En aquest post discutim exhaustivament com construir un circuit d’escalfament per inducció d’alta potència de 1000 watts mitjançant IGBT, que es consideren els dispositius de commutació més versàtils i potents, fins i tot superiors als mosfets.
Principi de funcionament de l'escalfador per inducció
El principi sobre el qual funciona la calefacció per inducció és molt senzill d’entendre.
La bobina present a l’escalfador d’inducció produeix un camp magnètic d’alta freqüència i per tant, al seu torn, s’indueixen corrents de Foucault sobre l’objecte metàl·lic (magnètic) que es troba al mig de la bobina i l’escalfa.
Per tal de compensar la naturalesa inductiva de la bobina, es col·loca una capacitat de ressonància en paral·lel a la bobina.
La freqüència de ressonància és la freqüència a la qual cal conduir el circuit de ressonància (també conegut com a bobina-condensador).
El corrent que circula per la bobina sempre és molt més gran que el corrent d’excitació. El circuit IR2153 s'utilitza per permetre el funcionament del circuit com a 'mitjà pont doble' juntament amb els quatre IGBT controlats STGW30NC60W.
El mig pont doble proporciona una quantitat igual de potència que el pont complet, però el controlador de la porta en el cas del primer és més senzill.
IGBT STGW30NC60W
Ús de díodes antiparal·lels
Els díodes dobles de grans dimensions STTH200L06TV1 (2x 120A) s’utilitzen en forma de díodes anti-paral·lels. Fins i tot si els díodes més petits de mida 30A seran suficients per a això.
En cas que utilitzeu els díodes incorporats d’IGBT com ara STGW30NC60WD, no se us demanarà que utilitzeu díodes més petits o grans díodes dobles. S’utilitza un potenciòmetre per sintonitzar la freqüència de funcionament en ressonància.
Un dels millors indicadors de ressonància és la brillantor més alta del LED. Sens dubte, podeu crear controladors més sofisticats en funció de les vostres necessitats.
També podeu utilitzar la posada a punt automàtica, que és una de les millors coses a fer, que és el curs adoptat en els escalfadors professionals, però hi ha un inconvenient que es perd la simplicitat del circuit en aquest procés.
Podeu controlar la freqüència que oscil·la entre els 110 i els 210 kHz aproximadament. Un adaptador de petita mida que pot ser de tipus transformador o SMPS s’utilitza per proporcionar 14-15V de tensió auxiliar que es requereix al circuit de control.
El transformador aïllant
Un transformador aïllant i un Choke L1 coincident són els equips elèctrics que s’utilitzen per connectar la sortida al circuit de treball.
Tots dos inductors estan presents en el disseny del nucli d’aire.
D’una banda, on un estrangulador consta de 4 voltes sobre un diàmetre de 23 cm, el transformador aïllant d’altra banda consta de 12 voltes sobre un diàmetre de 14 cm i aquestes voltes es componen de doble cable cablejat (com es mostra a la figura que es mostra a continuació) .
Fins i tot quan la potència de sortida arriba a una escala de 1600 W, trobareu que encara hi ha molt marge de millora.
La bobina de treball de l’escalfador d’inducció IGBT proposat està formada per un fil de 3,3 mm de diàmetre.
Ús de coure per a la bobina
Es considera que un fil de coure és més adequat per fabricar la bobina de treball, ja que es pot connectar fàcilment i eficaçment al refredament de l’aigua.
La bobina consta de sis voltes juntament amb les dimensions de 23 mm d'alçada i 24 mm de diàmetre. La bobina es pot escalfar en cas que sigui sotmesa a un funcionament prolongat.
El condensador de ressonància es compon de 23 components de condensadors de mida petita que tenen una capacitat total de 2u3. També podeu utilitzar condensadors de 100 nF en dissenys com el polipropilè de classe X2 i 275V MKP.
Els podeu utilitzar per a aquest propòsit, fins i tot quan bàsicament no estan destinats a aquests objectius.
La freqüència de ressonància és de 160 kHz. Sempre es recomana utilitzar el filtre EMI. Es pot utilitzar un inici suau per substituir la variació.
Sempre us recomanaria que feu servir un limitador connectat en sèrie amb la xarxa elèctrica, com ara làmpades halògenes i escalfadors d'aproximadament 1 kW, quan s'encén per primera vegada.
Advertència: el circuit d’escalfament per inducció que s’utilitza està connectat a la xarxa elèctrica i conté tensions d’alt nivell i pot ser letal.
Per evitar qualsevol accident degut a això, heu d'utilitzar un potenciòmetre que tingui un eix de plàstic. Els camps electromagnètics d'alta freqüència sempre són nocius i poden tenir un efecte perjudicial sobre els suports d'emmagatzematge i els dispositius electrònics.
El circuit causa un nivell significatiu d’interferència electromagnètica i, al seu torn, també pot provocar descàrregues elèctriques, incendi o cremades.
Cadascuna de les tasques o processos que realitzeu corre sota el vostre propi risc i la responsabilitat correspon a vosaltres i no seré responsable de cap tipus de dany derivat de la realització d’aquest procés.
Esquema de connexions
Circuit de rectificador de pont de 220 V CA a 220 V CC amb llum de seguretat
El Choke L1
El disseny del sufocador L1 utilitzat al circuit d’escalfadors d’inducció IGBT de pont complet anterior es pot veure a la imatge següent:
Podeu fer-ho enrotllant 4 voltes amb un diàmetre de 23 cm, utilitzant qualsevol cable de gruix senzill.
La imatge següent mostra l'aire de doble bobina disseny de transformadors d’aïllament :
Podeu construir-ho enrotllant 12 voltes amb un diàmetre de 14 cm, utilitzant qualsevol cable de cable gruixut doblegat.
La bobina de treball es pot construir segons la següent instrucció
Tingueu en compte que si la bobina està ben enrotllada, és possible que només calgui fer 5 voltes. Si s’utilitzen sis voltes, podeu intentar estirar lleugerament la bobina per aconseguir una òptima ressonància i eficiència.
ACTUALITZACIÓ
Afegir un límit actual
El diagrama següent suggereix com es pot afegir una característica limitant de corrent simple al disseny de l'escalfador d'inducció explicat anteriorment.
Detalls del pinout optoacoblador TIL111
Aquí la resistència propera a L1 (anomenem-la Rx) es converteix en la resistència de detecció de corrent, que desenvolupa una petita tensió a si mateixa fins al punt desitjat quan el corrent comença a superar els límits de seguretat.
Aquest voltatge a través de Rx s’utilitza per activar el LED dins de l’acoblador opto connectat. El transistor de sortida a l’interior de l’opto respon a l’activació del LED i condueix ràpidament a terra el Ct, pin # 3 del controlador principal IC IR2153.
L'IC s'apaga immediatament prohibint qualsevol nova pujada de corrent. Quan això passa, el corrent cau, que al seu torn elimina la tensió a través de Rx, apagant així el LED opto. Això reverteix la situació cap a una situació normal anterior i el CI torna a oscil·lar. Aquest cicle ara es repeteix ràpidament garantint un consum de corrent constant per a la càrrega, dins dels límits de seguretat predeterminats.
Rx = 2 / límit actual
Comentaris d'un dels lectors dedicats:
Benvolgut senyor, he fabricat amb èxit un escalfador d’inducció 1/2 pont amb 4 IGBT i vull saber que el llum d’escalfament de 1000 watts que s’ha suggerit s’hauria de connectar permanentment al circuit o només fer-ne proves per primera vegada.
Les imatges del resultat de la prova s’adjunten aquí a:
A l’espera de la seva resposta al més aviat possible. Salutacions - Manish.
Resolució de la consulta de circuits
Benvolgut Manish,
Mentre feu funcionar l'escalfador per inducció, veieu resplendor al llum de la sèrie?
Si és així, probablement no es pot treure, si la làmpada es troba en estat no il·luminat i està completament 'freda' (sentiu-la mantenint-la), es pot treure.
Salutacions
Opinió del senyor Saeed Mahdavi
Benvolgut Swagatam:
Per fi, vaig poder tornar a funcionar el meu circuit després de molts intents més. I vaig gravar el vídeo amb el bolt encès.
Espero que pugui ser útil per a aquells interessats en escalfadors d’inducció. Per favor, em diríeu com augmentar la calor perquè el parabolt arribi al punt de fusió?
La tensió a través de la xarxa elèctrica és de 194 volts i el corrent consumit pel circuit és de només 5 amperes i la forma d'ona de l'oscil·loscopi és força d'ona sinusoïdal.
Al meu prototip vaig afegir unes quantes voltes a l’estrangulador RFC per obtenir més tensió a la bobina de treball i consumir menys amplificadors.
Els IGBT funcionaven amb força normalitat sense gaire escalfament durant el període de funcionament. Si us plau, digueu-me què he de fer per aconseguir més i escalfar. Moltes gràcies
Saeed Mahdavi
Clip de vídeo:
Anterior: Circuit del detector d’aparició de làmpades per al senyal de gir del cotxe Següent: Circuit identificador de pin de transistor bipolar
