Circuitul încălzitorului cu inducție utilizând IGBT (testat)

În această postare discutăm în detaliu cum să construim un circuit de încălzire cu inducție de 1000 watt de mare putere utilizând IGBT-uri, care sunt considerate a fi cele mai versatile și mai puternice dispozitive de comutare, chiar superioare mosfetelor.

Principiul de lucru al încălzitorului cu inducție

Principiul pe care funcționează încălzirea prin inducție este foarte simplu de înțeles.

Un câmp magnetic de înaltă frecvență este produs de bobina prezentă în încălzitorul cu inducție și astfel, la rândul său, sunt induși curenți turbionari peste obiectul metalic (magnetic) care este prezent în mijlocul bobinei și îl încălzește.

Pentru a compensa natura inductivă a bobinei, o capacitate de rezonanță este plasată în paralel cu bobina.

Frecvența de rezonanță este frecvența la care trebuie condus circuitul de rezonanță (cunoscut și sub numele de bobină-condensator).

Curentul care trece prin bobină este întotdeauna mult mai mare decât curentul de excitație. Circuitul IR2153 este utilizat pentru a permite funcționarea circuitului ca „jumătate de punte dublă” împreună cu cele patru IGBT STGW30NC60W controlate.

O cantitate egală de putere este livrată de jumătatea podului dublu ca de podul complet, dar driverul porții în cazul primului este mai simplu.

IGBT STGW30NC60W

Utilizarea diodelor anti-paralele

Diodele duble de dimensiuni mari STTH200L06TV1 (2x 120A) sunt utilizate sub formă de diode anti-paralele. Chiar dacă diodele mai mici de 30A vor fi suficiente pentru aceasta.

În cazul în care utilizați diodele încorporate ale IGBT, cum ar fi STGW30NC60WD, atunci nu vi se va cere să utilizați diodele mai mici sau diodele mari duble. Un potențiometru este utilizat pentru a regla frecvența de funcționare în rezonanță.

Unul dintre cei mai buni indicatori ai rezonanței este cea mai mare luminozitate a LED-ului. Cu siguranță puteți construi drivere care sunt mai sofisticate în funcție de cerințele dvs.

Puteți utiliza, de asemenea, reglarea automată, care este unul dintre cele mai bune lucruri de făcut, care este cursul adoptat în încălzitoarele profesionale, dar există un dezavantaj că simplitatea circuitului se va pierde în acest proces.

Puteți controla frecvența care se încadrează în intervalul de aproximativ 110 până la 210 kHz. Un adaptor de dimensiuni reduse care poate fi de tip transformator sau smps este utilizat pentru a furniza 14-15V de tensiune auxiliară care este necesară în circuitul de comandă.

Transformatorul izolator

Un transformator de izolare și un Choke L1 corespunzător sunt echipamentele electrice utilizate pentru conectarea ieșirii la circuitul de lucru.

Ambii inductori sunt prezenți în proiectarea miezului de aer.

Pe de o parte, în cazul în care un sufocator constă din 4 spire pe un diametru de 23 cm, transformatorul de izolare pe de altă parte este format din 12 spire pe un diametru de 14 cm și aceste spire sunt formate din cablu dublu cablat (așa cum se arată în figura dată mai jos) .

Chiar și atunci când puterea de ieșire ajunge la o scară de 1600W, veți descoperi că există încă multe posibilități de îmbunătățire.

Bobina de lucru a încălzitorului cu inducție IGBT propus este alcătuită dintr-un fir cu diametrul de 3,3 mm.

Utilizarea cuprului pentru bobină

Un fir de cupru este considerat mai potrivit pentru a face bobina de lucru, deoarece poate fi conectată ușor și eficient la răcirea cu apă.

Bobina constă din șase spire, împreună cu dimensiunile de 23 mm înălțime și 24 mm diametru. Bobina se poate încălzi în cazul în care este supusă unei funcționări prelungite.

Condensatorul de rezonanță este format din și este format din 23 de bucăți de condensatori de dimensiuni mici, care are o capacitate totală de 2u3. Puteți utiliza, de asemenea, condensatori de 100nF în modele precum polipropilena clasa X2 și 275V MKP.

Puteți să le utilizați în acest scop chiar și atunci când practic nu sunt destinate sau realizate pentru astfel de scopuri.

Frecvența rezonanței este de 160 kHz. Se recomandă întotdeauna utilizarea filtrului EMI. O pornire ușoară poate fi utilizată pentru a înlocui variația.

V-aș recomanda întotdeauna să utilizați limitator care este conectat în serie la rețeaua electrică, cum ar fi lămpile cu halogen și încălzitoarele de aproximativ 1 kW, atunci când este pornit pentru prima dată.

Atenție: circuitul de încălzire prin inducție utilizat este conectat la rețea și conține tensiune de nivel înalt și poate fi letal.

Pentru a evita orice accident din acest motiv, ar trebui să utilizați un potențiometru care are un arbore din plastic. Câmpurile electromagnetice de înaltă frecvență sunt întotdeauna dăunătoare și pot avea un efect dăunător asupra mediului de stocare și a dispozitivelor electronice.

Un nivel semnificativ de interferență electromagnetică este cauzat de circuit și acest lucru, la rândul său, poate provoca electrocutare, incendiu sau arsuri.

Fiecare sarcină sau proces pe care îl efectuați este pe propriul risc și responsabilitatea va reveni dvs. și eu nu voi fi responsabil pentru niciun fel de prejudiciu care rezultă din realizarea acestui proces.

Diagrama circuitului

Circuit redresor de pod 220V AC la 220V DC cu lampă de siguranță

Choke L1

Proiectarea șocului L1 utilizat în circuitul de încălzire cu inducție IGBT de pod complet de mai sus poate fi văzută în imaginea de mai jos:

Puteți face acest lucru înfășurând 4 spire cu un diametru de 23cm, folosind orice cablu gros cu un singur miez.

Următoarea imagine prezintă aerul dublu înfășurat cu miez proiectarea transformatorului de izolare :

Puteți construi acest lucru înfășurând 12 spire cu un diametru de 14 cm, folosind orice cablu gros cu cablu dublat.

Bobina de lucru poate fi construită conform următoarei instrucțiuni

Vă rugăm să rețineți că, dacă bobina este strâns strânsă, este posibil să fie necesare doar 5 spire. Dacă se utilizează șase spire, puteți încerca să întindeți ușor bobina pentru a obține o rezonanță și o eficiență optime.

ACTUALIZAȚI

Adăugarea unei limite curente

Următoarea diagramă sugerează modul în care o caracteristică simplă de limitare a curentului poate fi adăugată la designul încălzitorului cu inducție explicat mai sus.

Detalii pinout opto-cuplare TIL111

Aici rezistorul de lângă L1 (să-l numim Rx) devine rezistorul de detectare a curentului, care dezvoltă o mică tensiune în sine până la punctul dorit atunci când curentul începe să depășească limitele de siguranță.

Această tensiune pe Rx este utilizată pentru declanșarea LED-ului în interiorul opto-cuplajului atașat. Tranzistorul de ieșire din interiorul opto-ului răspunde la declanșarea LED-ului și conduce rapid la împământare Ct, pinul 3 al driverului principal IC IR2153.

IC se oprește imediat interzicând orice creștere a curentului. Când se întâmplă acest lucru, curentul scade, care la rândul său elimină tensiunea pe Rx, decuplând astfel LED-ul opto. Acest lucru readuce situația la o situație normală anterioară, iar IC începe să oscileze din nou. Acest ciclu se repetă acum, asigurând un consum constant de curent pentru sarcină, în limitele de siguranță prestabilite.

Rx = 2 / Limita de curent

Feedback de la unul dintre cititorii dedicați:

Stimate domn, am realizat cu succes încălzitor cu inducție 1/2 punte cu 4 IGBT și vreau să știu că lampa de încălzire de 1000 de wați care a fost sugerată ar trebui să fie conectată permanent la circuit sau doar până la testarea pentru prima dată.

Imaginile rezultatului testului sunt atașate aici sub:

Așteptând răspunsul dvs. cel mai devreme. Cu respect - Manish.

Rezolvarea interogării circuitului

Dragă Manish,
În timpul funcționării încălzitorului cu inducție, vedeți vreo strălucire pe lampa de serie?
Dacă da, probabil că nu poate fi îndepărtată, dacă lampa este în starea neiluminată și este complet „rece” (simțiți-o ținând-o), atunci poate fi scoasă.
Salutari

Feedback de la domnul Saeed Mahdavi

Stimate Swagatam:

În cele din urmă am reușit să-mi fac circuitul să funcționeze din nou după multe încercări. Și am filmat videoclipul cu șurubul roșu.

Sper că ar putea fi util pentru cei interesați de încălzitoarele cu inducție. Vă rog să-mi spuneți cum să creșteți căldura, astfel încât șurubul să atingă punctul de topire?

Tensiunea pe rețea este de 194 de volți, iar curentul consumat de circuit este de doar 5 amperi, iar forma de undă de pe osciloscop este destul de sinusoidală.

În prototipul meu am adăugat câteva rotații la sufocatorul RFC pentru a obține mai multă tensiune pe bobina de lucru și pentru a consuma mai puține amperi.

IGBT-urile au funcționat destul de normal, fără prea multă încălzire în timpul perioadei de funcționare. Vă rog să-mi spuneți ce ar trebui să fac pentru a obține mai mult și a încălzi. Mulțumesc mult

Saeed Mahdavi

Clip video: