В статье объясняется пошаговое руководство по созданию собственной самодельной базовой схемы индукционного нагревателя, которую также можно использовать в качестве индукционной варочной панели.
Основная концепция индукционного нагревателя
Возможно, вы сталкивались со многими схемами индукционного нагревателя, сделанными своими руками, в Интернете, но, похоже, никто не раскрыл ключевой секрет реализации идеальной и успешной конструкции индукционного нагревателя. Прежде чем узнать этот секрет, важно знать основные принципы работы индукционного нагревателя.
Индукционный нагреватель на самом деле является крайне «неэффективной» формой электрического трансформатора, и эта неэффективность становится его основным преимуществом.
Мы знаем, что в электрическом трансформаторе сердечник должен быть совместим с наведенной частотой, и когда возникает несовместимость между частотой и материалом сердечника в трансформаторе, это приводит к выделению тепла.
По сути, трансформатор с железным сердечником потребует более низкого диапазона частот от 50 до 100 Гц, и по мере увеличения этой частоты сердечник может проявлять тенденцию к пропорциональному нагреванию. Это означает, что если частота будет увеличена до гораздо более высокого уровня, она может превысить 100 кГц, что приведет к сильному нагреву внутри ядра.
Да, это именно то, что происходит с системой индукционного нагрева, где варочная панель действует как сердечник и, следовательно, сделана из железа. А индукционная катушка подвергается воздействию высокой частоты, что в совокупности приводит к выработке пропорционально интенсивного количества тепла на сосуде. Поскольку частота оптимизирована на очень высоком уровне, обеспечивается максимально возможный нагрев металла.
Теперь давайте продолжим и изучим важные аспекты, которые могут потребоваться для разработки успешной и технически правильной схемы индукционного нагревателя. Следующие детали объяснят это:
Что тебе понадобится
Две основные вещи, необходимые для создания любой индукционной посуды:
1) Бифилярная катушка.
2) Схема регулируемого генератора частоты
Я уже обсуждал несколько схем индукционного нагревателя на этом сайте, вы можете прочитать их ниже:
Цепь солнечного индукционного нагревателя
Схема индукционного нагревателя с использованием IGBT
Схема простого индукционного нагревателя - Схема плиты конфорки
Схема малого индукционного нагревателя для школьного проекта
Все вышеперечисленные ссылки имеют две общие черты, то есть у них есть рабочая катушка и каскад задающего генератора.
Разработка рабочей катушки
При разработке индукционной посуды рабочая катушка должна быть плоской по своей природе, поэтому она должна быть бифилярной с конфигурацией, как показано ниже:
Показанная выше конструкция бифилярной катушки может быть эффективно использована при изготовлении самодельной индукционной посуды.
Для оптимального отклика и низкого тепловыделения внутри катушки убедитесь, что провод бифилярной катушки сделан из множества тонких медных жил вместо одной сплошной проволоки.
Таким образом, это становится рабочей катушкой кухонной посуды, теперь концы этой катушки просто необходимо объединить с согласующим конденсатором и совместимой сетью частотного драйвера, как показано на следующем рисунке:
Проектирование схемы резонансного драйвера серии H-Bridge
До сих пор информация должна была просветить вас относительно того, как сконфигурировать простую индукционную посуду или конструкцию индукционной варочной панели, однако наиболее важной частью конструкции является то, как резонировать конденсаторную сеть катушки (контур резервуара) в наиболее оптимальном диапазоне, чтобы схема работает на самом эффективном уровне.
Для того, чтобы цепь катушки / емкости конденсатора (LC-цепь) работала на их уровне резонанса, необходимо, чтобы индуктивность катушки и емкость конденсатора были идеально согласованы.
Это может произойти только в том случае, если реактивное сопротивление обоих аналогов одинаково, то есть реактивное сопротивление катушки (индуктора) и конденсатора примерно одинаковы.
Как только это будет исправлено, можно ожидать, что контур резервуара будет работать на своей собственной частоте, а сеть LC достигнет точки резонанса. Это называется идеально настроенной LC-схемой.
На этом завершаются основные процедуры проектирования схемы индукционного нагревателя.
Вам может быть интересно узнать, что такое резонанс LC-цепи. ?? И как это можно быстро рассчитать для выполнения конкретной конструкции индукционного нагревателя? Мы подробно обсудим это в следующих разделах.
Вышеупомянутые абзацы объяснили фундаментальные секреты разработки недорогой, но эффективной индукционной варочной панели в домашних условиях, в следующих описаниях мы увидим, как это можно реализовать, специально рассчитав ее ключевые параметры, такие как резонанс настроенного контура LC и правильный размер провод катушки для обеспечения оптимальной пропускной способности по току.
Что такое резонанс в цепи LC индукционного нагревателя
Когда конденсатор в настроенной LC-цепи мгновенно заряжается, конденсатор пытается разрядить и сбросить накопленный заряд по катушке, катушка принимает заряд и сохраняет заряд в виде магнитного поля. Но как только конденсатор разряжен в процессе, катушка вырабатывает почти эквивалентное количество заряда в виде магнитного поля, и теперь она пытается заставить его вернуться внутрь конденсатора, хотя и с противоположной полярностью.
Изображение предоставлено:
Конденсатор снова вынужден заряжаться, но на этот раз в противоположном направлении, и как только он полностью заряжен, он снова пытается опустошиться через катушку, и это приводит к обмену заряда взад и вперед в форме колебательный ток в сети LC.
Частота этого колебательного тока становится резонансной частотой настроенного LC-контура.
Однако из-за собственных потерь вышеупомянутые колебания со временем затухают, а частота и заряд через какое-то время заканчиваются.
Но если разрешено поддерживать частоту через внешний частотный вход, настроенный на тот же уровень резонанса, то это может обеспечить постоянный эффект резонанса, индуцируемый через LC-контур.
На резонансной частоте можно ожидать, что амплитуда напряжения, колеблющегося в LC-цепи, будет максимальной, что приведет к наиболее эффективной индукции.
Таким образом, мы можем предположить, что для реализации идеального резонанса в LC-сети для конструкции индукционного нагревателя нам необходимо обеспечить следующие важные параметры:
1) Настроенный LC-контур
2) И согласованная частота для поддержания резонанса LC-контура.
Это можно рассчитать по следующей простой формуле:
F = 1 ÷ 2π Икс √LC
где L в Генри, а C в Фараде
Если вы не хотите мучиться с вычислением резонанса резервуара LC катушки по формуле, гораздо более простым вариантом может быть использование следующего программного обеспечения:
Калькулятор резонансной частоты LC
Или вы также можете построить это Измеритель падения сетки для определения и установки резонансной частоты.
Как только резонансная частота определена, пора настроить полномостовую ИС на эту резонансную частоту, соответствующим образом выбрав временные компоненты Rt и Ct. Это можно сделать методом проб и ошибок путем практических измерений или с помощью следующей формулы:
Для расчета значений Rt / Ct можно использовать следующую формулу:
f = 1 / 1.453 x Rt x Ct, где Rt в Ом, а Ct в фарадах.
Использование последовательного резонанса
В концепции индукционного нагревателя, обсуждаемой в этом посте, используется последовательный резонансный контур.
Когда используется последовательный резонансный LC-контур, у нас есть катушка индуктивности (L) и конденсатор (C), соединенные последовательно, как показано на следующей схеме.
Общее напряжение V приложенный к последовательному LC, будет суммой напряжения на катушке индуктивности L и напряжения на конденсаторе C. Ток, протекающий через систему, будет равен току, протекающему через компоненты L и C.
V = VL + VC
I = IL = IC
Частота приложенного напряжения влияет на реактивные сопротивления катушки индуктивности и конденсатора. Когда частота увеличивается от минимального значения до более высокого значения, индуктивное реактивное сопротивление XL индуктора будет пропорционально увеличиваться, но XC, то есть емкостное реактивное сопротивление, будет уменьшаться.
Однако, когда частота увеличивается, будет определенный случай или порог, когда величины индуктивного реактивного сопротивления и емкостного реактивного сопротивления будут просто равны. Этот экземпляр будет резонансной точкой серии LC, и частота может быть установлена как резонансная частота.
Следовательно, в последовательном резонансном контуре резонанс возникнет, когда
XL = XC
или, ωL = 1 / ωC
где ω = угловая частота.
Оценка значения ω дает нам:
ω = ωo = 1 / √ LC, которая определяется как резонансная угловая частота.
Подставляя это в предыдущее уравнение, а также конвертируя угловую частоту (в радианах в секунду) в частоту (Гц), мы наконец получаем:
fo = ωo / 2π = 1 / 2π√ LC
fo = 1 / 2π√ LC
Расчет размера провода для рабочей катушки индукционного нагревателя
После того, как вы рассчитали оптимизированные значения L и C для цепи резервуара индукционного нагревателя и оценили точную совместимую частоту для схемы драйвера, пришло время рассчитать и зафиксировать текущую пропускную способность рабочей катушки и конденсатора.
Поскольку сила тока в конструкции индукционного нагревателя может быть очень большой, этот параметр нельзя игнорировать, и его необходимо правильно назначить для LC-цепи.
Использование формул для расчета размеров проводов для индукционных проводов может быть немного сложным, особенно для новичков, и именно поэтому на этом сайте было включено специальное программное обеспечение для того же самого, которое может использовать любой заинтересованный любитель. размер провода нужного размера для вашей индукционной варочной панели.
Предыдущая статья: Как отправлять и получать SMS с помощью GSM-модема Далее: Проект SMS-оповещения о пожаре GSM
