Indukciós fűtő áramkör megtervezése

A cikk lépésről lépésre ismerteti a saját házi készítésű indukciós fűtő áramkör tervezését, amely indukciós főzőlapként is használható.

Az indukciós fűtés alapvető koncepciója

Lehet, hogy sok DIY indukciós fűtőáramkörrel találkozott online, de úgy tűnik, senki sem foglalkozott a tökéletes és sikeres indukciós fűtőberendezés megvalósításának alapvető titkával. Mielőtt megismerné ezt a titkot, fontos tudni az indukciós fűtés alapvető működési koncepcióját.

Az indukciós fűtés valójában az elektromos transzformátor rendkívül 'nem hatékony' formája, és ez az hatékonyság válik a fő előnyös tulajdonságává.

Tudjuk, hogy egy elektromos transzformátorban a magnak kompatibilisnek kell lennie az indukált frekvenciával, és amikor a transzformátorban a frekvencia és az alapanyag között inkompatibilitás tapasztalható, ez hőtermelést eredményez.

Alapvetően egy vaskos magú transzformátor alacsonyabb frekvenciatartományt igényel 50-100 Hz körül, és mivel ez a frekvencia növekszik, a mag hajlamos lehet arra, hogy arányosan felmelegedjen. Ez azt jelenti, hogy ha a frekvenciát sokkal magasabbra emelik, akkor az meghaladhatja a 100 kHz-et, az extrém hő keletkezését eredményezheti a magban.

Igen, pontosan ez történik egy indukciós fűtőrendszerrel, ahol a főzőlap úgy működik, mint a mag, ezért vas anyagból készül. Az indukciós tekercset nagy frekvenciának teszik ki, ez együttesen arányosan intenzív hőmennyiséget eredményez az edényen. Mivel a frekvencia jelentősen magas szinten van optimalizálva, biztosítja a lehető legnagyobb hőt a fémen.

Most folytassuk és ismerjük meg azokat a fontos szempontokat, amelyekre szükség lehet egy sikeres és műszakilag megfelelő indukciós fűtőáramkör megtervezéséhez. A következő részletek magyarázzák ezt:

Amire szüksége lesz

Az indukciós főzőedények elkészítéséhez szükséges két alapvető dolog:

1) Kétágú tekercs.

2) Állítható frekvenciagenerátor áramkör

Néhány indukciós fűtőáramkörről már beszéltem ezen a weboldalon, ezeket alább olvashatja:

Szolár indukciós fűtő áramkör

Indukciós fűtő áramkör IGBT használatával

Egyszerű indukciós fűtő áramkör - főzőlap-főző áramkör

Kis indukciós fűtő áramkör iskolai projekthez

A fenti linkek mindegyikében megegyezik a fenti két dolog, vagyis van munkatekercsük és meghajtó oszcillátor fokozatuk.

A munka tekercsének megtervezése

Indukciós főzőedények tervezéséhez a munkatekercsnek állítólag laposnak kell lennie, ezért kétféle típusúnak kell lennie a konfigurációjával, az alábbiak szerint:

A fent bemutatott kétféle tekercs típusú kialakítás hatékonyan megvalósítható a házi indukciós edények elkészítéséhez.

Az optimális válasz és az alacsony hőtermelés érdekében a tekercsben győződjön meg arról, hogy a bifilar tekercs huzala egyetlen vékony réz helyett sok vékony rézszál felhasználásával készült.

Így ez a főzőeszköz munkatekercsévé válik, most ennek a tekercsnek a végeit egyszerűen össze kell illeszteni egy megfelelő kondenzátorral és egy kompatibilis frekvenciaváltó-hálózattal, amint azt a következő ábra mutatja:

A H-Bridge sorozatú rezonáns meghajtó áramkör megtervezése

Eddig az információnak fel kellett volna világosítania Önt arról, hogyan kell konfigurálni az egyszerű indukciós edényeket vagy az indukciós főzőlapokat, azonban a tervezés legkritikusabb része az, hogy hogyan lehet rezonálni a tekercs kondenzátor hálózatát (a tartály áramkört) a legoptimálisabb tartományba, hogy az áramkör a leghatékonyabb szinten működik.

Ahhoz, hogy a tekercs / kondenzátor tartály áramköre (LC áramkör) működhessen a rezonancia szintjükön, tökéletesen meg kell egyezni a tekercs induktivitásával és a kondenzátor kapacitásával.

Ez csak akkor történhet meg, ha mindkét partner reaktanciája megegyezik, vagyis a tekercs (induktor) és a kondenzátor reaktanciája közel azonos.

Ha ez megoldódott, akkor várható, hogy a tartály áramköre a természetes frekvencián fog működni, és az LC hálózat eléri a rezonancia pontot. Ezt nevezzük tökéletesen hangolt LC áramkörnek.

Ezzel lezárulnak az indukciós fűtőáramkör alapvető tervezési eljárásai

Lehet, hogy kíváncsi arra, hogy mi az LC áramkör rezonanciája. ?? És hogyan lehet ezt gyorsan kiszámítani egy adott indukciós fűtőberendezés elkészítéséhez? Ezt a következő szakaszokban átfogóan megvitatjuk.

A fenti bekezdések elmagyarázták az alacsony költségű, mégis hatékony indukciós főzőlap otthoni fejlesztésének alapvető titkait, a következő leírásokban meglátjuk, hogyan lehet ezt megvalósítani a kulcsfontosságú paraméterek, például a hangolt LC áramkör rezonanciájának és a a tekercshuzal az optimális áramkezelési kapacitás biztosításához.

Mi a rezonancia az indukciós fűtés LC áramkörében

Amikor egy beállított LC áramkörben lévő kondenzátor pillanatnyilag feltöltődik, a kondenzátor megpróbálja kisütni és a felhalmozódott töltetet a tekercs fölé dobni, a tekercs elfogadja a töltést és mágneses tér formájában tárolja a töltést. De amint a kondenzátor a folyamat során kisült, a tekercs mágneses tér formájában majdnem ekvivalens töltést fejleszt ki, és ezt most megpróbálja visszaszorítani a kondenzátor belsejébe, bár ellentétes polaritással.

Kép jóvoltából:

Wikipédia

A kondenzátor ismét kénytelen tölteni, de ezúttal az ellenkező irányba, és amint teljesen fel van töltve, ismét megpróbálja kiüríteni a tekercset, és ez a töltés oda-vissza megosztását eredményezi egy oszcilláló áram az LC hálózaton keresztül.

Ennek az oszcilláló áramnak a frekvenciája lesz a hangolt LC áramkör rezonancia frekvenciája.

Az eredendő veszteségek miatt azonban a fenti rezgések idővel kihalnak, és a töltés gyakorisága valamikor később véget ér.

De ha a frekvenciát egy külső frekvenciabemeneten keresztül hagyják fennmaradni, ugyanazon a rezonancia szinten hangolva, akkor ez biztosíthatja az LC áramkörön állandó rezonanciahatás kiváltását.

Rezonancia frekvenciánál azt várhatjuk, hogy az LC áramkörön oszcilláló feszültség amplitúdója a maximális szinten lesz, ami a leghatékonyabb indukciót eredményezi.

Ezért azt feltételezhetjük, hogy az LC-hálózaton belüli tökéletes rezonancia megvalósításához az indukciós fűtőberendezéshez a következő alapvető paramétereket kell biztosítanunk:

1) Hangolt LC áramkör

2) És egy megfelelő frekvencia az LC áramkör rezonanciájának fenntartására.

Ezt a következő egyszerű képlettel lehet kiszámítani:

F = 1 ÷ 2π x √LC

ahol L Henryben és C Faradban van

Ha nem akarja átvenni a tekercs LC tartályának rezonanciáját a képlet segítségével, sokkal egyszerűbb megoldás lehet a következő szoftver használata:

LC rezonáns frekvencia kalkulátor

Vagy ezt is felépítheti Rács merülésmérő a rezonancia frekvencia azonosításához és beállításához.

A rezonancia frekvencia azonosítása után itt az ideje beállítani a teljes híd IC-t ezzel a rezonancia frekvenciával az Rt és Ct időzítési komponensek megfelelő kiválasztásával. Ez gyakorlati mérések útján történhet kísérletekkel vagy hibákkal, vagy a következő képlettel:

A következő képlet használható az Rt / Ct értékeinek kiszámításához:

f = 1 / 1,453 x Rt x Ct, ahol Rt Ohm-ban és Ct Farádban van.

Soros rezonancia használata

Az ebben a bejegyzésben tárgyalt indukciós fűtőberendezés sorozat rezonáns áramkört használ.

Ha soros rezonáns LC áramkört alkalmazunk, akkor egy induktivitást (L) és egy kondenzátort (C) sorba kapcsoltunk, amint azt a következő ábra mutatja.

A teljes feszültség V Az LC sorozaton alkalmazott feszültség az L induktivitáson és a C kondenzátoron átfeszített feszültség összege lesz. A rendszeren átáramló áram egyenlő lesz az L és a C komponenseken átáramló árammal.

V = VL + VC

I = IL = IC

Az alkalmazott feszültség frekvenciája befolyásolja az induktor és a kondenzátor reaktanciáit. Amint a frekvenciát egy minimális értékről egy magasabb értékre növelik, az induktor XL induktív reaktanciája arányosan növekszik, de az XC, amely a kapacitív reaktancia, csökken.

Amíg a frekvenciát növeljük, lesz egy adott eset vagy küszöb, amikor az induktív reaktancia és a kapacitív reaktancia nagysága egyenlő lesz. Ez a példány lesz az LC sorozat rezonáns pontja, és a frekvencia beállítható rezonáns frekvenciaként.

Ezért egy soros rezonancia áramkörben a rezonancia akkor jelentkezik, amikor

XL = XC

vagy ωL = 1 / ºC

ahol ω = szögfrekvencia.

Az ω értékének kiértékelése:

ω = ωo = 1 / √ LC, amelyet rezonáns szögfrekvenciaként határozunk meg.

Ha ezt behelyettesítjük az előző egyenletbe, és a szögfrekvenciát (radián / másodpercben) frekvenciává (Hz) alakítjuk, végül megkapjuk:

fo = ωo / 2π = 1 / 2π√ LC

fo = 1 / 2π√ LC

Az indukciós fűtés munkatekercsének vezetékméretének kiszámítása

Miután kiszámolta az indukciós fűtés tartálykörének optimalizált L és C értékeit, és kiértékelte a meghajtó áramkör pontos kompatibilis frekvenciáját, itt az ideje kiszámítani és rögzíteni a munkatekercs és a kondenzátor aktuális kezelési kapacitását.

Mivel az indukciós fűtőberendezésben érintett áram lényegesen nagy lehet, ezt a paramétert nem lehet figyelmen kívül hagyni, és helyesen kell hozzárendelni az LC áramkörhöz.

Képletek használata a vezetékméretek kiszámításához egy indukciós vezetékmérethez kissé nehéz lehet, különösen az újonnan érkezők számára, és pontosan ezért engedélyezték ezen a webhelyen egy speciális szoftvert, amelyet minden érdeklődő hobbi használhat méretezze a megfelelő méretű vezetéket az indukciós főzőlap áramköréhez.