоит в том, что в случае с трансформатором нагрев является побочным эффектом, который стараются предотвратить (например, набирают магнитопровод из отдельных изолированных пластин).

Как сделать индукционный нагреватель самому?

Простейший индукционный нагреватель своими руками делается так:

  1. На один конец отрезка толстостенной полипропиленовой трубы необходимо наварить муфту, предварительно закрепив на торце трубы капроновую мелкоячеистую сетку.
  2. Перевернув трубу сеткой вниз, необходимо заполнить ее рубленой нержавеющей проволокой диаметром 5 – 7 мм (длина обрезков – около 5 см).
  3. Свободный конец трубы также нужно закрыть с помощью муфты и сетки. Благодаря этому стальная засыпка, играющая роль сердечника, будет удерживаться внутри.
  4. С наружной стороны в каждую муфту вваривается переходник на нужный диаметр (соответствует диаметру отопительного контура.).
  5. На трубу следует намотать 90 витков медного провода.
  6. Получившуюся катушку нужно подключить к инвертору от самого дешевого сварочного аппарата, рассчитанный на ток сварки до 20А и оснащенный функцией его плавной настройки.
  7. Остается подсоединить нагреватель к системе отопления, заполнить ее теплоносителем и подать ток на катушку.

Для удобства обслуживания на входе и выходе из нагревателя можно установить шаровые краны – это даст возможность демонтировать устройство без дренирования отопительного контура.

Чтобы избежать разрыва системы из-за перегрева теплоносителя, с одной стороны к нагревателю через тройник следует подсоединить предохранительный клапан.

При наличии 3-фазной сети нагреватель можно усовершенствовать, установив вместо одной катушки три.

Полезные советы по безопасности

Несколько рекомендаций помогут избежать аварийных ситуаций:

  1. Индукционные нагреватели допускается применять только в системах с принудительной циркуляцией. Тепло вырабатывается довольно интенсивно, поэтому при естественной циркуляции, тем более с учетом значительного гидравлического сопротивления сердечника из рубленой проволоки, возможен перегрев теплоносителя.
  2. Не следует пренебрегать предохранительным клапаном. Он должен быть смонтирован либо на нагревателе, как было рассказано выше, либо в другом месте системы. Очевидно, что при выходе циркуляционного насоса из строя перегрева теплоносителя избежать не удастся, а при отсутствии предохранительного клапана такое явление приведет к разрыву системы.
  3. Подключать нагреватель следует через УЗО. Желательно, также, дооборудовать систему отопления термостатом.

Часто умельцы помещают самодельный индукционный нагреватель в утепленный металлический корпус. В таком случае он должен быть заземлен.

Из-за отсутствия у самодельного «индукционника» полноценного экранирования его следует размещать не ближе 80-ти см от потолка или пола. Расстояние между прибором и стеной должно составлять не менее 30 см.

Помните, что переменное электромагнитное поле существует не только внутри катушки, но и снаружи, поэтому оно может нагревать любые находящиеся рядом металлические предметы. Например, застежки или пуговицы на одежде пользователя.

Технология индукционного нагрева нашла широкое применение в промышленности и стала проникать в бытовую сферу. Индукционные котлы отопления привлекают своей экономичностью и простотой конструкции. Читайте об устройстве прибора и смотрите примеры самодельных конструкций.

О видах чугунных отопительных печей и вариантах их установки вы узнаете в этом материале.

Видео на тему

Индукционный нагрев — это… Что такое Индукционный нагрев?

Индукционный нагрев (Induction Heating) — метод бесконтактного нагрева токами высокой частоты (англ. RFH — radio-frequency heating, нагрев волнами радиочастотного диапазона) электропроводящих материалов.

Описание метода

Индукционный нагрев — это нагревание материалов электрическими токами, которые индуцируются переменным магнитным полем. Следовательно — это нагрев изделий из проводящих материалов (проводников) магнитным полем индукторов (источников переменного магнитного поля). Индукционный нагрев проводится следующим образом. Электропроводящая (металлическая, графитовая) заготовка помещается в так называемый индуктор, представляющий собой один или несколько витков провода (чаще всего медного). В индукторе с помощью специального генератора наводятся мощные токи различной частоты (от десятка Гц до нескольких МГц), в результате чего вокруг индуктора возникает электромагнитное поле. Электромагнитное поле наводит в заготовке вихревые токи. Вихревые токи разогревают заготовку под действием джоулева тепла (см. закон Джоуля-Ленца).

Система «индуктор-заготовка» представляет собой бессердечниковый трансформатор, в котором индуктор является первичной обмоткой. Заготовка является вторичной обмоткой, замкнутой накоротко. Магнитный поток между обмотками замыкается по воздуху.

На высокой частоте вихревые токи вытесняются образованным ими же магнитным полем в тонкие поверхностные слои заготовки Δ (Поверхностный-эффект), в результате чего их плотность резко возрастает, и заготовка разогревается. Нижерасположенные слои металла прогреваются за счёт теплопроводности. Важен не ток, а большая плотность тока. В скин-слое Δ плотность тока уменьшается в e раз относительно плотности тока на поверхности заготовки, при этом в скин-слое выделяется 86,4 % тепла (от общего тепловыделения. Глубина скин-слоя зависит от частоты излучения: чем выше частота, тем тоньше скин-слой. Также она зависит от относительной магнитной проницаемости μ материала заготовки.

Для железа, кобальта, никеля и магнитных сплавов при температуре ниже точки Кюри μ имеет величину от нескольких сотен до десятков тысяч. Для остальных материалов (расплавы, цветные металлы, жидкие легкоплавкие эвтектики, графит, электролиты, электропроводящая керамика и т. д.) μ примерно равна единице.

Формула для вычисления глубины скин-слоя в мм:

,

где μ0 = 4π·10−7 — магнитная постоянная Гн/м, а ρ — удельное электрическое сопротивление материала заготовки при температуре обработки.

Например, при частоте 2 МГц глубина скин-слоя для меди около 0,25 мм, для железа ≈ 0,001 мм.

Индуктор сильно нагревается во время работы, так как сам поглощает собственное излучение. К тому же он поглощает тепловое излучение от раскалённой заготовки. Делают индукторы из медных трубок, охлаждаемых водой. Вода подаётся отсасыванием — этим обеспечивается безопасность в случае прожога или иной разгерметизации индуктора.

Применение

  • Сверхчистая бесконтактная плавка, пайка и сварка металла.
  • Получение опытных образцов сплавов.
  • Гибка и термообработка деталей машин.
  • Ювелирное дело.
  • Обработка мелких деталей, которые могут повредиться при газопламенном или дуговом нагреве.
  • Поверхностная закалка.
  • Закалка и термообработка деталей сложной формы.
  • Обеззараживание медицинского инструмента.

Преимущества

  • Высокоскоростной разогрев или плавление любого электропроводящего материала.
  • Возможен нагрев в атмосфере защитного газа, в окислительной (или восстановительной) среде, в непроводящей жидкости, в вакууме.
  • Нагрев через стенки защитной камеры, изготовленной из стекла, цемента, пластмасс, дерева — эти материалы очень слабо поглощают электромагнитное излучение и остаются холодными при работе установки. Нагревается только электропроводящий материал — металл (в том числе расплавленный), углерод, проводящая керамика, электролиты, жидкие металлы и т. п.
  • За счёт возникающих МГД усилий происходит интенсивное перемешивание жидкого металла, вплоть до удержания его в подвешенном состоянии в воздухе или защитном газе — так получают сверхчистые сплавы в небольших количествах (левитационная плавка, плавка в электромагнитном тигле).
  • Поскольку разогрев ведётся посредством электромагнитного излучения, отсутствует загрязнение заготовки продуктами горения факела в случае газопламенного нагрева, или материалом электрода в случае дугового нагрева. Помещение образцов в атмосферу инертного газа и высокая скорость нагрева позволят ликвидировать окалинообразование.
  • Удобство эксплуатации за счёт небольшого размера индуктора.
  • Индуктор можно изготовить особой формы — это позволит равномерно прогревать по всей поверхности детали сложной конфигурации, не приводя к их короблению или локальному непрогреву.
  • Легко провести местный и избирательный нагрев.
  • Так как наиболее интенсивно разогрев идет в тонких верхних слоях заготовки, а нижележащие слои прогреваются более мягко за счёт теплопроводности, метод является идеальным для проведения поверхностной закалки деталей (сердцевина при этом остаётся вязкой).
  • Лёгкая автоматизация оборудования — циклов нагрева и охлаждения, регулировка и удерживание температуры, подача и съём заготовок.

Недостатки

  • Повышенная сложность оборудования, необходим квалифицированный персонал для настройки и ремонта.
  • При плохом согласовании индуктора с заготовкой требуется бо́льшая мощность на нагрев, чем в случае применения для той же задачи ТЭНов, электрических дуг и т. п.

Установки индукционного нагрева

На установках с рабочей частотой до 300 кГц используют инверторы на IGBT-сборках или MOSFET-транзисторах. Такие установки предназначены для разогрева крупных деталей. Для разогрева мелких деталей используются высокие частоты (до 5 МГц, диапазон средних и коротких волн), установки высокой частоты строятся на электронных лампах.

Также для разогрева мелких деталей строятся установки повышенной частоты на MOSFET-транзисторах на рабочие частоты до 1,7 МГц. Управление транзисторами и их защита на повышенных частотах представляет определённые трудности, поэтому установки повышенной частоты пока ещё достаточно дороги.

Индуктор для нагрева мелких деталей имеет небольшие размеры и небольшую индуктивность, что приводит к уменьшению добротности рабочего колебательного контура на низких частотах и снижению КПД, а также представляет опасность для задающего генератора (добротность колебательного контура пропорциональна L/C, колебательный контур с низкой добротностью слишком хорошо «накачивается» энергией, образует короткое замыкание по индуктору и выводит из строя задающий генератор). Для повышения добротности колебательного контура используют два пути:

  1. повышение рабочей частоты, что приводит к усложнению и удорожанию установки;
  2. применение ферромагнитных вставок в индукторе; обклеивание индуктора панельками из ферромагнитного материала.

Так как наиболее эффективно индуктор работает на высоких частотах, промышленное применение индукционный нагрев получил после разработки и начала производства мощных генераторных ламп. До первой мировой войны индукционный нагрев имел ограниченное применение. В качестве генераторов тогда использовали машинные генераторы повышенной частоты (работы В. П. Вологдина) или искровые разрядные установки.

Схема генератора может быть в принципе любой (мультивибратор, RC-генератор, генератор с независимым возбуждением, различные релаксационные генераторы), работающей на нагрузку в виде катушки-индуктора и обладающей достаточной мощностью. Необходимо также, чтобы частота колебаний была достаточно высока.

Например, чтобы «перерезать» за несколько секунд стальную проволоку диаметром 4 мм, необходима колебательная мощность не менее 2 кВт при частоте не менее 300 кГц.

Выбирают схему по следующим критериям: надёжность; стабильность колебаний; стабильность выделяемой в заготовке мощности; простота изготовления; удобство настройки; минимальное количество деталей для уменьшения стоимости; применение деталей, в сумме дающих уменьшение массы и габаритов, и др.

На протяжении многих десятилетий в качестве генератора высокочастотных колебаний применялась индуктивная трёхточка (генератор Хартли, генератор с автотрансформаторной обратной связью, схема на индуктивном делителе контурного напряжения). Это самовозбуждающаяся схема параллельного питания анода и частотно-избирательной цепью, выполненной на колебательном контуре. Она успешно использовалась и продолжает использоваться в лабораториях, ювелирных мастерских, на промышленных предприятиях, а также в любительской практике. К примеру, во время второй мировой войны на таких установках проводили поверхностную закалку катков танка Т-34.

Недостатки трёхточки:

  1. Низкий кпд (менее 40 % при применении лампы).
  2. Сильное отклонение частоты в момент нагрева заготовок из магнитных материалов выше точки Кюри (≈700С) (изменяется μ), что изменяет глубину скин-слоя и непредсказуемо изменяет режим термообработки. При термообработке ответственных деталей это может быть недопустимо. Также мощные твч-установки должны работать в узком диапазоне разрешённых Россвязьохранкультурой частот, поскольку при плохом экранировании являютcя фактически радиопередатчиками и могут оказывать помехи телерадиовещанию, береговым и спасательным службам.
  3. При смене заготовок (например, более мелкой на более крупную) изменяется индуктивность системы индуктор-заготовка, что также приводит к изменению частоты и глубины скин-слоя.
  4. При смене одновитковых индукторов на многовитковые, на более крупные или более малогабаритные частота также изменяется.

Под руководством Бабата, Лозинского и других учёных были разработаны двух- и трёхконтурные схемы генераторов, имеющих более высокий кпд (до 70 %), а также лучше удерживающие рабочую частоту. Принцип их действия состоит в следующем. За счёт применения связанных контуров и ослабления связи между ними, изменение индуктивности рабочего контура не влечёт сильного изменения частоты частотозадающего контура. По такому же принципу конструируются радиопередатчики.

Недостаток многоконтурных систем — повышенная сложность и возникновение паразитных колебаний УКВ-диапазона, которые бесполезно рассеивают мощность и выводят из строя элементы установки. Также такие установки склонны к затягиванию колебаний — самопроизвольному переходу генератора с одной из резонансных частот на другую.

Современные твч-генераторы — это инверторы на IGBT-сборках или мощных MOSFET-транзисторах, обычно выполненные по схеме мост или полумост. Работают на частотах до 500 кГц. Затворы транзисторов открываются с помощью микроконтроллерной системы управления. Система управления в зависимости от поставленной задачи позволяет автоматически удерживать
а) постоянную частоту
б) постоянную мощность, выделяемую в заготовке
в) максимально высокий КПД.
Например, при нагреве магнитного материала выше точки Кюри толщина скин-слоя резко увеличивается, плотность тока падает, и заготовка начинает греться хуже. Также пропадают магнитные свойства материала и прекращается процесс перемагничивания — заготовка начинает греться хуже, сопротивление нагрузки скачкообразно уменьшается — это может привести к «разносу» генератора и выходу его из строя. Система управления отслеживает переход через точку Кюри и автоматически повышает частоту при скачкообразном уменьшении нагрузки (либо уменьшает мощность).

Замечания

  • Индуктор по возможности необходимо располагать как можно ближе к заготовке. Это не только увеличивает плотность электромагнитного поля вблизи заготовки (пропорционально квадрату расстояния), но и увеличивает коэффициент мощности Cos(φ).
  • Увеличение частоты резко уменьшает коэффициент мощности (пропорционально кубу частоты).
  • При нагреве магнитных материалов дополнительное тепло также выделяется за счет перемагничивания, их нагрев до точки Кюри идет намного эффективнее.
  • При расчёте индуктора необходимо учитывать индуктивность подводящих к индуктору шин, которая может быть намного больше индуктивности самого индуктора (если индуктор выполнен в виде одного витка небольшого диаметра или даже части витка — дуги).
  • Иногда в качестве генератора высокой частоты использовали списанные мощные радиопередатчики, где антенный контур заменяли на нагревательный индуктор.

См. также

Ссылки

Литература

  • Бабат Г. И., Свенчанский А. Д. Электрические промышленные печи. — М.: Госэнергоиздат, 1948. — 332 с.
  • Бурак Я. И., Огирко И. В. Оптимальный нагрев цилиндрической оболочки с зависящими от температуры характеристиками материала // Мат. методы и физ.-мех. поля. — 1977. — В. 5. — С. 26-30.
  • Васильев А. С. Ламповые генераторы для высокочастотного нагрева. — Л.: Машиностроение, 1990. — 80 с. — (Библиотечка высокочастотника-термиста; Вып. 15). — 5300 экз. — ISBN 5-217-00923-3
  • Власов В. Ф. Курс радиотехники. — М.: Госэнергоиздат, 1962. — 928 с.
  • Изюмов Н. М., Линде Д. П. Основы радиотехники. — М.: Госэнергоиздат, 1959. — 512 с.
  • Лозинский М. Г. Промышленное применение индукционного нагрева. — М.: Изд-во АН СССР, 1948. — 471 с.
  • Применение токов высокой частоты в электротермии / Под ред. А. Е. Слухоцкого. — Л.: Машиностроение, 1968. — 340 с.
  • Слухоцкий А. Е. Индукторы. — Л.: Машиностроение, 1989. — 69 с. — (Библиотечка высокочастотника-термиста; Вып. 12). — 10 000 экз. — ISBN 5-217-00571-8
  • Фогель А. А. Индукционный метод удержания жидких металлов во взвешенном состоянии / Под ред. А. Н. Шамова. — 2-е изд., испр. — Л.: Машиностроение, 1989. — 79 с. — (Библиотечка высокочастотника-термиста; Вып. 11). — 2950 экз. — ISBN 5-217-00572-6

Индукционный нагрев III. с IGBT

Индукционный нагрев III. с БТИЗ

Принцип индукционного нагрева прост. Катушка генерирует высокочастотное магнитное поле и металлический предмет в середине катушка индуцирует вихревые токи, которые ее нагревают. Параллельно с катушкой подключена резонансная емкость для ее компенсации. индуктивный характер. Резонансный контур (катушка-конденсатор) должен работать на своей резонансной частоте.Ток возбуждения намного меньше больше силы тока, протекающего через катушку. Схема работает как «двойной полумост» с четырьмя IGBT STGW30NC60W, управляемыми с помощью схема IR2153. Двойной полумост способен обеспечить ту же мощность, что и полный мост, но драйвер затвора проще. Большой двойной диод STTh300L06TV1 (2x 120A) работает как встречно-параллельные диоды. Диодов гораздо меньшего размера (30А) будет достаточно. Если вы используете IGBT со встроенным диоды (например, STGW30NC60WD), их можно не использовать.Рабочая частота настраивается в резонанс с помощью потенциометра. На резонанс указывает максимальная яркость светодиода. Конечно, вы можете создать более сложный драйвер. Лучше всего было бы использовать автоматическую настройку, что конечно в профессиональных обогревателях, но схема потеряет свою привлекательную простоту. Частоту можно регулировать в диапазоне около от 110 до 210 кГц. Для схемы управления требуется вспомогательное напряжение 14-15В от небольшого адаптера (может быть как переключаемого, так и обычного).Выход подключен к рабочей цепи через согласующий дроссель L1 и разделительный трансформатор. Оба они в воздушном исполнении. Дроссель на 4 витка диаметром 23см, разделительный трансформатор состоит из 12 витков двухжильного кабеля диаметром 14 см (см. фото ниже). Выходная мощность сейчас составляет около 1600 Вт и все еще там. есть возможности для улучшения.
Рабочая катушка изготовлена ​​из проволоки диаметром 3,3 мм. Лучше бы медную трубку, которую можно подключить к водяному охлаждению.Катушка имеет 6 витков, диаметр 24 мм и высота 23 мм. Катушка после длительной работы нагревается. Резонансный конденсатор изготовлен из 23 шт. малогабаритных конденсаторов общей емкостью 2u3. В конструкции можно использовать конденсаторы 100нФ (~275В MKP полипропиленовые и класс Х2). Они не предназначены для таких целей, но могут быть использованы. Резонансная частота 160 кГц. Рекомендуется использовать фильтр электромагнитных помех. Вариак можно заменить плавным пуском. я рекомендую использовать ограничитель тока, включенный последовательно с сетью (например, обогреватели, галогенные лампы, около 1кВт) при первом включении.

Предупреждение! Схема индукционного нагрева электрически подключена к сети и находится под опасным для жизни напряжением! Используйте потенциометр с пластиковым валом. Высокочастотное электромагнитное поле может быть вредным и может повредить электронные устройства и носители информации. Цепь вызывает значительные электромагнитные помехи. Это может привести к поражению электрическим током, ожогам или возгоранию. Все, что вы делаете на свой страх и риск. Я не несу ответственности за любой ваш вред.



Принципиальная схема индукционного нагревателя на БТИЗ.


Резонансный контур индукционного нагрева


рабочий индукционный нагреватель


двойственность 🙂


Двойной полумост


Двойной полумост и электролитический конденсатор


Элита 2200у/500В РИФА


Зеленый L1 и белый изолирующий трансформатор


Деталь высокочастотного изолирующего трансформатора


Видео — Плавка стального винта


Видео — Плавление стального винта 2


Видео — обогрев разных объектов


дом

Основные детали высокочастотного индукционного нагрева-United Induction Heating Machine Limited of China

Введение

Индукционный нагрев — это процесс бесконтактного нагрева.Он использует электричество высокой частоты для нагрева материалов, которые являются электропроводящими. Поскольку он бесконтактный, процесс нагрева не загрязняет нагреваемый материал. Это также очень эффективно, так как тепло фактически генерируется внутри заготовки. Это можно противопоставить другим методам нагрева, при которых тепло генерируется пламенем или нагревательным элементом, который затем воздействует на заготовку. По этим причинам индукционный нагрев подходит для некоторых уникальных применений в промышленности.

 

Как работает индукционный нагрев?

Источник высокочастотного электричества используется для подачи большого переменного тока через катушку.Эта катушка известна как рабочая катушка. Смотрите картинку напротив.

Прохождение тока через эту катушку создает очень интенсивное и быстро меняющееся магнитное поле в пространстве внутри рабочей катушки. Нагреваемая деталь помещается в это интенсивное переменное магнитное поле.

В зависимости от материала заготовки происходит ряд вещей…

Переменное магнитное поле индуцирует ток в токопроводящей заготовке.Расположение рабочей катушки и заготовки можно представить как электрический трансформатор. Рабочая катушка похожа на первичную, куда подается электрическая энергия, а заготовка похожа на вторичную обмотку с одним витком, которая короткозамкнута. Это вызывает огромные токи, протекающие через заготовку. Они известны как вихревые токи.

В дополнение к этому, высокая частота, используемая в устройствах индукционного нагрева, вызывает явление, называемое скин-эффектом. Этот скин-эффект заставляет переменный ток течь тонким слоем к поверхности заготовки.Скин-эффект увеличивает эффективное сопротивление металла прохождению большого тока. Поэтому это значительно увеличивает эффект нагрева, вызванный током, индуцируемым в заготовке.

(Хотя в этом приложении желателен нагрев из-за вихревых токов, интересно отметить, что производители трансформаторов делают все возможное, чтобы избежать этого явления в своих трансформаторах. сердечники из порошкового железа и ферриты используются для предотвращения протекания вихревых токов внутри сердечников трансформатора.Прохождение вихревых токов внутри трансформатора крайне нежелательно, так как это вызывает нагрев магнитопровода и представляет собой потерю мощности.)

 

А для черных металлов?

Для черных металлов, таких как железо и некоторые виды стали, существует дополнительный механизм нагрева, который имеет место одновременно с упомянутыми выше вихревыми токами. Интенсивное переменное магнитное поле внутри рабочей катушки многократно намагничивает и размагничивает кристаллы железа.Это быстрое переключение магнитных доменов вызывает значительное трение и нагрев внутри материала. Нагрев из-за этого механизма известен как гистерезисные потери и максимален для материалов, которые имеют большую площадь внутри своей кривой BH. Это может быть большим фактором, способствующим теплу, выделяемому во время индукционного нагрева, но это происходит только внутри черных металлов. По этой причине черные материалы легче поддаются индукционному нагреву, чем цветные.

Интересно отметить, что сталь теряет свои магнитные свойства при нагревании выше примерно 700°C.Эта температура известна как температура Кюри. Это означает, что выше 700°С не может быть нагрева материала из-за гистерезисных потерь. Любой дальнейший нагрев материала должен происходить только за счет индуцированных вихревых токов. Это делает нагрев стали выше 700°C более сложной задачей для систем индукционного нагрева. Тот факт, что медь и алюминий являются немагнитными и очень хорошими электрическими проводниками, также может затруднить эффективное нагревание этих материалов. (Мы увидим, что лучший способ действий для этих материалов — увеличить частоту, чтобы преувеличить потери из-за скин-эффекта.)

 

Для чего используется индукционный нагрев ?

Индукционный нагрев можно использовать для любого применения, где требуется нагреть электропроводящий материал чистым, эффективным и контролируемым образом.

Одним из наиболее распространенных применений является запечатывание защитной пломбы, которая приклеивается к верхней части бутылок с лекарствами и напитками. Уплотнение из фольги, покрытое «клеем-расплавом», вставляется в пластиковую крышку и привинчивается к верхней части каждой бутылки во время изготовления.Затем эти уплотнения из фольги быстро нагреваются, когда бутылки проходят под индукционным нагревателем на производственной линии. Вырабатываемое тепло расплавляет клей и запечатывает фольгу на верхней части бутылки. Когда крышка снята, фольга остается, обеспечивая герметичное уплотнение и предотвращая любую фальсификацию или загрязнение содержимого бутылки до тех пор, пока покупатель не проткнет фольгу.

Другим распространенным применением является «обжиг геттера» для удаления загрязнений из вакуумированных трубок, таких как телевизионные кинескопы, вакуумные трубки и различные газоразрядные лампы.Кольцо из проводящего материала, называемое «геттер», помещается внутрь вакуумированного стеклянного сосуда. Поскольку индукционный нагрев является бесконтактным процессом, его можно использовать для нагрева газопоглотителя, уже запаянного внутри сосуда. Индукционная рабочая катушка расположена рядом с геттером снаружи вакуумной трубки, и источник переменного тока включен. В течение нескольких секунд после запуска индукционного нагревателя геттер нагревается добела, а химические вещества в его покрытии реагируют с любыми газами в вакууме. В результате газопоглотитель поглощает последние оставшиеся следы газа внутри вакуумной трубки и повышает чистоту вакуума.

Еще одним распространенным применением индукционного нагрева является процесс, называемый зонной очисткой, используемый в производстве полупроводников. Это процесс, в котором кремний очищается с помощью движущейся зоны расплавленного материала. Интернет-поиск обязательно выдаст более подробную информацию об этом процессе, о котором я мало что знаю.

Другие области применения включают плавление, сварку и пайку металлов. Индукционные плиты и рисоварки. Закалка металла боеприпасов, зубьев шестерен, пильных полотен, приводных валов и т. д. также является распространенным применением, поскольку индукционный процесс очень быстро нагревает поверхность металла.Поэтому его можно использовать для упрочнения поверхности и упрочнения локализованных участков металлических деталей путем «опережения» теплопроводности вглубь детали или в окружающие области. Бесконтактный характер индукционного нагрева также означает, что его можно использовать для нагрева материалов в аналитических целях без риска загрязнения образца. Точно так же металлические медицинские инструменты можно стерилизовать, нагревая их до высоких температур, пока они все еще находятся в запечатанной стерильной среде, чтобы убить микробы.

 

Что требуется для индукционного нагрева?

Теоретически для индукционного нагрева необходимы только 3 вещи:

  1. Источник высокочастотной электроэнергии,
  2. Рабочая катушка для создания переменного магнитного поля,
  3. Электропроводящая заготовка для нагрева,

При этом практические системы индукционного нагрева обычно немного сложнее.Например, часто требуется сеть согласования импеданса между источником высокой частоты и рабочей катушкой, чтобы обеспечить хорошую передачу мощности. Системы водяного охлаждения также распространены в индукционных нагревателях большой мощности для отвода отходящего тепла от рабочей катушки, ее согласующей сети и силовой электроники. Наконец, обычно используется некоторая управляющая электроника для контроля интенсивности действия нагрева и определения времени цикла нагрева для обеспечения стабильных результатов. Управляющая электроника также защищает систему от повреждения в результате ряда неблагоприятных условий эксплуатации.Однако основной принцип работы любого индукционного нагревателя остается таким же, как описано ранее.

 

Практическая реализация

На практике рабочая катушка обычно включается в контур резонансного резервуара. Это имеет ряд преимуществ. Во-первых, он делает форму волны тока или напряжения синусоидальной. Это сводит к минимуму потери в инверторе, позволяя использовать либо коммутацию при нулевом напряжении, либо коммутацию при нулевом токе, в зависимости от конкретной выбранной схемы.Синусоидальная форма волны на рабочей катушке также представляет собой более чистый сигнал и вызывает меньшие радиочастотные помехи для близлежащего оборудования. Этот более поздний момент становится очень важным в мощных системах. Мы увидим, что существует ряд резонансных схем, которые разработчик индукционного нагревателя может выбрать для рабочей катушки:

Последовательная резонансная емкостная схема

Рабочая катушка резонирует на предполагаемой рабочей частоте с помощью с конденсатором, включенным последовательно с ним.Это приводит к тому, что ток через рабочую катушку становится синусоидальным. Последовательный резонанс также увеличивает напряжение на рабочей катушке, намного превышающее выходное напряжение инвертора. Инвертор воспринимает синусоидальный ток нагрузки, но он должен выдерживать полный ток, протекающий в рабочей катушке. По этой причине рабочая катушка часто состоит из множества витков провода с током всего в несколько ампер или десятков ампер. Значительная мощность нагрева достигается за счет повышения резонансного напряжения на рабочей катушке в последовательно-резонансной схеме при поддержании тока через катушку (и инвертор) на разумном уровне.

Такое расположение обычно используется в таких устройствах, как рисоварки, где уровень мощности низкий, а инвертор расположен рядом с нагреваемым объектом. Основные недостатки последовательного резонансного устройства заключаются в том, что инвертор должен проводить тот же ток, что и рабочая катушка. В дополнение к этому повышение напряжения из-за последовательного резонанса может стать очень заметным, если в рабочей катушке нет детали значительного размера для демпфирования цепи. Это не проблема в приложениях, таких как рисоварки, где заготовкой всегда является одна и та же посуда для приготовления пищи, и ее свойства хорошо известны во время проектирования системы.

Резервуарные конденсаторы обычно рассчитаны на высокое напряжение из-за повышения резонансного напряжения в последовательно настроенном резонансном контуре. Он также должен проводить полный ток рабочей катушки, хотя обычно это не проблема в маломощных приложениях.

 

Параллельный резонансный контур

Рабочая катушка приводится в резонанс на заданной рабочей частоте с помощью конденсатора, помещенного параллельно с ней.Это приводит к тому, что ток через рабочую катушку становится синусоидальным. Параллельный резонанс также увеличивает ток через рабочую катушку, намного превышающий выходной ток инвертора. Инвертор видит синусоидальный ток нагрузки. Однако в этом случае он должен нести только ту часть тока нагрузки, которая фактически выполняет реальную работу. Инвертор не должен проводить полный циркулирующий ток в рабочей катушке. Это очень важно, поскольку коэффициенты мощности в системах индукционного нагрева обычно невелики.Это свойство параллельного резонансного контура позволяет в десятки раз уменьшить ток, который должен поддерживаться инвертором и проводами, соединяющими его с рабочей катушкой. Потери проводимости обычно пропорциональны квадрату тока, поэтому десятикратное снижение тока нагрузки представляет собой значительную экономию потерь проводимости в инверторе и связанной с ним проводке. Это означает, что рабочая катушка может быть размещена в удаленном от инвертора месте без значительных потерь в питающих проводах.

Рабочие катушки, использующие эту технику, часто состоят всего из нескольких витков толстого медного проводника, но с протекающими большими токами в несколько сотен или тысяч ампер. (Это необходимо, чтобы получить необходимые ампер-обороты для индукционного нагрева.) Водяное охлаждение является общим для всех систем, кроме самых маленьких. Это необходимо для отвода избыточного тепла, выделяемого при прохождении большого высокочастотного тока через рабочую катушку и связанный с ней накопительный конденсатор.

В схеме параллельного резонансного резервуара рабочая катушка может рассматриваться как индуктивная нагрузка с подключенным к ней конденсатором для «коррекции коэффициента мощности».Конденсатор PFC обеспечивает поток реактивного тока, равный и противоположный большому индуктивному току, потребляемому рабочей катушкой. Главное, что нужно помнить, это то, что этот огромный ток локализован в рабочей катушке и ее конденсаторе и просто представляет собой реактивную мощность, колеблющуюся туда-сюда между ними. Поэтому единственный реальный ток, протекающий от инвертора, — это относительно небольшая величина, необходимая для преодоления потерь в конденсаторе «PFC» и рабочей катушке. В этой цепи резервуара всегда есть некоторые потери из-за диэлектрических потерь в конденсаторе и скин-эффекта, вызывающих резистивные потери в конденсаторе и рабочей катушке.Поэтому от инвертора всегда отводится небольшой ток даже при отсутствии обрабатываемой детали. Когда деталь с потерями вставляется в рабочую катушку, это демпфирует параллельный резонансный контур, вводя дополнительные потери в систему. Поэтому ток, потребляемый параллельным контуром резонансного резервуара, увеличивается, когда в катушку вводится заготовка.

 

Согласование импеданса

Или просто «Согласование». Это относится к электронике, которая находится между источником высокочастотной мощности и рабочей катушкой, которую мы используем для нагрева.Чтобы нагреть твердый кусок металла с помощью индукционного нагрева, нам нужно вызвать ОГРОМНЫЙ ток, протекающий по поверхности металла. Однако это можно сравнить с инвертором, который генерирует мощность высокой частоты. Инвертор обычно работает лучше (и его конструкция несколько проще), если он работает при достаточно высоком напряжении, но при малом токе. (Обычно проблемы возникают в силовой электронике, когда мы пытаемся включать и выключать большие токи за очень короткое время.) Увеличение напряжения и уменьшение тока позволяет использовать полевые МОП-транзисторы (или быстрые IGBT) с обычным режимом переключения.Сравнительно низкие токи делают инвертор менее чувствительным к проблемам компоновки и паразитной индуктивности. Работа согласующей сети и самой рабочей катушки заключается в преобразовании высокого напряжения/слабого тока от инвертора в низкое напряжение/сильный ток, необходимые для эффективного нагрева заготовки.

Мы можем думать о контуре резервуара, включающем рабочую катушку (Lw) и ее конденсатор (Cw), как о параллельном резонансном контуре.

Имеет сопротивление (R) из-за того, что заготовка с потерями соединена с рабочей катушкой из-за магнитной связи между двумя проводниками.

См. схему напротив.

На практике сопротивление рабочей катушки, сопротивление накопительного конденсатора и отраженное сопротивление детали вносят потери в колебательную цепь и гасят резонанс. Поэтому полезно объединить все эти потери в одно «сопротивление потерям». В случае параллельного резонансного контура это сопротивление потерь проявляется непосредственно в колебательном контуре в нашей модели.Это сопротивление представляет собой единственный компонент, который может потреблять реальную мощность, и поэтому мы можем думать об этом сопротивлении потерь как о нагрузке, на которую мы пытаемся эффективно направить мощность.

При работе в резонансе ток, потребляемый накопительным конденсатором и рабочей катушкой, равен по величине и противоположен по фазе и поэтому компенсирует друг друга, если речь идет об источнике питания. Это означает, что единственной нагрузкой, воспринимаемой источником питания на резонансной частоте, является сопротивление потерь в цепи резервуара.   (Обратите внимание, что при возбуждении по обе стороны от резонансной частоты в токе появляется дополнительная «несинфазная» составляющая, вызванная неполной компенсацией тока рабочей катушки и тока накопительного конденсатора. Этот реактивный ток увеличивает общая величина тока, потребляемого от источника, но не способствует какому-либо полезному нагреву заготовки.)

Задача согласующей цепи состоит в том, чтобы просто преобразовать это относительно большое сопротивление потерь в цепи резервуара в более низкое значение, которое лучше подходит инвертору, пытающемуся управлять им.Существует множество различных способов добиться этого преобразования импеданса, включая отвод от рабочей катушки, использование ферритового трансформатора, емкостного делителя вместо накопительного конденсатора или согласующей схемы, такой как L-образная схема.

В случае с L-образной сетью он может преобразовывать относительно высокое сопротивление нагрузки цепи бака до значения около 10 Ом, что лучше подходит для инвертора. Эта цифра типична для того, чтобы инвертор работал от нескольких сотен вольт, сохраняя при этом токи на среднем уровне, чтобы можно было использовать стандартные импульсные полевые МОП-транзисторы для выполнения операции переключения.

Сеть L-match состоит из компонентов Lm и Cm, показанных напротив.

Сеть L-match имеет несколько весьма полезных свойств в этом приложении. Катушка индуктивности на входе в L-образную схему представляет собой постепенно увеличивающееся индуктивное сопротивление на всех частотах выше резонансной частоты колебательного контура. Это очень важно, когда рабочая катушка должна питаться от инвертора источника напряжения, который генерирует выходное напряжение прямоугольной формы.Вот объяснение того, почему это так…

Прямоугольное напряжение, генерируемое большинством полумостовых и полномостовых схем, богато высокочастотными гармониками, а также необходимой основной частотой. Прямое подключение такого источника напряжения к параллельному резонансному контуру приведет к протеканию чрезмерных токов на всех гармониках частоты привода! Это связано с тем, что емкостной конденсатор в параллельном резонансном контуре будет иметь все более низкое емкостное сопротивление к возрастающим частотам.Это потенциально очень опасно для инвертора источника напряжения. Это приводит к большим всплескам тока на переходах переключения, поскольку инвертор пытается быстро зарядить и разрядить накопительный конденсатор на нарастающих и спадающих фронтах прямоугольной волны. Включение сети L-match между инвертором и контуром бака снимает эту проблему. Теперь на выходе инвертора сначала наблюдается индуктивное сопротивление Lm в согласующей цепи, а все гармоники формы сигнала возбуждения видят постепенно возрастающий индуктивный импеданс.Это означает, что максимальный ток течет только на заданной частоте, а ток гармоник небольшой, что превращает ток нагрузки инвертора в плавную форму волны.

Наконец, при правильной настройке сеть L-match способна обеспечить небольшую индуктивную нагрузку на инвертор. Этот слегка отстающий ток нагрузки инвертора может облегчить переключение при нулевом напряжении (ZVS) полевых МОП-транзисторов в инверторном мосту. Это значительно снижает потери при включении из-за выходной емкости полевых МОП-транзисторов, работающих при высоких напряжениях.Общий результат — меньший нагрев полупроводников и увеличение срока службы.

Таким образом, включение L-образной сети между инвертором и параллельным контуром резонансного резервуара позволяет достичь двух целей.

  1. Согласование импеданса, обеспечивающее подачу необходимой мощности от инвертора к заготовке.
  2. Представление возрастающего индуктивного сопротивления высокочастотным гармоникам для обеспечения безопасности инвертора.

Глядя на предыдущую схему выше, мы видим, что конденсатор в согласующей цепи (Cm) и накопительный конденсатор (Cw) включены параллельно.На практике обе эти функции обычно выполняются одним силовым конденсатором специальной конструкции. Большую часть его емкости можно представить как находящуюся в параллельном резонансе с рабочей катушкой, а небольшая ее часть обеспечивает согласование импеданса с согласующей катушкой индуктивности (Lm). Объединение этих двух емкостей в одну приводит нас к модели LCLR для расположение рабочей катушки, которое обычно используется в промышленности для индукционного нагрева.

 

Рабочая катушка LCLRСогласующая цепь используется для того, чтобы цепь бака выглядела как более подходящая нагрузка для инвертора, и ее вывод обсуждается в разделе выше.

Рабочая катушка LCLR обладает рядом желательных свойств:

  1. В рабочей катушке протекает огромный ток, но инвертор должен подавать только небольшой ток. Большой циркулирующий ток ограничивается рабочей катушкой и ее параллельным конденсатором, которые обычно расположены очень близко друг к другу.
  2. По линии передачи от инвертора к контуру бака протекает сравнительно небольшой ток, поэтому можно использовать более легкий кабель.
  3. Любая паразитная индуктивность линии передачи просто становится частью индуктивности согласующей сети (Лм). Поэтому тепловой пункт можно расположить вдали от инвертора.
  4. Инвертор воспринимает синусоидальный ток нагрузки, поэтому он может использовать ZCS или ZVS для снижения коммутационных потерь и, следовательно, для охлаждения.
  5. Серийный согласующий индуктор может быть изменен для соответствия различным нагрузкам внутри рабочей катушки.
  6. Цепь бака может питаться через несколько согласующих катушек индуктивности от многих инверторов для достижения уровней мощности выше тех, которые достижимы с одним инвертором.Согласующие катушки индуктивности обеспечивают естественное распределение тока нагрузки между инверторами, а также делают систему устойчивой к некоторым рассогласованиям моментов переключения параллельно включенных инверторов.

Для получения дополнительной информации о поведении резонансной сети LCLR см. новый раздел ниже с пометкой «Частотная характеристика сети LCLR».

Еще одним преимуществом схемы рабочей катушки LCLR является то, что она не требует высокочастотного трансформатора для обеспечения функции согласования импеданса.Ферритовые трансформаторы, способные работать с несколькими киловаттами, большие, тяжелые и довольно дорогие. В дополнение к этому трансформатор необходимо охлаждать, чтобы отводить избыточное тепло, выделяемое большими токами, протекающими в его проводниках. Включение сети L-согласования в расположение рабочей катушки LCLR устраняет необходимость в трансформаторе для согласования инвертора с рабочей катушкой, что снижает затраты и упрощает конструкцию. Тем не менее, проектировщик должен учитывать, что между инвертором и входом в рабочую катушку LCLR может потребоваться изолирующий трансформатор 1:1, если необходима гальваническая изоляция от сети питания.Это зависит от того, важна ли изоляция и обеспечивает ли основной блок питания индукционного нагревателя достаточную электрическую изоляцию для выполнения этих требований безопасности.

 

Концептуальная схема

На приведенной ниже схеме системы показан простейший инвертор, управляющий рабочей катушкой LCLR.

Обратите внимание, что на этой схеме НЕ ПОКАЗАНЫ схема управления затвором МОП-транзистора и управляющая электроника!

Инвертор в этом демонстрационном прототипе представлял собой простой полумост, состоящий из двух полевых МОП-транзисторов MTW14N50, сделанный моей компанией On-semiconductor (ранее Motorola.) Он питается от сглаженного источника постоянного тока с развязывающим конденсатором по шинам для поддержки потребностей инвертора в переменном токе. Однако следует понимать, что качество и регулировка источника питания для приложений индукционного нагрева не имеют решающего значения. Полноволновая выпрямленная (но несглаженная) сеть может работать так же, как сглаженный и регулируемый постоянный ток, когда речь идет о нагреве металла, но пиковые токи выше при той же средней мощности нагрева. Существует множество аргументов в пользу минимизации размера конденсатора звена постоянного тока.В частности, он улучшает коэффициент мощности тока, потребляемого от сети через выпрямитель, а также минимизирует накопленную энергию в случае неисправности в инверторе.

Конденсатор, блокирующий постоянный ток, используется только для того, чтобы выход постоянного тока полумостового инвертора не вызывал протекания тока через рабочую катушку. Он имеет достаточно большой размер, чтобы не участвовать в согласовании импеданса и не оказывать неблагоприятного воздействия на работу рабочей катушки LCLR.

 

В конструкциях высокой мощности обычно используется полный мост (H-мост) из 4 или более коммутационных устройств. В таких конструкциях согласующая индуктивность обычно делится поровну между двумя ветвями моста, чтобы формы сигналов управляющего напряжения были сбалансированы по отношению к земле. Конденсатор, блокирующий постоянный ток, также может быть устранен, если используется управление режимом тока, чтобы гарантировать, что чистый постоянный ток не течет между ветвями моста. (Если обеими ветвями Н-моста можно управлять независимо, то есть возможность управлять пропускной способностью с помощью фазового управления.Для получения дополнительной информации см. пункт 6 в разделе ниже о «Методах управления мощностью». Однако отдельные инверторы не соединены напрямую параллельно на выходных клеммах своих H-мостов. Каждый из распределенных инверторов подключен к удаленной рабочей катушке через собственную пару согласующих катушек индуктивности, которые обеспечивают равномерное распределение общей нагрузки между всеми инверторами.

Эти согласующие катушки индуктивности также обеспечивают ряд дополнительных преимуществ при таком параллельном подключении инверторов. Во-первых, импеданс МЕЖДУ любыми двумя выходами инвертора равен удвоенному значению соответствующей индуктивности. Этот индуктивный импеданс ограничивает ток между включенными инверторами, если их моменты переключения не полностью синхронизированы. Во-вторых, то же самое индуктивное сопротивление между инверторами ограничивает скорость, с которой увеличивается ток короткого замыкания, если один из инверторов выходит из строя, что потенциально исключает отказ других устройств.Наконец, поскольку все распределенные инверторы уже подключены через катушки индуктивности, любая дополнительная индуктивность между инверторами просто добавляет к этому импедансу и лишь немного ухудшает распределение тока. Поэтому распределенные инверторы для индукционного нагрева не обязательно должны располагаться физически близко друг к другу. Если в конструкцию включены изолирующие трансформаторы, то они даже не должны работать от одного и того же источника питания!

 

Отказоустойчивость

Конструкция рабочей катушки LCLR очень хорошо себя ведет при различных возможных неисправностях.

  1. Рабочая катушка с открытым контуром.
  2. Короткое замыкание рабочей катушки (или накопительного конденсатора).
  3. Короткое замыкание витка рабочей катушки.
  4. Баковый конденсатор разомкнутой цепи.

Все эти отказы приводят к увеличению импеданса инвертора и, следовательно, к соответствующему падению тока, потребляемого инвертором. Автор лично использовал отвертку для короткого замыкания между витками рабочей катушки с током в несколько сотен ампер.Несмотря на то, что в месте приложенного короткого замыкания летят искры, нагрузка на инвертор снижается, и система легко переносит это обращение.

Худшее, что может случиться, это расстройка контура бака, так что его собственная резонансная частота окажется чуть выше рабочей частоты инвертора. Поскольку частота привода все еще близка к резонансу, через инвертор все еще протекает значительный ток. Но из-за расстройки коэффициент мощности снижается, и инвертор по току нагрузки начинает опережать напряжение.Эта ситуация нежелательна, потому что ток нагрузки, воспринимаемый инвертором, меняет направление до изменения приложенного напряжения. Результатом этого является принудительная коммутация тока между безынерционными диодами и оппозитным МОП-транзистором каждый раз, когда МОП-транзистор включается. Это вызывает принудительное обратное восстановление безынерционных диодов, в то время как они уже проводят значительный прямой ток. Это приводит к большому скачку тока как через диод, так и через оппозитный МОП-транзистор, который включается.

Хотя это не проблема для специальных выпрямителей с быстрым восстановлением, это принудительное восстановление может вызвать проблемы, если для обеспечения функции обратного диода используются внутренние диоды MOSFET. Эти большие пики тока по-прежнему представляют собой значительную потерю мощности и угрозу надежности. Однако следует понимать, что надлежащее управление рабочей частотой инвертора должно гарантировать, что он отслеживает резонансную частоту контура резервуара. Следовательно, в идеале не должно возникать условие опережающего коэффициента мощности, и уж точно оно не должно сохраняться в течение какого-либо промежутка времени.Резонансную частоту следует отследить до ее предела, а затем отключить систему, если она вышла за пределы допустимого частотного диапазона.

 

Методы контроля мощности

Часто желательно контролировать количество энергии, обрабатываемой индукционным нагревателем. Это определяет скорость, с которой тепловая энергия передается заготовке. Установкой мощности индукционного нагревателя этого типа можно управлять несколькими способами:

 

1.Изменение напряжения в звене постоянного тока.

Мощность, обрабатываемая инвертором, может быть уменьшена за счет уменьшения напряжения питания инвертора. Это можно сделать, запустив инвертор от источника постоянного тока переменного напряжения, такого как управляемый выпрямитель, использующий тиристоры для изменения напряжения источника постоянного тока, полученного от сети. Импеданс, подаваемый на инвертор, в значительной степени постоянен при изменении уровня мощности, поэтому пропускная способность инвертора примерно пропорциональна квадрату напряжения питания.Изменение напряжения в звене постоянного тока позволяет полностью контролировать мощность от 0% до 100%.

Однако следует отметить, что точная пропускная способность в киловаттах зависит не только от постоянного напряжения питания инвертора, но и от импеданса нагрузки, который рабочая катушка представляет инвертору через согласующую сеть. Поэтому, если требуется точное регулирование мощности, необходимо измерить фактическую мощность индукционного нагрева, сравнить ее с запрошенной оператором «настройкой мощности» и подать обратно сигнал ошибки для постоянной регулировки напряжения в звене постоянного тока по замкнутому контуру для минимизации ошибки. .Это необходимо для поддержания постоянной мощности, поскольку сопротивление заготовки значительно изменяется при ее нагревании. (Этот довод в пользу управления мощностью с обратной связью также применим ко всем нижеследующим методам.)

 

2. Изменение коэффициента заполнения устройств в инверторе.

Мощность, обрабатываемая инвертором, может быть уменьшена за счет уменьшения времени включения переключателей в инверторе. Питание подается на рабочую катушку только в то время, когда устройства включены.Затем ток нагрузки свободно проходит через диоды корпуса устройства в течение мертвого времени, когда оба устройства выключены. Изменение коэффициента заполнения переключателей позволяет полностью контролировать мощность от 0% до 100%. Однако существенным недостатком этого метода является коммутация больших токов между активными устройствами и их безынерционными диодами. Принудительное обратное восстановление обратных диодов, которое может произойти при значительном уменьшении коэффициента заполнения. По этой причине регулирование коэффициента заполнения обычно не используется в инверторах индукционного нагрева большой мощности.

 

3. Изменение рабочей частоты инвертора.

Мощность, подаваемая инвертором на рабочую катушку, может быть уменьшена путем отстройки инвертора от собственной резонансной частоты контура резервуара, включающего рабочую катушку. По мере того, как рабочая частота инвертора удаляется от резонансной частоты колебательного контура, в колебательном контуре возникает меньше резонансного подъема, и ток в рабочей катушке уменьшается. Следовательно, в заготовке индуцируется меньший циркулирующий ток, и эффект нагрева уменьшается.

Для снижения пропускной способности инвертор обычно расстраивается по высокой стороне собственной резонансной частоты цепей резервуара. Это приводит к тому, что индуктивное сопротивление на входе согласующей цепи становится все более доминирующим по мере увеличения частоты. Поэтому ток, потребляемый от инвертора согласующей сетью, начинает отставать по фазе и уменьшаться по амплитуде. Оба эти фактора способствуют снижению реальной пропускной способности. В дополнение к этому запаздывающий коэффициент мощности гарантирует, что устройства в инверторе по-прежнему включаются с нулевым напряжением на них, и нет проблем с восстановлением диода свободного хода.(Это можно сравнить с ситуацией, которая могла бы возникнуть, если бы инвертор был расстроен на нижней стороне резонансной частоты рабочей катушки. ZVS теряется, и диоды обратного хода принудительно восстанавливаются при значительном токе нагрузки.)

Этот метод управления уровнем мощности путем расстройки очень прост, поскольку большинство индукционных нагревателей уже контролируют рабочую частоту инвертора, чтобы обслуживать различные детали и рабочие катушки. Недостатком является то, что он обеспечивает только ограниченный диапазон управления, поскольку существует предел скорости переключения силовых полупроводников.Это особенно верно в приложениях с высоким энергопотреблением, где устройства уже могут работать на скоростях, близких к максимальным. Системы большой мощности, использующие этот метод управления мощностью, требуют подробного теплового анализа результатов коммутационных потерь при различных уровнях мощности, чтобы гарантировать, что температура устройств всегда остается в допустимых пределах.

Для получения более подробной информации об управлении мощностью путем расстройки см. новый раздел ниже, озаглавленный «Частотная характеристика сети LCLR».

 

4.Изменение номинала катушки индуктивности в согласующей сети.

Мощность, подаваемая инвертором на рабочую катушку, может варьироваться путем изменения значения соответствующих компонентов сети. Сеть L-согласования между инвертором и контуром резервуара технически состоит из индуктивной и емкостной частей. Но емкостная часть находится параллельно собственному накопительному конденсатору рабочей катушки, и на практике это обычно одна и та же часть. Поэтому единственная часть согласующей цепи, которую можно настроить, — это индуктор.

Согласующая цепь отвечает за преобразование импеданса нагрузки рабочей катушки в подходящий импеданс нагрузки, который будет управляться инвертором. Изменение индуктивности согласующего индуктора регулирует значение, в которое преобразуется импеданс нагрузки. В общем, уменьшение индуктивности согласующего индуктора приводит к преобразованию импеданса рабочей катушки в более низкий импеданс. Этот более низкий импеданс нагрузки, подаваемый на инвертор, приводит к тому, что от инвертора поступает больше энергии.И наоборот, увеличение индуктивности согласующей катушки индуктивности приводит к тому, что на инвертор подается более высокий импеданс нагрузки. Эта более легкая нагрузка приводит к меньшему потоку мощности от инвертора к рабочей катушке.

Степень регулирования мощности, достижимая путем изменения согласующей катушки индуктивности, умеренная. Также происходит сдвиг резонансной частоты всей системы — это цена, которую приходится платить за объединение емкости L-матча и емкости резервуара в одну единицу. Сеть L-согласования по существу заимствует часть емкости у накопительного конденсатора для выполнения операции согласования, таким образом оставляя накопительную цепь резонировать на более высокой частоте.По этой причине согласующий индуктор обычно фиксируется или регулируется с грубыми шагами в соответствии с предполагаемой нагреваемой деталью, а не предоставляет пользователю полностью регулируемую настройку мощности.

 

5. Согласующий трансформатор полного сопротивления.

Мощность, подаваемая инвертором на рабочую катушку, может изменяться с грубыми шагами с помощью силового ВЧ-трансформатора с ответвлениями для преобразования импеданса. Хотя основное преимущество схемы LCLR заключается в отказе от громоздкого и дорогого ферритового силового трансформатора, она может учитывать большие изменения параметров системы, не зависящие от частоты.Ферритовый силовой трансформатор также может обеспечивать электрическую изоляцию, а также выполнять функцию преобразования импеданса для установки пропускной способности.

Кроме того, если ферритовый силовой трансформатор размещается между выходом инвертора и входом L-образной схемы, его конструктивные ограничения ослабляются во многих отношениях. Во-первых, размещение трансформатора в таком положении означает, что полное сопротивление обеих обмоток относительно велико. то есть напряжения высоки, а токи сравнительно малы.Для этих условий проще сконструировать обычный силовой ферритовый трансформатор. Массивный циркулирующий ток в рабочей катушке удерживается от ферритового трансформатора, что значительно снижает проблемы с охлаждением. Во-вторых, несмотря на то, что трансформатор воспринимает выходное напряжение прямоугольной формы от инвертора, его обмотки несут синусоидальные токи. Отсутствие высокочастотных гармоник снижает нагрев трансформатора за счет скин-эффекта и эффекта близости внутри проводников.

Наконец, конструкция трансформатора должна быть оптимизирована для обеспечения минимальной емкости между обмотками и хорошей изоляции за счет увеличения индуктивности рассеяния.Причина этого в том, что любая индуктивность рассеяния трансформатора, расположенного в этом положении, просто добавляется к согласующей индуктивности на входе схемы L-согласования. Следовательно, индуктивность рассеяния в трансформаторе не так вредна для производительности, как межобмоточная емкость.

 

6. Управление фазовым сдвигом Н-моста.

Когда рабочая катушка приводится в действие полномостовым (Н-мостовым) инвертором с питанием от напряжения, существует еще один метод достижения контроля мощности.Если моментами переключения обеих ветвей моста можно управлять независимо, это открывает возможность управления пропускной способностью путем регулировки фазового сдвига между двумя ветвями моста.

Когда обе ветви моста переключаются точно по фазе, они оба выдают одинаковое напряжение. Это означает, что на ИНДУКЦИОННОМ НАГРЕВАТЕЛЕ

НАСТРОЙКИ ВЫСОКОЙ МОЩНОСТИ (3-5 кВт) нет напряжения – Teslascience Hacks

Построив полумостовой индукционный нагреватель MOSFET с ФАПЧ (mindchallenger.com индукционный нагреватель) и настраиваемый вручную полумостовой индукционный нагреватель MOSFET (https://teslascience.wordpress.com/how-to-construct-simple-powerful-induction-heater), и с большим успехом используя оба этих устройства, я хотел придумать что-то, что могло бы справиться с большей мощностью. Для этого нового проекта базовый настраиваемый драйвер такой же, как и для настраиваемого полумостового индукционного нагревателя, управляемого полевым МОП-транзистором, за исключением использования стабилизатора напряжения 12 В вместо стабилизатора 15 В. Трансформатор управления затвором (GDT) намотан 1: 2 вместо 1: 1 для подачи 24 В вместо 12 В, чтобы включить базы IGBT в полной мостовой схеме.Полный мост IGBT Fairchild FGA60N65 может выдерживать гораздо большую мощность, чем IRFP MOSFET. Такая установка полного моста будет означать, что при среднеквадратичном входном напряжении сети переменного тока 120 В каждая ветвь моста будет иметь 170 В, что будет результирующим входным напряжением на трансформаторе связи с накопительной цепью. Это устраняет необходимость в удвоителе напряжения, и, хотя можно использовать вариатор, устройство может питаться непосредственно от сети, если используется термистор, чтобы избежать скачка тока через мостовой выпрямитель при первоначальном подключении устройства.Причина этого всплеска тока (который может вывести из строя полный мостовой сетевой выпрямитель) заключается в том, что 2 конденсатора шины 2700 мкФ 400 В на выходе мостового выпрямителя в их незаряженном состоянии действуют как прямое короткое замыкание, что приводит к огромному всплеску тока, который выходит за пределы характеристик мостового выпрямителя.

Напряжение включения затвора IGBT составляет 24-30В для полного включения этих модулей. Отсюда и соотношение оборотов 1:2 на GDT, как упоминалось выше. Нагрев является меньшей проблемой для IGBT, которые обычно нагреваются в соответствии с IR, в отличие от правила IR2, которое обычно наблюдается для резисторов и MOSFET.Как и полевые МОП-транзисторы, IGBT отлично подходят для работы с высокими частотами переключения, которые обычно наблюдаются в индукционных нагревателях порядка 30–200 кГц. Их другая конструкция позволяет им лучше справляться с более высокими токами по сравнению с полевыми МОП-транзисторами. Даже при небольшой площади основания To247 для IGBT Fairchild FGA60N65 они могут легко выдерживать непрерывный ток 60 А при напряжении 650 В. С более крупными «кирпичными» IGBT, которые могут работать с большими токами, электроника драйвера затвора становится более серьезной проблемой, поскольку для запуска затворов в этих «кирпичных» модулях требуются более высокие мощности.По этой причине я решил придерживаться блоков размера To247, так как они могут работать на тех же чипах драйвера затвора UCC37321/37322, которые хорошо работают с блоками, управляемыми MOSFET. Для этого более мощного блока схема резервуара состоит из катушки диаметром 2,4–2,5 дюйма, состоящей из 6 витков медной катушки 3/8 дюйма и конденсаторной батареи емкостью 6 мкФ. Батарея емкостных конденсаторов состоит из 28 параллельно соединенных полипропиленовых металлопленочных конденсаторов 0,22 мкФ, 2000 В, 940C20P22K-F, которые были получены от Eastern Voltage Research.Конденсаторы были электрически соединены вместе для установки с низкой индуктивностью с использованием медного листа размером 8 x 12 x 0,0216 дюйма. Медная трубка длиной 18 дюймов и диаметром 1/2 дюйма была припаяна к каждому из двух медных листов путем нагревания горелкой, а затем с использованием большого количества флюса и припоя, чтобы получить хорошее электрическое соединение. В листах с припаянными медными трубками были предварительно просверлены отверстия для установки 28 конденсаторов и 28 латунных винтов для крепления выводов (см. ниже):

Завершенный блок полного моста

Латунные винты электрически соединяют крышки резервуаров (учтите, что железные винты нагреваются и не подходят).

Прежде чем углубляться в подробности конструкции, краткое введение в индукционный нагрев, которое я описал ранее в другом видео на этом канале, но воспроизведено здесь для удобства (https://teslascience.wordpress.com/how-to-construct-simple). -мощный-индукционный-нагреватель):

Индукционный нагрев — это потрясающая возможность беспроводного нагревания металлических или графитовых предметов без использования открытого пламени и с минимальными потерями тепла в окружающую среду. Это не новое явление и существует уже более 100 лет.Он широко используется в металлургической и автомобильной промышленности, поскольку его легко контролировать и масштабировать.

Создав индукционный полумостовой нагреватель с фазовой автоподстройкой частоты (PLL) и настраиваемый индукционный полумостовой нагреватель, я хотел придумать что-то, что могло бы работать с большей мощностью, чем полумостовые полевые МОП-транзисторы порядка 3-5 кВт. Поскольку я также новичок в электронике, я чувствовал, что этот проект будет интересным и даст хорошее представление об основах работы индукционных нагревателей.В дополнение к PLL и настраиваемым индукционным нагревателям, упомянутым выше, я также построил много индукционных нагревателей типа Mazilli или Royer и купил коммерчески доступные (на Ebay и Alibaba) индукционные драйверы Mazilli китайского производства. Я обнаружил, что, хотя они хороши и просты в использовании, они склонны к сбоям, поскольку они ограничены диапазоном работы с низким напряжением и относительно низкой мощностью для того, что я хотел. Их также трудно контролировать с точки зрения количества нагрева. Хотелось сделать что-то более надежное и управляемое, а не вылиться в кучу перегоревших транзисторов! По сути, я хотел настраиваемую вручную установку, которая работала бы напрямую от выпрямленной сети вместо дорогих импульсных источников питания и позволяла бы избежать использования переменного тока.Базовая конструкция этих устройств использует сеть с более высоким напряжением при более низком токе (с которым хорошо справляются IGBT-транзисторы) и преобразует это в более низкое напряжение при гораздо более высоких токах порядка 100 или 1000 ампер и высокочастотном переменном токе, обычно 30-200. кГц. Этот высокочастотный высокочастотный ток проходит через катушку из нескольких витков меди (называемую «рабочей катушкой»). Если в рабочую катушку помещается кусок железа, в этом куске железа (также называемом «заготовкой») индуцируются вихревые токи таким образом, что заготовка действует как закороченная первичная катушка с 1 витком.Из-за передаточного эффекта трансформатора в заготовке протекают огромные токи порядка многих сотен или тысяч ампер, что приводит к нагреву заготовки из-за комбинации внутреннего сопротивления (нагрев IR2) и гитерезиса (из-за воздействия на случайный массив магнитных диполей в железной заготовке, меняющий направление много раз в секунду на высокой частоте). Из-за высокой частоты ток протекает преимущественно в самых поверхностных слоях заготовки и рабочей катушки, что также известно как «скин-эффект».Это дополнительно увеличивает эффективное сопротивление заготовки, что приводит к еще большему нагреву I2R. Поскольку в рабочем змеевике также имеет место скин-эффект, в рабочем змеевике происходят потери энергии в виде тепла в поверхностных слоях змеевика. Толстая медная трубка с наружной и внутренней поверхностью или литцендратный провод (многожильный изолированный провод, каждая жила которого имеет электроизоляционное покрытие) увеличивает эффективную площадь поверхности рабочей катушки, снижая потери энергии в виде потерь тепла. Литцендрат используется в индукционных варочных панелях по той же причине.Более высокие частоты имеют больший скин-эффект с большим нагревом поверхности, что лучше подходит для нагрева небольших деталей. Низкие частоты имеют меньший скин-эффект и лучше подходят для нагрева больших деталей. Этот нагрев может перевести железо, например, из комнатной температуры в красное тепло, затем в оранжевое и ярко-желтое тепло выше точки Кюри (точки, в которой заготовка из железа или стали теряет нагрев из-за гистерезиса из-за потери своего ферромагнетизма). Чтобы иметь возможность добиться дальнейшего нагрева и расплавить железную заготовку (включая неферромагнитные металлы, такие как медь, серебро, золото и алюминий), необходимо достичь гораздо больших токов, чтобы преодолеть отсутствие гистерезиса.Целью этого второго проекта настраиваемого индукционного нагревателя является создание более крупного, но простого настраиваемого индукционного нагревателя, который мог бы плавить большее количество этих металлов, чем устройство на 4 мкФ, описанное во введении.

Для упомянутых выше индукционных нагревателей с PLL (включая тот, который я построил, хорошее подробное руководство по его изготовлению было написано Джонатаном Крайденом на http://inductionheatertutorial.com/), они обеспечивают удобство самонастройки. до точки. PLL работает от генератора, управляемого напряжением.Поскольку частота резонанса индукционного нагревателя изменяется по мере того, как в него помещается заготовка, в результате возникает потеря резонанса и соответствующая потеря нагрева, поскольку максимальный нагрев происходит только тогда, когда контур бака индукционного нагревателя находится в резонансе. При использовании PLL напряжение на баке подается на управляемый напряжением генератор микросхемы CD4046 PLL для поддержания максимального напряжения на баке. Однако обычно, когда металл, такой как железо, достигает точки Кюри, изменение резонансной частоты выходит за пределы диапазона PLL, и схема выходит из резонанса, и нагрев прекращается.Джонатон Крайден с сайта mindchallenger.com решил эту проблему, используя микропроцессор для поддержания резонанса цепи, а также для периодической расстройки цепи для снижения общего тока в силовых транзисторах, спасая их от разрушения в случае превышения допустимого значения тока. максимальная толерантность. Многие люди помогли продвинуть области твердотельного индукционного нагрева, в том числе такие люди, как «Неон Джон», Бэйли Ванг из Массачусетского технологического института, Джонатан Крайден, Ричи Бернетт (Великобритания) и многие другие.Если вы планируете построить индукционный нагреватель, такой как показанный здесь, сначала предостережение: в этом проекте использовались незащищенные сети, высокое напряжение и большие токи с серьезным риском травм или смерти, если не выполнять его в опытных руках. Я не несу ответственности за травмы или более серьезные последствия любой работы, описанной здесь. Описанная здесь работа предназначена только для академического и научного интереса.

Этот проект можно разделить на 3 основных раздела: 1) Генератор с переменной частотой, 2) Полномостовой инвертор с IGBT и 3) Баковая схема 6 мкФ.

Вот список компонентов для этого проекта по разделам:

ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОЙ ЧАСТОТЫ:

  1. 8-контактный разъем IC, 3 шт.
  2. 14-контактный разъем IC x 1
  3. Резистор 1 кОм 0,5 Вт x 2
  4. Керамический конденсатор 10 нФ, 50 В x 1
  5. 1 нФ, керамический колпачок 50 В x 1
  6. 20k 10-оборотный банк x 1
  7. Керамический конденсатор 100 нФ, 50 В, 4 шт.
  8. 47 мкФ, 35 В электролитический конденсатор x 4
  9. 1 мкФ керамика, цоколь 50 В x 4
  10. 1000 мкФ, электролитический колпачок 35 В x 1
  11. LM7812 x 1
  12. LM7805 х 1
  13. маленький радиатор для LM7812 x 1
  14. Алюминиевый ящик для проектов (дополнительно) x 1
  15. 120 В переменного тока до 19-26.Понижающий трансформатор 5 В (радиомост) x 1
  16. Мостовой выпрямитель 50 В 2 А x 1
  17. 1 или 2 – 1,5-дюймовые зеленые ферритовые тороиды для GDT)
  18. Перфокартон x 1
  19. тонкий припой (зафлюсованный канифолью) x 1
  20. паяльник 20-30 Вт x 1
  21. UC37321 x 2
  22. UC37322 x 2
  23. NE555 x 1
  24. 1N5819 (шоттки) x 4
  25. соединительный провод x 1 рулон
  26. 74HC14 шестигранный инвертор x 1

IGBT ПОЛНЫЙ МОСТ ИНВЕРТОР И ШИННЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ:

  1. БТИЗ FGA60N65 x 4
  2. 6.Резистор 8 Ом, 2 Вт x4
  3. 1N5819 (шоттки) x 4
  4. 1N5360B (стабилитрон 25 В) x 8
  5. 1.5KE440CA двунаправленный (или однонаправленный) диод TVS x 5
  6. Полипропиленовый демпферный колпачок 4,7 мкФ, 400 В пост. тока, 1 шт. (было бы лучше использовать снаббер 0,15–0,47, 1000 В).
  7. Резистор 100 кОм, 2 Вт x 2 (для разрядки колпачков шины)
  8. Aerovox RBPS20591KR6GNZ Демпферный колпачок 1 кВ, 2 мкФ, используемый в качестве колпачка блокировки постоянного тока (доступен в компании Eastern Voltage Research, Нью-Джерси, США) x 1
  9. Электролитические конденсаторы мкФ, 400 В, 2700 мкФ, 2 шт.
  10. Шунтирующий амперметр, 50 А x 1
  11. 1.4″/2,4″ FT-240-61 Ферритовый тороидальный сердечник, тип 61 Материал трансформатора связи x 3, сложенных вместе, чтобы сделать один большой сердечник трансформатора связи
  12. Изолированный многожильный соединительный провод калибра 16 для 22 витков трансформатора связи
  13. большой алюминиевый радиатор x 1 (Ebay)
  14. Мостовой выпрямитель 35–40 А, 400 В x 1
  15. Предохранитель 30–40 А с держателем предохранителя или автоматический выключатель 30–40 А (предпочтительно) x 1
  16. клеммные винтовые соединители x 8 (для легкого удаления IGBT)
  17. Термистор Ametherm SL32 1R030 x 1

КОНДЕНСАТОР РЕЗЕРВУАРА – 6-ОБОРОТНАЯ РАБОЧАЯ КАТУШКА:

  1. Мягкая медная трубка 3/8″ из хозяйственного магазина x 1
  2. Медная трубка длиной 18 дюймов и диаметром 1/2 дюйма из хозяйственного магазина x 2 (припаяйте их к медному листу)
  3. Соединители для медных трубок от 3/8″ до 3/8″ x 2–4
  4. Соединители для медных трубок от 1/2″ до 3/8″ x 2–4
  5. 12″ x 6″ x 0.медный лист 0215″ (2 шт.)
  6. Фонтанный насос x 1
  7. Латексная трубка для соединения насоса и медной трубки, 1 рулон
  8. припой и флюс x 1
  9. Резак для медных труб x 1
  10. 28 емкостных конденсаторов 2000 В, 0,22 мкФ 940C20P22K-F полипропиленовые металлопленочные конденсаторы (доступны здесь: eastvoltageresearch.com, а также на Ebay и Alibaba)
  11. Резистор 47 кОм x 1
  12. зеленый светодиод x 1
  13. Сверхбыстродействующий диод UF4007 x 1
  14. Пропановая горелка x 1

В этом проекте мы используем микросхему таймера 555 (рис. 1) в нестабильном режиме для генерации прямоугольного сигнала с коэффициентом заполнения 50%.Это достигается с помощью переменного резистора (0-20 кОм) для генерации переменной частоты в диапазоне от 35 кГц до 132 кГц. Этот диапазон отлично подходит для различных индукционных нагревателей различных размеров.

Рисунок 1: Схема драйвера. NB, если микросхемы драйвера затвора слишком сильно нагреваются, попробуйте уменьшить емкость керамических конденсаторов между выходом микросхемы драйвера затвора и GDT с 2 мкФ до 0,1 мкФ. 7HC14N является опечаткой и должно читаться как 74HC14N

.

ЩЕЛКНИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ ИЗОБРАЖЕНИЕ С ВЫСОКИМ РАЗРЕШЕНИЕМ:
Хотя 555 выдает прямоугольную волну, это не «чистая» прямоугольная волна.Чтобы очистить прямоугольную волну, выход 555 подается на шестнадцатеричный инвертор 74HC14N, который выдает хороший чистый прямоугольный сигнал. Он подается на инвертирующие и неинвертирующие входы микросхем драйверов MOSFET UC37321/22. Эти микросхемы питаются от 12 В для 12-вольтового выхода. Поскольку чипы работают в непрерывном режиме, а не в импульсном режиме, как в твердотельных катушках Теслы, они имеют тенденцию нагреваться и могут выйти из строя. Для уменьшения перегрева и выхода из строя этих микросхем по 2 штуки каждой из микросхем укладываются параллельно, спаивая их ножки между собой.Единственным недостатком микросхемы таймера 555, подключенной, как показано на этой схеме, является то, что рабочий цикл фиксируется на уровне 50%, и поэтому при отсутствии вариатора управление мощностью более ограничено. Еще одним недостатком показанной здесь настройки таймера 555 является отсутствие мертвого времени между включением одной микросхемы драйвера затвора UC и выключением другой. Это приводит к возможности одновременного включения обоих IGBT-транзисторов на одной стороне полного моста, что приводит к ситуации, известной как прострел, создающей короткое замыкание на одной стороне полного моста и приводящее к разрушению IGBT на одной стороне. стороне полного моста.В действительности прострелы действительно происходят и, по-видимому, допустимы для IGBT. Я не заметил, чтобы это было проблемой (пока) с этой настройкой таймера 555.

2 микросхемы UC373XX с припаянными друг к другу ножками и приклеенной алюминиевой полосой для уменьшения перегрева

На эти параллельно соединенные чипы можно наклеить небольшие полоски алюминия для еще большего охлаждения. Выход микросхемы проходит через керамические конденсаторы, которые функционируют как конденсаторы блокировки постоянного тока. Обычно достаточно 1-2 мкФ (рис. 1).Крышки должны быть рассчитаны не менее чем на 50В. Трансформатор драйвера затвора намотан на одиночном ферритовом тороиде, который намотан 1:2:2:2:2 с 10:20:20:20:20 витками витых пар.

Трансформатор привода затвора с обмоткой 1:2:2:2:2 Изготовлен из кабеля CAT5. Он содержит 8 проводов, 4 из них цветные и 4 «белых». Все белые были объединены для праймериз. 4 цветных питают каждую из баз 4 IGBT в полномостовом инверторе. Важно, чтобы провода от GDT были короткими, чтобы уменьшить паразитный шум от радиопомех.

В качестве альтернативы, 2 трансформатора привода затвора могут быть намотаны 1:2:2 каждый трехжильным проводом 10:20:20 витков. Цель состоит в том, чтобы подать 24 В на базы IGBT, чтобы убедиться, что они полностью включены. Более 30 В приведет к отказу IGBT. Для предотвращения всплесков на базах между базами и эмиттерами подключены встречные 25-вольтовые стабилитроны (рис. 2). Эти стабилитроны также помогают дополнительно выравнивать входной сигнал базы транзистора.

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ ПОЛУЧИТЬ ИЗОБРАЖЕНИЕ С БОЛЬШИМ РАЗРЕШЕНИЕМ:

Рис. 2: Полномостовой инвертор IGBT с питанием от сети.

Если используются 2 GDT, то их первичные обмотки должны быть подключены параллельно к выходу пары микросхем драйвера UC37321/22 (рис. 1). Две оставшиеся обмотки каждого из GDT подключены между базами и эмиттерами IGBT таким образом, что 2 IGBT в полном мосту включены, а другая пара выключена (см. рис. 2). Это достигается путем реверсирования выходных соединений вторичных устройств второго GDT. Прежде чем подключать выходы GDT к базам IGBT, проверьте формы сигналов вторичных обмоток GDT, чтобы убедиться, что они прямоугольные или как можно ближе к прямоугольным.Для достижения хороших прямоугольных сигналов может потребоваться использование другого или большего GDT или увеличение или уменьшение количества обмоток на нем. Существует множество различных типов ферритовых материалов. Зеленые ферритовые тороиды работают лучше всего. Тороиды из желтого или светло-зеленого порошкового железа, используемые в компьютерных блоках питания, дают очень плохой сигнал привода затвора и не подходят для этой цели. Убедитесь, что один набор оппозитных IGBT в полном мосту (рис. 2) включен, сведя сигналы к основаниям, в то время как другая оппозитная пара имеет противофазные формы сигналов, которые отключили бы их.Таким образом, одна пара включена, а другая противоположная пара (рис. 2) выключена, а затем наоборот.

Противоположный прямоугольный входной сигнал, измеренный на воротах:

Отрицательная шина секции драйвера на рис. 1 также должна быть заземлена на заземление сети, так как при перемещении руки или других предметов рядом с секцией драйвера во время ручной настройки могут возникнуть колебания выходного сигнала, если она не была должным образом заземлена, как Я испытал. Секция драйвера должна быть изолирована от силовой части цепи предпочтительно алюминиевой коробкой.Коробка также должна быть заземлена. Важно: обратите внимание, что 12-вольтовый регулятор напряжения LM7812 ДОЛЖЕН иметь радиатор, иначе он перегреется и автоматически отключится. Теплоотвод может быть достигнут либо путем добавления навинчиваемого радиатора к регулятору, либо, что более удобно, путем привинчивания LM7812 к стенке проектной коробки. Поскольку металлическая задняя часть регулятора представляет собой отрицательную шину, это позволяет легко заземлить отрицательную шину, а также коробку на землю, просто подключив заземление к внешней стороне коробки.

БТИЗ FGA60N65 могут легко работать при постоянном напряжении 650 В 60 А (для чего определенно требуется радиатор). Все эти БТИЗ имеют собственную базовую емкость, которая в сочетании с вторичной индуктивностью приводного трансформатора приводит к сильным звонковым колебаниям на базах во время переключения, которые могут повредить базы. Этот звон гасится резисторами затвора на 6,8 Ом. Остаточный заряд на базах быстро снимается диодами Шоттки (1N5819), включенными параллельно резисторам базы (см. рис. 2).Если базы работают при напряжении 24-30 В, они работают в области плато кривой напряжения-тока, где резистивный нагрев IGBT минимален. Это дополнительно уменьшается за счет ZVS или переключения нулевой точки, которое достигается правильной настройкой (см. далее). Диоды TVS 440В защищают коллектор-эмиттер от скачков обратного напряжения. Снабберный конденсатор на 400 В 4,7 мкФ (оглядываясь назад, было бы лучше использовать демпфирующий конденсатор на 1000 В 0,22 мкФ, так как номинальное напряжение 400 В — слишком низкое напряжение) и дополнительные TVS, обычно рассчитанные на 400–440 В (переходное пиковое напряжение), защищают рельсы ( Рис. 2) от скачков напряжения.Большие электролитические конденсаторы (2700 мкФ, 400 В) помогают сгладить выпрямленный переменный ток и действуют как резервуар заряда. Однако в этих колпачках нет необходимости, и устройство будет работать непосредственно от несглаженного выпрямленного переменного тока. Выпрямитель и IGBT-транзисторы FGA60N65 должны иметь радиатор с добавлением вентилятора для дополнительного охлаждения радиаторов.

Вентилятор в основании радиатора:

Выходной сигнал инвертора подается на ферритовый трансформатор связи, состоящий из 3 штук, установленных друг на друга по 2.Ферритовые тороиды диаметром 4 дюйма, скрепленные вместе лентой, вокруг которых намотано около 20–22 витков изолированного многожильного провода калибра 16. Эти обмотки действуют как первичные обмотки для контура бака (см. рис. 3).

Рисунок 3: Цепь резервуара 6 мкФ резонирует на частоте 40 кГц. Резервуар представляет собой первичную обмотку с 1 витком, соединенную последовательно с рабочей катушкой (в данном случае 6 витков медной трубки диаметром 2,5 дюйма и диаметром 3/8 дюйма) и последовательно с батареей конденсаторов (рис. 3). Батарея конденсаторов состоит из 28 параллельно соединенных нулей.Пленочные конденсаторы 22 мкФ 2000 В (рассчитаны на использование с индукционными нагревателями и катушками Тесла), всего 6 мкФ. Использование качественных MKP или других полипропиленовых конденсаторов, способных выдерживать большие токи, высокое напряжение и высокую частоту, необходимо для работы индукционного нагревателя. Если конденсаторы имеют неправильный номинал, они нагреются и взорвутся, а передача энергии на заготовку в 6-витковой рабочей катушке будет незначительной или вообще не будет передаваться.

Блокирующий конденсатор по постоянному току подключен между выходом инвертора и ферритовым трансформатором связи (см. схему инвертора на рис. 2).Демпфирующие конденсаторы Aerovox RBPS20591KR6GNZ 1 кВ, 2 мкФ отлично работают в этом качестве и очень долговечны:

Если, например, 20 А протекает через БТИЗ во время прогрева, это соответствует 22 x 20 А, протекающим в баке с 22-витковым трансформатором связи, т.е. 440 А.

Использование токоизмерительных клещей для измерения тока 355 А, протекающего в контуре бака:

С 6-витковой рабочей катушкой количество тока, протекающего через заготовку, будет 440 x 6 = приблизительно 2.6кА! Общая емкость конденсаторной батареи, состоящей из 28 конденсаторов по 0,22 мкФ = 6 мкФ. С 6-витковой рабочей катушкой диаметром 2,5 дюйма это резонирует примерно на 40 кГц. Это частота, при которой происходит максимальный нагрев заготовки и переключение нулевой точки транзисторов. Частота может быть изменена на лету, чтобы приспособиться к более крупной заготовке и т. д. Обычно для более точной настройки предпочтительнее использовать 10-оборотный подстроечный резистор 20 кОм в схеме драйвера (рис. 1) (у меня был только 1-оборотный подстроечный резистор). Когда желаемый уровень нагрева достигнут, передачу мощности можно уменьшить и отключить, расстроив цепь, а затем отключив питание от сети.Однако для более безопасной работы можно использовать вариатор, но он должен быть рассчитан на мощность не менее 3-4 кВА, что приводит к увеличению объема и шума (обмотки и сердечник вариатора громко вибрируют при больших мощностях). Рабочий змеевик охлаждается за счет того, что вода течет по медным трубкам в виде непрерывного контура с помощью фонтанного насоса или просто из шланга, подсоединенного непосредственно к крану. При выбранных значениях нагрева материала трансформатора связи или первичной обмотки трансформатора связи немного или совсем нет.Конденсаторы подключены (рис. 3) таким образом, что каждый из конденсаторов в группе конденсаторов вносит одинаковый вклад в общий ток, чтобы избежать чрезмерного нагрева любого из конденсаторов. Следовательно, рабочая катушка подключена к противоположным концам батареи конденсаторов, как показано на рисунке 3. Дальнейшее охлаждение конденсаторов может быть достигнуто с помощью принудительного воздушного охлаждения от вентилятора корпуса компьютера, но я обнаружил, что это не нужно даже при больших пробегах! Вероятно, это связано с тем, что номинальные характеристики выбранных конденсаторов подходят для этого типа приложений.

Резонансную частоту контура бака можно определить перед подключением его к индукционному нагревателю, подключив его к генератору сигналов через резистор 10 кОм и замерив напряжение на баке при изменении частоты сигнала. Либо синусоида, либо прямоугольная волна могут быть введены в резервуар через резистор 10 кОм. Резонанс наблюдается при внезапном повышении напряжения на баке.

При типичном запуске схема драйвера включается и расстраивается, начиная с частоты ВЫШЕ резонанса контура резервуара — точка резонанса может быть отмечена на циферблате потенциометра настройки.Важно начинать с более высокой частоты выше резонансной и медленно уменьшать частоту, пока не будет достигнут резонанс и не произойдет нагрев заготовки. Причина в том, что если настройка начинается с более низкой частоты на более высокую, между эмиттером и коллектором IGBT будут возникать сильные всплески напряжения звонка ниже резонанса, что может привести к отказу IGBT. Затем обрабатываемая деталь помещается в змеевик. Затем инвертор подключается к сети переменного тока со среднеквадратичным значением 120 В или 220 В, в зависимости от того, где вы живете (обратите внимание, что это устройство было протестировано с напряжением 120 В переменного тока, а не 240 В переменного тока).Частота медленно уменьшается с помощью настроечного потенциометра, пока не будет достигнута резонансная частота контура резервуара. В этот момент загорится зеленый светодиодный индикатор на баке. Настройку продолжают до тех пор, пока на шунтирующем амперметре не появится максимальный ток (рис. 2). Причина, по которой предпочтительнее начинать настройку с деталью, уже находящейся в рабочей катушке, заключается в том, что отсутствие детали в катушке приведет к очень высоким токам, протекающим через коллекторы IGBT при резонансе, что может вызвать нагрузку на IGBT.Когда устройство настроено (максимальный ток при наличии заготовки и горящем индикаторе), будет отмечаться видимый нагрев заготовки. Перенастройка выполняется, если железо нагрето выше точки Кюри (770 градусов по Цельсию), так как потеря ферромагнетизма в заготовке приведет к выходу резервуара из резонанса. Я обнаружил, что это относится к индукционным нагревателям с ФАПЧ, которые вышли из резонанса в точке Кюри и должны были быть настроены вручную. Это было разочаровывающим, так как это как бы лишало цели использования PLL, и поэтому я решил сделать устройства с ручной настройкой.

Обратите внимание на короткие соединения от GDT. Провода GDT представляют собой витые пары и покрыты алюминиевой лентой для защиты от паразитных радиопомех:

Я использовал пропановую горелку и припой, чтобы выполнить электрические соединения 18-дюймовой прямой медной трубы диаметром 1/2 дюйма с медным листовым покрытием. Медная трубка диаметром 3/8 дюйма была разрезана с помощью резака для медных труб, и после того, как она превратилась в катушку диаметром 2,5 дюйма, была соединена с медью диаметром 1/2 дюйма с помощью фитингов и припоя для герметичности соединений.6-витковая медная рабочая катушка была изготовлена ​​путем расчета правильной длины медной трубки 3/8″, чтобы получить 6-витковую катушку диаметром 2,5 дюйма, а затем добавлены дополнительные 20–24 дюйма, чтобы получить дополнительную прямую медную трубку 10–12 дюймов. на каждом конце катушки. Требуемая длина трубки – это отрезок (с помощью резака для медных труб, а не ножовки) рулона мягкой медной трубки, который можно приобрести в любом хозяйственном магазине. Середина отрезанного куска отмечается маркером, один конец отрезанного куска закрывается колпачком, а затем отрезанный кусок доверху засыпается песком.Песок периодически утрамбовывают, постукивая трубкой по земле, чтобы обеспечить полное заполнение без воздушных зазоров. Затем другой конец закрывается крышкой, как только труба полностью заполняется песком. Используя кусок трубы из ПВХ или дерева с наружным диаметром 2,5 дюйма, крепко удерживая его как минимум двумя тисками, среднюю точку заполненной песком трубы помещают на один конец трубы из ПВХ или деревянного дюбеля, и с каждой стороны наматывают 3 витка. отмеченной средней точке, чтобы получить в общей сложности 6 витков с наконечниками равной длины 10-12 дюймов на 6-витковой катушке.Песок предотвращает перекручивание или коробление трубки во время намотки змеевика. Намотать катушку не так просто, как может показаться, и перед намоткой 6-витковой катушки может быть полезно потренироваться с небольшой длиной заполненной песком медной трубки. Песок удаляют из готового змеевика, снимая торцевые крышки и постукивая по нему, пока песок не высыпается из него. Последние следы песка в змеевике можно удалить, продув их ртом или сжатым воздухом.

Фурнитура для пота:

Термистор на 30 А рядом с выключателем на 40 А для предотвращения скачков пускового тока при включении агрегата напрямую от сети без вариатора:

Шунтовой амперметр 50А для настройки:

Трансформатор связи, состоящий из трех 2.4-дюймовые ферритовые тороиды склеены вместе. 22 витка красного многожильного первичного провода калибра 16, намотанного на соединительный трансформатор:

Схема драйвера изготовлена ​​из обычной перфорированной платы и сквозных отверстий. Для компонентов ИС настоятельно рекомендуется использовать держатели гнезд ИС! Заземление отрицательной шины схемы драйвера необходимо для стабильной работы драйвера.

Для полномостового инвертора я использовал клеммные винтовые соединители, чтобы легко заменить IGBT, вместо того, чтобы припаивать их на место.Многослойный мост с низкой индуктивностью с медной шиной или полосой использовался для уменьшения паразитной индуктивности. Полный мост с низкой индуктивностью. Обратите внимание на демпферный колпачок Aerovox 4,7 мкФ 400 В и диоды TVS:

После добавления стабилитронов:

Без стабилитронов:

28 конденсаторов 0,22 мкФ 2 кВ, расположенных между медными листами и образующих блок конденсаторов 6 мкФ. Это почти не нагревалось во время более длинных пробегов:

Вот видео устройства, подключенного непосредственно к розетке 220 В:

Вот тигель, полный расплавленного алюминия, который расплавился за считанные минуты:

Большой кусок алюминия, выплавленный из алюминиевого лома (плавится за считанные минуты):

Я надеюсь, что это краткое руководство было полезным для тех, кто заинтересован в создании более крупного и мощного настраиваемого индукционного нагревателя с полным мостом IGBT.Это устройство зарекомендовало себя как надежное без перегоревших транзисторов (пока) и может легко работать от сети. Полезно иметь выключатель хотя бы на 30-40А. Это более крупное устройство способно плавить различные металлы, как показано в приведенном выше видео, и этот проект полезен для изучения некоторых основных электронных устройств, лежащих в основе этих удивительных устройств.

Если вас интересует другая электроника и целый ряд других интересных технических проектов, посетите мой канал на YouTube по адресу

.

https://www.youtube.com/user/skippy38305

и не забудь подписаться!

Нравится:

Нравится Загрузка…

Вопрос: Как работает индукционный нагрев Схема индукционного нагревателя своими руками

Индукционный нагреватель представляет собой устройство, использующее высокочастотное магнитное поле для нагрева железной нагрузки или любого ферромагнитного металла посредством вихревых токов. Во время этого процесса электроны внутри железа не могут двигаться со скоростью, равной частоте, и это приводит к возникновению обратного тока в металле, называемого вихревым током.

Как работает схема индукционного нагревателя?

Индукционный нагреватель состоит из электромагнита и электронного генератора, пропускающего высокочастотный переменный ток (AC) через электромагнит. Быстропеременное магнитное поле проникает в объект, создавая электрические токи внутри проводника, называемые вихревыми токами.

Каков основной принцип работы индукционного нагрева?

Принцип работы процесса индукционного нагрева представляет собой комбинированный рецепт электромагнитной индукции и джоулева нагрева.Процесс индукционного нагрева — это бесконтактный процесс нагрева электропроводящего металла путем создания вихревых токов внутри металла с использованием принципа электромагнитной индукции.

Как сделать индукционную плиту дома?

Шаг 1: Создайте массив магнитов. Первым шагом является создание массива магнитов на вращающейся части плиты. Шаг 2: Установите двигатель. Шаг 3: Установите диск на двигатель. Шаг 4: Создание «конфорки». Шаг 5: Тестирование и устранение неполадок.Шаг 6: готовьте! 72 комментария.

Для чего используется индукционный нагрев?

Для нагрева непроводящих материалов, таких как пластмассы или стекло, индукционный нагрев графитового токоприемника, передающего тепло непроводящему материалу. Индукционный нагрев очень эффективно используется во многих процессах, таких как пайка и термоусадка.

Как сделать нагреватель подшипников?

Шаг 2: Приступая к изготовлению Bearinh Heater расположите кремниевый сердечник I в форме буквы U, пока толщина не станет 5 дюймов.Оберните изоляционную бумагу с одной стороны. Намотайте 18 проводов SWG на 250 витков. Подсоедините регулятор температуры, датчик, автоматический выключатель с катушкой в ​​соответствии с электрической схемой. Изготовьте блок сердечника из кремния I для удержания подшипника.

Существует ли индукционная печь?

Индукционные варочные панели были широко доступны с середины 2000-х годов, и многие продавцы бытовой техники продают несколько моделей от разных брендов. Большинству людей, у которых есть индукционная варочная панель, она нравится, и многие повара тоже одобряют (видео) эту технологию.Все это звучит здорово.

Работает ли индукция с постоянным током?

4 ответа. Нет, асинхронный двигатель постоянного тока невозможен. Индукция подразумевает создание тока через магнитное поле. Это могут сделать только переменные магнитные поля.

Что такое змеевиковая печь?

Плиты

— это классика кухонных плит — они были в продаже пару раз, а это значит, что они надежны. Катушки изготовлены из металлической трубки, в которую заключен электрический провод, проводящий тепло. У них также есть электрические катушки, но они находятся под прочной гладкой керамической поверхностью.

Что такое индукционная катушка высокого напряжения?

Индукционная катушка

, электрическое устройство для создания импульсного источника высокого напряжения. Этот ток намагничивает железный сердечник и создает сильное магнитное поле по всей индукционной катушке.

Как сделать высокое напряжение?

Два шага к высокому напряжению Рисунок 1. Топология Boost для создания высокого напряжения из низкого напряжения. Рис. 2. Максимально возможный коэффициент усиления, определяемый сопротивлением индуктора DCR (сопротивление постоянному току).Рис. 3. Двухступенчатая концепция генерации очень высокого выходного напряжения из низкого входного напряжения.

Может ли дроссель повышать напряжение?

Простым способом получения более высокого напряжения из низковольтного источника постоянного тока является катушка индуктивности. В зависимости от количества витков провода в катушке 6-вольтовая батарея может производить толчки более 200 В от простой катушки провода.

Можно ли ковать с помощью индукции?

Индукционная ковка относится к использованию индукционного нагревателя для предварительного нагрева металлов перед деформацией с помощью пресса или молота.Обычно металлы нагревают до температуры от 1100 до 1200 ° C (от 2010 до 2190 ° F), чтобы повысить их пластичность и облегчить течение в ковочном штампе.

Можно ли построить индукционную печь?

Если вы когда-либо хотели ковать, отливать или плавить металл, этот проект как раз для вас. Он становится достаточно горячим, чтобы расплавить и выковать сталь, железо и алюминий. Индукционный нагреватель работает, окружая нагреваемый объект катушкой, по которой течет переменный ток высокой частоты.

Каковы преимущества индукционного нагрева?

Преимущества индукционного нагрева

: Повышенная эффективность процесса.Локализованный, постоянный и точный нагрев. Контроль температуры. Энергосбережение. Возможность интеграции в производственные линии. Лучшее качество и выход/производительность. Экологически чистая, быстрая и безопасная технология. Улучшенная рабочая среда.

Каковы недостатки индукционной плиты?

Поскольку индукция все еще является относительно новой технологией, индукционная варочная панель будет стоить дороже, чем традиционная варочная панель того же размера. Минус 2: требуется специальная посуда.Вы должны использовать магнитную посуду, иначе процесс индукции не будет работать правильно, и ваша пища не приготовится.

Какие металлы можно нагревать индукцией?

Какие металлы можно нагревать с помощью индукции? Медь и медные сплавы. Латунь. Алюминий. Железо. Сталь и нержавеющая сталь. Вольфрам. Хром. Никель и никелевые сплавы.

Что делает индукционная катушка?

Индукционная катушка или «искровая катушка» (архаично известная как индукториум или катушка Румкорфа в честь Генриха Рюмкорфа) представляет собой тип электрического трансформатора, используемого для получения высоковольтных импульсов от низковольтного источника постоянного тока (DC).

Что такое индукционная газовая колонка?

Индукционные гейзеры представляют собой технологию нового поколения, использующую процесс магнитной индукции для нагрева воды. Этот индукционный процесс позволяет нагревать гораздо большую площадь поверхности воды в резервуаре, который, по сравнению с обычным гейзером, нагревает воду быстрее, что снижает общее потребление электроэнергии.

Из чего сделан индуктор?

Катушка индуктивности обычно состоит из катушки из проводящего материала, как правило, из изолированного медного провода, намотанной на сердечник либо из пластика (для создания катушки индуктивности с воздушным сердечником), либо из ферромагнитного (или ферримагнитного) материала; последний называется индуктором с «железным сердечником».

Имеет ли катушка индуктивности сопротивление?

В реальной жизни индуктор состоит из катушки проволоки (с ламинированным железным сердечником или без него). Таким образом, реальный индуктор имеет как сопротивление, так и индуктивность. Если удвоить индуктивность, увеличив длину провода на катушке, то сопротивление увеличится (примерно в 1,4 раза).

Чем вредна индукционная готовка?

Проще говоря, наличие индукционной варочной панели увеличивает воздействие высоких уровней электромагнитного излучения, тогда как, если бы у вас была нормальная газовая или электрическая плита, вы бы не подвергались такому сильному воздействию.Чем большему количеству электромагнитного излучения вы подвергаетесь, тем выше риск развития серьезных проблем со здоровьем.

Чем конвекционная печь отличается от индукционной?

Конвекция и индукционная варка не имеют ничего общего друг с другом, но звучат достаточно похоже, чтобы вызвать путаницу. Слово «конвекция» относится к конвекционным печам, а «индукция» — к индукционным варочным панелям.

Стоит ли покупать индукционные печи?

Стоит ли покупать индукционные плиты? Итог: несмотря на то, что к индукции нужно привыкнуть, нам нравятся непревзойденные индукционные варочные панели с контролем температуры.По сравнению с электрическими, индукционные плиты готовят пищу быстрее, лучше адаптируются к изменениям температуры и совсем не требуют времени для охлаждения.

Основы индукционного нагрева. Часть 3. Внедрение

Индукционный нагрев широко используется в промышленности и даже в бытовых приборах как бесконтактный метод нагрева со многими явными преимуществами.

Индукционная катушка и заготовка составляют ядро ​​системы, но устройство индукционного нагрева – это гораздо больше  (рис. 1) .Кроме того, есть источник питания и схема резонансного резервуара в качестве усилителя мощности, который создает переменный ток на первичной стороне. Обратите внимание, что катушка первичной стороны является частью этой цепи бака. Резонансный контур усилителя должен быть настроен на рабочую частоту и индуктивность катушки первичной стороны, чтобы обеспечить стабильные колебания и максимальную передачу мощности.

Рис. 1. Функциональная блок-схема системы индукционного нагрева относительно проста и обычно включает устройство бесконтактного измерения температуры для регулирования с обратной связью.(Изображение: AZO Materials)

Из-за высоких уровней мощности в десятки киловатт во многих конструкциях блоку питания или первичной обмотке может потребоваться водяное охлаждение. Существует также бесконтактное измерение температуры с помощью пирометра для получения показаний, которые можно использовать в замкнутом цикле для поддержания желаемой температуры на заготовке.

Усилитель мощности похож на ВЧ-усилитель мощности и сильно отличается от него, и его часто называют ВЧ-усилителем. Это похоже, поскольку он должен производить мощный синусоидальный волнообразный сигнал.Он отличается тем, что частоты, которые он должен производить, находятся в самом нижнем конце электромагнитного спектра. Форма волны, которую он генерирует, не обязательно должна быть чистой синусоидой, и некоторое разумное количество искажений приемлемо, поэтому можно использовать более эффективный усилитель класса B или даже класса C. Но любое несинусоидальное искажение также создает значительные электромагнитные/радиочастотные помехи, что может быть проблемой.

Частота переменного тока в первичной обмотке, который, таким образом, наводится на заготовку или нагрузку, является критической.Глубина, на которую тепло генерируется напрямую (а не за счет возможной проводимости от поверхности) с использованием индуцированного тока, зависит от того, что называется электрической эталонной глубиной или глубиной скин-слоя (обратите внимание, что это в некоторой степени аналогично «скин-эффекту» в проводниках, несущих РЧ-излучение). сигналы, но происходит по другому механизму). Краткое, но нелинейное уравнение определяет взаимосвязь между ключевыми параметрами материала и частоты (рисунок 2) .

Рис. 2. Это базовое уравнение определяет взаимосвязь между ключевыми параметрами материала и частоты и связанную с ними электрическую эталонную глубину (глубину скин-слоя).(Изображение: Bright Hub Engineering)

Ток с более высокой частотой приводит к меньшей глубине электрического отсчета, тогда как ток с более низкой частотой приводит к большей глубине отсчета электрического. Эта глубина также зависит от электрических и физических свойств заготовки.

Частоты от 100 до 400 кГц производят относительно высокоэнергетическое тепло, лучше всего подходящее для быстрого нагрева небольших деталей или поверхности/поверхности более крупных деталей (для сравнения обратите внимание, что стандартный диапазон AM-радиовещания начинается с 550 кГц) .Для глубокого проникающего тепла используются более длительные циклы нагрева на более низких частотах от 5 до 30 кГц. Для более мелких заготовок для эффективного нагрева необходима более высокая частота (> 50 кГц), а в случае более крупных заготовок генерируется более низкая частота (> 10 кГц) и большее проникновение тепла.

Изменение тока, напряжения и частоты с помощью индукционной катушки приводит к точно настроенному и тщательно спроектированному нагреву, что делает его пригодным для точных применений, таких как цементация, отпуск и отжиг, а также для других форм термообработки.Этот уровень термической и температурной точности имеет решающее значение для многих применений, включая термообработку автомобильных и аэрокосмических деталей, волоконной оптики, соединения боеприпасов, закалки проволоки и отпуска пружинной проволоки.

Индукционный нагрев хорошо подходит для специальных применений металлов, таких как титан, драгоценные металлы и современные композиты. Он не ограничен ни черными, ни цветными металлами, но может использоваться как с соответствующими настройками, так и с настройками. Например, использование одного и того же индукционного процесса для нагрева одинаковых по размеру кусков стали и меди даст очень разные результаты.Причина в том, что сталь (а также углерод, олово и вольфрам) имеет высокое удельное электрическое сопротивление и сильно сопротивляется протеканию тока, вызывая быстрое накопление тепла. Напротив, металлы с низким удельным сопротивлением, такие как медь, латунь и алюминий, нагреваются дольше. В качестве дополнительной сложности удельное сопротивление увеличивается с температурой, поэтому очень горячий кусок стали будет более восприимчив к индукционному нагреву, чем холодный.

Правильно спроектированная и установленная система индукционного нагрева – это точная и полностью контролируемая технология.Все аспекты этой технологии были проанализированы, изучены и проверены в теории и на практике физиками, металлургами и инженерами и хорошо изучены. Вырабатываемое им тепло сильно локализовано в изделии, хотя, конечно, оно будет распространяться за счет внутренней теплопроводности. Он относительно «чистый» в том смысле, что не образует паров, выхлопных газов или остатков. Он даже используется для высокофокусной точечной сварки электрических контактов, а также для сварки непрерывной полосой с параметрами системы, настроенными на очень малую расчетную электрическую глубину.

В следующей части этой статьи индукционный нагрев используется в бытовой технике, а также рассматриваются передовые системы для любителей, которые можно сделать своими руками.

 

Связанное содержимое EE World

Дополнительные ссылки

Профессиональные и промышленные справочники

Потребительские ссылки

Самостоятельные ссылки

Легко сделать индукционный нагреватель — Центр электронных проектов

Здравствуйте, читатель! В этой статье вы увидите, как легко сделать индукционный нагреватель своими руками с меньшим количеством компонентов.Начнем…

Я использовал схему простого двухтактного генератора или так называемый ЗВС-драйвер. Он также часто используется в любительских конструкциях
индукционных нагревателей. Схема (схема) настолько популярна, что китайского производства много. варианты схемы. Рассмотрим случай со средней точкой катушки.

На мой взгляд, немного стабильнее, чем два чока без средней точки. По сути, это резонансный преобразователь, который
был построен как автогенератор.Здесь каждое плечо схемы должно рассматриваться как отдельный генератор. Оптимальное напряжение питания 12 В, хотя работает от 3,5 В. Источника питания должно быть достаточно для срабатывания полевых транзисторов.

Я использовал N-канальный IRFZ44. Дроссель взят от компьютерного блока питания формата ATX. Сердечник изготовлен из железного порошка. Затворные резисторы выполняют две функции. Они одновременно ограничивают ток затвора и ток стабилитронов.

Зенер предотвращает повышение напряжения через затвор и защищает полевой транзистор от пробоя.Они поддерживают стабильное рабочее напряжение. Хотя опыт показывает, что при питании от стабильного источника 12В в стабилитроне нет необходимости. Первичная обмотка трансформатора включена параллельно с конденсатором, образующим резонансный контур.

Изменяя параметры этих компонентов, можно изменить рабочую частоту генератора. Как я уже говорил, схема часто используется для построения простых индукционных нагревателей, хотя она не является оптимальной из-за отсутствия схемы регулирования полевых транзисторов. и хороший осциллятор.

По цепи протекают большие токи, а конденсатор также эксплуатируется в жестких условиях. Особенно, если схема используется как индукционный нагреватель, т.е. если сердечник отсутствует или он не замкнут. Поэтому советую использовать батарея параллельно соединенных конденсаторов общей емкостью от 1 до 4,7 мкФ и напряжением от 630 до 1600В. Оптимально 1000В. Практика показывает, что 400В недостаточно. В случае с конденсаторной батареей все
должны иметь одинаковую емкость и напряжение.На основе этого драйвера и обратноходового трансформатора телевизора можно построить простой, но мощный высоковольтный генератор.

На свободной части жилы делаем 2*5 или 2*6 витков провода диаметром 0,8 мм. Советую использовать многожильный медный провод с силиконовой изоляцией. Если вы используете обратноходовой трансформатор от старого телевизора, то обязательно заливайте дополнительную смолу на высоковольтную обмотку. Иначе трансформатор сгорит.

Родственные

[PDF] Введение.Как работает индукционный нагрев? DIY 中频加热炉

1 DIY 中频加热炉 Введение Индукционный нагрев — это процесс бесконтактного нагрева. Он использует высокочастотное электричество для нагрева…

DIY 中频加热炉

Введение Индукционный нагрев — это процесс бесконтактного нагрева. Он использует высокочастотное электричество для нагрева электропроводящих материалов. Поскольку он бесконтактный, процесс нагрева не затрагивает нагреваемый материал. Это также очень эффективно, так как тепло фактически генерируется внутри заготовки.Это можно сравнить с другими методами нагрева, при которых тепло вырабатывается пламенем или нагревательным элементом, который затем воздействует на заготовку. По этим причинам индукционный нагрев подходит для некоторых уникальных применений в промышленности.

Как работает индукционный нагрев? Источник высокочастотного электричества используется для подачи большого переменного тока через катушку. Эта катушка известна как рабочая катушка. Смотрите картинку напротив. Прохождение тока через эту катушку создает очень интенсивное и быстро меняющееся магнитное поле в пространстве внутри рабочей катушки.Нагреваемая деталь помещается в это интенсивное переменное магнитное поле. В зависимости от природы материала заготовки происходит ряд вещей…

Переменное магнитное поле индуцирует ток в токопроводящей заготовке. Расположение рабочей катушки и заготовки можно рассматривать как электрический трансформатор. Рабочая катушка похожа на первичную, куда подается электрическая энергия, а обрабатываемая деталь похожа на вторичную обмотку с одним витком, которая закорочена.Это вызывает огромные токи, протекающие через заготовку. Они известны как вихревые токи. В дополнение к этому, высокая частота, используемая в устройствах индукционного нагрева, вызывает явление, называемое скин-эффектом. Этот скин-эффект заставляет переменный ток течь тонким слоем к поверхности заготовки. Скин-эффект увеличивает эффективное сопротивление металла прохождению большого тока. Следовательно, это значительно увеличивает эффект нагрева, вызванный током, индуцируемым в заготовке.

(Хотя в этом приложении желателен нагрев из-за вихревых токов, интересно отметить, что производители трансформаторов делают все возможное, чтобы избежать этого явления в своих трансформаторах. Многослойные сердечники трансформаторов, сердечники из порошкового железа и ферриты используются для предотвращения вихревых токов. от протекающих внутри сердечников трансформатора.Внутри трансформатора прохождение вихревых токов крайне нежелательно, так как вызывает нагрев магнитопровода и представляет собой потребляемую мощность.)

А для черных металлов? Для черных металлов, таких как железо и некоторые типы стали, существует дополнительный механизм нагрева, который имеет место одновременно с упомянутыми выше вихревыми токами. Интенсивное переменное магнитное поле внутри рабочей катушки многократно намагничивает и размагничивает кристаллы железа. Это быстрое переключение магнитных доменов вызывает значительное трение и нагрев внутри материала. Нагрев из-за этого механизма известен как гистерезисные потери, и это самые большие формальные материалы, которые имеют большую площадь внутри своей кривой B-H.Это может быть большим фактором, способствующим выделению тепла во время индукционного нагрева, но это происходит только внутри черных металлов. По этой причине материалы из черных металлов легче поддаются индукционному нагреву, чем материалы из цветных металлов. Интересно отметить, что сталь теряет свои магнитные свойства при нагревании выше примерно 700°С. Эта температура известна как температура Кюри. Это означает, что выше 700°С не может быть нагрева материала из-за гистерезисных потерь. Любой дальнейший нагрев материала должен происходить только за счет индуцированных вихревых токов.Это делает нагрев стали выше 700°C более сложной задачей для систем индукционного нагрева. Тот факт, что медь и алюминий являются немагнитными и очень хорошими электрическими проводниками, также может привести к тому, что эти материалы могут эффективно нагреваться. (Мы увидим, что лучший способ действий для этих материалов — увеличить частоту, чтобы преувеличить потери из-за скин-эффекта.)

Для чего используется индукционный нагрев? Индукционный нагрев можно использовать для любого применения, где мы хотим нагреть электропроводный материал чистым, эффективным и контролируемым образом.Одним из наиболее распространенных применений является герметизация пломб для защиты от несанкционированного доступа, которые приклеиваются к верхней части бутылок с лекарствами и напитками. Фольга, покрытая «клеем-расплавом», вставляется в пластиковую крышку и навинчивается на верхнюю часть каждой бутылки во время изготовления. Эти запечатанные фольгой затем быстро нагреваются, когда бутылки проходят под индукционным нагревателем на производственной линии. Вырабатываемое тепло расплавляет клей и приклеивает фольгу к верхней части бутылки. Когда крышка снята, фольга остается, обеспечивая воздухонепроницаемое уплотнение и предотвращая любую фальсификацию или загрязнение содержимого бутылки до тех пор, пока покупатель не проткнет фольгу.Другим распространенным применением является «обжиг геттера» для удаления загрязнений из вакуумированных трубок, таких как телевизионные кинескопы, электронные лампы и различные газоразрядные лампы. Кольцо из проводящего материала, называемое геттером, помещается внутрь вакуумированного стеклянного сосуда. Поскольку индукционный нагрев является бесконтактным процессом, его можно использовать для нагрева газопоглотителя, уже запаянного внутри сосуда. Индукционная рабочая катушка расположена рядом с геттером снаружи вакуумной трубки, и источник переменного тока включен. В течение нескольких секунд после запуска индукционного нагревателя газопоглотитель нагревается добела, а химические вещества в его покрытии реагируют с любыми газами в вакууме.В результате геттер поглощает последние оставшиеся следы газа внутри вакуумной трубки и повышает чистоту вакуума. Еще одним распространенным применением индукционного нагрева является процесс, называемый зонной очисткой, используемый в промышленности по производству полупроводников. Это процесс, в котором кремний очищается посредством зоны перемещения расплавленного материала. Интернет-поиск наверняка выдаст больше подробностей об этом процессе, о котором я мало что знаю. Другие области применения включают плавление, сварку и пайку металлов.Индукционные плиты и рисоварки

. Закалка металла боеприпасов, зубчатых колес, пильных полотен, приводных валов и т. д. также является распространенным применением, поскольку индукционный процесс очень быстро нагревает поверхность металла. Поэтому его можно использовать для поверхностного упрочнения и упрочнения локализованных участков металлических деталей путем «преодоления» теплопроводности вглубь детали или в окружающие области. Бесконтактный характер индукционного нагрева также означает, что его можно использовать для стерилизации металлических инструментов путем нагревания их до высоких температур, когда они уже находятся в известной стерильной среде для уничтожения микробов.

Что требуется для индукционного нагрева? Теоретически для реализации индукционного нагрева необходимы только 3 вещи: 1. Источник высокочастотной электроэнергии, 2. Рабочая катушка для создания переменного магнитного поля, 3. Электропроводящая заготовка для нагрева,

Сказав это, Практические системы индукционного нагрева обычно немного сложнее. Например, часто требуется согласующая цепь между источником высокой частоты и рабочей катушкой, чтобы обеспечить хорошую передачу мощности.Системы водяного охлаждения также распространены в мощных индукционных нагревателях для отвода отходящего тепла от рабочего змеевика и соответствующей ему сети. Наконец, обычно используется некоторая управляющая электроника для управления интенсивностью нагрева, обеспечения стабильных результатов и защиты системы от неблагоприятных условий эксплуатации. Однако основной принцип работы любого индукционного нагревателя остается таким же, как описано ранее.

Практическая реализация На практике рабочая катушка обычно включается в контур резонансного резервуара.Это имеет ряд преимуществ. Во-первых, он делает либо ток, либо напряжение синусоидальными. Это сводит к минимуму потери в инверторе, позволяя использовать либо коммутацию при нулевом напряжении, либо коммутацию при нулевом токе, в зависимости от выбранной точной схемы. Синусоидальная форма волны на рабочей катушке также представляет собой более чистый сигнал и вызывает меньшие радиочастотные помехи для близлежащего оборудования. Мы увидим, что существует несколько резонансных схем, которые разработчик индукционного нагревателя может выбрать для рабочей катушки: Последовательная схема резонансного резервуара Рабочая катушка приводится в резонанс на заданной рабочей частоте с помощью конденсатора, включенного последовательно с ней.Это приводит к тому, что ток через рабочую катушку становится синусоидальным. Последовательный резонанс также увеличивает напряжение на рабочей катушке, намного превышающее выходное напряжение инвертора. Инвертор видит синусоидальный ток нагрузки, но он должен нести полный ток, который течет в рабочей катушке. По этой причине рабочая катушка часто состоит из множества витков провода с током всего в несколько ампер или десятков ампер. Такое расположение обычно используется в таких устройствах, как рисоварки, где уровень мощности низкий, а инвертор расположен рядом с нагреваемым объектом.Основные недостатки последовательной резонансной схемы заключаются в том, что инвертор должен проводить тот же ток, что и рабочая катушка. В дополнение к этому последовательное резонансное действие может стать очень выраженным, если отсутствует деталь

для демпфирования контура. Это не проблема в таких приложениях, как рисоварки, где заготовкой всегда является одна и та же посуда для приготовления пищи, и ее свойства хорошо известны во время проектирования. Резервуарные конденсаторы обычно рассчитаны на высокое напряжение из-за повышения резонансного напряжения в последовательно настроенном резонансном контуре.Параллельный резонансный контур. Рабочая катушка приводится в резонанс на предполагаемой рабочей частоте с помощью конденсатора, помещенного параллельно с ней. Это приводит к тому, что ток через рабочую катушку является синусоидальным. Параллельный резонанс также увеличивает ток, протекающий через рабочую катушку, намного выше, чем допустимый ток инвертора. Инвертор видит синусоидальный ток нагрузки. Однако в этом случае он должен нести только ту часть тока нагрузки, которая фактически выполняет реальную работу. Инвертор не должен проводить полный циркулирующий ток в рабочей катушке.Это означает, что рабочая катушка может быть размещена в месте, удаленном от инвертора, без значительных потерь в питающих проводах. Это также означает, что рабочие катушки, использующие этот метод, часто состоят из нескольких витков толстого медного проводника, но с протекающими большими токами в несколько десятков или сотен ампер. (Это необходимо для получения необходимых ампер-витков для индукционного нагрева.) Водяное охлаждение является общим для всех систем, кроме самых маленьких. Это необходимо для удаления избыточного тепла, выделяемого при прохождении большого высокочастотного тока через рабочую катушку и связанный с ней накопительный конденсатор.В схеме с параллельным резонансным резервуаром рабочую катушку можно рассматривать как индуктивную нагрузку с установленным на ней конденсатором для «коррекции коэффициента мощности». Конденсатор PFC обеспечивает поток реактивного тока, равный и противоположный индуктивному току, потребляемому рабочей катушкой. всегда есть некоторые потери в этой цепи бака из-за диэлектрических потерь в конденсаторе и скин-эффекта, вызывающих резистивные потери в рабочей катушке.Таким образом, инвертор всегда потребляет небольшой ток. Когда деталь с потерями вставляется в рабочую катушку, это демпфирует параллельный резонансный контур, вводя дополнительные потери в систему. Поэтому ток, потребляемый параллельным резонансным колебательным контуром, увеличивается, когда в катушку вводится заготовка.

Согласование импеданса Или просто «Согласование». Это относится к электронике, расположенной между источником высокочастотной энергии и рабочей катушкой, которую мы используем для нагрева.Для того, чтобы нагреть твердый кусок металла посредством индукционного нагрева, нам нужно вызвать ОГРОМНЫЙ ток, протекающий по поверхности металла. Однако это можно сравнить с инвертором, который генерирует мощность высокой частоты. Общий инвертор работает лучше (и его конструкция несколько проще), если он работает при достаточно высоком напряжении, но при малом токе. Это позволяет использовать полевые МОП-транзисторы с общим переключателем. Сравнительно низкие токи также делают инвертор менее чувствительным к компоновке и паразитной индуктивности.Работа согласующей сети и рабочей катушки заключается в преобразовании высокого напряжения/малого тока от инвертора в низкое напряжение/большой ток, необходимые для эффективного нагрева заготовки.

Мы можем думать о контуре резервуара, включающем рабочую катушку (Lw) и его конденсатор (Cw), как о

аллельном резонансном контуре. Он имеет сопротивление (R) из-за того, что заготовка с потерями соединена с рабочей катушкой из-за магнитной связи между двумя проводниками. См. схему напротив.

На практике сопротивление рабочей катушки, сопротивление накопительного конденсатора и сопротивление детали вносят потери в колебательную цепь и гасят резонанс. Поэтому полезно объединить все эти потери в одно «сопротивление потерь». В случае параллельного резонансного контура это сопротивление потерь появляется непосредственно на колебательном контуре. Это сопротивление представляет собой единственный компонент, который может потреблять энергию, и поэтому мы можем думать об этом сопротивлении потерь как о нагрузке, на которую мы пытаемся направить мощность как можно эффективнее.

При работе в резонансе ток, потребляемый накопительным конденсатором и рабочей катушкой, равен и противоположен по фазе и, следовательно, компенсирует друг друга, если речь идет об источнике питания. Это означает, что единственной нагрузкой, воздействующей на источник питания на резонансной частоте, является сопротивление потерь в колебательной цепи. (Обратите внимание, что при возбуждении по обе стороны от резонансной частоты t

здесь является дополнительной «несинфазной» составляющей тока, вызванной неполной компенсацией тока рабочей катушки и тока крышки бака.Этот реактивный ток увеличивает общую величину тока, потребляемого от источника, но не способствует какому-либо полезному нагреву изделия.) Задача согласующей цепи состоит в том, чтобы просто преобразовать это относительно большое сопротивление потерь в цепи бака до более низкого значения. Это лучше подходит инвертору, пытающемуся управлять им. Существует много разных способов добиться такого преобразования импеданса, включая отводы от рабочей катушки

l, использование ферритового трансформатора, емкостного делителя вместо накопительного конденсатора или согласующей схемы, такой как L-матчевая сеть.

В случае с L-образной сетью он может преобразовывать относительно высокое сопротивление нагрузки контура бака примерно до 10 Ом, что лучше подходит для инвертора. Эта цифра позволяет инвертору работать от нескольких сотен вольт, сохраняя при этом токи на допустимом уровне, поэтому в стандартном режиме переключения MOSFET можно использовать для выполнения операции переключения. Сеть L-match состоит из компонентов Lm и Cm, показанных напротив.

Сеть L-match также имеет еще одно весьма желательное свойство.Сеть L-согласования обеспечивает прогрессивно возрастающее индуктивное сопротивление для всех частот выше резонансной частоты контура резервуара. Это очень важно, когда рабочая катушка должна питаться от инвертора, который генерирует выходное напряжение прямоугольной формы. Вот объяснение того, почему это так… Прямоугольное напряжение, генерируемое большинством полумостовых и полномостовых схем, богато высокочастотными гармониками, а также необходимой основной частотой. Прямое подключение такого источника напряжения к параллельной резонансной цепи может привести к протеканию чрезмерных токов на гармониках частоты возбуждения! Это связано с тем, что накопительный конденсатор в параллельном резонансном контуре имеет все более низкое емкостное сопротивление при увеличении частоты.Это потенциально очень опасно для инвертора источника напряжения. Это приводит к большим всплескам тока на переходах переключения, поскольку инвертор пытается быстро зарядить и разрядить накопительный конденсатор на нарастающих и спадающих фронтах прямоугольной волны. Включение L-образной сети между инвертором и контуром бака снимает эту проблему. Теперь на выходе инвертора сначала наблюдается индуктивное сопротивление Lm в согласующей сети, а все гармоники видят постепенно возрастающий индуктивный импеданс.Таким образом, включение схемы L-согласования между инвертором и параллельным контуром резонансного резервуара позволяет достичь двух целей. 1. Согласование импеданса, чтобы от инвертора к заготовке могла подаваться необходимая мощность. 2. Представление возрастающего индуктивного сопротивления высокочастотным гармоникам, чтобы инвертор оставался безопасным и работоспособным.

Глядя на предыдущую схему выше, мы видим, что конденсатор в согласующей цепи (Cm) и накопительный конденсатор (Cw) включены параллельно.На практике обе эти функции обычно выполняются одним конденсатором. Большую часть ее емкости можно представить как находящуюся в параллельном резонансе с рабочей катушкой, а небольшая ее часть обеспечивает согласование импеданса с согласующей катушкой индуктивности (Lm). Объединение этих двух емкостей в одну приводит нас к модели LCLR для расположения рабочей катушки. , который iscommonly используется в промышленности.

Рабочая катушка LCLR Эта компоновка включает рабочую катушку в параллельный резонансный контур и использует схему L-согласования между контуром резервуара и инвертором.Согласующая цепь используется для того, чтобы цепь бака выглядела как более подходящая нагрузка для инвертора, и ее вывод обсуждается в разделе выше.

Рабочая катушка LCLR имеет ряд желательных свойств: 1. В рабочей катушке протекает огромный ток, но инвертор должен подавать только небольшой ток. Большой циркулирующий ток ограничивается рабочей катушкой и параллельным ей конденсатором, которые обычно расположены близко друг к другу. 2. По линии передачи от инвертора к контуру резервуара протекает только слабый ток, поэтому можно использовать более легкий кабель.3. Любая паразитная индуктивность линии передачи становится частью индуктивности согласующей сети (Lm.) 4. Инвертор воспринимает синусоидальный ток нагрузки, поэтому он может использовать ZCS или ZVS для снижения коммутационных потерь и, следовательно, меньше нагреваться. 5. Индуктивность последовательного согласования может быть изменена в соответствии с различными нагрузками внутри рабочей катушки. 6. Цепь бака может питаться через несколько согласующих катушек индуктивности от многих инверторов для достижения уровней мощности выше тех, которые достижимы с одним инвертором. Согласующие катушки индуктивности обеспечивают естественное распределение тока нагрузки между инверторами, а также делают систему устойчивой к некоторым рассогласованиям моментов переключения параллельно включенных инверторов.

Еще одним преимуществом схемы рабочей катушки LCLR является то, что она не требует высокочастотного трансформатора для обеспечения функции согласования импеданса. Ферритовые трансформаторы, способные работать с несколькими киловаттами, большие, тяжелые и довольно дорогие. В дополнение к этому трансформатор необходимо охлаждать, чтобы отводить избыточное тепло, выделяемое большими токами, протекающими в его проводнике. Включение сети L-согласования в расположение рабочей катушки LCLR устраняет необходимость в трансформаторе для согласования инвертора с рабочей катушкой, что снижает затраты и упрощает конструкцию.

Тем не менее, проектировщик должен учитывать, что между инвертором и входом рабочей катушки LCLR может потребоваться изолирующий трансформатор 1:1, если необходима гальваническая изоляция от источника питания. Это зависит от того, важна ли изоляция и обеспечивает ли блок питания в индукционном нагревателе достаточную электрическую изоляцию для выполнения этих требований.

Полная схема Ниже показана полная схема, показывающая инвертор, приводящий в действие его рабочую катушку LCLR.

Обратите внимание, что на этой схеме НЕ ПОКАЗАНЫ привод затвора MOSFET и управляющая электроника! Пожалуйста, не запрашивайте дополнительную информацию.

Инвертор представляет собой простой полумост, состоящий из двух полевых МОП-транзисторов MTW14N50, изготовленных компанией On-semiconductor (ранее Motorola). Он питается от сглаженного источника постоянного тока с развязывающим конденсатором по шинам для поддержки потребностей инвертора в переменном токе. Тем не менее, следует понимать, что качество и регулировка источника питания для приложений индукционного нагрева не имеют решающего значения.Полноволновая выпрямленная (несглаженная) сеть может работать так же, как сглаженный и регулируемый постоянный ток, когда речь идет о нагреве металла. И есть много аргументов в пользу уменьшения размера конденсатора шины постоянного тока до минимума. В частности, он улучшает коэффициент мощности тока, потребляемого от основного источника питания, а также минимизирует накопленную энергию в случае неисправности в инверторе.

Конденсатор блокировки по постоянному току предназначен только для блокировки выхода постоянного тока полумостового инвертора, чтобы он не вызывал протекание тока через рабочую катушку.Он имеет достаточно большой размер, чтобы не участвовать в согласовании импеданса и не оказывать неблагоприятного воздействия на работу рабочей катушки LCLR.

Отказоустойчивость Конструкция рабочей катушки LCLR очень хорошо себя ведет при различных возможных неисправностях. 1. 2. 3. 4.

Рабочая катушка с открытым контуром. Короткое замыкание рабочей катушки (или накопительного конденсатора). Короткое замыкание витка рабочей катушки. Конденсатор бака разомкнутой цепи.

Все эти отказы приводят к увеличению импеданса инвертора и, следовательно, к соответствующему падению тока, потребляемого инвертором.Автор лично использовал отвертку для короткого замыкания между витками рабочей катушки с током в несколько сотен ампер. Несмотря на то, что в месте приложенного короткого замыкания летят искры, нагрузка на инвертор снижается, и система легко переносит это обращение.

Худшее, что может случиться, это расстройка контура бака, так что его собственная резонансная частота окажется чуть выше рабочей частоты инвертора. Поскольку частота привода все еще близка к резонансу, через инвертор все еще протекает значительный ток.Но из-за расстройки коэффициент мощности снижается, и ток начинает опережать напряжение. Эта ситуация нежелательна, потому что ток нагрузки, воспринимаемый инвертором, меняет направление до того, как приложенное напряжение меняет знак. Результатом этого является принудительная коммутация тока между безынерционными диодами и оппозитным МОП-транзистором каждый раз, когда МОП-транзистор включается. Это вызывает принудительное обратное восстановление обратных диодов, в то время как они проводят значительный прямой ток. Это приводит к большому скачку тока как через диод, так и через оппозитный МОП-транзистор, который включается.

Хотя это не проблема для специальных выпрямителей с быстрым восстановлением, это принудительное восстановление может вызвать проблемы, если для обеспечения функции обратного диода используются внутренние диоды MOSFET

. Однако следует понимать, что надлежащее управление рабочей частотой инвертора должно гарантировать, что он отслеживает резонансную частоту колебательного контура. Следовательно, в идеале не должно возникать условие опережающего коэффициента мощности, и уж точно оно не должно сохраняться в течение какого-либо промежутка времени.Резонансную частоту следует отследить до ее предела, а затем отключить систему, если она вышла за пределы допустимого диапазона.

Методы контроля мощности Часто желательно контролировать количество энергии, обрабатываемой индукционным нагревателем. Это определяет скорость, с которой тепловая энергия передается заготовке. Установкой мощности индукционного нагревателя этого типа можно управлять несколькими способами: 1. Изменением напряжения в звене постоянного тока.

Мощность, обрабатываемая инвертором, может быть уменьшена за счет снижения напряжения питания инвертора.Это можно сделать, запустив инвертор от источника постоянного тока переменного напряжения, такого как управляемый выпрямитель, использующий тиристоры для изменения напряжения источника постоянного тока, полученного от сети. Импеданс, подаваемый на инвертор, в значительной степени постоянен при изменении уровня мощности, поэтому пропускная способность инвертора примерно пропорциональна квадрату напряжения питания. Изменение напряжения в звене постоянного тока позволяет полностью контролировать мощность от 0% до 100%. 2. Изменение коэффициента заполнения устройств в инверторе.Мощность, обрабатываемая инвертором, может быть уменьшена за счет уменьшения времени включения переключателей в инверторе. Питание подается на рабочую катушку только в то время, когда устройства включены. Ток нагрузки свободно течет через диоды корпуса устройства в течение мертвого времени, когда оба устройства выключены. Изменение коэффициента заполнения переключателей позволяет полностью контролировать мощность от 0% до 100%. Единственным существенным недостатком является принудительное обратное восстановление обратных диодов, которое может происходить при уменьшении скважности.3. Изменение рабочей частоты инвертора. Мощность, подаваемая инвертором на рабочую катушку, может быть уменьшена путем отстройки инвертора от собственной резонансной частоты контура резервуара, включающего рабочую катушку. По мере того, как рабочая частота инвертора удаляется от резонансной частоты колебательного контура, в колебательном контуре возникает меньше резонансного подъема, и ток в рабочей катушке уменьшается. Поэтому в изделии индуцируется меньший циркулирующий ток.

Для управления мощностью инвертор обычно расстраивается на высокочастотной стороне естественного резонанса цепей резервуара.Это приводит к тому, что индуктивное сопротивление согласующей цепи становится доминирующим по мере увеличения частоты. Поэтому ток, потребляемый от инвертора согласующей сетью, начинает отставать по фазе и уменьшаться по амплитуде. Оба эти фактора способствуют снижению реальной пропускной способности. В дополнение к этому запаздывающий коэффициент мощности гарантирует, что устройства в инверторе по-прежнему включаются с нулевым напряжением на них.

Этот метод управления уровнем мощности путем расстройки очень прост, так как большинство индукционных нагревателей уже контролируют рабочую частоту инвертора, чтобы обеспечить работу с различными заготовками и рабочими катушками.Недостатком является то, что он обеспечивает только ограниченный диапазон управления, поскольку существует предел скорости переключения силовых полупроводников. Это особенно верно в приложениях с высоким энергопотреблением, где устройства в любом случае могут работать на скоростях, близких к максимальным.

4. Изменение номинала катушки индуктивности в согласующей сети.

Мощность, подаваемая инвертором на рабочую катушку, может варьироваться путем изменения значения соответствующих компонентов сети. Сеть L-согласования между инвертором и контуром резервуара технически состоит из индуктивной и емкостной частей.Но емкостная часть находится параллельно собственному накопительному конденсатору рабочей катушки, и на практике это обычно одна и та же часть. Поэтому единственная часть согласующей цепи, которую можно сделать регулируемой, — это индуктор.

Согласующая цепь отвечает за преобразование нагрузки рабочей катушки в соответствующий импеданс нагрузки, который будет управляться инвертором. Изменение индуктивности согласующего индуктора регулирует значение, в которое преобразуется импеданс нагрузки. В общем, уменьшение индуктивности согласующего индуктора приводит к преобразованию импеданса рабочей катушки в более низкий импеданс.Этот более низкий импеданс нагрузки, подаваемый на инвертор, приводит к тому, что инвертор получает больше мощности. И наоборот, увеличение индуктивности согласующей катушки индуктивности приводит к тому, что на инвертор подается более высокий импеданс нагрузки. Эта более легкая нагрузка приводит к более низкому потоку мощности.

Степень регулирования мощности, достижимая путем изменения согласующей катушки индуктивности, довольно мала. Также происходит сдвиг резонансной частоты всей системы. Это цена, которую приходится платить за объединение емкости L-матча и емкости резервуара в одну единицу.Сеть L-match

по существу заимствует часть емкости у накопительного конденсатора для выполнения операции согласования, таким образом оставляя накопительную цепь резонировать на более высокой частоте. По этой причине согласующий индуктор обычно фиксируется или регулируется с грубыми шагами в соответствии с предполагаемой нагреваемой деталью, а не предоставляет пользователю полностью регулируемую настройку мощности.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.