2 einfache Induktionsheizkreise - Heizplattenherde

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In diesem Beitrag lernen wir 2 einfach zu bauende Induktionsheizkreise, die mit hochfrequenten magnetischen Induktionsprinzipien arbeiten, um über einen kleinen festgelegten Radius eine beträchtliche Wärmemenge zu erzeugen.

Die besprochenen Induktionsherdschaltungen sind wirklich einfach und verwenden nur wenige aktive und passive gewöhnliche Komponenten für die erforderlichen Aktionen.




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Entwerfen einer Induktionsheizschaltung - Tutorial


Funktionsprinzip des Induktionsheizgeräts

Eine Induktionsheizung ist eine Vorrichtung, die ein hochfrequentes Magnetfeld verwendet, um eine Eisenlast oder ein ferromagnetisches Metall durch Wirbelstrom zu erwärmen.



Während dieses Prozesses können sich Elektronen im Eisen nicht so schnell bewegen wie die Frequenz, und dies führt zu einem Rückstrom im Metall, der als Wirbelstrom bezeichnet wird. Diese Entwicklung eines hohen Wirbelstroms führt letztendlich zu einer Erwärmung des Eisens.

Die erzeugte Wärme ist proportional zu Stromzwei x Widerstand des Metalls. Da das Lademetall aus Eisen bestehen soll, betrachten wir den Widerstand R für das Metalleisen.

Wärme = I.zweix R (Eisen)

Der spezifische Widerstand von Eisen beträgt: 97 nΩ · m

Die obige Wärme ist auch direkt proportional zur induzierten Frequenz und deshalb werden gewöhnliche Transformatoren mit Eisenstempel nicht in Hochfrequenzschaltanwendungen verwendet, sondern Ferritmaterialien werden als Kerne verwendet.

Hier wird jedoch der obige Nachteil zum Erfassen von Wärme aus einer hochfrequenten magnetischen Induktion ausgenutzt.

Unter Bezugnahme auf die vorgeschlagenen Induktionsheizschaltungen unten finden wir das Konzept, das die ZVS- oder Nullspannungsschalttechnologie für die erforderliche Auslösung der MOSFETs verwendet.

Die Technologie gewährleistet eine minimale Erwärmung der Geräte, wodurch der Betrieb sehr effizient und effektiv wird.

Außerdem wird der von Natur aus selbstresonante Schaltkreis automatisch auf die Resonanzfrequenz der angeschlossenen Spule und des Kondensators eingestellt, die mit einem Tankkreis identisch ist.

Verwenden des Royer-Oszillators

Die Schaltung verwendet grundsätzlich einen Royer-Oszillator, der sich durch Einfachheit und selbstresonantes Funktionsprinzip auszeichnet.

Die Funktionsweise der Schaltung kann mit folgenden Punkten verstanden werden:

  1. Wenn die Stromversorgung eingeschaltet wird, beginnt positiver Strom von den beiden Hälften der Arbeitsspule zu den Abflüssen der Mosfets zu fließen.
  2. Gleichzeitig erreicht die Versorgungsspannung auch die Tore der Mosfets und schaltet sie ein.
  3. Aufgrund der Tatsache, dass keine zwei Mosfets oder elektronischen Geräte genau ähnliche Leitspezifikationen haben können, schalten sich beide Mosfets nicht zusammen ein, sondern einer von ihnen schaltet sich zuerst ein.
  4. Stellen wir uns vor, T1 wird zuerst eingeschaltet. Wenn dies geschieht, neigt die Drain-Spannung aufgrund des durch T1 fließenden starken Stroms dazu, auf Null abzufallen, was wiederum die Gate-Spannung des anderen Mosfets T2 über die angeschlossene Schottky-Diode heraussaugt.
  5. Hier scheint es, dass T1 sich weiterhin selbst leitet und zerstört.
  6. Dies ist jedoch der Moment, in dem der L1C1-Tankkreis in Aktion tritt und eine entscheidende Rolle spielt. Die plötzliche Leitung von T1 bewirkt, dass ein Sinusimpuls am Drain von T2 ansteigt und zusammenbricht. Wenn der Sinusimpuls zusammenbricht, trocknet er die Gate-Spannung von T1 ab und schaltet sie ab. Dies führt zu einem Spannungsanstieg am Drain von T1, wodurch eine Gate-Spannung für T2 wiederhergestellt werden kann. Nun ist es an T2 zu leiten, T2 leitet jetzt und löst eine ähnliche Art von Wiederholung aus, die für T1 aufgetreten ist.
  7. Dieser Zyklus setzt sich nun schnell fort und bewirkt, dass die Schaltung mit der Resonanzfrequenz der LC-Tankschaltung schwingt. Die Resonanz passt sich automatisch an einen optimalen Punkt an, je nachdem, wie gut die LC-Werte übereinstimmen.

Der Hauptnachteil des Entwurfs besteht jedoch darin, dass eine Spule mit Mittelabgriff als Transformator verwendet wird, was die Wicklungsimplementierung etwas schwieriger macht. Der mittlere Abgriff ermöglicht jedoch einen effizienten Push-Pull-Effekt über die Spule durch nur wenige aktive Geräte wie Mosfets.

Wie zu sehen ist, sind über das Gate / die Source jedes Mosfets schnelle Wiederherstellungs- oder Hochgeschwindigkeits-Schaltdioden angeschlossen.

Diese Dioden erfüllen die wichtige Funktion, die Gatekapazität der jeweiligen Mosfets während ihrer nichtleitenden Zustände zu entladen, wodurch der Schaltvorgang schnell und schnell erfolgt.

Wie ZVS funktioniert

Wie bereits erwähnt, arbeitet diese Induktionsheizschaltung mit der ZVS-Technologie.

ZVS steht für Zero Voltage Switching, dh die Mosfets in der Schaltung schalten sich ein, wenn sie einen minimalen oder starken Strom oder einen Nullstrom an ihren Abflüssen haben. Dies haben wir bereits aus der obigen Erklärung gelernt.

Dies hilft den Mosfets tatsächlich, sich sicher einzuschalten, und daher wird diese Funktion für die Geräte sehr vorteilhaft.

Dieses Merkmal könnte mit der Nulldurchgangsleitung für Triacs in Wechselstromnetzkreisen verglichen werden.

Aufgrund dieser Eigenschaft erfordern die Mosfets in solchen ZVS-Eigenresonanzkreisen viel kleinere Kühlkörper und können auch bei massiven Lasten bis zu 1 kVA arbeiten.

Da die Frequenz der Schaltung von Natur aus resonant ist, hängt sie direkt von der Induktivität der Arbeitsspule L1 und des Kondensators C1 ab.

Die Frequenz könnte nach folgender Formel berechnet werden:

f = 1 / (2π * √ [ L. * * C] )

Wo f ist die in Hertz berechnete Frequenz
L ist die Induktivität der Hauptheizspule L1, dargestellt in Henries
und C ist die Kapazität des Kondensators C1 in Farad

Die MOSFETs

Sie können verwenden IRF540 als die Mosfets, die bei guten 110V, 33amp bewertet sind. Für sie könnten Kühlkörper verwendet werden, obwohl die erzeugte Wärme kein besorgniserregendes Niveau aufweist. Dennoch ist es besser, sie auf wärmeabsorbierenden Metallen zu verstärken. Es können jedoch auch andere N-Kanal-MOSFETs mit geeigneter Nennleistung verwendet werden. Hierfür gibt es keine besonderen Einschränkungen.

Der Induktor oder die Induktoren, die der Hauptheizspule (Arbeitsspule) zugeordnet sind, sind eine Art Drossel, die dazu beiträgt, ein mögliches Eindringen des Hochfrequenzinhalts in die Stromversorgung zu verhindern und den Strom auf sichere Grenzen zu beschränken.

Der Wert dieses Induktors sollte im Vergleich zur Arbeitsspule viel höher sein. Ein 2mH ist in der Regel völlig ausreichend für diesen Zweck. Es muss jedoch mit Hochleistungsdrähten gebaut werden, um einen hohen Strombereich sicher zu ermöglichen.

Der Tankkreis

C1 und L1 bilden hier den Tankkreis für die beabsichtigte Hochresonanzfrequenz-Verriegelung. Auch diese müssen so ausgelegt sein, dass sie hohen Strom- und Wärmewerten standhalten.

Hier sehen wir den Einbau eines metallisierten PP-Kondensators mit 330 nF / 400 V.

1) Leistungsstarke Induktionsheizung mit einem Mazzilli-Treiberkonzept

Das erste unten erläuterte Design ist ein hocheffizientes ZVS-Induktionskonzept, das auf der beliebten Mazilli-Fahrertheorie basiert.

Es werden eine einzelne Arbeitsspule und zwei Strombegrenzerspulen verwendet. Die Konfiguration vermeidet die Notwendigkeit eines Mittelabgriffs von der Hauptarbeitsspule, wodurch das System äußerst effektiv und schnell die Last mit beeindruckenden Abmessungen erwärmt. Die Heizspule erwärmt die Last durch eine Vollbrücken-Push-Pull-Aktion

Das Modul ist tatsächlich online verfügbar und kann leicht zu sehr vernünftigen Kosten gekauft werden.

Das Schaltbild für diesen Entwurf ist unten zu sehen:

Das Originaldiagramm ist im folgenden Bild zu sehen:

1200 Watt Induktionsheizung einfaches Design

Das Arbeitsprinzip ist dieselbe ZVS-Technologie, bei der zwei Hochleistungs-MOSFETs verwendet werden. Der Versorgungseingang kann zwischen 5 V und 12 V liegen und der Strom kann je nach verwendeter Last zwischen 5 und 20 Ampere liegen.

Leistung

Die Ausgangsleistung des obigen Designs kann bis zu 1200 Watt betragen, wenn die Eingangsspannung auf 48 V und der Strom auf 25 Ampere erhöht wird.

Auf diesem Niveau kann die von der Arbeitsspule erzeugte Wärme hoch genug sein, um einen 1 cm dicken Bolzen innerhalb einer Minute zu schmelzen.

Abmessungen der Arbeitsspule

Video-Demo

https://youtu.be/WvV0m8iA6bM

2) Induktionsheizung mit einer Arbeitsspule mit Mittelhahn

Dieses zweite Konzept ist ebenfalls eine ZVS-Induktionsheizung, verwendet jedoch eine Mittelgabelung für die Arbeitsspule, die im Vergleich zur vorherigen Konstruktion möglicherweise etwas weniger effizient ist. Der L1, der das wichtigste Element der gesamten Schaltung ist. Es muss aus extrem dicken Kupferdrähten gebaut werden, damit es die hohen Temperaturen während des Induktionsvorgangs aushält.

einfache Induktionsheizschaltung mit 2 Mosfets

Der oben beschriebene Kondensator muss idealerweise so nah wie möglich an den L1-Klemmen angeschlossen werden. Dies ist wichtig, um die Resonanzfrequenz bei der angegebenen Frequenz von 200 kHz aufrechtzuerhalten.

Technische Daten der primären Arbeitsspule

Für die Induktionsheizspule L1 können viele 1 mm Kupferdraht parallel oder auf bifilare Weise gewickelt werden, um den Strom effektiver abzuleiten, was zu einer geringeren Wärmeerzeugung in der Spule führt.

Selbst danach könnte die Spule extremer Hitze ausgesetzt sein und sich dadurch verformen, weshalb eine alternative Wicklungsmethode versucht werden kann.

Bei dieser Methode wickeln wir es in Form von zwei getrennten Spulen, die in der Mitte verbunden sind, um den erforderlichen Mittelabgriff zu erhalten.

Bei diesem Verfahren können kleinere Windungen versucht werden, um die Impedanz der Spule zu verringern und ihrerseits ihre Stromhandhabungsfähigkeit zu erhöhen.

Die Kapazität für diese Anordnung kann dagegen erhöht werden, um die Resonanzfrequenz proportional herunterzuziehen.

Tankkondensatoren:

Insgesamt könnten 330nF x 6 zum Erfassen einer Nettokapazität von ungefähr 2uF verwendet werden.

Montage der Hauptarbeitsspule für die einfache Induktionsheizung

Anbringen des Kondensators an der Induktionsarbeitsspule

Das folgende Bild zeigt das genaue Verfahren zum Anbringen der Kondensatoren parallel zu den Endanschlüssen der Kupferspule, vorzugsweise über eine gut dimensionierte Leiterplatte.

Induktionsheizspulendurchmesser und Kondensatordetails

Teileliste für den obigen Induktionsheizkreis oder Induktionsheizkreis

  • R1, R2 = 330 Ohm 1/2 Watt
  • D1, D2 = FR107 oder BA159
FR107 schnelle Wiederherstellungsdioden
  • T1, T2 = IRF540
  • C1 = 10.000 uF / 25 V.
  • C2 = 2uF / 400V, hergestellt durch paralleles Anbringen der unten gezeigten 6nos 330nF / 400V-Kappen
0,33 uF / 400 V Kondensator MKT metallisierter Polyester
  • D3 ---- D6 = 25 Ampere Dioden
  • IC1 = 7812
  • L1 = 2 mm Messingrohr gewickelt wie in den folgenden Bildern gezeigt, der Durchmesser kann irgendwo in der Nähe von 30 mm liegen (Innendurchmesser der Spulen)
  • L2 = 2-mH-Drossel, hergestellt durch Aufwickeln eines 2-mm-Magnetdrahtes auf einen geeigneten Ferritstab
  • TR1 = 0-15 V / 20 Ampere
  • STROMVERSORGUNG: Verwenden Sie eine geregelte 15-V-Gleichstromversorgung mit 20 Ampere.

Verwendung von BC547-Transistoren anstelle von Hochgeschwindigkeitsdioden

Im obigen Schaltplan der Induktionsheizung sehen wir die MOSFET-Gatter, die aus Dioden mit schneller Wiederherstellung bestehen, die in einigen Teilen des Landes möglicherweise schwer zu erhalten sind.

Eine einfache Alternative dazu können BC547-Transistoren sein, die anstelle der Dioden angeschlossen sind, wie im folgenden Diagramm gezeigt.

Die Transistoren würden die gleiche Funktion wie die Dioden erfüllen, da der BC547 gut um 1 MHz Frequenzen arbeiten kann.

Ein weiteres einfaches DIY-Design

Das folgende Schema zeigt ein anderes einfaches Design, ähnlich dem obigen, das zu Hause schnell konstruiert werden kann, um ein persönliches Induktionsheizsystem zu implementieren.

zweites Design eines DIY-Induktionsheizgeräts mit minimalen Komponenten

Liste der Einzelteile

  • R1, R4 = 1 K 1/4 Watt MFR 1%
  • R2, R3 = 10 K 1/4 Watt MFR 1%
  • D1, D2 = BA159 oder FR107
  • Z1, Z2 = 12 V, 1/2 Watt Zenerdioden
  • Q1, Q2 = IRFZ44n Mosfet auf Kühlkörper
  • C1 = 0,33 uF / 400 V oder 3 nos 0,1 uF / 400 V parallel
  • L1, L2, wie in den folgenden Bildern gezeigt:
  • L2 wird aus einem alten ATX-Computer-Netzteil geborgen.
Testergebnisse einer funktionierenden Induktionsheizung einfach eingerichtet Details der Strombegrenzerspule für die einfache Induktionsheizung Testen einer Schraubenheiztemperatur in einem einfachen Induktionsheizgerät Red Hot Bolt Testergebnisse

Wie L2 gebaut wird

Ändern in ein Kochfeld-Kochgeschirr

Die obigen Abschnitte haben uns geholfen, einen einfachen Induktionsheizkreis mit einer federartigen Spule zu erlernen. Diese Spule kann jedoch nicht zum Kochen von Lebensmitteln verwendet werden und erfordert einige ernsthafte Modifikationen.

Der folgende Abschnitt des Artikels erklärt, wie die obige Idee modifiziert und wie eine einfache kleine Induktionskochgeschirrheizschaltung oder eine Induktionskadai-Schaltung verwendet werden kann.

Das Design ist ein Low-Tech-Design mit geringem Stromverbrauch und entspricht möglicherweise nicht den herkömmlichen Einheiten. Die Schaltung wurde von Herrn Dipesh Gupta angefordert

Technische Spezifikationen

Herr,

Ich habe unseren Artikel Simple Induction Heater Circuit - Kochplatte für Kochplatten gelesen und war sehr froh, dass es Menschen gibt, die bereit sind, Jugendlichen wie uns zu helfen, etwas zu tun ...

Sir, ich versuche, die Arbeitsweise zu verstehen und einen Induktions-Kadai für mich selbst zu entwickeln ... Sir, bitte helfen Sie mir, das Design zu verstehen, da ich in der Elektronik nicht so gut bin

Ich möchte eine Induktion entwickeln, um einen Kadai mit einem Durchmesser von 20 Zoll mit einer Frequenz von 10 kHz zu sehr niedrigen Kosten aufzuheizen !!!

Ich habe Ihre Diagramme und Artikel gesehen, war aber etwas verwirrt

  • 1. Transformator verwendet
  • 2. Wie man L2 macht
  • 3. Und alle anderen Änderungen in der Schaltung für 10 bis 20 kHz Frequenz mit 25am Strom

Bitte helfen Sie mir, Sir, so schnell wie möglich. Es wird Ihnen helfen, wenn Sie genau die erforderlichen Komponentendetails liefern können. Und zuletzt hatten Sie erwähnt, dass Sie die Stromversorgung verwenden sollen: Verwenden Sie eine geregelte 15-V-20-Ampere-Gleichstromversorgung. Wo wird es verwendet ....

Vielen Dank

Dipesh Gupta

Das Design

Das hier vorgestellte vorgeschlagene Induktions-Kadai-Schaltungsdesign dient nur experimentellen Zwecken und dient möglicherweise nicht wie die herkömmlichen Einheiten. Es kann verwendet werden, um schnell eine Tasse Tee zuzubereiten oder ein Omelett zu kochen, und es ist nicht mehr zu erwarten.

Die genannte Schaltung wurde ursprünglich zum Erhitzen von eisenstabartigen Gegenständen wie einem Schraubenkopf entwickelt. ein Schraubendreher Metall usw. Mit einigen Modifikationen kann jedoch die gleiche Schaltung zum Erhitzen von Metallpfannen oder Gefäßen mit konvexer Basis wie ein 'Kadai' angewendet werden.

Für die Implementierung des Obigen würde die ursprüngliche Schaltung keine Modifikation benötigen, außer der Hauptarbeitsspule, die ein wenig angepasst werden muss, um eine flache Spirale anstelle der federartigen Anordnung zu bilden.

Um beispielsweise das Design in ein Induktionskochgeschirr umzuwandeln, das Gefäße mit einem konvexen Boden wie einem Kadai trägt, muss die Spule in eine sphärisch-helikale Form gebracht werden, wie in der folgenden Abbildung angegeben:

Das Schema wäre das gleiche wie in meiner obigen Beschreibung, bei der es sich im Grunde um ein Royer-basiertes Design handelt, wie hier gezeigt:

Entwerfen der spiralförmigen Arbeitsspule

L1 wird hergestellt, indem 5 bis 6 Windungen eines 8-mm-Kupferrohrs in eine sphärisch-helikale Form gebracht werden, wie oben gezeigt, um eine kleine Stahlschale in der Mitte aufzunehmen.

Die Spule kann auch flach in eine Spiralform gepresst werden, wenn eine kleine Stahlpfanne wie unten gezeigt als Kochgeschirr verwendet werden soll:

praktisches Beispiel eines einfachen Pfannkuchen-Induktionsheizkochfelds

Entwerfen der Strombegrenzerspule

L2 kann durch Aufwickeln eines 3 mm dicken superlackierten Kupferdrahtes über einen dicken Ferritstab hergestellt werden. Die Anzahl der Windungen muss experimentiert werden, bis ein 2 mH-Wert über seine Anschlüsse erreicht ist.

TR1 kann ein 20-V-30-A-Transformator oder ein SMPS-Netzteil sein.

Der eigentliche Induktionsheizkreis ist recht einfach aufgebaut und bedarf keiner großen Erklärung. Die wenigen Dinge, die erledigt werden müssen, sind folgende:

Der Resonanzkondensator muss relativ näher an der Hauptarbeitsspule L1 liegen und sollte hergestellt werden, indem etwa 10 nos von 0,22 uF / 400 V parallel geschaltet werden. Die Kondensatoren müssen streng unpolar und metallisiert sein.

Obwohl das Design recht einfach aussehen mag, kann das Auffinden des Mittelabgriffs innerhalb des spiralförmig gewickelten Designs Kopfschmerzen verursachen, da eine Spiralspule eine unsymmetrische Anordnung aufweisen würde, die es schwierig macht, den genauen Mittelabgriff für die Schaltung zu lokalisieren.

Dies kann durch Versuch und Irrtum oder durch Verwendung eines LC-Messgeräts geschehen.

Ein falsch angeordneter Mittelabgriff kann dazu führen, dass die Schaltung abnormal funktioniert oder die Mosfets ungleichmäßig erwärmt werden, oder die gesamte Schaltung kann in einer schlimmsten Situation einfach nicht schwingen.

Referenz: Wikipedia




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