2 простые схемы индукционного нагревателя - плиты конфорок

В этом посте мы узнаем о 2 простых в сборке схемах индукционного нагревателя, которые работают с принципами высокочастотной магнитной индукции для генерирования значительного количества тепла на небольшом заданном радиусе.

Обсуждаемые схемы индукционных плит действительно просты и используют всего несколько активных и пассивных обычных компонентов для требуемых действий.

Обновлять: Вы также можете узнать, как создать свою собственную варочную панель с индукционным нагревателем:
Проектирование схемы индукционного нагревателя - Учебное пособие

Принцип работы индукционного нагревателя

Индукционный нагреватель - это устройство, которое использует высокочастотное магнитное поле для нагрева железной нагрузки или любого ферромагнитного металла с помощью вихревого тока.

Во время этого процесса электроны внутри железа не могут двигаться со скоростью, соответствующей частоте, и это приводит к возникновению обратного тока в металле, называемого вихревым током. Это развитие сильного вихревого тока в конечном итоге вызывает нагрев железа.

Вырабатываемое тепло пропорционально текущий^два Икс сопротивление металла. Поскольку предполагается, что металл нагрузки состоит из железа, мы рассматриваем сопротивление R металлического железа.

Тепло = I^дваx R (железо)

Удельное сопротивление железа: 97 нОм · м.

Вышеупомянутое тепло также прямо пропорционально индуцированной частоте, и поэтому обычные штампованные трансформаторы из железа не используются в устройствах переключения высокой частоты, вместо этого в качестве сердечников используются ферритовые материалы.

Однако здесь вышеупомянутый недостаток используется для получения тепла от высокочастотной магнитной индукции.

Обращаясь к предлагаемым ниже схемам индукционного нагревателя, мы находим концепцию, использующую ZVS или технологию переключения при нулевом напряжении для требуемого запуска полевых МОП-транзисторов.

Технология обеспечивает минимальный нагрев устройств, что делает работу очень эффективной и действенной.

Кроме того, цепь, являющаяся саморезонансной по своей природе, автоматически настраивается на резонансную частоту присоединенной катушки и конденсатора, вполне идентичных цепи с резервуаром.

Использование осциллятора Ройера

В схеме в основном используется генератор Ройера, который отличается простотой и саморезонансным принципом работы.

Функционирование схемы можно понять по следующим пунктам:

1. При включении питания положительный ток начинает течь от двух половин рабочей катушки к стокам МОП-транзисторов.
2. В то же время напряжение питания также достигает ворот МОП-транзисторов, включая их.
3. Однако из-за того, что никакие два МОП-транзистора или какие-либо электронные устройства не могут иметь точно одинаковые характеристики проводимости, оба МОП-транзистора не включаются вместе, а один из них включается первым.
4. Представим, что сначала включается T1. Когда это происходит, из-за сильного тока, протекающего через T1, его напряжение стока имеет тенденцию падать до нуля, что, в свою очередь, высасывает напряжение затвора другого МОП-транзистора T2 через присоединенный диод Шоттки.
5. Здесь может показаться, что T1 может продолжать вести себя и разрушать себя.
6. Однако именно в этот момент включается контур резервуара L1C1, который играет решающую роль. Внезапное проведение T1 вызывает скачок и коллапс синусоидального импульса на стоке T2. Когда синусоидальный импульс схлопывается, он снижает напряжение затвора T1 и отключает его. Это приводит к повышению напряжения на стоке T1, что позволяет восстановить напряжение затвора для T2. Теперь настала очередь Т2 проводить, Т2 теперь проводит, вызывая повторение, подобное тому, которое произошло для Т1.
7. Этот цикл теперь продолжается быстро, заставляя контур колебаться на резонансной частоте контура резервуара LC. Резонанс автоматически настраивается на оптимальную точку в зависимости от того, насколько хорошо совпадают значения LC.

Однако основным недостатком конструкции является то, что в качестве трансформатора используется катушка с отводом по центру, что немного усложняет реализацию обмотки. Однако центральный отвод обеспечивает эффективный двухтактный эффект через катушку всего с помощью пары активных устройств, таких как МОП.

Как видно, через затвор / исток каждого МОП-транзистора подключены диоды с быстрым восстановлением или высокоскоростным переключением.

Эти диоды выполняют важную функцию разряда емкости затвора соответствующих МОП-транзисторов во время их непроводящих состояний, тем самым делая операцию переключения мгновенной и быстрой.

Как работает ZVS

Как мы уже говорили ранее, эта схема индукционного нагревателя работает по технологии ZVS.

ZVS означает переключение при нулевом напряжении, что означает, что МОП-транзисторы в цепи включаются, когда на их стоках присутствует минимальная или величина тока, или нулевой ток, мы уже узнали об этом из приведенного выше объяснения.

Это фактически помогает МОП-транзисторам безопасно включаться, и, таким образом, эта функция становится очень выгодной для устройств.

Эту особенность можно сравнить с проводимостью при переходе через ноль симисторов в цепях переменного тока.

Из-за этого свойства МОП-транзисторы в таких саморезонансных цепях ZVS требуют гораздо меньших радиаторов и могут работать даже с массивными нагрузками до 1 кВА.

Частота контура, являясь резонансной по своей природе, напрямую зависит от индуктивности рабочей катушки L1 и конденсатора C1.

Частоту можно рассчитать по следующей формуле:

ж = 1 / (2π * √ [ L * C] )

Где ж - частота, рассчитанная в Герцах.
L - индуктивность основной нагревательной катушки L1, представленная в Генри.
и C - емкость конденсатора C1 в Фарадах.

МОП-транзисторы

Вы можете использовать IRF540 как МОП-транзисторы, рассчитанные на хорошие 110 В, 33 ампера. Для них можно использовать радиаторы, хотя выделяемое тепло не вызывает беспокойства, но все же лучше укрепить их на теплопоглощающих металлах. Однако можно использовать любые другие МОП-транзисторы с соответствующим номиналом, для этого нет никаких особых ограничений.

Индуктор или индукторы, связанные с основной катушкой нагревателя (рабочей катушкой), представляют собой своего рода дроссель, который помогает исключить любое возможное попадание высокочастотного содержимого в источник питания, а также для ограничения тока до безопасных пределов.

Значение этого индуктора должно быть намного выше по сравнению с рабочей катушкой. 2 мГн обычно вполне достаточно для этой цели. Однако он должен быть построен с использованием проводов большого сечения, чтобы обеспечить безопасное прохождение через него большого диапазона тока.

Цепь танка

C1 и L1 составляют здесь контур резервуара для предполагаемой фиксации на высокой резонансной частоте. Опять же, они тоже должны быть рассчитаны на то, чтобы выдерживать высокие значения тока и тепла.

Здесь мы видим использование металлизированных полипропиленовых конденсаторов 330 нФ / 400 В.

1) Мощный индукционный нагреватель с использованием концепции драйвера Mazzilli

Первая конструкция, описанная ниже, представляет собой высокоэффективную индукционную концепцию ZVS, основанную на популярной теории драйверов Мазилли.

Он использует одну рабочую катушку и две катушки ограничителя тока. Конфигурация исключает необходимость в центральном отводе от основной рабочей катушки, что делает систему чрезвычайно эффективной и обеспечивает быстрый нагрев нагрузки огромных размеров. Нагревательная спираль нагревает нагрузку за счет двухтактного действия полного моста.

Модуль действительно доступен в Интернете и может быть легко куплен по очень разумной цене.

Принципиальную схему этой конструкции можно увидеть ниже:

Исходную диаграмму можно увидеть на следующем изображении:

Принцип работы - та же технология ZVS с использованием двух полевых МОП-транзисторов высокой мощности. Вход питания может быть от 5 В до 12 В, а сила тока от 5 до 20 А в зависимости от используемой нагрузки.

Выходная мощность

Выходная мощность вышеуказанной конструкции может достигать 1200 Вт, когда входное напряжение повышается до 48 В, а ток - до 25 ампер.

На этом уровне тепла, выделяемого рабочей катушкой, может быть достаточно, чтобы расплавить болт толщиной 1 см в течение минуты.

Размеры рабочей катушки

Видео Демонстрация

2) Индукционный нагреватель с рабочей катушкой с центральным отводом

Эта вторая концепция также представляет собой индукционный нагреватель ZVS, но использует центральную бифуркацию для рабочей катушки, которая может быть немного менее эффективной по сравнению с предыдущей конструкцией. L1, который является наиболее важным элементом всей схемы. Он должен быть построен с использованием очень толстых медных проводов, чтобы выдерживать высокие температуры во время индукционных операций.

Конденсатор, как описано выше, в идеале должен быть подключен как можно ближе к клеммам L1. Это важно для поддержания резонансной частоты на указанной частоте 200 кГц.

Характеристики первичной рабочей катушки

Для катушки индукционного нагревателя L1 можно намотать множество медных проводов диаметром 1 мм параллельно или бифилярно, чтобы более эффективно рассеивать ток, вызывая меньшее тепловыделение в катушке.

Даже после этого катушка может подвергнуться сильному нагреву и деформироваться из-за этого, поэтому можно попробовать альтернативный метод намотки.

В этом методе мы наматываем его в виде двух отдельных катушек, соединенных в центре для получения необходимого центрального отвода.

В этом методе можно попробовать использовать меньшие витки для уменьшения импеданса катушки и, в свою очередь, увеличения ее способности выдерживать ток.

Емкость для этого устройства, напротив, может быть увеличена, чтобы пропорционально понизить резонансную частоту.

Конденсаторы бака:

Всего 330 нФ x 6 можно использовать для получения чистой емкости приблизительно 2 мкФ.

Как прикрепить конденсатор к индукционной катушке

На следующем изображении показан точный метод подключения конденсаторов параллельно концевым выводам медной катушки, предпочтительно через печатную плату правильного размера.

Перечень деталей для указанной выше цепи индукционного нагревателя или цепи индукционной нагревательной плиты

• R1, R2 = 330 Ом 1/2 Вт
• D1, D2 = FR107 или BA159

• Т1, Т2 = IRF540
• C1 = 10,000 мкФ / 25 В
• C2 = 2 мкФ / 400 В, полученный путем параллельного подсоединения указанных ниже конденсаторов на 6 нОс 330 нФ / 400 В

• D3 ---- D6 = 25 ампер диодов
• IC1 = 7812
• L1 = 2 мм латунная трубка, намотанная, как показано на следующих рисунках, диаметр может быть около 30 мм (внутренний диаметр катушек).
• L2 = 2 мГн дроссель, сделанный путем наматывания магнитного провода диаметром 2 мм на любой подходящий ферритовый стержень.
• TR1 = 0-15 В / 20 ампер
• ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ: Используйте стабилизированный источник питания постоянного тока 15 В, 20 А.

Использование транзисторов BC547 вместо быстродействующих диодов

На приведенной выше схеме индукционного нагревателя мы видим затворы полевых МОП-транзисторов, состоящих из диодов с быстрым восстановлением, которые может быть трудно получить в некоторых частях страны.

Простая альтернатива этому может быть в виде транзисторов BC547, подключенных вместо диодов, как показано на следующей схеме.

Транзисторы будут выполнять ту же функцию, что и диоды, поскольку BC547 может хорошо работать на частотах около 1 МГц.

Еще один простой дизайн своими руками

На следующей схеме показана еще одна простая конструкция, аналогичная приведенной выше, которую можно быстро построить дома для реализации индивидуальной системы индукционного нагрева.

Список деталей

• R1, R4 = 1K 1/4 Вт MFR 1%
• R2, R3 = 10K 1/4 Вт MFR 1%
• D1, D2 = BA159 или FR107
• Z1, Z2 = 12 В, стабилитроны 1/2 Вт
• Q1, Q2 = МОП-транзистор IRFZ44n на радиаторе
• C1 = 0,33 мкФ / 400 В или 3 шт. По 0,1 мкФ / 400 В параллельно
• L1, L2, как показано на следующих изображениях:
• L2 спасен от любого старого компьютерного блока питания ATX.

Как построен L2

Превращение в кухонную посуду с конфоркой

Вышеупомянутые разделы помогли нам изучить простую схему индукционного нагревателя с использованием пружинной катушки, однако эта катушка не может использоваться для приготовления пищи и требует серьезных изменений.

В следующем разделе статьи объясняется, как эту идею можно изменить и использовать в качестве простой небольшой индукционной цепи нагревателя посуды или индукционной цепи кадай.

Это низкотехнологичный дизайн с низким энергопотреблением, который может отличаться от обычных устройств. Схема была запрошена г-ном Дипешем Гуптой.

Технические характеристики

Сэр,

Я прочитал твою статью Простая схема индукционного нагревателя - Схема горячей плиты и был очень рад обнаружить, что есть люди, готовые помочь таким молодым людям, как мы, сделать что-то ...

Сэр, я пытаюсь понять принцип работы и пытаюсь разработать для себя индукционный кадай ... Сэр, пожалуйста, помогите мне разобраться в дизайне, поскольку я так хорошо разбираюсь в электронике

Я хочу разработать индукцию для нагрева кадай диаметром 20 дюймов с частотой 10 кГц по очень низкой цене !!!

Я видел ваши диаграммы и статью, но меня немного смутил

• 1. Используемый трансформатор
• 2. Как сделать L2
• 3. И любые другие изменения в схеме для частоты от 10 до 20 кГц при токе 25А.

Пожалуйста, помогите мне, сэр, как можно скорее. Если бы вы могли предоставить точную информацию о необходимых компонентах, вам было бы полезно. Где это используется ....

Спасибо

Дипеш Гупта

Дизайн

Предлагаемая конструкция индукционной схемы кадай, представленная здесь, предназначена только для экспериментальных целей и может не работать, как обычные блоки. Его можно использовать для быстрого приготовления чашки чая или омлета, и ничего большего ожидать не стоит.

Указанная схема была первоначально разработана для нагрева таких предметов, как железный стержень, например, головки болта. отвертка металлическая и т. д., однако с некоторыми изменениями эта же схема может быть применена для нагрева металлических кастрюль или сосудов с выпуклым дном, таких как «кадай».

Для реализации вышеизложенного исходная схема не нуждалась бы в каких-либо изменениях, за исключением основной рабочей катушки, которую нужно будет немного подправить, чтобы сформировать плоскую спираль вместо пружинной конструкции.

Например, чтобы превратить конструкцию в индукционную посуду, чтобы она поддерживала сосуды с выпуклым дном, такие как кадай, змеевик должен иметь сферически-спиральную форму, как показано на рисунке ниже:

Схема будет такой же, как объяснено в моем предыдущем разделе, который в основном основан на конструкции Ройера, как показано здесь:

Проектирование спиральной рабочей катушки

L1 сделан с помощью 5-6 витков 8-миллиметровой медной трубки в сферически-винтовой форме, как показано выше, чтобы разместить небольшую стальную чашу посередине.

Змеевик также может быть сплющен в спиральную форму, если небольшая стальная сковорода предназначена для использования в качестве посуды, как показано ниже:

Разработка катушки ограничителя тока

L2 может быть построен путем намотки суперэмалированного медного провода толщиной 3 мм на толстый ферритовый стержень, количество витков необходимо экспериментировать, пока на его выводах не будет достигнуто значение 2 мГн.

TR1 может быть трансформатором 20 В 30 ампер или источником питания SMPS.

Фактическая схема индукционного нагревателя довольно проста по своей конструкции и не требует особых объяснений, необходимо позаботиться о следующих вещах:

Резонансный конденсатор должен располагаться относительно ближе к основной рабочей катушке L1 и должен быть изготовлен путем параллельного подключения около 10 нОС 0,22 мкФ / 400 В. Конденсаторы должны быть строго неполярного и металлизированного полиэфирного типа.

Хотя конструкция может выглядеть довольно простой, нахождение центрального отвода в конструкции со спиральной намоткой может вызвать некоторую головную боль, поскольку спиральная катушка будет иметь несимметричную компоновку, что затруднит определение точного центрального отвода для цепи.

Это можно сделать методом проб и ошибок или с помощью LC-метра.

Неправильно расположенный центральный отвод может заставить схему работать ненормально или вызвать неравномерный нагрев МОП-транзисторов, или вся схема может просто не колебаться в худшей ситуации.

Ссылка: Википедия