Hoe een inductieverwarmingscircuit te ontwerpen

Probeer Ons Instrument Voor Het Oplossen Van Problemen





In het artikel wordt een stapsgewijze handleiding uitgelegd over het ontwerpen van uw eigen zelfgemaakte basiscircuit voor inductieverwarming, dat ook als inductiekookplaat kan worden gebruikt.

Basis Inductieverwarmer Concept

Je bent misschien veel doe-het-zelf inductieverwarmingscircuits online tegengekomen, maar niemand lijkt het cruciale geheim achter het implementeren van een perfect en succesvol inductieverwarmerontwerp te hebben aangepakt. Voordat u dit geheim kent, zou het belangrijk zijn om het basisconcept van een inductieverwarmer te kennen.



Een inductieverwarmer is eigenlijk een extreem 'inefficiënte' vorm van elektrische transformator, en deze inefficiëntie wordt het belangrijkste voordeel ervan.

We weten dat in een elektrische transformator de kern compatibel moet zijn met de geïnduceerde frequentie, en wanneer er een incompatibiliteit is tussen frequentie en het kernmateriaal in een transformator, resulteert dit in het genereren van warmte.



Fundamenteel vereist een transformator met ijzeren kern een lager frequentiebereik van ongeveer 50 tot 100 Hz, en als deze frequentie wordt verhoogd, kan de kern de neiging vertonen om proportioneel heter te worden. Dat houdt in dat als de frequentie wordt verhoogd naar een veel hoger niveau, meer dan 100 kHz kan resulteren in het genereren van extreme hitte in de kern.

Ja, dit is precies wat er gebeurt met een inductieverwarmingssysteem waarbij de kookplaat werkt als de kern en daarom is gemaakt van ijzeren materiaal. En de inductiespoel wordt onderworpen aan een hoge frequentie, samen resulteert dit in het genereren van een proportioneel intense hoeveelheid warmte op het vat. Omdat de frequentie op een aanzienlijk hoog niveau is geoptimaliseerd, zorgt dit voor een maximaal mogelijke warmte op het metaal.

Laten we nu verder gaan en de belangrijke aspecten leren kennen die nodig kunnen zijn voor het ontwerpen van een succesvol en technisch correct inductieverwarmingscircuit. De volgende details zullen dit verklaren:

Wat je nodig zult hebben

De twee basiszaken die nodig zijn voor het maken van inductiekookgerei zijn:

1) Een bifilaire spoel.

2) Een generatorcircuit met instelbare frequentie

Ik heb op deze website al een paar inductieverwarmingscircuits besproken, je kunt ze hieronder lezen:

Circuit voor zonne-inductieverwarming

Inductieverwarmingscircuit met IGBT

Eenvoudig circuit voor inductieverwarming - Circuit voor kookplaat

Klein inductieverwarmingscircuit voor schoolproject

Alle bovenstaande links hebben de bovenstaande twee dingen gemeen, dat wil zeggen dat ze een werkspoel en een driveroscillatortrap hebben.

Het ontwerpen van de werkspoel

Voor het ontwerpen van inductiekookgerei wordt verondersteld dat de werkspoel plat van aard is, daarom moet hij bifilar zijn met zijn configuratie, zoals hieronder weergegeven:

Het hierboven getoonde ontwerp met bifilaire spoel kan effectief worden geïmplementeerd voor het maken van uw zelfgemaakte inductiekookgerei.

Voor een optimale respons en lage warmteontwikkeling binnen de spoel, moet u ervoor zorgen dat de draad van de bifilaire spoel is gemaakt met veel dunne koperen strengen in plaats van een enkele massieve draad.

Dit wordt dus de werkspoel van het kookgerei, nu moeten de uiteinden van deze spoel eenvoudig worden geïntegreerd met een bijpassende condensator en een compatibel frequentiebesturingsnetwerk, zoals weergegeven in de volgende afbeelding:

Ontwerpen van het H-Bridge Series Resonant Driver Circuit

Tot dusverre had de informatie u moeten informeren over hoe u een eenvoudig inductiekookgerei of een inductiekookplaat kunt configureren, maar het meest kritische deel van het ontwerp is hoe u het spoelcondensatornetwerk (het tankcircuit) kunt laten resoneren in het meest optimale bereik, zodat het circuit werkt op het meest efficiënte niveau.

Om het spoel / condensatortankcircuit (LC-circuit) in staat te stellen op hun resonantieniveau te werken, moeten de inductantie van de spoel en de capaciteit van de condensator perfect op elkaar worden afgestemd.

Dit kan alleen gebeuren als de reactantie van beide tegenhangers identiek is, dat wil zeggen de reactantie van de spoel (inductor) en de condensator zijn ongeveer hetzelfde.

Zodra dit is opgelost, kunt u verwachten dat het tankcircuit op zijn natuurlijke frequentie werkt en dat het LC-netwerk het resonantiepunt bereikt. Dit wordt een perfect afgestemd LC-circuit genoemd.

Hiermee zijn de basisprocedures voor het ontwerpen van inductieverwarmingscircuits voltooid

U vraagt ​​zich misschien af ​​wat de resonantie van een LC-circuit is. En hoe kan dit snel worden berekend voor het voltooien van een specifiek inductieverwarmerontwerp? We zullen dit in de volgende paragrafen uitgebreid bespreken.

De bovenstaande paragrafen hebben de fundamentele geheimen uitgelegd achter het ontwikkelen van een goedkope maar effectieve inductiekookplaat thuis, in de volgende beschrijvingen zullen we zien hoe dit kan worden geïmplementeerd door specifiek de cruciale parameters ervan te berekenen, zoals de resonantie van het afgestemde LC-circuit en de juiste afmeting van de spiraaldraad voor een optimaal stroomverwerkingsvermogen.

Wat is resonantie in het LC-circuit van de inductieverwarmer

Wanneer de condensator binnen een afgestemde LC-kring tijdelijk wordt opgeladen, probeert de condensator de geaccumuleerde lading te ontladen en over de spoel te dumpen, de spoel accepteert de lading en slaat de lading op in de vorm van een magnetisch veld. Maar zodra de condensator daarbij ontladen is, ontwikkelt de spoel een bijna equivalente hoeveelheid lading in de vorm van een magnetisch veld en probeert hij deze nu terug in de condensator te forceren, zij het met een tegengestelde polariteit.

Bronvermelding:

Wikipedia

De condensator wordt opnieuw gedwongen om op te laden, maar dit keer in de tegenovergestelde richting, en zodra hij volledig is opgeladen, probeert hij opnieuw zichzelf leeg te maken over de spoel, en dit resulteert in een heen en weer delen van lading in de vorm van een oscillerende stroom over het LC-netwerk.

De frequentie van deze oscillerende stroom wordt de resonantiefrequentie van de afgestemde LC-kring.

Door inherente verliezen sterven de bovengenoemde oscillaties uiteindelijk in de loop van de tijd af, en de frequentie, de lading komt na enige tijd allemaal tot een einde.

Maar als de frequentie kan aanhouden via een externe frequentie-ingang, afgestemd op hetzelfde resonantieniveau, dan kan dat ervoor zorgen dat een permanent resonantie-effect wordt geïnduceerd over het LC-circuit.

Bij resonantiefrequentie kunnen we verwachten dat de amplitude van de spanning die over het LC-circuit oscilleert op het maximale niveau is, wat resulteert in de meest efficiënte inductie.

Daarom kunnen we impliceren dat, om een ​​perfecte resonantie te implementeren binnen een LC-netwerk voor een inductieverwarmerontwerp, we de volgende cruciale parameters moeten waarborgen:

1) Een afgestemde LC-kring

2) En een bijpassende frequentie om de resonantie van het LC-circuit te behouden.

Dit kan worden berekend met behulp van de volgende eenvoudige formule:

F = 1 ÷ X √LC

waar L in Henry staat en C in Farad

Als u niet het gedoe wilt hebben om de resonantie van de LC-tank van de spoel te berekenen via de formule, zou een veel eenvoudigere optie kunnen zijn om de volgende software te gebruiken:

LC Resonant Frequentie Calculator

Of u kunt dit ook bouwen Raster dip meter voor het identificeren en instellen van de resonantiefrequentie.

Zodra de resonantiefrequentie is geïdentificeerd, is het tijd om de full-bridge IC in te stellen met deze resonantiefrequentie door de juiste timingcomponenten Rt en Ct te selecteren. Dit kan met vallen en opstaan ​​worden gedaan door middel van praktische metingen, of door de volgende formule:

De volgende formule kan worden gebruikt om de waarden van Rt / Ct te berekenen:

f = 1 / 1.453 x Rt x Ct waarbij Rt in Ohm is en Ct in Farads.

Series Resonance gebruiken

Het inductieverwarmerconcept dat in dit bericht wordt besproken, maakt gebruik van een serie-resonantiecircuit.

Wanneer een serie-resonant LC-circuit wordt gebruikt, hebben we inductor een (L) en een condensator (C) in serie geschakeld, zoals weergegeven in het volgende diagram.

De totale spanning V. toegepast over de serie LC is de som van de spanning over de inductor L en de spanning over de condensator C. De stroom die door het systeem vloeit, is gelijk aan de stroom die door de L- en de C-componenten vloeit.

V = VL + VC

I = IL = IC

De frequentie van de aangelegde spanning beïnvloedt de reactanties van de inductor en de condensator. Als de frequentie wordt verhoogd van een minimumwaarde naar een hogere waarde, zal de inductieve reactantie XL van de inductor proportioneel toenemen, maar XC, de capacitieve reactantie, zal afnemen.

Terwijl de frequentie wordt verhoogd, zal er echter een bepaald geval of een bepaalde drempel zijn waarbij de magnitudes van de inductieve reactantie en de capacitieve reactantie net gelijk zullen zijn. Dit exemplaar zal het resonantiepunt zijn van de serie LC, en de frequentie kan worden ingesteld als de resonantiefrequentie.

Daarom zal in een serie resonantiecircuit de resonantie optreden wanneer

XL = XC

of, ωL = 1 / ωC

waarbij ω = hoekfrequentie.

Het evalueren van de waarde van ω geeft ons:

ω = ωo = 1 / √ LC, die wordt gedefinieerd als de resonante hoekfrequentie.

Als we dit in de vorige vergelijking vervangen en ook de hoekfrequentie (in radialen per seconde) omzetten in frequentie (Hz), krijgen we uiteindelijk:

fo = ωo / 2π = 1 / 2π√ LC

fo = 1 / 2π√ LC

Berekening van de draadmaat voor de werkspoel van de inductieverwarmer

Nadat u de geoptimaliseerde waarden van L en C voor het tankcircuit van de inductieverwarmer hebt berekend en de exacte compatibele frequentie voor het stuurcircuit hebt geëvalueerd, is het tijd om de huidige verwerkingscapaciteit van de werkspoel en de condensator te berekenen en vast te leggen.

Omdat de stroom die betrokken is bij het ontwerp van een inductieverwarmer aanzienlijk groot kan zijn, kan deze parameter niet worden genegeerd en moet deze correct worden toegewezen aan het LC-circuit.

Het gebruik van formules voor het berekenen van de draadafmetingen voor een inductiedraadmaat kan een beetje moeilijk zijn, vooral voor de nieuwkomers, en dat is precies de reden waarom speciale software voor hetzelfde is ingeschakeld op deze site, die elke geïnteresseerde hobbyist kan gebruiken om dimensioneer de juiste maat draad voor uw inductiekookplaatcircuit.




Vorige: SMS verzenden en ontvangen met een GSM-modem Volgende: GSM Fire SMS Alert Project