Bu yazıda, belirli bir küçük yarıçap üzerinde önemli büyüklükte ısı üretmek için yüksek frekanslı manyetik indüksiyon ilkeleriyle çalışan, inşa edilmesi kolay 2 indüksiyonlu ısıtıcı devresi öğreniyoruz.
Tartışılan indüksiyonlu ocak devreleri gerçekten basittir ve gerekli eylemler için sadece birkaç aktif ve pasif sıradan bileşen kullanır.
Güncelleme: Kendi özelleştirilmiş indüksiyonlu ısıtıcı ocağınızı nasıl tasarlayacağınızı da öğrenmek isteyebilirsiniz:
Bir İndüksiyon Isıtıcı Devresi Tasarlama - Eğitim
İndüksiyon Isıtıcı Çalışma Prensibi
Endüksiyonlu ısıtıcı, girdap akımı yoluyla bir demir yükünü veya herhangi bir ferromanyetik metali ısıtmak için yüksek frekanslı bir manyetik alan kullanan bir cihazdır.
Bu işlem sırasında demirin içindeki elektronlar, frekans kadar hızlı hareket edemez ve bu, girdap akımı olarak adlandırılan metalde ters akıma neden olur. Bu yüksek girdap akımının gelişmesi nihayetinde demirin ısınmasına neden olur.
Üretilen ısı orantılıdır akımiki x direnç metalin. Yük metalinin demirden oluşması gerektiğinden, metal demir için R direncini dikkate alıyoruz.
Isı = Iikix R (Demir)
Demirin Direnci: 97 nΩ · m
Yukarıdaki ısı da indüklenen frekansla doğru orantılıdır ve bu nedenle sıradan demir damgalı transformatörler yüksek frekanslı anahtarlama uygulamalarında kullanılmaz, bunun yerine çekirdek olarak ferrit malzemeler kullanılır.
Ancak burada, yüksek frekanslı manyetik indüksiyondan ısı elde etmek için yukarıdaki dezavantajdan yararlanılmaktadır.
Aşağıdaki önerilen indüksiyonlu ısıtıcı devrelerine atıfta bulunarak, MOSFET'lerin gerekli tetiklenmesi için ZVS veya sıfır voltaj anahtarlama teknolojisini kullanan konsepti buluyoruz.
Teknoloji, cihazların minimum ısınmasını sağlayarak işlemi çok verimli ve etkili hale getirir.
Ek olarak, doğası gereği kendi kendine rezonant olan devre, bir tank devresine oldukça benzer olan bağlı bobinin ve kapasitörün rezonans frekansında otomatik olarak ayarlar alır.
Royer Osilatörünü Kullanma
Devre temelde basitlik ve kendi kendine rezonans çalışma prensibi ile işaretlenmiş bir Royer osilatörünü kullanır.
Devrenin işleyişi şu noktalarla anlaşılabilir:
- Güç AÇIK konuma getirildiğinde, pozitif akım çalışma bobininin iki yarısından mosfetlerin drenajlarına doğru akmaya başlar.
- Aynı zamanda besleme voltajı da mosfetlerin kapılarına ulaşarak onları AÇIK hale getirir.
- Bununla birlikte, iki mosfet veya herhangi bir elektronik cihazın tam olarak benzer iletken özelliklere sahip olamayacağı gerçeğinden dolayı, her iki mosfet birlikte açılmaz, bunun yerine önce biri AÇIK konuma gelir.
- Önce T1'in AÇIK hale geldiğini düşünelim. Bu gerçekleştiğinde, T1'den akan yüksek akım nedeniyle, boşaltma voltajı sıfıra düşme eğilimindedir ve bu da diğer mosfet T2'nin kapı voltajını ekli schottky diyot aracılığıyla emer.
- Burada T1 kendini yönetmeye ve yok etmeye devam edebilir gibi görünebilir.
- Bununla birlikte, bu, L1C1 tank devresinin devreye girdiği ve önemli bir rol oynadığı andır. T1'in ani iletimi, sinüs atımının T2 drenajında yükselmesine ve çökmesine neden olur. Sinüs darbesi düştüğünde, T1'in kapı gerilimini kurutur ve kapatır. Bu, T1 boşaltımında voltajda bir artışa neden olur ve bu, T2 için bir kapı voltajının geri yüklenmesine izin verir. Şimdi, T2'nin dönüşü, T2 artık T1 için meydana gelen benzer türden bir tekrarı tetikliyor.
- Bu döngü şimdi hızla devam eder ve devrenin LC tank devresinin rezonans frekansında salınmasına neden olur. Rezonans, LC değerlerinin ne kadar iyi eşleştiğine bağlı olarak en uygun noktaya otomatik olarak ayarlanır.
Bununla birlikte, tasarımın ana dezavantajı, transformatör olarak merkezden dişli bir bobin kullanmasıdır, bu da sargı uygulamasını biraz daha zor hale getirir. Bununla birlikte, merkez musluğu, mosfetler gibi sadece birkaç aktif cihaz aracılığıyla bobin üzerinde verimli bir itme çekme etkisi sağlar.
Görülebileceği gibi, her mosfet'in kapısı / kaynağı boyunca bağlanmış hızlı kurtarma veya yüksek hızlı anahtarlama diyotları vardır.
Bu diyotlar, iletken olmama durumları sırasında ilgili mosfetlerin kapı kapasitansını boşaltma ve böylece anahtarlama işlemini çabuk ve hızlı hale getirme gibi önemli bir işlevi yerine getirir.
ZVS nasıl çalışır?
Daha önce tartıştığımız gibi, bu endüksiyonlu ısıtıcı devresi ZVS teknolojisini kullanarak çalışır.
ZVS, sıfır voltaj anahtarlaması anlamına gelir, yani devredeki mosfetler, drenajlarında minimum veya miktarda akım veya sıfır akım olduğunda AÇIK konuma geçer, bunu yukarıdaki açıklamadan zaten öğrendik.
Bu aslında mosfetlerin güvenli bir şekilde açılmasına yardımcı olur ve bu nedenle bu özellik cihazlar için çok avantajlı hale gelir.
Bu özellik, AC şebeke devrelerindeki triyaklar için sıfır geçiş iletimi ile karşılaştırılabilir.
Bu özellik nedeniyle, bunun gibi ZVS kendinden rezonans devrelerindeki mosfetler çok daha küçük soğutucu gerektirir ve 1 kva'ya kadar büyük yüklerle bile çalışabilir.
Doğası gereği rezonans olan devrenin frekansı, doğrudan iş bobini L1 ve kapasitör C1'in endüktansına bağlıdır.
Sıklık, aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir:
f = 1 / (2π * √ [ L * C] )
Nerede f Hertz cinsinden hesaplanan frekanstır
L, Henries'de sunulan Ana Isıtma Bobini L1'in endüktansıdır
ve C, Faradlarda C1 kapasitörünün kapasitansıdır
MOSFET'ler
Kullanabilirsiniz IRF540 110V, 33amps olarak derecelendirilen mosfetler olarak. Soğutucular onlar için kullanılabilir, ancak üretilen ısı endişe verici düzeyde olmasa da, yine de onları ısı emici metaller üzerinde güçlendirmek daha iyidir. Bununla birlikte, uygun şekilde derecelendirilmiş diğer N kanallı MOSFET'ler kullanılabilir, bunun için özel bir kısıtlama yoktur.
Ana ısıtıcı bobini (iş bobini) ile ilişkili indüktör veya indüktörler, yüksek frekans içeriğinin güç kaynağına olası girişini ortadan kaldırmaya ve ayrıca akımı güvenli sınırlarla sınırlamaya yardımcı olan bir tür boğmadır.
Bu indüktörün değeri, çalışma bobinine kıyasla çok daha yüksek olmalıdır. 2mH genellikle amaç için yeterlidir. Bununla birlikte, güvenli bir şekilde içinden yüksek bir akım aralığını kolaylaştırmak için yüksek kalınlıkta teller kullanılarak inşa edilmelidir.
Tank Devresi
C1 ve L1, amaçlanan yüksek rezonans frekansı mandallaması için burada tank devresini oluşturur. Yine bunların da yüksek büyüklükteki akım ve ısıya dayanacak şekilde derecelendirilmesi gerekir.
Burada 330nF / 400V metalize PP kapasitörlerin birleşimini görebiliriz.
1) Mazzilli Sürücü Konseptini kullanan Güçlü İndüksiyon Isıtıcı
Aşağıda açıklanan ilk tasarım, popüler Mazilli sürücü teorisine dayanan oldukça verimli bir ZVS indüksiyon konseptidir.
Tek bir çalışma bobini ve iki akım sınırlayıcı bobin kullanır. Konfigürasyon, ana çalışma bobininden bir merkez musluk ihtiyacını ortadan kaldırır, böylece sistemi son derece etkili ve müthiş boyutlarda yükün hızlı bir şekilde ısıtılmasını sağlar. Isıtma bobini, yükü tam bir köprü itme çekme hareketi ile ısıtır
Modül aslında çevrimiçi olarak mevcuttur ve çok makul bir maliyetle kolayca satın alınabilir.
Bu tasarımın devre şeması aşağıda görülebilir:
Orijinal diyagrama aşağıdaki görüntüden tanık olunabilir:
Çalışma prensibi, iki yüksek güçlü MOSFET kullanan aynı ZVS teknolojisidir. Besleme girişi, kullanılan yüke bağlı olarak 5V ile 12V arasında herhangi bir şey olabilir ve 5 amper ile 20 amper arasında akım olabilir.
Güç çıkışı
Yukarıdaki tasarımın güç çıkışı, giriş voltajı 48V'a yükseltildiğinde ve akım 25 ampere kadar yükseltildiğinde 1200 watt kadar yüksek olabilir.
Bu seviyede, çalışma bobininden üretilen ısı, 1 cm kalınlığında bir cıvatayı bir dakika içinde eritecek kadar yüksek olabilir.
Çalışma Bobini Boyutları
Video Demosu
https://youtu.be/WvV0m8iA6bM2) Merkez Musluklu Çalışma Bobini kullanarak İndüksiyon Isıtıcısı
Bu ikinci konsept aynı zamanda bir ZVS indüksiyonlu ısıtıcıdır, ancak çalışma bobini için bir merkez çatallanma kullanır ve bu önceki tasarıma kıyasla biraz daha az verimli olabilir. Tüm devrenin en önemli unsuru olan L1. İndüksiyon işlemleri sırasında yüksek sıcaklıkları sürdürebilmesi için son derece kalın bakır teller kullanılarak yapılmalıdır.
Yukarıda tartışıldığı gibi kapasitör, ideal olarak L1 terminallerine mümkün olduğu kadar yakın bağlanmalıdır. rezonans frekansını belirtilen 200 kHz frekansta sürdürmek için önemlidir.
Birincil Çalışma Bobini Özellikleri
İndüksiyonlu ısıtıcı bobini L1 için, birçok 1 mm bakır tel, bobinde daha düşük ısı oluşumuna neden olacak şekilde akımı daha etkili bir şekilde dağıtmak için paralel veya çift yönlü olarak sarılabilir.
Bundan sonra bile bobin aşırı ısınmalara maruz kalabilir ve bu nedenle deforme olabilir, bu nedenle alternatif bir sarım yöntemi denenebilir.
Bu yöntemde, gerekli merkez musluğunu elde etmek için merkezde birleştirilen iki ayrı bobin şeklinde sarıyoruz.
Bu yöntemde, bobinin empedansını azaltmak ve dolayısıyla mevcut işleme kapasitesini artırmak için daha az dönüş denenebilir.
Rezonans frekansını orantılı olarak aşağı çekmek için bu düzenleme için kapasitans artırılabilir.
Tank Kapasitörleri:
Tüm 330nF x 6, yaklaşık olarak net 2uF kapasitans elde etmek için kullanılabilir.
İndüksiyon Çalışma Bobinine Kondansatör Nasıl Takılır
Aşağıdaki resim, kapasitörleri bakır bobinin uç terminallerine paralel olarak, tercihen iyi boyutlandırılmış bir PCB aracılığıyla bağlamanın kesin yöntemini göstermektedir.
Yukarıdaki endüksiyon ısıtıcı devresi veya endüksiyonlu sıcak plaka devresi için parça listesi
- R1, R2 = 330 ohm 1/2 watt
- D1, D2 = FR107 veya BA159
- T1, T2 = IRF540
- C1 = 10.000 uF / 25V
- Aşağıda gösterilen 6nos 330nF / 400V kapakları paralel olarak takılarak yapılan C2 = 2uF / 400V
- D3 ---- D6 = 25 amp diyotlar
- IC1 = 7812
- Aşağıdaki resimlerde gösterildiği gibi L1 = 2 mm pirinç boru sarılmış, çap 30 mm'ye yakın herhangi bir yerde olabilir (bobinlerin iç çapı)
- Herhangi bir uygun ferrit çubuk üzerine 2 mm mıknatıslı tel sararak yapılan L2 = 2mH şok
- TR1 = 0-15V / 20amp
- GÜÇ KAYNAĞI: Düzenlenmiş 15V 20 amp DC güç kaynağı kullanın.
Yüksek hızlı diyotlar yerine BC547 transistörlerin kullanılması
Yukarıdaki indüksiyonlu ısıtıcı devre şemasında, ülkenin bazı bölgelerinde elde edilmesi zor olabilecek hızlı geri kazanım diyotlarından oluşan MOSFET kapılarını görebiliriz.
Bunun basit bir alternatifi, aşağıdaki diyalogda gösterildiği gibi diyotlar yerine bağlı BC547 transistörleri şeklinde olabilir.
BC547, 1Mhz frekansları civarında iyi çalışabildiğinden, transistörler diyotlarla aynı işlevi yerine getirecektir.
Başka Bir Basit Kendin Yap Tasarım
Aşağıdaki şema, kişisel bir indüksiyonlu ısıtma sistemi uygulamak için evde hızlı bir şekilde inşa edilebilen, yukarıdakine benzer başka bir basit tasarımı göstermektedir.
Parça listesi
- R1, R4 = 1K 1/4 watt MFR% 1
- R2, R3 = 10K 1/4 watt MFR% 1
- D1, D2 = BA159 veya FR107
- Z1, Z2 = 12V, 1/2 watt zener diyotları
- Q1, Q2 = Soğutucu üzerinde IRFZ44n mosfet
- C1 = 0.33uF / 400V veya paralel olarak 3 adet 0.1uF / 400V
- L1, L2, aşağıdaki resimlerde gösterildiği gibi:
- L2, herhangi bir eski ATX bilgisayar güç kaynağından kurtarılır.
L2 Nasıl Oluşturulur
Sıcak Tabak Tencere Olarak Değiştirme
Yukarıdaki bölümler, yay benzeri bir bobin kullanarak basit bir indüksiyonlu ısıtıcı devresini öğrenmemize yardımcı oldu, ancak bu bobin yemek pişirmek için kullanılamaz ve bazı ciddi modifikasyonlara ihtiyaç duyar.
Makalenin aşağıdaki bölümü, yukarıdaki fikrin nasıl değiştirilebileceğini ve basit bir küçük indüksiyonlu tencere ısıtıcı devresi veya bir indüksiyon kadai devresi gibi kullanılabileceğini açıklamaktadır.
Tasarım düşük teknolojili, düşük güçlü bir tasarımdır ve geleneksel birimlerle aynı olmayabilir. Devre, Bay Dipesh Gupta tarafından talep edildi.
Teknik özellikler
Bayım,
Basit İndüksiyon Isıtıcı Devresi - Sıcak Tabak Ocak Devresi makalenizi okudum Ve bizim gibi gençlere bir şeyler yapmaları için yardım etmeye hazır insanların olduğunu bulmak beni çok mutlu etti ....
Efendim, çalışmayı anlamaya ve kendim için bir indüksiyon kademesi geliştirmeye çalışıyorum ... Efendim, elektronikte çok iyi olduğum için lütfen tasarımı anlamama yardım edin
Çok düşük bir maliyetle 10 khz frekanslı 20 inç çaplı bir kadai ısıtmak için bir indüksiyon geliştirmek istiyorum !!!
Şemalarınızı ve makalenizi gördüm ama biraz kafam karışmıştı
- 1. Kullanılan trafo
- 2. L2 nasıl yapılır
- 3. Ve 25am akım ile 10 ila 20 kHz frekans için devredeki diğer değişiklikler
Lütfen mümkün olan en kısa sürede bana yardım edin efendim .. Gerekli bileşen detaylarını sağlarsanız tam olarak yardımcı olacaktır .. PlzzVe son olarak GÜÇ KAYNAĞINI kullanmaktan bahsetmiştiniz: Düzenlenmiş 15V 20 amp DC güç kaynağı kullanın. Nerelerde kullanılır ....
Teşekkürler
Dipesh Gupta
Dizayn
Burada sunulan önerilen indüksiyon kadai devre tasarımı sadece deneysel amaçlıdır ve geleneksel birimler gibi hizmet etmeyebilir. Hızlı bir şekilde bir fincan çay yapmak veya omlet pişirmek için kullanılabilir ve daha fazlası beklenmemelidir.
Bahsedilen devre başlangıçta cıvata başı gibi nesneler gibi demir çubuğu ısıtmak için tasarlanmıştır. bir tornavida, metal vb, ancak bazı modifikasyonlarla aynı devre metal tavaları veya bir 'kadai' gibi dışbükey tabanlı kapları ısıtmak için uygulanabilir.
Yukarıdakileri uygulamak için, yay benzeri düzenleme yerine düz bir spiral oluşturmak için biraz ince ayar yapılması gereken ana çalışma bobini dışında orijinal devre herhangi bir değişikliğe ihtiyaç duymaz.
Örnek olarak, tasarımı kadai gibi dışbükey bir tabana sahip kapları destekleyecek şekilde indüksiyonlu bir pişirme kabına dönüştürmek için, bobin aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi küresel-sarmal bir şekle dönüştürülmelidir:
Şematik, temelde Royer tabanlı bir tasarım olan yukarıdaki bölümümde açıklananla aynı olacaktır, burada gösterildiği gibi:
Helisel Çalışma Bobininin Tasarlanması
L1, ortada küçük bir çelik çanağı barındırmak için yukarıda gösterildiği gibi 5 ila 6 tur 8mm bakır boru kullanılarak küresel-sarmal bir şekle dönüştürülerek yapılır.
Bobin ayrıca, aşağıda gösterildiği gibi pişirme gereçleri olarak küçük bir çelik tavanın kullanılması amaçlanıyorsa, düz bir spiral formda sıkıştırılabilir:
Akım Sınırlayıcı Bobinin Tasarlanması
L2, 3 mm kalınlığında süper emaye bakır telin kalın bir ferrit çubuğun üzerine sarılmasıyla yapılabilir, terminallerinde 2mH değerine ulaşılana kadar dönüş sayısı denenmelidir.
TR1, 20V 30 amperlik bir transformatör veya bir SMPS güç kaynağı olabilir.
Gerçek indüksiyonlu ısıtıcı devresi, tasarımı ile oldukça basittir ve çok fazla açıklamaya ihtiyaç duymaz, dikkat edilmesi gereken birkaç şey aşağıdaki gibidir:
Rezonans kondansatörü, ana çalışma bobini L1'e nispeten daha yakın olmalı ve yaklaşık 10nos 0.22uF / 400V paralel bağlanarak yapılmalıdır. Kapasitörler kesinlikle polar olmayan ve metalize polyester türü olmalıdır.
Tasarım oldukça basit görünse de, spiral sargılı tasarımda merkez musluğu bulmak biraz baş ağrısına neden olabilir çünkü spiral bir bobin simetrik olmayan bir düzene sahip olacaktır ve bu da devrenin tam merkez musluğunu bulmayı zorlaştıracaktır.
Bazı deneme yanılma yoluyla veya bir LC ölçer kullanılarak yapılabilir.
Yanlış yerleştirilmiş bir merkez musluğu, devrenin anormal şekilde çalışmasına veya mosfetlerin eşit olmayan şekilde ısınmasına neden olabilir veya tüm devre, en kötü durumda salınamayabilir.
Referans: Wikipedia
Önceki: Basit TV Verici Devresi Sonraki: IC 555 Kullanan D Sınıfı Amplifikatör Devresi
