2 proste obwody nagrzewnicy indukcyjnej - kuchenki z płytą grzejną

2 proste obwody nagrzewnicy indukcyjnej - kuchenki z płytą grzejną

W tym poście poznamy 2 łatwe do zbudowania obwody nagrzewnic indukcyjnych, które działają na zasadzie indukcji magnetycznej wysokiej częstotliwości w celu generowania znacznej ilości ciepła na małym określonym promieniu.



Omówione obwody kuchenki indukcyjnej są naprawdę proste i do wymaganych czynności wykorzystują tylko kilka aktywnych i pasywnych zwykłych komponentów.


Aktualizacja: Możesz również dowiedzieć się, jak zaprojektować własną niestandardową płytę grzewczą z nagrzewnicą indukcyjną:
Projektowanie obwodu nagrzewnicy indukcyjnej - samouczek






Zasada działania nagrzewnicy indukcyjnej

Nagrzewnica indukcyjna to urządzenie, które wykorzystuje pole magnetyczne o wysokiej częstotliwości do podgrzania ładunku żelaznego lub dowolnego metalu ferromagnetycznego za pomocą prądu wirowego.

Podczas tego procesu elektrony wewnątrz żelaza nie są w stanie poruszać się tak szybko, jak częstotliwość, co powoduje powstanie prądu wstecznego w metalu nazywanego prądem wirowym. Ten rozwój wysokiego prądu wirowego ostatecznie powoduje nagrzewanie się żelaza.



Wytworzone ciepło jest proporcjonalne do obecnydwa x odporność z metalu. Ponieważ metal obciążenia ma składać się z żelaza, rozważamy opór R dla metalowego żelaza.

Ciepło = Idwax R (żelazo)

Oporność właściwa żelaza wynosi: 97 nΩ · m

Powyższe ciepło jest również wprost proporcjonalne do indukowanej częstotliwości i dlatego zwykłe transformatory tłoczone w żelazie nie są używane w zastosowaniach przełączania o wysokiej częstotliwości, zamiast tego jako rdzenie używane są materiały ferrytowe.

Jednak tutaj powyższa wada jest wykorzystywana do pozyskiwania ciepła z indukcji magnetycznej wysokiej częstotliwości.

Odnosząc się do proponowanych poniżej obwodów nagrzewnic indukcyjnych, znajdujemy koncepcję wykorzystującą ZVS lub technologię przełączania beznapięciowego do wymaganego wyzwalania tranzystorów MOSFET.

Technologia zapewnia minimalne nagrzewanie się urządzeń, dzięki czemu praca jest bardzo wydajna i efektywna.

Co więcej, obwód będący z natury samorezonansowy automatycznie ustawia się przy częstotliwości rezonansowej podłączonej cewki i kondensatora, zupełnie identycznej jak obwód zbiornika.

Korzystanie z Oscylatora Royer

Obwód zasadniczo wykorzystuje oscylator Royer, który charakteryzuje się prostotą i zasadą działania rezonansu własnego.

Funkcjonowanie obwodu można zrozumieć za pomocą następujących punktów:

  1. Po włączeniu zasilania dodatni prąd zaczyna płynąć z dwóch połówek cewki roboczej w kierunku drenów mosfetów.
  2. Równocześnie napięcie zasilania dociera również do bramek mosfetów, włączając je.
  3. Jednak ze względu na fakt, że żadne dwa mosfety ani żadne urządzenia elektroniczne nie mogą mieć dokładnie podobnych specyfikacji przewodzenia, oba mosfety nie włączają się razem, a jeden z nich włącza się jako pierwszy.
  4. Wyobraźmy sobie, że najpierw włącza się T1. Kiedy tak się dzieje, z powodu dużego prądu przepływającego przez T1, jego napięcie spustowe ma tendencję do spadku do zera, co z kolei wysysa napięcie bramki drugiego mosfetu T2 przez dołączoną diodę Schottky'ego.
  5. Tutaj może się wydawać, że T1 może nadal prowadzić i niszczyć się.
  6. Jednak jest to moment, w którym obwód czołgu L1C1 wkracza do akcji i odgrywa kluczową rolę. Nagłe przewodzenie T1 powoduje wzrost impulsu sinusoidalnego i zapadnięcie się w drenach T2. Kiedy impuls sinusoidalny zanika, wysusza napięcie bramki T1 i wyłącza je. Powoduje to wzrost napięcia na odpływie T1, co pozwala na przywrócenie napięcia bramki dla T2. Teraz nadeszła kolej na T2, aby przeprowadzić, T2 teraz prowadzi, wyzwalając podobny rodzaj powtórzeń, które wystąpiły w przypadku T1.
  7. Ten cykl jest teraz kontynuowany szybko, powodując oscylacje obwodu z częstotliwością rezonansową obwodu zbiornika LC. Rezonans automatycznie dostosowuje się do optymalnego punktu w zależności od tego, jak dobrze dopasowane są wartości LC.

Jednak główną wadą tego projektu jest to, że wykorzystuje cewkę z odczepem centralnym jako transformator, co sprawia, że ​​wykonanie uzwojenia jest nieco trudniejsze. Jednak środkowy kran umożliwia skuteczny efekt push pull na cewce za pośrednictwem zaledwie kilku aktywnych urządzeń, takich jak mosfety.

Jak widać, istnieją diody szybkiego przywracania lub szybkiego przełączania podłączone do bramki / źródła każdego mosfetu.

Diody te pełnią ważną funkcję rozładowywania pojemności bramki odpowiednich mosfetów podczas ich stanów nieprzewodzących, dzięki czemu operacja przełączania jest szybka i szybka.

Jak działa ZVS

Jak omówiliśmy wcześniej, ten obwód nagrzewnicy indukcyjnej działa w technologii ZVS.

ZVS oznacza przełączanie bez napięcia, co oznacza, że ​​mosfety w obwodzie włączają się, gdy mają minimalny lub ilość prądu lub zerowy prąd na swoich drenach, nauczyliśmy się tego już z powyższego wyjaśnienia.

To faktycznie pomaga mosfetom bezpiecznie włączać się, a zatem ta funkcja staje się bardzo korzystna dla urządzeń.

Cechę tę można porównać z przewodzeniem przechodzącym przez zero dla triaków w obwodach sieci prądu przemiennego.

Ze względu na tę właściwość, mosfety w obwodach samorezonansowych ZVS, takich jak ten, wymagają znacznie mniejszych radiatorów i mogą pracować nawet przy dużych obciążeniach do 1 kva.

Będąc z natury rezonansowym, częstotliwość obwodu jest bezpośrednio zależna od indukcyjności cewki roboczej L1 i kondensatora C1.

Częstotliwość można obliczyć za pomocą następującego wzoru:

fa = 1 / (2π * √ [ L * DO] )

Gdzie fa jest częstotliwością obliczoną w hercach
L to indukcyjność głównej cewki grzewczej L1, przedstawiona w Henries
a C jest pojemnością kondensatora C1 w faradach

Tranzystory MOSFET

Możesz użyć IRF540 jako mosfety, które są oceniane na dobre 110 V, 33 amperów. Można by do nich zastosować radiatory, choć generowane ciepło nie jest na niepokojącym poziomie, ale mimo to lepiej jest je wzmocnić metalami pochłaniającymi ciepło. Jednak można zastosować dowolne inne odpowiednio ocenione N-kanałowe tranzystory MOSFET, nie ma specjalnych ograniczeń.

Cewka lub cewki indukcyjne związane z główną cewką grzewczą (cewką roboczą) to rodzaj dławika, który pomaga wyeliminować ewentualne wejście zawartości wysokiej częstotliwości do zasilacza, a także ograniczyć prąd do bezpiecznych granic.

Wartość tego induktora powinna być znacznie wyższa w porównaniu do cewki roboczej. 2mH jest generalnie wystarczające do tego celu. Jednak musi być zbudowany przy użyciu przewodów o dużej średnicy, aby bezpiecznie przepływać przez niego duży zakres prądu.

Obwód zbiornika

C1 i L1 stanowią tutaj obwód zbiornika dla zamierzonego zatrzaskiwania wysokiej częstotliwości rezonansowej. Te również muszą być przystosowane do wytrzymywania dużych natężeń prądu i ciepła.

Tutaj możemy zobaczyć włączenie metalizowanych kondensatorów PP 330nF / 400V.

1) Wydajna nagrzewnica indukcyjna wykorzystująca koncepcję sterownika Mazzilli

Pierwszy projekt wyjaśniony poniżej to wysoce wydajna koncepcja indukcji ZVS oparta na popularnej teorii sterownika Mazilli.

Wykorzystuje pojedynczą cewkę roboczą i dwie cewki ogranicznika prądu. Konfiguracja eliminuje potrzebę stosowania środkowego kurka z głównej cewki roboczej, dzięki czemu system jest niezwykle skuteczny i szybki w nagrzewaniu ładunku o ogromnych wymiarach. Wężownica grzewcza podgrzewa ładunek poprzez działanie push-pull z pełnym mostkiem

Moduł jest faktycznie dostępny online i można go łatwo kupić za bardzo rozsądną cenę.

Schemat obwodu dla tego projektu można zobaczyć poniżej:

Oryginalny schemat można zobaczyć na poniższym obrazku:

Prosta konstrukcja nagrzewnicy indukcyjnej 1200 W.

Zasada działania to ta sama technologia ZVS, wykorzystująca dwa tranzystory MOSFET o dużej mocy. Wejście zasilania może wynosić od 5 V do 12 V, a prąd od 5 A do 20 A, w zależności od zastosowanego obciążenia.

Moc wyjściowa

Moc wyjściowa powyższej konstrukcji może wynosić nawet 1200 watów, gdy napięcie wejściowe zostanie podniesione do 48 V, a prąd do 25 amperów.

Na tym poziomie ciepło wytwarzane z cewki roboczej może być wystarczająco wysokie, aby stopić śrubę o grubości 1 cm w ciągu minuty.

Wymiary cewki roboczej

Demo wideo

https://youtu.be/WvV0m8iA6bM

2) Nagrzewnica indukcyjna wykorzystująca cewkę roboczą z centralnym zaczepem

Ta druga koncepcja to również nagrzewnica indukcyjna ZVS, ale wykorzystuje rozgałęzienie środkowe dla cewki roboczej, które może być nieco mniej wydajne w porównaniu z poprzednim projektem. L1, czyli najważniejszy element całego obwodu. Musi być zbudowany przy użyciu bardzo grubych drutów miedzianych, aby wytrzymywał wysokie temperatury podczas operacji indukcyjnych.

prosty obwód nagrzewnicy indukcyjnej wykorzystujący 2 mosfety

Kondensator, jak omówiono powyżej, powinien być idealnie podłączony jak najbliżej zacisków L1. jest to ważne dla utrzymania częstotliwości rezonansowej przy określonej częstotliwości 200 kHz.

Specyfikacje podstawowej cewki roboczej

W przypadku cewki nagrzewnicy indukcyjnej L1 wiele 1 mm drutu miedzianego można nawinąć równolegle lub bifilarnie w celu skuteczniejszego rozpraszania prądu, co powoduje mniejsze wytwarzanie ciepła w cewce.

Nawet po tym cewka może być poddawana ekstremalnym temperaturom i może się z tego powodu odkształcać, dlatego można wypróbować alternatywną metodę jej nawijania.

W tej metodzie nawijamy go w postaci dwóch oddzielnych cewek połączonych pośrodku w celu uzyskania wymaganego zaczepu środkowego.

W tej metodzie można próbować mniejszych zwojów w celu zmniejszenia impedancji cewki i z kolei zwiększenia jej zdolności do obsługi prądu.

Pojemność w tym układzie może natomiast zostać zwiększona w celu proporcjonalnego obniżenia częstotliwości rezonansowej.

Kondensatory zbiornika:

W sumie 330nF x 6 może być użyte do uzyskania około 2uF pojemności netto.

jak złożyć główną cewkę roboczą dla prostej nagrzewnicy indukcyjnej

Jak podłączyć kondensator do cewki indukcyjnej

Poniższy rysunek przedstawia dokładną metodę mocowania kondensatorów równolegle do końcówek cewki miedzianej, najlepiej przez dobrze zwymiarowaną płytkę drukowaną.

Średnica cewki nagrzewnicy indukcyjnej i szczegóły kondensatora

Lista części dla powyższego obwodu nagrzewnicy indukcyjnej lub obwodu indukcyjnej płyty grzejnej

  • R1, R2 = 330 omów 1/2 wata
  • D1, D2 = FR107 lub BA159
Diody szybkiego powrotu FR107
  • T1, T2 = IRF540
  • C1 = 10 000 uF / 25 V.
  • C2 = 2uF / 400V wykonane przez równoległe zamocowanie pokazanych poniżej zaślepek 6nos 330nF / 400V
Kondensator 0,33uF / 400V, metalizowany poliester MKT
  • D3 ---- D6 = diody 25 amperów
  • IC1 = 7812
  • L1 = 2 mm rura mosiężna nawinięta, jak pokazano na poniższych zdjęciach, średnica może wynosić około 30 mm (wewnętrzna średnica cewek)
  • Dławik L2 = 2mH wykonany przez nawinięcie drutu magnetycznego 2 mm na dowolny odpowiedni pręt ferrytowy
  • TR1 = 0-15 V / 20 amperów
  • ZASILANIE: Użyj regulowanego zasilacza 15 V 20 A DC.

Zastosowanie tranzystorów BC547 w miejsce szybkich diod

Na powyższym schemacie obwodu nagrzewnicy indukcyjnej widzimy bramki MOSFET składające się z diod szybkiego powrotu, które mogą być trudne do uzyskania w niektórych częściach kraju.

Prostą alternatywą mogą być tranzystory BC547 podłączone zamiast diod, jak pokazano na poniższym schemacie.

Tranzystory pełniłyby tę samą funkcję co diody, ponieważ BC547 może dobrze działać w zakresie częstotliwości 1 MHz.

Kolejny prosty projekt DIY

Poniższy schemat przedstawia inny prosty projekt, podobny do powyższego, który można szybko zbudować w domu, aby wdrożyć osobisty system ogrzewania indukcyjnego.

Drugi projekt nagrzewnicy indukcyjnej DIY z minimalną liczbą elementów

Lista części

  • R1, R4 = 1K 1/4 watt MFR 1%
  • R2, R3 = 10K 1/4 watt MFR 1%
  • D1, D2 = BA159 lub FR107
  • Z1, Z2 = 12V, diody Zenera 1/2 W.
  • Q1, Q2 = mosfet IRFZ44n na radiatorze
  • C1 = 0,33 uF / 400 V lub 3 nos 0,1 uF / 400 V równolegle
  • L1, L2, jak pokazano na poniższych ilustracjach:
  • L2 jest odzyskany z dowolnego starego zasilacza komputerowego ATX.
wyniki testu działającej nagrzewnicy indukcyjnej prosta konfiguracja Szczegóły cewki ogranicznika prądu dla prostej nagrzewnicy indukcyjnej testowanie temperatury nagrzewania śruby wewnątrz prostej nagrzewnicy indukcyjnej wyniki testu gorącej śruby

Jak zbudowany jest L2

Modyfikacja w naczynia do gotowania na gorąco

Powyższe sekcje pomogły nam nauczyć się prostego obwodu nagrzewnicy indukcyjnej wykorzystującego cewkę podobną do sprężyny, jednak ta cewka nie może być używana do gotowania żywności i wymaga poważnych modyfikacji.

W poniższej części artykułu wyjaśniono, w jaki sposób powyższy pomysł można zmodyfikować i wykorzystać jako prosty, mały obwód nagrzewnicy indukcyjnej naczynia lub obwód indukcyjny kadai.

Konstrukcja jest mało zaawansowana technologicznie, o małej mocy i może nie dorównać konwencjonalnym jednostkom. Obwód został zamówiony przez pana Dipesh Gupta

Specyfikacja techniczna

Pan,

Przeczytałem nasz artykuł Prosty obwód nagrzewnicy indukcyjnej - obwód kuchenki z płytą grzejną I bardzo się ucieszyłem, gdy okazało się, że są ludzie gotowi pomóc młodym ludziom takim jak my w zrobieniu czegoś ...

Proszę pana, próbuję zrozumieć działanie i próbuję opracować dla siebie kadai indukcyjne ... Proszę pana, proszę o pomoc w zrozumieniu projektowania, ponieważ jestem tak dobry w elektronice

Chcę opracować indukcję do podgrzewania kadai o średnicy 20 cali z częstotliwością 10 kHz przy bardzo niskich kosztach !!!

Widziałem twoje diagramy i artykuł, ale byłem trochę zdezorientowany

  • 1. Zastosowany transformator
  • 2. Jak zrobić L2
  • 3. I wszelkie inne zmiany w obwodzie dla częstotliwości 10 do 20 kHz przy prądzie 25 am

Proszę o pomoc tak szybko, jak to możliwe. Pomogłoby to w pełni, gdybyś mógł dostarczyć dokładne informacje o potrzebnych komponentach. Plzz I na koniec wspomniałeś o używaniu ZASILACZA: Użyj regulowanego zasilacza 15 V 20 A DC. Gdzie jest używany ...

Dzięki

Dipesh gupta

Projektowanie

Proponowany projekt obwodu indukcyjnego kadai przedstawiony tutaj służy wyłącznie celom eksperymentalnym i może nie służyć jako jednostki konwencjonalne. Można go użyć do zrobienia filiżanki herbaty lub szybkiego ugotowania omletu i niczego więcej nie należy oczekiwać.

Wspomniany obwód był pierwotnie zaprojektowany do podgrzewania żelaznych prętów, takich jak łeb śruby. śrubokręt metalowy itp., jednak z pewnymi modyfikacjami ten sam obwód można zastosować do ogrzewania metalowych patelni lub naczyń z wypukłą podstawą, jak „kadai”.

Aby zaimplementować powyższe, oryginalny obwód nie wymagałby żadnych modyfikacji, z wyjątkiem głównej cewki roboczej, która będzie musiała zostać nieco zmodyfikowana, aby utworzyć płaską spiralę zamiast układu sprężynowego.

Na przykład, aby przekształcić projekt w naczynie indukcyjne, tak aby wspierało naczynia z wypukłym dnem, takie jak kadai, cewkę należy wykonać w kształcie kulisto-helikalnym, jak pokazano na poniższym rysunku:

Schemat byłby taki sam, jak wyjaśniono w mojej powyższej sekcji, która jest w zasadzie projektem opartym na Royer, jak pokazano tutaj:

Projektowanie spiralnej cewki roboczej

L1 jest wykonywany przy użyciu 5 do 6 zwojów 8-milimetrowej rurki miedzianej w kulisto-spiralny kształt, jak pokazano powyżej, aby pomieścić małą stalową misę pośrodku.

Zwój może być również ściśnięty na płasko do postaci spirali, jeśli jako naczynie ma być używane małe stalowe naczynie, jak pokazano poniżej:

praktyczny przykład prostej kuchenki indukcyjnej z cewką naleśnikową

Projektowanie cewki ogranicznika prądu

L2 można zbudować, nawijając super emaliowany drut miedziany o grubości 3 mm na gruby pręt ferrytowy, liczbę zwojów należy eksperymentować, aż do osiągnięcia wartości 2mH na jego zaciskach.

TR1 może być transformatorem 20 V 30 A lub zasilaczem SMPS.

Rzeczywisty obwód nagrzewnicy indukcyjnej jest dość prosty w swojej konstrukcji i nie wymaga wielu wyjaśnień, kilka rzeczy, o które należy zadbać, to:

Kondensator rezonansowy musi znajdować się stosunkowo bliżej głównej cewki roboczej L1 i powinien być wykonany przez równoległe połączenie około 10 nosa 0,22 uF / 400 V. Kondensatory muszą być ściśle niepolarne i metalizowane z poliestru.

Chociaż projekt może wyglądać dość prosto, znalezienie środkowego zaczepu w spiralnie zwiniętej konstrukcji może wywołać ból głowy, ponieważ spiralna cewka miałaby niesymetryczny układ, co utrudniłoby zlokalizowanie dokładnego środkowego zaczepu dla obwodu.

Można to zrobić metodą prób i błędów lub przy użyciu miernika LC.

Nieprawidłowo umieszczony centralny zaczep może zmusić obwód do nienormalnego działania lub nierównomiernego ogrzewania mosfetów, lub też cały obwód może po prostu nie oscylować w najgorszej sytuacji.

Odniesienie: Wikipedia




Poprzedni: Prosty obwód nadajnika TV Dalej: Obwód wzmacniacza klasy D wykorzystujący IC 555