Hur man utformar en krets för induktionsvärmare

Artikeln förklarar en steg-för-steg-handledning för att designa din egen hemlagade grundläggande induktionsvärmekrets, som också kan användas som en induktionshäll.

Grundläggande induktionsvärmare koncept

Du kanske har stött på många DIY-induktionsvärmekretsar online men ingen verkar ha behandlat den avgörande hemligheten bakom implementeringen av en perfekt och framgångsrik design för induktionsvärmare. Innan du känner till denna hemlighet skulle det vara viktigt att känna till det grundläggande arbetskonceptet för en induktionsvärmare.

En induktionsvärmare är faktiskt en extremt 'ineffektiv' form av elektrisk transformator, och denna ineffektivitet blir dess främsta fördelaktiga funktion.

Vi vet att i en elektrisk transformator måste kärnan vara kompatibel med den inducerade frekvensen, och när det finns en inkompatibilitet mellan frekvensen och kärnmaterialet i en transformator resulterar det i generering av värme.

I grund och botten kommer en järnkärnad transformator att kräva ett lägre frekvensområde runt 50 till 100Hz, och när denna frekvens ökas kan kärnan visa en tendens att bli varmare proportionellt. Det innebär att om frekvensen ökas till en mycket högre nivå kan vara över 100 kHz skulle det resultera i alstring av extrem värme i kärnan.

Ja, det här är precis vad som händer med ett induktionsvärmare där spishällen fungerar som kärnan och därför består av järnmaterial. Och induktionsspolen utsätts för en hög frekvens, tillsammans resulterar det i att det genereras en proportionellt intensiv mängd värme i kärlet. Eftersom frekvensen är optimerad på signifikant hög nivå säkerställer man maximal möjlig värme på metallen.

Låt oss nu lära oss de viktiga aspekterna som kan krävas för att utforma en framgångsrik och tekniskt korrekt induktionsvärmare. Följande detaljer kommer att förklara detta:

Vad du kommer att behöva

De två grundläggande sakerna som krävs för att bygga induktionsgrytor är:

1) En bifilär spole.

2) En justerbar frekvensgeneratorkrets

Jag har redan diskuterat några induktionsvärmare i denna webbplats, du kan läsa dem nedan:

Solar induktion värmare krets

Induktionsvärmare med IGBT

Enkel krets för induktionsvärmare - Kokplatta för kokplatta

Liten induktionsvärmare för skolprojekt

Alla ovanstående länkar har ovanstående två saker gemensamt, det vill säga de har en arbetsspole och en föraroscillator.

Designa arbetsspolen

För utformning av en induktionskokkärl ska arbetsspolen vara platt till sin natur, därför måste den vara av tvåfaldig typ med sin konfiguration, som visas nedan:

Den bifilar spiraltypsdesign som visas ovan kan implementeras effektivt för att tillverka din hemlagade induktionskokkärl.

För optimal respons och låg värmeproduktion i spolen, se till att den bifilära spolens tråd är tillverkad med många tunna kopparsträngar istället för en enda fast tråd.

Således blir detta kokkärlets arbetsspole, nu behöver ändarna på denna spole helt enkelt integreras med en matchande kondensator och ett kompatibelt frekvensdrivnätverk, som visas i följande bild:

Designa H-Bridge Series Resonant Driver Circuit

Hittills borde informationen ha upplyst dig om hur du konfigurerar en enkel induktionskokkärl eller en induktionsspisdesign, men den mest kritiska delen av designen är hur man resonerar spolkondensatornätverket (tankkretsen) till det mest optimala intervallet så att kretsen fungerar på den mest effektiva nivån.

För att spol- / kondensatortankkretsen (LC-kretsen) ska kunna fungera på sin resonansnivå krävs att induktansen hos spolen och kondensatorns kapacitans måste matchas perfekt.

Detta kan bara hända när reaktansen hos båda motsvarigheterna är identisk, det vill säga reaktansen hos spolen (induktorn) såväl som kondensatorn är ungefär densamma.

När detta är löst kan du förvänta dig att tankkretsen fungerar med sin naturliga frekvens och LC-nätverket når resonanspunkten. Detta kallas en perfekt avstämd LC-krets.

Detta avslutar de grundläggande procedurerna för design av kretsar för induktionsvärmare

Du kanske undrar angående vad som är resonans med en LC-krets. ?? Och hur kan detta beräknas snabbt för att slutföra en specifik induktionsvärmare? Vi kommer att diskutera detta i följande avsnitt.

Ovanstående stycken förklarade de grundläggande hemligheterna bakom utvecklingen av en låg, men ändå effektiv induktionshäll i hemmet, i följande beskrivningar kommer vi att se hur detta kan implementeras genom att specifikt beräkna dess viktiga parametrar, såsom resonansen för den inställda LC-kretsen och den korrekta dimensionen av spoltråden för att säkerställa optimal strömhanteringskapacitet.

Vad är resonans i induktionsvärmare LC-krets

När kondensatorn i en avstämd LC-krets laddas tillfälligt försöker kondensatorn att tömma och tömma den ackumulerade laddningen över spolen, spolen accepterar laddningen och lagrar laddningen i form av magnetfält. Men så snart kondensatorn har urladdats under processen utvecklar spolen en nästan likvärdig mängd laddning i form av magnetfält och den försöker nu tvinga tillbaka den inuti kondensatorn, men med motsatt polaritet.

Bild med tillstånd:

Wikipedia

Kondensatorn tvingas åter ladda men den här gången i motsatt riktning, och så snart den är fulladdad, försöker den återigen tömma sig över spolen, och detta resulterar i en delning av laddningen fram och tillbaka i form av en oscillerande ström över LC-nätverket.

Frekvensen för denna oscillerande ström blir resonansfrekvensen för den avstämda LC-kretsen.

Men på grund av inneboende förluster dör de ovannämnda svängningarna så småningom ut under tiden och frekvensen slutar laddningen alla efter någon gång.

Men om frekvensen tillåts att upprätthållas via en extern frekvensingång, inställd på samma resonansnivå, kan det säkerställa att en permanent resonanseffekt induceras över LC-kretsen.

Vid resonansfrekvens kan vi förvänta oss att amplituden hos spänningen som svänger över LC-kretsen ska vara på maximal nivå, vilket resulterar i den mest effektiva induktionen.

Därför kan vi antyda att för att implementera en perfekt resonans i ett LC-nätverk för en induktionsvärmare måste vi säkerställa följande viktiga parametrar:

1) En avstämd LC-krets

2) Och en matchande frekvens för att upprätthålla LC-kretsresonansen.

Detta kan beräknas med följande enkla formel:

F = 1 ÷ 2π x √LC

där L är i Henry och C är i Farad

Om du inte vill gå igenom besväret med att beräkna resonansen hos spolens LC-tank genom formeln, kan ett mycket enklare alternativ vara att använda följande programvara:

LC-resonansfrekvenskalkylator

Eller så kan du också bygga detta Grid dip mätare för att identifiera och ställa in resonansfrekvensen.

När resonansfrekvensen har identifierats är det dags att ställa in fullbrygga-IC med denna resonansfrekvens genom att lämpligt välja Rt- och Ct-tidskomponenter. Detta kan göras genom en del försök och fel genom praktiska mätningar, eller genom följande formel:

Följande formel kan användas för att beräkna värdena för Rt / Ct:

f = 1 / 1,453 x Rt x Ct där Rt är i Ohms och Ct i Farads.

Använda serieresonans

Induktionsvärmare konceptet som diskuteras i det här inlägget använder en serieresonanskrets.

När en serieresonant LC-krets används har vi induktor en (L) och en kondensator (C) kopplade i serie, som visas i följande diagram.

Den totala spänningen V appliceras över serien LC kommer att vara summan av spänningen över induktorn L och spänningen över kondensatorn C. Strömmen som strömmar genom systemet kommer att vara lika med den ström som flyter genom L- och C-komponenterna.

V = VL + VC

I = IL = IC

Frekvensen för den applicerade spänningen påverkar induktorn och kondensatorn. När frekvensen ökas från ett minimivärde till ett högre värde, kommer induktansreaktansen XL hos induktorn att öka proportionellt, men XC som är den kapacitiva reaktansen kommer att minska.

Men medan frekvensen ökas kommer det att finnas en viss instans eller tröskel när storleken på den induktiva reaktansen och den kapacitiva reaktansen kommer att vara precis lika. Denna instans kommer att vara resonanspunkten för serien LC och frekvensen kan ställas in som resonansfrekvensen.

Därför, i en serieresonanskrets, kommer resonansen att inträffa när

XL = XC

eller, ωL = 1 / ωC

där ω = vinkelfrekvens.

Att utvärdera värdet av ω ger oss:

ω = ωo = 1 / √ LC, som definieras som resonansvinkelfrekvensen.

Genom att ersätta detta i föregående ekvation och också konvertera vinkelfrekvensen (i radianer per sekund) till frekvens (Hz) får vi äntligen:

fo = ωo / 2π = 1 / 2π√ LC

fo = 1 / 2π√ LC

Beräkning av trådstorlek för arbetsspole för induktionsvärmare

När du väl har beräknat de optimerade värdena för L och C för induktionsvärmarens tankkrets och utvärderat den exakta kompatibla frekvensen för drivkretsen, är det dags att beräkna och fixa den aktuella hanteringskapaciteten för arbetsspolen och kondensatorn.

Eftersom strömmen som är involverad i en induktionsvärmare kan vara väsentligen stor kan denna parameter inte ignoreras och måste tilldelas korrekt till LC-kretsen.

Att använda formler för att beräkna trådstorlekar för en induktionstrådstorlek kan vara lite svårt, särskilt för nykomlingarna, och det är precis därför en speciell programvara för samma har aktiverats på den här webbplatsen, som alla intresserade hobbyister kan använda för att dimensionera rätt storlek tråd för din induktionskökkrets.