Obwód nagrzewnicy indukcyjnej wykorzystujący IGBT (przetestowany)

W tym poście obszernie omawiamy, jak zbudować obwód nagrzewnicy indukcyjnej o dużej mocy o mocy 1000 W przy użyciu tranzystorów IGBT, które są uważane za najbardziej wszechstronne i wydajne urządzenia przełączające, nawet lepsze od mosfetów.

Zasada działania nagrzewnicy indukcyjnej

Zasada działania nagrzewania indukcyjnego jest bardzo prosta do zrozumienia.

Pole magnetyczne o wysokiej częstotliwości jest wytwarzane przez cewkę znajdującą się w nagrzewnicy indukcyjnej, a tym samym prądy wirowe są indukowane na metalowym (magnetycznym) obiekcie znajdującym się w środku cewki i nagrzewają go.

Aby skompensować indukcyjny charakter cewki, równolegle do cewki umieszcza się pojemność rezonansową.

Częstotliwość rezonansowa to częstotliwość, przy której obwód rezonansowy (znany również jako cewka-kondensator) musi być napędzany.

Prąd przepływający przez cewkę jest zawsze znacznie większy niż prąd wzbudzenia. Obwód IR2153 umożliwia pracę obwodu jako „podwójny półmostek” wraz z czterema sterowanymi IGBT STGW30NC60W.

Podwójny półmostek dostarcza taką samą moc jak w przypadku pełnego mostka, ale sterownik bramy w przypadku pierwszego jest prostszy.

IGBT STGW30NC60W

Stosowanie diod antyrównoległych

Zastosowano duże diody podwójne STTH200L06TV1 (2x 120A) w postaci diod antyrównoległych. Nawet jeśli mniejsze diody o rozmiarze 30A wystarczą do tego.

Jeśli używasz wbudowanych diod IGBT, takich jak STGW30NC60WD, nie będziesz musiał używać mniejszych diod lub dużych podwójnych diod. Potencjometr służy do dostrojenia częstotliwości roboczej do rezonansu.

Jednym z najlepszych wskaźników rezonansu jest najwyższa jasność diody LED. Z pewnością możesz zbudować sterowniki, które są bardziej wyrafinowane w zależności od twoich wymagań.

Możesz także skorzystać z automatycznego strojenia, co jest jedną z najlepszych rzeczy do zrobienia, co jest kursem przyjętym w profesjonalnych grzejnikach, ale ma jedną wadę, że w tym procesie zostanie utracona prostota obwodu.

Możesz kontrolować częstotliwość, która mieści się w zakresie od około 110 do 210 kHz. Adapter o niewielkich rozmiarach, który może być transformatorem lub smps, służy do zapewnienia 14-15 V napięcia pomocniczego, które jest wymagane w obwodzie sterującym.

Transformator separujący

Transformator separujący i dopasowany dławik L1 to sprzęt elektryczny, który służy do podłączenia wyjścia do obwodu roboczego.

Oba te induktory są obecne w konstrukcji rdzenia powietrznego.

Z jednej strony, gdy dławik składa się z 4 zwojów o średnicy 23 cm, z drugiej strony transformator izolujący składa się z 12 zwojów o średnicy 14 cm i te zwoje są wykonane z podwójnego przewodu (jak pokazano na poniższym rysunku) .

Nawet gdy moc wyjściowa osiągnie skalę 1600W, przekonasz się, że wciąż istnieje wiele możliwości poprawy.

Cewka robocza proponowanej nagrzewnicy indukcyjnej IGBT jest wykonana z drutu o średnicy 3,3 mm.

Używanie miedzi do cewki

Uważa się, że drut miedziany jest bardziej odpowiedni do wykonania cewki roboczej, ponieważ można go łatwo i skutecznie podłączyć do chłodzenia wodą.

Cewka składa się z sześciu zwojów wraz z wymiarami 23 mm wysokości i 24 mm średnicy. Cewka może się nagrzać w przypadku długotrwałej pracy.

Kondensator rezonansowy składa się i składa się z 23 sztuk kondensatorów niewielkich rozmiarów o łącznej pojemności 2u3. Można również zastosować kondensatory 100nF w konstrukcjach takich jak polipropylen Class X2 i 275V MKP.

Możesz ich używać w tym celu, nawet jeśli w zasadzie nie są przeznaczone lub wykonane do takich celów.

Częstotliwość rezonansu wynosi 160 kHz. Zawsze zaleca się stosowanie filtra EMI. W celu zastąpienia wariaka można zastosować miękki start.

Zawsze stanowczo zalecałbym użycie ogranicznika, który jest połączony szeregowo z siecią, takiego jak lampy halogenowe i grzejniki o mocy około 1 kW, gdy jest włączany po raz pierwszy.

Ostrzeżenie: stosowany obwód nagrzewania indukcyjnego jest podłączony do sieci i zawiera napięcie o wysokim poziomie i może być śmiertelny.

Aby uniknąć wypadków z tego powodu, należy użyć potencjometru z plastikowym trzonkiem. Pola elektromagnetyczne o wysokiej częstotliwości są zawsze szkodliwe i mogą mieć szkodliwy wpływ na nośniki danych i urządzenia elektroniczne.

Znaczny poziom zakłóceń elektromagnetycznych jest powodowany przez obwód, a to z kolei może również powodować porażenie prądem, pożar lub oparzenia.

Każde zadanie lub proces, które wykonujesz, odbywa się na własne ryzyko i odpowiedzialność spoczywa na Tobie, a ja nie będę odpowiedzialny za jakiekolwiek szkody powstałe w trakcie wykonywania tego procesu.

Schemat obwodu

Obwód prostownika mostkowego 220 V AC do 220 V DC z lampą bezpieczeństwa

Choke L1

Konstrukcję dławika L1 zastosowanego w powyższym obwodzie nagrzewnicy indukcyjnej IGBT z pełnym mostkiem można zobaczyć na poniższym rysunku:

Możesz to zrobić, zwijając 4 zwoje o średnicy 23 cm, używając dowolnego grubego kabla z pojedynczym rdzeniem.

Poniższy obraz przedstawia podwójnie spiralny rdzeń powietrzny projekt transformatora izolacyjnego :

Możesz to zbudować, zwijając 12 zwojów o średnicy 14 cm, używając dowolnego grubego podwójnego kabla.

Cewkę roboczą można zbudować zgodnie z poniższą instrukcją

Należy pamiętać, że jeśli cewka jest ciasno nawinięta, może być wymagane tylko 5 zwojów. Jeśli używa się sześciu zwojów, możesz spróbować lekko rozciągnąć cewkę, aby uzyskać optymalny rezonans i wydajność.

AKTUALIZACJA

Dodawanie aktualnego limitu

Poniższy diagram sugeruje, w jaki sposób można dodać prostą funkcję ograniczenia prądu do opisanej powyżej konstrukcji nagrzewnicy indukcyjnej.

Szczegóły pinów łącznika optycznego TIL111

Tutaj rezystor w pobliżu L1 (nazwijmy go Rx) staje się rezystorem wykrywającym prąd, który wytwarza małe napięcie na sobie do pożądanego punktu, gdy prąd zaczyna przekraczać bezpieczne granice.

To napięcie na Rx jest używane do wyzwalania diody LED wewnątrz dołączonego transoptora. Tranzystor wyjściowy wewnątrz opto reaguje na wyzwalanie diody LED i szybko przeprowadza uziemienie Ct, pin # 3 głównego sterownika IC IR2153.

Układ scalony natychmiast się wyłącza, uniemożliwiając dalszy wzrost prądu. W takim przypadku prąd spada, co z kolei eliminuje napięcie na Rx, wyłączając w ten sposób diodę LED. Powoduje to powrót sytuacji do wcześniejszej normalnej sytuacji i układ scalony ponownie zaczyna oscylować. Ten cykl powtarza się teraz szybko, zapewniając stały pobór prądu dla obciążenia, w ustalonych bezpiecznych granicach.

Rx = 2 / ograniczenie prądu

Informacje zwrotne od jednego z oddanych czytelników:

Szanowny Panie - z powodzeniem wykonałem mostek nagrzewnicy indukcyjnej 1/2 z 4 tranzystorami IGBT i chcę wiedzieć, że sugerowana lampa grzewcza o mocy 1000 W powinna być na stałe podłączona do obwodu lub tylko testowana po raz pierwszy.

Obrazy wyników testu są dołączone poniżej:

Oczekiwanie najwcześniej na Twoją odpowiedź. Pozdrawiam - Manish.

Rozwiązywanie zapytania dotyczącego obwodu

Drogi Manishu,
Czy podczas obsługi nagrzewnicy indukcyjnej widzisz jakąś poświatę na lampie seryjnej?
Jeśli tak, prawdopodobnie nie można jej wyjąć, jeśli lampa jest w stanie nieoświetlonym i całkowicie „zimna” (wyczuć ją trzymając), to można ją wyjąć.
pozdrowienia

Informacje zwrotne od pana Saeeda Mahdaviego

Drogi Swagatam,

W końcu po wielu próbach mogłem ponownie uruchomić mój obwód. I nakręciłem wideo z rozpaloną śrubą.

Mam nadzieję, że przyda się osobom zainteresowanym nagrzewnicami indukcyjnymi. Czy mógłbyś mi powiedzieć, jak zwiększyć ciepło, aby śruba osiągnęła temperaturę topnienia?

Napięcie w sieci wynosi 194 woltów, a prąd pobierany przez obwód to zaledwie 5 amperów, a przebieg na oscyloskopie jest raczej sinusoidalny.

W moim prototypie dodałem kilka zwojów do dławika RFC, aby uzyskać większe napięcie na cewce roboczej i zużywać mniej prądu.

Tranzystory IGBT pracowały całkiem normalnie bez zbytniego ogrzewania podczas okresu pracy. Czy mógłbyś mi powiedzieć, co powinienem zrobić, aby uzyskać więcej i podgrzać. Wielkie dzięki

Saeed Mahdavi

Klip wideo: