Obvod indukčního ohřívače pomocí IGBT (testováno)

V tomto příspěvku komplexně diskutujeme o tom, jak vytvořit vysoce výkonný indukční ohřívací obvod 1000 W s použitím IGBT, které jsou považovány za nejuniverzálnější a nejsilnější spínací zařízení, dokonce lepší než mosfety.

Princip fungování indukčního ohřívače

Princip, na kterém indukční ohřev funguje, je velmi snadno pochopitelný.

Cívkou přítomnou v indukčním ohřívači je vytvářeno magnetické pole vysoké frekvence, a tím jsou následně indukovány vířivé proudy přes kovový (magnetický) předmět, který je přítomen ve středu cívky, a ohřívá ji.

Aby se kompenzovala indukční povaha cívky, je paralelně s cívkou umístěna rezonanční kapacita.

Rezonanční frekvence je frekvence, na kterou musí být poháněn rezonanční obvod (také známý jako cívkový kondenzátor).

Proud protékající cívkou je vždy mnohem větší než budicí proud. Obvod IR2153 se používá k umožnění fungování obvodu jako „dvojitého polovičního můstku“ spolu se čtyřmi řízenými IGBT STGW30NC60W.

Stejné množství energie dodává dvojitý poloviční můstek jako plný můstek, ale ovladač brány v případě prvního je jednodušší.

IGBT STGW30NC60W

Používání antiparalelních diod

Velké dvojité diody STTH200L06TV1 (2x 120 A) se používají ve formě antiparalelních diod. I když k tomu budou stačit menší diody o velikosti 30A.

Pokud používáte integrované diody IGBT, jako je STGW30NC60WD, nebudete muset používat menší diody nebo velké dvojité diody. K vyladění pracovní frekvence na rezonanci se používá potenciometr.

Jedním z nejlepších indikátorů rezonance je nejvyšší jas LED. Určitě můžete vytvořit ovladače, které jsou propracovanější v závislosti na vašem požadavku.

Můžete také použít automatické ladění, což je jedna z nejlepších věcí, kterou můžete u profesionálních ohřívačů přijmout, ale je tu jedna nevýhoda, že se v tomto procesu ztratí jednoduchost obvodu.

Můžete ovládat frekvenci, která spadá do rozsahu přibližně 110 až 210 kHz. Adaptér malé velikosti, který může být buď transformátorového typu nebo SMPS, se používá k zajištění 14-15 V pomocného napětí, které je požadováno v řídicím obvodu.

Oddělovací transformátor

Oddělovací transformátor a odpovídající tlumivka L1 jsou elektrická zařízení, která se používají k připojení výstupu k pracovnímu obvodu.

Oba tyto induktory jsou přítomny v konstrukci vzduch-jádro.

Na jedné straně, kde tlumivka se skládá ze 4 závitů o průměru 23 cm, izolační transformátor na druhé straně se skládá z 12 závitů o průměru 14 cm a tyto otáčky jsou vyrobeny z dvojitého kabelu (jak je znázorněno na obrázku níže) .

I když výstupní výkon dosáhne měřítka 1 600 W, zjistíte, že stále existuje spousta prostoru pro zlepšení.

Pracovní cívka navrhovaného indukčního ohřívače IGBT je vyrobena z drátu o průměru 3,3 mm.

Použití mědi pro cívku

Měděný drát je považován za vhodnější pro výrobu pracovní cívky, protože může být snadno a efektivně připojen k vodnímu chlazení.

Cívka se skládá ze šesti závitů spolu s rozměry 23 mm výšky a průměru 24 mm. Cívka se může v případě dlouhodobého provozu zahřát.

Rezonanční kondenzátor je tvořen a skládá se z 23 kusů malých kondenzátorů, které mají celkovou kapacitu 2u3. Můžete také použít kondenzátory 100nF v provedeních jako polypropylen třídy X2 a 275V MKP.

K tomuto účelu je můžete použít, i když v zásadě nejsou určeny ani vyrobeny pro takové účely.

Frekvence rezonanční je 160 kHz. Vždy se doporučuje použít filtr EMI. K nahrazení variace lze použít pozvolný rozběh.

Vždy bych vám důrazně doporučil používat omezovač, který je zapojen do série se sítí, jako jsou halogenové žárovky a ohřívače přibližně 1 kW, když je zapnutý poprvé.

Varování: použitý indukční topný okruh je připojen k síti a obsahuje vysoké napětí a může být smrtelný.

Abyste se vyhnuli nehodě, měli byste použít potenciometr s plastovou hřídelí. Vysokofrekvenční elektromagnetická pole jsou vždy škodlivá a mohou mít škodlivý účinek na paměťová média a elektronická zařízení.

Obvod způsobuje značnou úroveň elektromagnetického rušení, což může také způsobit úraz elektrickým proudem, požár nebo popáleniny.

Každý úkol nebo proces, který provádíte, je na vaše vlastní riziko a odpovědnost spočívá na vás a já nebudu odpovědný za jakoukoli újmu, která při provádění tohoto procesu vznikne.

Kruhový diagram

220V AC až 220V DC můstkový usměrňovací obvod s bezpečnostní lampou

Tlumivka L1

Konstrukci tlumivky L1 použitou ve výše uvedeném obvodu indukčního ohřívače IGBT s plným můstkem lze vidět na níže uvedeném obrázku:

Můžete to udělat navinutím 4 závitů o průměru 23 cm pomocí libovolného silného kabelu s jedním jádrem.

Následující obrázek ukazuje dvojitě stočený vzduch design izolačního transformátoru :

Můžete to vytvořit navinutím 12 závitů o průměru 14 cm pomocí libovolného tlustého zdvojeného kabelového kabelu.

Pracovní cívka může být sestavena podle následujícího pokynu

Pamatujte, že pokud je cívka pevně navinuta, může být zapotřebí pouze 5 otáček. Pokud je použito šest závitů, můžete zkusit mírně natáhnout cívku pro dosažení optimální rezonance a účinnosti.

AKTUALIZACE

Přidání aktuálního limitu

Následující diagram naznačuje, jak lze do výše vysvětleného návrhu indukčního ohřívače přidat jednoduchou funkci omezení proudu.

Detaily Pinout optočlenu TIL111

Zde se rezistor poblíž L1 (řekněme Rx) stane rezistorem snímajícím proud, který vyvíjí malé napětí přes sebe do požadovaného bodu, když proud začne překračovat bezpečné limity.

Toto napětí na Rx se používá ke spuštění LED uvnitř připojeného optočlenu. Výstupní tranzistor uvnitř opto reaguje na spouštění LED a rychle vede uzemnění Ct, pin # 3 hlavního ovladače IC IR2153.

IC se okamžitě vypne a zakáže jakýkoli další nárůst proudu. Když k tomu dojde, proud poklesne, což zase eliminuje napětí na Rx, čímž vypne opto LED. Tím se situace vrátí k dřívější normální situaci a IC začne znovu oscilovat. Tento cyklus se nyní rychle opakuje a zajišťuje konstantní spotřebu proudu pro zátěž v rámci předem stanovených bezpečných limitů.

Rx = 2 / proudový limit

Zpětná vazba od jednoho z oddaných čtenářů:

Vážený pane - úspěšně jsem vytvořil indukční ohřívač 1/2 můstku se 4 IGBT a chci vědět, že doporučená lampa ohřívače o výkonu 1 000 W by měla být trvale připojena k obvodu nebo pouze k prvnímu testování.

Fotografie výsledku testu jsou uvedeny níže:

Čekáme na vaši odpověď nejdříve. S pozdravem - Manish.

Řešení dotazu na okruh

Drahý Manishi,
Vidíte při provozu indukčního ohřívače na sériové lampě záři?
Pokud ano, pak ji pravděpodobně nelze vyjmout, pokud je lampa v neosvětleném stavu a je zcela „studená“ (ucítíte ji přidržením), lze ji vyjmout.
pozdravy

Zpětná vazba od pana Saeeda Mahdaviho

Vážený Swagatam:

Nakonec jsem po mnoha dalších pokusech dokázal svůj obvod znovu zprovoznit. A natočil jsem video s červeně horkým šroubem.

Doufám, že by to mohlo být užitečné pro zájemce o indukční ohřívače. Můžete mi prosím říct, jak zvýšit teplo tak, aby šroub dosáhl bodu tání?

Napětí v síti je 194 voltů a proud spotřebovaný obvodem je pouze 5 ampérů a tvar vlny na osciloskopu je zcela sinusový.

Ve svém prototypu jsem přidal několik otáček k RFC tlumivce, abych získal více napětí na pracovní cívce a spotřeboval méně zesilovače.

IGBT fungovaly zcela normálně bez velkého zahřívání během provozního období. Mohl byste mi prosím říct, co bych měl udělat, abych dostal víc a zahřál se. Díky moc

Saeed Mahdavi

Videoklip: