Цепь индукционного нагревателя с использованием IGBT (протестировано)

В этом посте мы всесторонне обсудим, как построить цепь индукционного нагревателя высокой мощности 1000 Вт с использованием IGBT, которые считаются наиболее универсальными и мощными переключающими устройствами, даже превосходящими МОП-транзисторы.

Принцип работы индукционного нагревателя

Принцип работы индукционного нагрева очень прост для понимания.

Магнитное поле высокой частоты создается катушкой, присутствующей в индукционном нагревателе, и, таким образом, вихревые токи, в свою очередь, наводятся на металлический (магнитный) объект, который находится в середине катушки, и нагревают его.

Чтобы компенсировать индуктивный характер катушки, параллельно катушке размещается резонансная емкость.

Резонансная частота - это частота, на которой должен работать резонансный контур (также известный как катушка-конденсатор).

Ток, протекающий через катушку, всегда намного больше, чем ток возбуждения. Схема IR2153 используется для обеспечения работы схемы как «двойного полумоста» вместе с четырьмя управляемыми IGBT STGW30NC60W.

Двойной полумост передает такую ​​же мощность, что и полный мост, но драйвер затвора в первом случае проще.

БТИЗ STGW30NC60W

Использование антипараллельных диодов

Двойные диоды больших размеров STTH200L06TV1 (2x 120A) используются в виде встречно-параллельных диодов. Даже если для этого хватит диодов поменьше размером 30А.

Если вы используете встроенные диоды IGBT, такие как STGW30NC60WD, вам не потребуется использовать диоды меньшего размера или большие двойные диоды. Потенциометр используется для настройки рабочей частоты в резонанс.

Один из лучших индикаторов резонанса - максимальная яркость светодиода. Вы, безусловно, можете создавать более сложные драйверы в зависимости от ваших требований.

Вы также можете использовать автоматическую настройку, которая является одной из лучших вещей, что является курсом, принятым в профессиональных нагревателях, но есть один недостаток, заключающийся в том, что в этом процессе будет потеряна простота схемы.

Вы можете контролировать частоту, которая находится в диапазоне примерно от 110 до 210 кГц. Адаптер небольшого размера, который может быть трансформаторного или SMPS-типа, используется для обеспечения вспомогательного напряжения 14-15 В, необходимого для цепи управления.

Разделительный трансформатор

Разделительный трансформатор и согласующий дроссель L1 - это электрическое оборудование, которое используется для подключения выхода к рабочей цепи.

Оба этих индуктора присутствуют в конструкции с воздушным сердечником.

С одной стороны, где дроссель состоит из 4 витков на диаметре 23 см, изолирующий трансформатор, с другой стороны, состоит из 12 витков на диаметре 14 см, и эти витки состоят из двухжильного кабеля (как показано на рисунке ниже). .

Даже когда выходная мощность достигает 1600 Вт, вы обнаружите, что есть еще много возможностей для улучшения.

Рабочая катушка предлагаемого индукционного нагревателя IGBT состоит из проволоки диаметром 3,3 мм.

Использование меди для катушки

Медный провод считается более подходящим для изготовления рабочей катушки, поскольку его можно легко и эффективно подключить к системе водяного охлаждения.

Катушка состоит из шести витков с размерами 23 мм в высоту и 24 мм в диаметре. Змеевик может нагреваться при длительной эксплуатации.

Резонансный конденсатор состоит из 23 конденсаторов небольшого размера, общая емкость которых составляет 2u3. Вы также можете использовать конденсаторы 100 нФ в таких конструкциях, как полипропилен класса X2 и 275 В MKP.

Вы можете использовать их для этой цели, даже если они в основном не предназначены или не созданы для таких целей.

Частота резонанса 160 кГц. Всегда рекомендуется использовать фильтр EMI. Плавный пуск можно использовать для замены вариак.

Я всегда настоятельно рекомендую вам использовать ограничитель, который подключается последовательно к сети, например, галогенные лампы и нагреватели примерно 1 кВт, когда он включается в первый раз.

Предупреждение: используемая цепь индукционного нагрева подключена к сети и содержит высокое напряжение, которое может привести к летальному исходу.

Во избежание несчастных случаев из-за этого следует использовать потенциометр с пластмассовым стержнем. Электромагнитные поля высокой частоты всегда вредны и могут повредить носители информации и электронные устройства.

Цепь создает значительный уровень электромагнитных помех, что, в свою очередь, может вызвать поражение электрическим током, возгорание или ожоги.

Каждая задача или процесс, которые вы выполняете, вы выполняете на свой страх и риск, и ответственность будет лежать на вас, и я не буду нести ответственности за какой-либо ущерб, который может возникнуть при выполнении этого процесса.

Принципиальная электрическая схема

Цепь мостового выпрямителя переменного тока от 220 В до 220 В постоянного тока с предохранительной лампой

Дроссель L1

Конструкцию дросселя L1, используемого в схеме индукционного нагревателя с полным мостом IGBT, можно увидеть на приведенном ниже изображении:

Вы можете сделать это, намотав 4 витка диаметром 23 см, используя любой толстый одножильный кабель.

На следующем изображении показан двухспиральный воздушный сердечник. конструкция изолирующего трансформатора :

Вы можете построить его, свернув 12 витков диаметром 14 см, используя любой толстый двойной проводной кабель.

Рабочая катушка может быть построена согласно следующей инструкции.

Учтите, что если катушка намотана плотно, то может потребоваться всего 5 витков. Если используется шесть витков, вы можете попробовать немного растянуть катушку для достижения оптимального резонанса и эффективности.

ОБНОВИТЬ

Добавление текущего лимита

На следующей диаграмме показано, как можно добавить простую функцию ограничения тока к описанной выше конструкции индукционного нагревателя.

Распиновка оптрона TIL111.

Здесь резистор рядом с L1 (назовем его Rx) становится резистором, чувствительным к току, который развивает небольшое напряжение на себе до желаемой точки, когда ток начинает превышать безопасные пределы.

Это напряжение на Rx используется для срабатывания светодиода внутри подключенного оптопары. Выходной транзистор внутри оптоэлектронной схемы реагирует на срабатывание светодиода и быстро проводит заземление Ct, контакт №3 основной микросхемы драйвера IR2153.

ИС немедленно отключается, запрещая дальнейшее повышение тока. Когда это происходит, ток падает, что, в свою очередь, снимает напряжение на Rx, тем самым выключая оптический светодиод. Это возвращает ситуацию к предыдущей нормальной ситуации, и IC снова начинает колебаться. Теперь этот цикл быстро повторяется, обеспечивая постоянное потребление тока для нагрузки в заданных безопасных пределах.

Rx = 2 / Текущий предел

Отзыв одного из преданных читателей:

Уважаемый сэр, я успешно сделал индукционный нагреватель 1/2 моста с 4 IGBT, и я хочу знать, что предложенная лампа нагревателя мощностью 1000 Вт должна быть постоянно подключена к цепи или только до тестирования в первый раз.

Изображения результатов теста приведены ниже:

Жду вашего ответа в ближайшее время. С уважением - Маниш.

Решение запроса схемы

Дорогой Маниш,
Видите ли вы какое-либо свечение на серийной лампе во время работы индукционного нагревателя?
Если да, то, вероятно, ее нельзя удалить, если лампа находится в неосвещенном состоянии и полностью «холодная» (почувствуйте ее, удерживая), то ее можно удалить.
С Уважением

Отзыв г-на Саида Махдави

Дорогой Свагатам:

Наконец, после множества попыток я снова смог заставить свою схему снова заработать. И я снял видео с раскаленным болтом.

Надеюсь, это может быть полезно тем, кто интересуется индукционными нагревателями. Подскажите, пожалуйста, как увеличить температуру, чтобы болт достиг точки плавления?

Напряжение в сети составляет 194 вольт, а ток, потребляемый схемой, составляет всего 5 ампер, а форма волны на осциллографе - синусоидальная.

В моем прототипе я добавил несколько витков к дросселю RFC, чтобы получить большее напряжение на рабочей катушке и потреблять меньше ампер.

БТИЗ работали нормально, не нагреваясь во время эксплуатации. Подскажите, пожалуйста, что мне делать, чтобы получить еще и тепла. Большое спасибо

Саид Махдави

Видеоклип: