So entwerfen Sie einen Induktionsheizkreis

In diesem Artikel wird eine schrittweise Anleitung zum Entwerfen Ihres eigenen hausgemachten Induktionsheizkreislaufs erläutert, der auch als Induktionskochfeld verwendet werden kann.

Grundlegendes Konzept für Induktionsheizungen

Sie sind vielleicht online auf viele DIY-Induktionsheizkreise gestoßen, aber niemand scheint das entscheidende Geheimnis hinter der Implementierung eines perfekten und erfolgreichen Induktionsheizungsdesigns angesprochen zu haben. Bevor Sie dieses Geheimnis kennen, ist es wichtig, das grundlegende Arbeitskonzept einer Induktionsheizung zu kennen.

Eine Induktionsheizung ist tatsächlich eine äußerst 'ineffiziente' Form eines elektrischen Transformators, und diese Ineffizienz wird zu ihrem Hauptvorteil.

Wir wissen, dass in einem elektrischen Transformator der Kern mit der induzierten Frequenz kompatibel sein muss, und wenn eine Inkompatibilität zwischen der Frequenz und dem Kernmaterial in einem Transformator besteht, entsteht Wärme.

Grundsätzlich erfordert ein Transformator mit Eisenkern einen niedrigeren Frequenzbereich um 50 bis 100 Hz, und wenn diese Frequenz erhöht wird, kann der Kern eine Tendenz zeigen, proportional heißer zu werden. Das heißt, wenn die Frequenz auf ein viel höheres Niveau erhöht wird, kann dies über 100 kHz liegen und zur Erzeugung extremer Wärme im Kern führen.

Ja, genau das passiert bei einem Induktionsheizsystem, bei dem das Kochfeld wie der Kern wirkt und daher aus Eisen besteht. Und die Induktionsspule ist einer hohen Frequenz ausgesetzt, was zusammen zur Erzeugung einer proportional intensiven Wärmemenge auf dem Gefäß führt. Da die Frequenz auf deutlich hohem Niveau optimiert ist, wird eine maximal mögliche Wärme auf dem Metall gewährleistet.

Lassen Sie uns nun fortfahren und die wichtigen Aspekte kennenlernen, die für den Entwurf eines erfolgreichen und technisch korrekten Induktionsheizkreislaufs erforderlich sein können. Die folgenden Details erklären dies:

Was wirst du brauchen

Die zwei grundlegenden Dinge, die für den Bau eines Induktionskochgeschirrs erforderlich sind, sind:

1) Eine bifilare Spule.

2) Eine einstellbare Frequenzgeneratorschaltung

Ich habe auf dieser Website bereits einige Induktionsheizkreise besprochen. Sie können sie unten lesen:

Solar Induktionsheizkreis

Induktionsheizkreis mit IGBT

Einfacher Induktionsheizkreis - Heizplatten-Kochkreis

Kleiner Induktionsheizkreis für Schulprojekt

Alle oben genannten Links haben die beiden oben genannten Gemeinsamkeiten, dh sie haben eine Arbeitsspule und eine Treiberoszillatorstufe.

Entwerfen der Arbeitsspule

Für die Konstruktion eines Induktionskochgeschirrs sollte die Arbeitsspule flach sein, daher muss sie mit ihrer Konfiguration vom Typ bifilar sein, wie unten gezeigt:

Das oben gezeigte bifilare Spulentyp-Design kann effektiv für die Herstellung Ihres hausgemachten Induktionskochgeschirrs implementiert werden.

Stellen Sie für ein optimales Ansprechen und eine geringe Wärmeerzeugung innerhalb der Spule sicher, dass der Draht der Bifilarspule aus vielen dünnen Kupfersträngen anstelle eines einzelnen festen Drahtes besteht.

Somit wird dies zur Arbeitsspule des Kochgeschirrs. Jetzt müssen die Enden dieser Spule einfach in einen passenden Kondensator und ein kompatibles Frequenztreibernetzwerk integriert werden, wie in der folgenden Abbildung gezeigt:

Entwurf der Resonanz-Treiberschaltung der H-Bridge-Serie

Bisher sollten die Informationen Sie über die Konfiguration eines einfachen Induktionskochgeschirrs oder eines Induktionskochfelddesigns aufgeklärt haben. Der kritischste Teil des Designs ist jedoch, wie das Spulenkondensatornetzwerk (der Tankkreis) in den optimalen Bereich gebracht werden kann, damit Die Schaltung arbeitet auf dem effizientesten Niveau.

Damit der Spulen- / Kondensatortankkreis (LC-Kreis) auf seinem Resonanzpegel arbeiten kann, müssen die Induktivität der Spule und die Kapazität des Kondensators perfekt aufeinander abgestimmt sein.

Dies kann nur geschehen, wenn die Reaktanz beider Gegenstücke identisch ist, dh die Reaktanz der Spule (Induktivität) sowie des Kondensators ungefähr gleich ist.

Sobald dies behoben ist, können Sie erwarten, dass der Tankkreis mit seiner Eigenfrequenz arbeitet und das LC-Netzwerk den Resonanzpunkt erreicht. Dies wird als perfekt abgestimmte LC-Schaltung bezeichnet.

Damit sind die grundlegenden Entwurfsverfahren für Induktionsheizkreise abgeschlossen

Sie fragen sich vielleicht, was Resonanz eines LC-Schaltkreises ist. Und wie kann dies schnell berechnet werden, um ein bestimmtes Induktionsheizungsdesign fertigzustellen? Wir werden dies in den folgenden Abschnitten ausführlich diskutieren.

In den obigen Abschnitten wurden die grundlegenden Geheimnisse der Entwicklung eines kostengünstigen und dennoch effektiven Induktionskochfelds zu Hause erläutert. In den folgenden Beschreibungen wird gezeigt, wie dies implementiert werden kann, indem die entscheidenden Parameter wie die Resonanz des abgestimmten LC-Schaltkreises und die richtige Abmessung von genau berechnet werden der Spulendraht zur Sicherstellung einer optimalen Strombelastbarkeit.

Was ist Resonanz im Induktionsheizungs-LC-Schaltkreis?

Wenn der Kondensator in einem abgestimmten LC-Schaltkreis kurzzeitig aufgeladen wird, versucht der Kondensator, die akkumulierte Ladung über die Spule zu entladen und abzulassen, die Spule nimmt die Ladung auf und speichert die Ladung in Form eines Magnetfelds. Sobald sich der Kondensator dabei entladen hat, entwickelt die Spule eine nahezu äquivalente Ladungsmenge in Form eines Magnetfelds und versucht nun, diese wieder in den Kondensator zu drücken, wenn auch mit entgegengesetzter Polarität.

Bildhöflichkeit:

Wikipedia

Der Kondensator wird erneut zum Laden gezwungen, diesmal jedoch in die entgegengesetzte Richtung, und sobald er vollständig geladen ist, versucht er erneut, sich über die Spule zu entleeren, und dies führt zu einer Hin- und Her-Aufteilung der Ladung in Form eines oszillierender Strom über das LC-Netzwerk.

Die Frequenz dieses Schwingstroms wird zur Resonanzfrequenz des abgestimmten LC-Schaltkreises.

Aufgrund inhärenter Verluste sterben die obigen Schwingungen jedoch im Laufe der Zeit ab, und die Frequenz, die Ladung, endet nach einiger Zeit.

Wenn die Frequenz jedoch über einen externen Frequenzeingang aufrechterhalten werden kann, der auf den gleichen Resonanzpegel eingestellt ist, kann dies sicherstellen, dass ein permanenter Resonanzeffekt über den LC-Schaltkreis induziert wird.

Bei der Resonanzfrequenz können wir erwarten, dass die Amplitude der über den LC-Schaltkreis schwingenden Spannung auf dem maximalen Pegel liegt, was zu der effizientesten Induktion führt.

Daher können wir implizieren, dass wir die folgenden entscheidenden Parameter sicherstellen müssen, um eine perfekte Resonanz innerhalb eines LC-Netzwerks für ein Induktionsheizungsdesign zu implementieren:

1) Eine abgestimmte LC-Schaltung

2) Und eine Anpassungsfrequenz zur Aufrechterhaltung der LC-Schaltungsresonanz.

Dies kann mit der folgenden einfachen Formel berechnet werden:

F = 1 ÷ 2π x √LC

wo L in Henry ist und C in Farad ist

Wenn Sie sich nicht die Mühe machen möchten, die Resonanz des LC-Spulentanks anhand der Formel zu berechnen, können Sie die folgende Software viel einfacher verwenden:

LC-Resonanzfrequenzrechner

Oder Sie können dies auch bauen Grid Dip Meter zum Identifizieren und Einstellen der Resonanzfrequenz.

Sobald die Resonanzfrequenz identifiziert ist, ist es Zeit, den Vollbrücken-IC mit dieser Resonanzfrequenz einzustellen, indem die Zeitkomponenten Rt und Ct geeignet ausgewählt werden. Dies kann durch Versuch und Irrtum durch praktische Messungen oder durch die folgende Formel geschehen:

Die folgende Formel kann zur Berechnung der Werte von Rt / Ct verwendet werden:

f = 1 / 1,453 x Rt x Ct wobei Rt in Ohm und Ct in Farad ist.

Serienresonanz verwenden

Das in diesem Beitrag diskutierte Induktionsheizungskonzept verwendet einen Serienresonanzkreis.

Wenn ein Serienresonanz-LC-Schaltkreis verwendet wird, haben wir den Induktor (L) und einen Kondensator (C) in Reihe geschaltet, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Die Gesamtspannung V. An die Serie LC angelegt wird die Summe der Spannung an der Induktivität L und der Spannung am Kondensator C. Der durch das System fließende Strom entspricht dem Strom, der durch die Komponenten L und C fließt.

V = VL + VC

I = IL = IC

Die Frequenz der angelegten Spannung beeinflusst die Reaktanzen des Induktors und des Kondensators. Wenn die Frequenz von einem Minimalwert auf einen höheren Wert erhöht wird, nimmt die induktive Reaktanz XL des Induktors proportional zu, aber XC, die kapazitive Reaktanz, nimmt ab.

Während die Frequenz erhöht wird, gibt es jedoch einen bestimmten Fall oder eine bestimmte Schwelle, wenn die Größen der induktiven Reaktanz und der kapazitiven Reaktanz gerade gleich sind. Diese Instanz ist der Resonanzpunkt der Serie LC, und die Frequenz kann als Resonanzfrequenz eingestellt werden.

Daher tritt in einem Serienresonanzkreis die Resonanz auf, wenn

XL = XC

oder ωL = 1 / ωC

wobei ω = Winkelfrequenz ist.

Die Auswertung des Wertes von ω ergibt:

ω = ωo = 1 / √ LC, definiert als die Resonanzwinkelfrequenz.

Wenn wir dies in der vorherigen Gleichung einsetzen und auch die Winkelfrequenz (im Bogenmaß pro Sekunde) in die Frequenz (Hz) umwandeln, erhalten wir schließlich:

fo = ωo / 2π = 1 / 2π√ LC

fo = 1 / 2π√ LC

Berechnung der Drahtgröße für die Induktionsheizspule

Nachdem Sie die optimierten Werte von L und C für den Tankkreis des Induktionsheizgeräts berechnet und die genaue kompatible Frequenz für den Treiberkreis ausgewertet haben, ist es Zeit, die Strombelastbarkeit der Arbeitsspule und des Kondensators zu berechnen und festzulegen.

Da der in einem Induktionsheizungsdesign enthaltene Strom erheblich groß sein kann, kann dieser Parameter nicht ignoriert werden und muss dem LC-Schaltkreis korrekt zugewiesen werden.

Die Verwendung von Formeln zur Berechnung der Drahtgrößen für eine Induktionsdrahtgröße kann insbesondere für Neueinsteiger etwas schwierig sein, und genau deshalb wurde auf dieser Website eine spezielle Software für diese aktiviert, die jeder interessierte Bastler verwenden kann Dimensionieren Sie den Draht mit der richtigen Größe für Ihre Induktionskochfeldschaltung.