In dit bericht leren we 2 eenvoudig te bouwen inductieverwarmingscircuits die werken met hoogfrequente magnetische inductieprincipes voor het genereren van een aanzienlijke hoeveelheid warmte over een kleine gespecificeerde straal.
De besproken inductiekookcircuits zijn echt eenvoudig en gebruiken slechts een paar actieve en passieve gewone componenten voor de vereiste acties.
Bijwerken: Misschien wilt u ook leren hoe u uw eigen inductiekookplaat op maat kunt ontwerpen:
Een inductieverwarmingscircuit ontwerpen - zelfstudie
Werkingsprincipe van de inductieverwarmer
Een inductieverwarmer is een apparaat dat een hoogfrequent magnetisch veld gebruikt om een ijzerlading of een ferromagnetisch metaal door wervelstroom op te warmen.
Tijdens dit proces kunnen elektronen in ijzer niet zo snel bewegen als de frequentie, en dit geeft aanleiding tot een tegenstroom in het metaal die wervelstroom wordt genoemd. Deze ontwikkeling van hoge wervelstroom zorgt er uiteindelijk voor dat het ijzer opwarmt.
De opgewekte warmte is evenredig met actueeltwee X weerstand van het metaal. Omdat het ladingmetaal uit ijzer zou moeten bestaan, beschouwen we de weerstand R voor het metaalijzer.
Warmte = Itweex R (ijzer)
De weerstand van ijzer is: 97 nΩ · m
De bovenstaande warmte is ook recht evenredig met de geïnduceerde frequentie en daarom worden gewone ijzeren gestempelde transformatoren niet gebruikt in hoogfrequente schakeltoepassingen, in plaats daarvan worden ferrietmaterialen als kernen gebruikt.
Hier wordt echter van het bovengenoemde nadeel gebruik gemaakt voor het verkrijgen van warmte uit hoogfrequente magnetische inductie.
Verwijzend naar de voorgestelde inductieverwarmingscircuits hieronder, vinden we dat het concept gebruikmaakt van de ZVS- of nulspanningsschakeltechnologie voor de vereiste activering van de MOSFET's.
De technologie zorgt voor een minimale opwarming van de apparaten waardoor de bediening zeer efficiënt en effectief is.
Om verder toe te voegen, wordt het circuit dat van nature zelfresonerend is, automatisch ingesteld op de resonantiefrequentie van de aangesloten spoel en condensator die vrij identiek is aan een tankcircuit.
Royer Oscillator gebruiken
De schakeling maakt fundamenteel gebruik van een Royer-oscillator die wordt gekenmerkt door eenvoud en zelfresonerend werkingsprincipe.
De werking van het circuit kan worden begrepen met de volgende punten:
- Wanneer de stroom is ingeschakeld, begint er positieve stroom te stromen van de twee helften van de werkspoel naar de afvoeren van de mosfets.
- Tegelijkertijd bereikt de voedingsspanning ook de poorten van de mosfets die ze AAN zetten.
- Vanwege het feit dat geen twee mosfets of andere elektronische apparaten exact dezelfde geleidende specificaties kunnen hebben, worden beide mosfets niet tegelijk ingeschakeld, maar wordt eerst een ervan ingeschakeld.
- Laten we ons voorstellen dat T1 eerst wordt ingeschakeld. Wanneer dit gebeurt, neigt de afvoerspanning door de zware stroom die door T1 stroomt naar nul te dalen, wat op zijn beurt de poortspanning van de andere mosfet T2 via de aangesloten schottky-diode wegzuigt.
- Hier lijkt het misschien dat T1 zichzelf zou blijven geleiden en vernietigen.
- Dit is echter het moment waarop het L1C1-tankcircuit in actie komt en een cruciale rol speelt. De plotselinge geleiding van T1 zorgt ervoor dat een sinuspuls piekt en instort bij de afvoer van T2. Wanneer de sinuspuls ineenstort, wordt de poortspanning van T1 verlaagd en uitgeschakeld. Dit resulteert in een stijging van de spanning bij de afvoer van T1, waardoor een poortspanning voor T2 kan worden hersteld. Nu is het de beurt aan T2 om te dirigeren, T2 dirigeert nu, wat een soortgelijke herhaling teweegbrengt als bij T1.
- Deze cyclus gaat nu snel door, waardoor het circuit oscilleert op de resonantiefrequentie van het LC-tankcircuit. De resonantie past zich automatisch aan naar een optimaal punt, afhankelijk van hoe goed de LC-waarden overeenkomen.
Het belangrijkste nadeel van het ontwerp is echter dat het een in het midden afgetakte spoel als transformator gebruikt, wat de implementatie van de wikkeling een beetje lastiger maakt. De middelste kraan maakt echter een efficiënt push-pull-effect over de spoel mogelijk via slechts een paar actieve apparaten zoals mosfets.
Zoals te zien is, zijn er snel herstel of hoge snelheid schakeldiodes aangesloten over de poort / bron van elke mosfet.
Deze diodes vervullen de belangrijke functie van het ontladen van de poortcapaciteit van de respectieve mosfets tijdens hun niet-geleidende toestand, waardoor de schakelhandeling pittig en snel wordt.
Hoe ZVS werkt
Zoals we eerder hebben besproken, werkt dit inductieverwarmingscircuit met behulp van de ZVS-technologie.
ZVS staat voor nulspanningsomschakeling, wat betekent dat de mosfets in het circuit AAN gaan als ze een minimale of hoeveelheid stroom of nulstroom hebben bij hun afvoer, dit hebben we al geleerd uit de bovenstaande uitleg.
Dit helpt eigenlijk de mosfets om veilig in te schakelen en dus wordt deze functie erg voordelig voor de apparaten.
Deze functie kan worden vergeleken met de nuldoorgangsgeleiding voor triacs in wisselstroomcircuits.
Vanwege deze eigenschap hebben de mosfets in ZVS zelfresonante circuits zoals deze veel kleinere koellichamen nodig en kunnen ze zelfs werken met enorme belastingen tot 1 kva.
Omdat het van nature resonant is, is de frequentie van het circuit direct afhankelijk van de zelfinductie van de werkspoel L1 en de condensator C1.
De frequentie kan worden berekend met behulp van de volgende formule:
f = 1 / (2π * √ [ L. C]
Waar f is de frequentie, berekend in Hertz
L is de inductantie van de hoofdverwarmingsspiraal L1, gepresenteerd in Henries
en C is de capaciteit van de condensator C1 in Farads
De MOSFET's
Je kunt gebruiken IRF540 als de mosfets die goed zijn 110V, 33amps. Heatsinks zouden voor hen kunnen worden gebruikt, hoewel de gegenereerde warmte niet verontrustend is, maar toch is het beter om ze te versterken op warmteabsorberende metalen. Maar alle andere N-kanaal-MOSFET's met de juiste classificatie kunnen worden gebruikt, hiervoor zijn geen specifieke beperkingen.
De inductor of inductoren die zijn gekoppeld aan de hoofdverwarmingsspoel (werkspoel) is een soort smoorspoel die helpt bij het elimineren van mogelijke invoer van de hoge frequentie-inhoud in de voeding en ook voor het beperken van de stroom tot veilige limieten.
De waarde van deze inductor zou veel hoger moeten zijn in vergelijking met de werkspoel. Een 2mH is over het algemeen voldoende voor dit doel. Het moet echter worden gebouwd met behulp van draden van hoge dikte om een hoog stroombereik er veilig doorheen te laten lopen.
Het tankcircuit
C1 en L1 vormen hier het tankcircuit voor de beoogde hoog-resonantiefrequentie-vergrendeling. Ook hier moeten ook deze worden beoordeeld om hoge stroomsterkte en hitte te weerstaan.
Hier zien we de opname van een 330nF / 400V gemetalliseerde PP-condensatoren.
1) Krachtige inductieverwarmer met behulp van een Mazzilli Driver Concept
Het eerste ontwerp dat hieronder wordt uitgelegd, is een zeer efficiënt ZVS-inductieconcept gebaseerd op de populaire Mazilli-driver-theorie.
Het maakt gebruik van een enkele werkspoel en twee stroombegrenzerspoelen. De configuratie vermijdt de noodzaak van een centrale aftakking van de hoofdwerkspoel, waardoor het systeem extreem effectief en snel opwarmen van de lading met formidabele afmetingen. De verwarmingsspiraal verwarmt de belasting door middel van een volledige push-pull-actie van de brug
De module is eigenlijk online beschikbaar en kan gemakkelijk tegen zeer redelijke kosten worden gekocht.
Het schakelschema voor dit ontwerp is hieronder te zien:
Het originele diagram is te zien in de volgende afbeelding:
Het werkingsprincipe is dezelfde ZVS-technologie, met behulp van twee krachtige MOSFET's. De voedingsingang kan variëren tussen 5V en 12V, en stroom van 5 ampère tot 20 ampère, afhankelijk van de gebruikte belasting.
Vermogen
Het uitgangsvermogen van het bovenstaande ontwerp kan oplopen tot 1200 watt, wanneer de ingangsspanning wordt verhoogd tot 48V en de stroom tot 25 ampère.
Op dit niveau kan de warmte die wordt gegenereerd door de werkspoel hoog genoeg zijn om binnen een minuut een 1 cm dikke bout te smelten.
Afmetingen werkspoel
Videodemo
https://youtu.be/WvV0m8iA6bM2) Inductieverwarmer met behulp van een Center Tap Work Coil
Dit tweede concept is ook een ZVS-inductieverwarmer, maar gebruikt een middenvertakking voor de werkspoel, die mogelijk iets minder efficiënt is in vergelijking met het vorige ontwerp. De L1, het meest cruciale element van het hele circuit. Het moet worden gebouwd met extreem dikke koperdraden, zodat het de hoge temperaturen tijdens de inductieoperaties ondersteunt.
De condensator zoals hierboven besproken, moet idealiter zo dicht mogelijk bij de L1-aansluitingen worden aangesloten. Dit is belangrijk voor het behouden van de resonantiefrequentie op de gespecificeerde 200 kHz-frequentie.
Specificaties primaire werkspoel
Voor de inductieverwarmingspoel L1 kunnen veel koperdraden van 1 mm parallel of bifilair worden gewikkeld om de stroom effectiever af te voeren, waardoor er minder warmte wordt gegenereerd in de spoel.
Zelfs daarna kan de spoel worden blootgesteld aan extreme hitte en daardoor vervormd raken, daarom kan een alternatieve methode voor het opwikkelen worden geprobeerd.
Bij deze methode wikkelen we het op in de vorm van twee afzonderlijke spoelen die in het midden zijn samengevoegd om de vereiste middelste kraan te verkrijgen.
Bij deze methode kunnen kleinere windingen worden geprobeerd om de impedantie van de spoel te verminderen en op zijn beurt zijn stroomverwerkingsvermogen te vergroten.
De capaciteit voor deze opstelling kan daarentegen worden vergroot om de resonantiefrequentie proportioneel te verlagen.
Tankcondensatoren:
In totaal zou 330nF x 6 kunnen worden gebruikt voor het verwerven van een netto capaciteit van ongeveer 2uF.
Hoe de condensator op de inductiewerkspoel te bevestigen
De volgende afbeelding toont de precieze methode om de condensatoren parallel aan de uiteinden van de koperen spoel te bevestigen, bij voorkeur via een goed gedimensioneerde PCB.
Onderdelenlijst voor het bovenstaande inductieverwarmingscircuit of inductiekookplaatcircuit
- R1, R2 = 330 ohm 1/2 watt
- D1, D2 = FR107 of BA159
- T1, T2 = IRF540
- C1 = 10.000 uF / 25 V.
- C2 = 2uF / 400V gemaakt door de hieronder getoonde 6nos 330nF / 400V-doppen parallel te bevestigen
- D3 ---- D6 = 25 amp. Diodes
- IC1 = 7812
- L1 = 2 mm messing buis gewikkeld zoals getoond in de volgende foto's, de diameter kan ergens in de buurt van 30 mm zijn (interne diameter van de spoelen)
- L2 = 2mH smoorspoel gemaakt door 2 mm magneetdraad op een geschikte ferrietstaaf te wikkelen
- TR1 = 0-15V / 20amps
- STROOMVOORZIENING: Gebruik een gereguleerde 15 V 20 A DC-voeding.
BC547-transistors gebruiken in plaats van supersnelle diodes
In het bovenstaande schakelschema van de inductieverwarming kunnen we de MOSFET-poorten zien die bestaan uit diodes voor snel herstel, die in sommige delen van het land misschien moeilijk verkrijgbaar zijn.
Een eenvoudig alternatief hiervoor kan zijn in de vorm van BC547-transistors die zijn aangesloten in plaats van de diodes, zoals weergegeven in de volgende diagarm.
De transistors zouden dezelfde functie vervullen als de diodes, aangezien de BC547 goed kan werken rond 1Mhz-frequenties.
Nog een eenvoudig DIY-ontwerp
Het volgende schema toont een ander eenvoudig ontwerp, vergelijkbaar met het bovenstaande, dat snel thuis kan worden geconstrueerd voor het implementeren van een persoonlijk inductieverwarmingssysteem.
Onderdelen lijst
- R1, R4 = 1K 1/4 watt MFR 1%
- R2, R3 = 10K 1/4 watt MFR 1%
- D1, D2 = BA159 of FR107
- Z1, Z2 = 12 V, 1/2 watt zenerdiodes
- Q1, Q2 = IRFZ44n mosfet op heatsink
- C1 = 0.33uF / 400V of 3 nos 0.1uF / 400V parallel
- L1, L2, zoals weergegeven in de volgende afbeeldingen:
- L2 wordt geborgen uit een oude ATX-computervoeding.
Hoe L2 is gebouwd
Aanpassen tot kookgerei voor kookplaten
De bovenstaande secties hebben ons geholpen om een eenvoudig inductieverwarmingscircuit te leren met een veerachtige spiraal, maar deze spiraal kan niet worden gebruikt voor het koken van voedsel en heeft enkele serieuze aanpassingen nodig.
In het volgende gedeelte van het artikel wordt uitgelegd hoe het bovenstaande idee kan worden gewijzigd en gebruikt als een eenvoudig klein verwarmingscircuit voor inductiekookgerei of een inductiekadai-circuit.
Het ontwerp is een low-tech ontwerp met een laag vermogen en is mogelijk niet vergelijkbaar met de conventionele eenheden. Het circuit is aangevraagd door de heer Dipesh Gupta
Technische specificaties
Meneer,
Ik heb je artikel Simple Induction Heater Circuit - Hot Plate Cooker Circuit gelezen en was erg blij om te ontdekken dat er mensen klaar staan om jongeren zoals wij te helpen iets te doen ...
Meneer, ik probeer de werking te begrijpen en probeer een inductie-kadai voor mezelf te ontwikkelen ... Mijnheer, help me alsjeblieft het ontwerpen te begrijpen, want ik ben zo goed in elektronica
Ik wil een inductie ontwikkelen om een kadai van dia 20 inch met een frequentie van 10 kHz tegen zeer lage kosten op te warmen !!!
Ik zag je diagrammen en artikel, maar was een beetje in de war
- 1. Transformator gebruikt
- 2. Hoe L2 te maken
- 3. En alle andere veranderingen in het circuit voor een frequentie van 10 tot 20 kHz met een stroom van 25 am
Help me alstublieft, meneer zo snel mogelijk .. Het zal volledig helpen als u de exacte componenten kunt leveren die nodig zijn .. PlzzAnd tenslotte had u gezegd om STROOMVOORZIENING te gebruiken: Gebruik een gereguleerde 15V 20 amp DC voeding. Waar wordt het gebruikt ...
Bedankt
Dipesh gupta
Het ontwerp
Het voorgestelde inductiekadai-circuitontwerp dat hier wordt gepresenteerd, is alleen voor experimentele doeleinden en dient mogelijk niet zoals de conventionele eenheden. Het kan worden gebruikt voor het maken van een kopje thee of het snel koken van een omelet en meer mag niet worden verwacht.
De genoemde schakeling is oorspronkelijk ontworpen voor het verwarmen van ijzeren staafachtige objecten zoals een boutkop. een schroevendraaier metaal enz., maar met enige aanpassing kan hetzelfde circuit worden toegepast voor het verwarmen van metalen pannen of vaten met een bolle bodem zoals een 'kadai'.
Om het bovenstaande te implementeren, zou het originele circuit geen enkele aanpassing nodig hebben, behalve de hoofdwerkspoel die een beetje moet worden aangepast om een platte spiraal te vormen in plaats van de veerachtige opstelling.
Als voorbeeld, om het ontwerp om te zetten in een inductiekookgerei zodat het schalen met een bolle bodem ondersteunt, zoals een kadai, moet de spoel worden vervaardigd in een bolvormige spiraalvorm zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding:
Het schema zou hetzelfde zijn als uitgelegd in mijn bovenstaande sectie, die in feite een op Royer gebaseerd ontwerp is, zoals hier getoond:
Het ontwerpen van de spiraalvormige werkspoel
L1 is gemaakt door 5 tot 6 windingen van 8 mm koperen buis te gebruiken in een bolvormige spiraalvorm zoals hierboven weergegeven om een kleine stalen kom in het midden te passen.
De spoel kan ook plat worden samengeperst tot een spiraalvorm als een kleine stalen pan bedoeld is om als kookgerei te worden gebruikt, zoals hieronder weergegeven:
Het ontwerpen van de stroombegrenzerspoel
L2 kan worden gebouwd door een 3 mm dikke supergeëmailleerde koperdraad over een dikke ferrietstaaf te wikkelen, het aantal windingen moet worden geëxperimenteerd totdat een waarde van 2mH over de aansluitingen is bereikt.
TR1 kan een 20V 30amp-transformator of een SMPS-voeding zijn.
Het eigenlijke inductieverwarmingscircuit is vrij eenvoudig van ontwerp en heeft niet veel uitleg nodig, de weinige dingen die moeten worden geregeld zijn als volgt:
De resonantiecondensator moet relatief dichter bij de hoofdwerkspoel L1 zijn en moet worden gemaakt door ongeveer 10 nos van 0.22uF / 400V parallel te schakelen. De condensatoren moeten strikt niet-polair en gemetalliseerd polyester zijn.
Hoewel het ontwerp er vrij eenvoudig uitziet, kan het vinden van de middelste aftakking binnen het spiraalvormig gewonden ontwerp enige hoofdpijn veroorzaken, omdat een spiraalvormige spoel een asymmetrische lay-out zou hebben, waardoor het moeilijk wordt om de exacte middelste aftakking voor het circuit te lokaliseren.
Het kan worden gedaan met vallen en opstaan of door een LC-meter te gebruiken.
Een verkeerd geplaatste middenaftakking kan het circuit dwingen abnormaal te functioneren of een ongelijke verwarming van de mosfets veroorzaken, of het hele circuit kan gewoon niet oscilleren onder een ergste situatie.
Referentie: Wikipedia
Een paar: Eenvoudig tv-zendcircuit Volgende: Klasse D versterkercircuit met IC 555
