Jak navrhnout obvod indukčního ohřívače

Tento článek vysvětluje podrobný návod týkající se návrhu vlastního domácího základního okruhu indukčního ohřívače, který lze také použít jako indukční varnou desku.

Základní koncept indukčního ohřívače

Možná jste se setkali s mnoha okruhy indukčních ohřívačů online, ale zdá se, že nikdo neřešil zásadní tajemství implementace dokonalého a úspěšného designu indukčního ohřívače. Než se dozvíte toto tajemství, bylo by důležité znát základní pracovní koncept indukčního ohřívače.

Indukční ohřívač je ve skutečnosti extrémně „neúčinnou“ formou elektrického transformátoru a tato neúčinnost se stává jeho hlavním výhodným rysem.

Víme, že v elektrickém transformátoru musí být jádro kompatibilní s indukovanou frekvencí, a když je v transformátoru nekompatibilita mezi frekvencí a materiálem jádra, vede to k tvorbě tepla.

Transformátor se železným jádrem bude v zásadě vyžadovat nižší rozsah kmitočtů kolem 50 až 100 Hz a protože se tento kmitočet zvyšuje, jádro může vykazovat tendenci úměrně se zahřívat. To znamená, že pokud se frekvence zvýší na mnohem vyšší úroveň, může to být více než 100 kHz, což by vedlo k tvorbě extrémního tepla v jádře.

Ano, přesně to se děje se systémem indukčního ohřívače, kde varná deska funguje jako jádro, a proto je vyrobena ze železného materiálu. A indukční cívka je vystavena vysoké frekvenci, což společně vede k vytváření proporcionálně intenzivního množství tepla na nádobě. Protože frekvence je optimalizována na výrazně vysoké úrovni, zajišťuje maximální možné teplo na kovu.

Nyní pojďme a naučíme se důležité aspekty, které mohou být potřebné pro návrh úspěšného a technicky správného obvodu indukčního ohřívače. Následující podrobnosti to vysvětlí:

Co budete potřebovat

K výrobě jakéhokoli indukčního nádobí jsou zapotřebí dvě základní věci:

1) Bifilární cívka.

2) Nastavitelný obvod generátoru frekvence

Na tomto webu jsem již diskutoval několik obvodů indukčních ohřívačů, můžete si je přečíst níže:

Obvod solárního indukčního ohřívače

Obvod indukčního ohřívače pomocí IGBT

Obvod jednoduchého indukčního ohřívače - obvod vařiče horké desky

Malý obvod indukčního ohřívače pro školní projekt

Všechny výše uvedené odkazy mají výše uvedené dvě společné věci, to znamená, že mají pracovní cívku a fázi oscilátoru ovladače.

Návrh pracovní cívky

Pro konstrukci indukčního nádobí má být pracovní cívka plochá, proto musí být bifilárního typu se svou konfigurací, jak je znázorněno níže:

Výše uvedený design typu bifilární cívky lze efektivně implementovat pro výrobu vašeho domácího indukčního nádobí.

Pro optimální odezvu a nízkou produkci tepla v cívce se ujistěte, že drát bifilární cívky je vyroben z mnoha tenkých pramenů mědi namísto jediného plného drátu.

Tak se z toho stává pracovní cívka nádobí, konce této cívky nyní musí být jednoduše integrovány s odpovídajícím kondenzátorem a kompatibilní sítí ovladačů frekvence, jak je znázorněno na následujícím obrázku:

Návrh obvodu rezonančních ovladačů řady H-Bridge

Informace by vás doposud měly osvětlit, jak konfigurovat jednoduché indukční nádobí nebo design indukční varné desky, ale nejdůležitější částí návrhu je, jak rezonovat síť kondenzátorových cívek (obvod nádrže) do nejoptimálnějšího rozsahu tak, aby obvod pracuje na nejefektivnější úrovni.

Povolení provozu obvodu cívky / kondenzátoru (obvod LC) na jejich rezonanční úrovni vyžaduje perfektní sladění indukčnosti cívky a kapacity kondenzátoru.

K tomu může dojít, pouze pokud je reaktance obou protějšků identická, to znamená, že reaktance cívky (induktoru) i kondenzátoru jsou přibližně stejné.

Jakmile je to opraveno, můžete očekávat, že obvod nádrže bude pracovat na své přirozené frekvenci a že LC síť dosáhne rezonančního bodu. Tomu se říká dokonale vyladěný LC obvod.

Tím se uzavírají základní konstrukční postupy obvodu indukčního ohřívače

Možná vás zajímá, co je rezonance LC obvodu. ?? A jak to lze rychle vypočítat pro dokončení konkrétního návrhu indukčního ohřívače? Budeme o tom komplexně diskutovat v následujících částech.

Výše uvedené odstavce vysvětlují základní tajemství vývoje levné, ale efektivní indukční varné desky doma, v následujících popisech uvidíme, jak to lze provést konkrétním výpočtem jejích rozhodujících parametrů, jako je rezonance vyladěného LC obvodu a správná dimenze vodič cívky pro zajištění optimální kapacity pro manipulaci s proudem.

Co je rezonance v LC obvodu indukčního ohřívače

Když je kondenzátor v naladěném LC obvodu krátkodobě nabitý, kondenzátor se pokusí vybít a vyhodit akumulovaný náboj přes cívku, cívka náboj přijme a uloží jej ve formě magnetického pole. Ale jakmile se kondenzátor v procesu vybije, cívka vyvine téměř ekvivalentní množství náboje ve formě magnetického pole a nyní se to snaží vnutit zpět do kondenzátoru, i když s opačnou polaritou.

Obrázek se svolením:

Wikipedia

Kondenzátor je znovu nucen nabíjet, ale tentokrát v opačném směru, a jakmile je plně nabitý, znovu se pokusí vyprázdnit přes cívku, což má za následek vzájemné sdílení náboje ve formě oscilační proud v síti LC.

Frekvence tohoto oscilačního proudu se stává rezonanční frekvencí vyladěného LC obvodu.

Avšak kvůli inherentním ztrátám výše uvedené oscilace nakonec vymizí v průběhu času a frekvence, náboj se po nějaké době ukončí.

Pokud je ale možné frekvenci udržovat prostřednictvím externího frekvenčního vstupu naladěného na stejné rezonanční úrovni, mohlo by to zajistit trvalý rezonanční efekt indukovaný napříč LC obvodem.

Při rezonanční frekvenci můžeme očekávat, že amplituda napětí kmitajícího napříč obvodem LC bude na maximální úrovni, což povede k nejúčinnější indukci.

Proto můžeme naznačit, že k implementaci dokonalé rezonance v síti LC pro návrh indukčního ohřívače musíme zajistit následující zásadní parametry:

1) Vyladěný LC obvod

2) A odpovídající frekvence pro udržení rezonance LC obvodu.

To lze vypočítat pomocí následujícího jednoduchého vzorce:

F = 1 ÷ 2π X √LC

kde L je v Henry a C je ve Farad

Pokud nechcete projít potížemi s výpočtem rezonance cívky LC nádrže pomocí vzorce, mnohem jednodušší možností může být použití následujícího softwaru:

Kalkulátor rezonanční frekvence LC

Nebo můžete také postavit Mřížkový dip metr pro identifikaci a nastavení rezonanční frekvence.

Jakmile je rezonanční frekvence identifikována, je čas nastavit IC s plným můstkem s touto rezonanční frekvencí vhodným výběrem časovacích komponent Rt a Ct. To lze provést pomocí pokusů a omylů prostřednictvím praktických měření nebo pomocí následujícího vzorce:

Pro výpočet hodnot Rt / Ct lze použít následující vzorec:

f = 1 / 1,453 x Rt x Ct, kde Rt je v ohmech a Ct ve Faradech.

Použití sériové rezonance

Koncept indukčního ohřívače diskutovaný v tomto příspěvku používá sériový rezonanční obvod.

Když je použit sériový rezonanční LC obvod, máme induktor (L) a kondenzátor (C) zapojené do série, jak je znázorněno na následujícím schématu.

Celkové napětí PROTI aplikovaný na sérii LC bude součet napětí na induktoru L a napětí na kondenzátoru C. Proud protékající systémem se bude rovnat proudu protékajícímu složkami L a C.

V = VL + VC

I = IL = IC

Frekvence aplikovaného napětí ovlivňuje reaktance induktoru a kondenzátoru. Jak se frekvence zvyšuje z minimální hodnoty na vyšší hodnotu, indukční reaktance XL induktoru se úměrně zvýší, ale XC, což je kapacitní reaktance, se sníží.

Zatímco se frekvence zvyšuje, bude existovat konkrétní instance nebo prahová hodnota, když budou velikosti indukční reaktance a kapacitní reaktance stejné. Tato instance bude rezonančním bodem řady LC a frekvenci lze nastavit jako rezonanční frekvenci.

Proto v sériovém rezonančním obvodu dojde k rezonanci, když

XL = XC

nebo, ωL = 1 / ωC

kde ω = úhlová frekvence.

Vyhodnocení hodnoty ω nám dává:

ω = ωo = 1 / √ LC, která je definována jako rezonanční úhlová frekvence.

Když to dosadíme do předchozí rovnice a také převedeme úhlovou frekvenci (v radiánech za sekundu) na frekvenci (Hz), dostaneme:

fo = ωo / 2π = 1 / 2π√ LC

fo = 1 / 2π√ LC

Výpočet velikosti drátu pro pracovní cívku indukčního ohřívače

Jakmile jste vypočítali optimalizované hodnoty L a C pro okruh nádrže indukčního ohřívače a vyhodnotili přesnou kompatibilní frekvenci pro obvod řidiče, je čas vypočítat a opravit aktuální manipulační kapacitu pracovní cívky a kondenzátoru.

Protože proud zapojený do konstrukce indukčního ohřívače může být podstatně velký, nelze tento parametr ignorovat a musí být správně přiřazen k obvodu LC.

Použití vzorců pro výpočet velikostí drátu pro indukční velikost drátu může být trochu obtížné, zejména pro nováčky, a to je přesně důvod, proč je na tomto webu povolen speciální software pro stejný, který může použít každý zájemce dimenzujte vodič správné velikosti pro váš indukční obvod varné desky.