2 circuiti di riscaldamento a induzione semplici - Fornelli a piastra calda

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In questo post impariamo 2 circuiti di riscaldamento a induzione facili da costruire che funzionano con i principi dell'induzione magnetica ad alta frequenza per generare una notevole entità di calore su un piccolo raggio specificato.

I circuiti della cucina a induzione discussi sono veramente semplici e utilizzano solo pochi componenti ordinari attivi e passivi per le azioni richieste.




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Progettazione di un circuito di riscaldamento a induzione - Tutorial


Principio di funzionamento del riscaldatore a induzione

Un riscaldatore a induzione è un dispositivo che utilizza un campo magnetico ad alta frequenza per riscaldare un carico di ferro o qualsiasi metallo ferromagnetico attraverso correnti parassite.



Durante questo processo gli elettroni all'interno del ferro non sono in grado di muoversi velocemente quanto la frequenza, e questo dà origine a una corrente inversa nel metallo chiamata corrente parassita. Questo sviluppo di correnti parassite elevate alla fine provoca il riscaldamento del ferro.

Il calore generato è proporzionale a attualeDue X resistenza del metallo. Poiché il metallo di carico dovrebbe essere costituito da ferro, consideriamo la resistenza R per il ferro metallico.

Calore = IDuex R (ferro)

La resistività del ferro è: 97 nΩ · m

Il calore di cui sopra è anche direttamente proporzionale alla frequenza indotta ed è per questo che i normali trasformatori stampati in ferro non vengono utilizzati nelle applicazioni di commutazione ad alta frequenza, ma come nuclei vengono utilizzati materiali di ferrite.

Tuttavia qui l'inconveniente di cui sopra viene sfruttato per acquisire calore dall'induzione magnetica ad alta frequenza.

Facendo riferimento ai circuiti del riscaldatore a induzione proposti di seguito, troviamo il concetto che utilizza la tecnologia ZVS o di commutazione a tensione zero per l'attivazione richiesta dei MOSFET.

La tecnologia garantisce il minimo riscaldamento dei dispositivi rendendo l'operazione molto efficiente ed efficace.

Inoltre, il circuito essendo auto-risonante per natura ottiene automaticamente set alla frequenza di risonanza della bobina e del condensatore collegati abbastanza identici a un circuito a serbatoio.

Utilizzando Royer Oscillator

Il circuito utilizza fondamentalmente un oscillatore Royer che si caratterizza per semplicità e principio di funzionamento auto-risonante.

Il funzionamento del circuito potrebbe essere compreso con i seguenti punti:

  1. Quando si accende l'alimentazione, la corrente positiva inizia a fluire dalle due metà della bobina di lavoro verso gli scarichi dei mosfet.
  2. Allo stesso tempo la tensione di alimentazione arriva anche ai gate dei mosfet attivandoli.
  3. Tuttavia, a causa del fatto che non esistono due mosfet o dispositivi elettronici possono avere specifiche di conduzione esattamente simili, entrambi i mosfet non si accendono insieme, piuttosto uno di essi si accende per primo.
  4. Immaginiamo che T1 si accenda per primo. Quando ciò accade, a causa della forte corrente che scorre attraverso T1, la sua tensione di drain tende a scendere a zero, il che a sua volta risucchia la tensione di gate dell'altro mosfet T2 tramite il diodo schottky collegato.
  5. Qui, può sembrare che T1 possa continuare a condurre e distruggersi.
  6. Tuttavia, questo è il momento in cui il circuito del serbatoio L1C1 entra in azione e gioca un ruolo cruciale. L'improvvisa conduzione di T1 provoca il picco e il collasso di un impulso sinusoidale allo scarico di T2. Quando l'impulso sinusoidale collassa, asciuga la tensione di gate di T1 e lo spegne. Ciò si traduce in un aumento della tensione al drain di T1, che consente il ripristino di una tensione di gate per T2. Ora, tocca a T2 condurre, T2 ora conduce, innescando un tipo simile di ripetizione che si è verificato per T1.
  7. Questo ciclo ora continua rapidamente facendo oscillare il circuito alla frequenza di risonanza del circuito del serbatoio LC. La risonanza si regola automaticamente su un punto ottimale a seconda di come i valori LC vengono abbinati.

Tuttavia, lo svantaggio principale del design è che utilizza una bobina con presa centrale come trasformatore, il che rende l'implementazione dell'avvolgimento un po 'più complicata. Tuttavia, il rubinetto centrale consente un efficiente effetto push pull sulla bobina attraverso solo un paio di dispositivi attivi come i mosfet.

Come si può vedere, ci sono diodi di commutazione ad alta velocità o ripristino rapido collegati attraverso il gate / source di ciascun mosfet.

Questi diodi svolgono l'importante funzione di scaricare la capacità di gate dei rispettivi mosfet durante i loro stati non conduttivi rendendo così scattante e veloce l'operazione di commutazione.

Come funziona ZVS

Come abbiamo discusso in precedenza, questo circuito del riscaldatore a induzione funziona utilizzando la tecnologia ZVS.

ZVS sta per commutazione a tensione zero, il che significa che i mosfet nel circuito si accendono quando hanno un minimo o una quantità di corrente o zero corrente ai loro scarichi, lo abbiamo già imparato dalla spiegazione sopra.

Questo aiuta effettivamente i mosfet ad accendersi in modo sicuro e quindi questa caratteristica diventa molto vantaggiosa per i dispositivi.

Questa caratteristica potrebbe essere paragonata alla conduzione zero crossing per triac nei circuiti di rete AC.

A causa di questa proprietà i mosfet nei circuiti auto risonanti ZVS come questo richiedono dissipatori di calore molto più piccoli e possono funzionare anche con carichi massicci fino a 1 kva.

Essendo risonante per natura, la frequenza del circuito dipende direttamente dall'induttanza della bobina di lavoro L1 e dal condensatore C1.

La frequenza può essere calcolata utilizzando la seguente formula:

f = 1 / (2π * √ [ L * C] )

Dove f è la frequenza, calcolata in Hertz
L è l'induttanza della bobina di riscaldamento principale L1, presentata in Henries
e C è la capacità del condensatore C1 in Farads

I MOSFET

Puoi usare IRF540 come i mosfet che sono valutati a 110V buoni, 33amps. I dissipatori di calore potrebbero essere utilizzati per loro, sebbene il calore generato non sia a livelli preoccupanti, ma è comunque meglio rinforzarli sui metalli che assorbono il calore. Tuttavia è possibile utilizzare qualsiasi altro MOSFET a canale N adeguatamente valutato, non ci sono restrizioni specifiche per questo.

L'induttore o gli induttori associati alla bobina del riscaldatore principale (bobina di lavoro) è un tipo di induttanza che aiuta a eliminare qualsiasi possibile ingresso del contenuto ad alta frequenza nell'alimentatore e anche a limitare la corrente a limiti di sicurezza.

Il valore di questo induttore dovrebbe essere molto più alto rispetto alla bobina di lavoro. Un 2mH è generalmente abbastanza per lo scopo. Tuttavia deve essere costruito utilizzando cavi di alto spessore per facilitare un intervallo di corrente elevato attraverso di esso in modo sicuro.

Il circuito dei serbatoi

C1 e L1 costituiscono qui il circuito del serbatoio per il previsto aggancio ad alta frequenza di risonanza. Anche in questo caso anche questi devono essere classificati per resistere a grandi quantità di corrente e calore.

Qui possiamo vedere l'incorporazione di condensatori in PP metallizzato da 330nF / 400V.

1) Potente riscaldatore a induzione con concetto di driver Mazzilli

Il primo progetto spiegato di seguito è un concetto di induzione ZVS altamente efficiente basato sulla popolare teoria del driver Mazilli.

Utilizza una singola bobina di lavoro e due bobine limitatrici di corrente. La configurazione evita la necessità di un rubinetto centrale dalla bobina di lavoro principale rendendo il sistema estremamente efficace e rapido riscaldamento del carico con dimensioni formidabili. La batteria di riscaldamento riscalda il carico tramite un'azione push pull a ponte intero

Il modulo è attualmente disponibile online e può essere facilmente acquistato a un costo molto ragionevole.

Lo schema del circuito per questo progetto può essere visto di seguito:

Il diagramma originale può essere visto nella seguente immagine:

Riscaldatore a induzione da 1200 watt dal design semplice

Il principio di funzionamento è la stessa tecnologia ZVS, utilizzando due MOSFET ad alta potenza. L'ingresso di alimentazione può essere qualsiasi cosa tra 5V e 12V e corrente da 5 amp a 20 amp a seconda del carico utilizzato.

Potenza in uscita

La potenza in uscita dal design di cui sopra può arrivare fino a 1200 watt, quando la tensione di ingresso viene aumentata fino a 48 V e la corrente fino a 25 ampere.

A questo livello il calore generato dalla bobina di lavoro può essere abbastanza alto da fondere un bullone spesso 1 cm in un minuto.

Dimensioni bobina di lavoro

Demo video

https://youtu.be/WvV0m8iA6bM

2) Riscaldatore a induzione che utilizza una bobina di lavoro con rubinetto centrale

Anche questo secondo concetto è un riscaldatore a induzione ZVS, ma utilizza una biforcazione centrale per la bobina di lavoro, che potrebbe essere leggermente meno efficiente rispetto al design precedente. La L1, che è l'elemento più cruciale dell'intero circuito. Deve essere costruito utilizzando fili di rame estremamente spessi in modo da sostenere le alte temperature durante le operazioni di induzione.

semplice circuito di riscaldamento a induzione utilizzando 2 mosfet

Il condensatore come discusso sopra deve essere idealmente collegato il più vicino possibile ai terminali L1. Questo è importante per sostenere la frequenza di risonanza alla frequenza specificata di 200kHz.

Specifiche della bobina di lavoro primaria

Per la bobina del riscaldatore a induzione L1, molti fili di rame da 1 mm possono essere avvolti in parallelo o in modo bifilare per dissipare la corrente in modo più efficace causando una minore generazione di calore nella bobina.

Anche dopo questo la bobina potrebbe essere soggetta a temperature estreme, e potrebbe deformarsi a causa di ciò, quindi si può provare un metodo alternativo di avvolgimento.

In questo metodo lo avvolgiamo sotto forma di due bobine separate unite al centro per acquisire il rubinetto centrale richiesto.

In questo metodo si possono provare giri minori per ridurre l'impedenza della bobina e a sua volta aumentare la sua capacità di gestione della corrente.

La capacità per questa disposizione può essere invece aumentata in modo da abbassare proporzionalmente la frequenza di risonanza.

Condensatori del serbatoio:

In tutto 330nF x 6 potrebbe essere utilizzato per acquisire una capacità netta di 2uF circa.

come montare la bobina di lavoro principale per il semplice riscaldatore a induzione

Come collegare il condensatore alla bobina di lavoro a induzione

L'immagine seguente mostra il metodo preciso per collegare i condensatori in parallelo con i terminali di estremità della bobina di rame, preferibilmente attraverso un PCB ben dimensionato.

diametro della bobina del riscaldatore a induzione e dettagli del condensatore

Elenco delle parti per il circuito del riscaldatore a induzione sopra o il circuito della piastra riscaldante a induzione

  • R1, R2 = 330 ohm 1/2 watt
  • D1, D2 = FR107 o BA159
Diodi a recupero rapido FR107
  • T1, T2 = IRF540
  • C1 = 10.000uF / 25V
  • C2 = 2uF / 400V realizzato collegando in parallelo i condensatori 6nos 330nF / 400V mostrati di seguito
Condensatore 0,33uF / 400V MKT in poliestere metallizzato
  • D3 ---- D6 = diodi da 25 amp
  • IC1 = 7812
  • L1 = tubo in ottone da 2 mm avvolto come mostrato nelle foto seguenti, il diametro può essere ovunque vicino a 30 mm (diametro interno delle bobine)
  • L2 = Induttanza da 2 mH ottenuta avvolgendo un filo magnetico da 2 mm su qualsiasi barra di ferrite adatta
  • TR1 = 0-15 V / 20 ampere
  • ALIMENTAZIONE: utilizzare un alimentatore CC regolamentato da 15 V 20 ampere.

Utilizzo dei transistor BC547 al posto dei diodi ad alta velocità

Nello schema elettrico del riscaldatore a induzione sopra possiamo vedere i gate dei MOSFET costituiti da diodi a recupero rapido, che potrebbero essere difficili da ottenere in alcune parti del paese.

Una semplice alternativa a questo può essere sotto forma di transistor BC547 collegati al posto dei diodi come mostrato nella figura seguente.

I transistor svolgerebbero la stessa funzione dei diodi poiché il BC547 può funzionare bene intorno alle frequenze di 1 Mhz.

Un altro semplice design fai-da-te

Lo schema seguente mostra un altro design semplice, simile al precedente, che può essere costruito rapidamente a casa per implementare un sistema di riscaldamento a induzione personale.

secondo progetto di un riscaldatore a induzione fai-da-te con componenti minimi

Elenco delle parti

  • R1, R4 = 1K 1/4 watt MFR 1%
  • R2, R3 = 10K 1/4 watt MFR 1%
  • D1, D2 = BA159 o FR107
  • Z1, Z2 = 12V, diodi zener da 1/2 watt
  • Q1, Q2 = mosfet IRFZ44n sul dissipatore di calore
  • C1 = 0,33 uF / 400 V o 3 n. 0,1 uF / 400 V in parallelo
  • L1, L2, come mostrato nelle immagini seguenti:
  • L2 è recuperato da qualsiasi vecchio alimentatore per computer ATX.
risultati dei test di un riscaldatore a induzione funzionante configurazione semplice dettagli della bobina del limitatore di corrente per il semplice riscaldatore a induzione testare una temperatura di riscaldamento del bullone all risultati del test bollente rosso

Come viene costruito L2

Modifica in una pentola a piastra calda

Le sezioni precedenti ci hanno aiutato a imparare un semplice circuito del riscaldatore a induzione utilizzando una bobina a molla, tuttavia questa bobina non può essere utilizzata per cucinare cibo e necessita di alcune serie modifiche.

La sezione seguente dell'articolo spiega come l'idea di cui sopra può essere modificata e utilizzata come un semplice circuito di riscaldamento per pentole a induzione o un circuito kadai a induzione.

Il design è a bassa tecnologia, a basso consumo energetico e potrebbe non essere alla pari con le unità convenzionali. Il circuito è stato richiesto dal Sig. Dipesh Gupta

Specifiche tecniche

Signore,

Ho letto il tuo articolo Circuito del riscaldatore a induzione semplice - Circuito del fornello a piastre calde Ed è stato molto felice di scoprire che ci sono persone pronte ad aiutare i giovani come noi a fare qualcosa ...

Signore, sto cercando di capire il funzionamento e sto cercando di sviluppare un kadai di induzione per me stesso ... Signore, per favore aiutami a capire la progettazione dato che sono così bravo in elettronica

Voglio sviluppare un'induzione per riscaldare un kadai di diametro 20 pollici con frequenza di 10 kHz a un costo molto basso !!!

Ho visto i tuoi diagrammi e il tuo articolo, ma ero un po 'confuso

  • 1. Trasformatore utilizzato
  • 2. Come creare L2
  • 3. E qualsiasi altro cambiamento nel circuito per una frequenza da 10 a 20 kHz con una corrente di 25am

Per favore, aiutatemi signore il prima possibile .. Sarebbe di grande aiuto se poteste fornire i dettagli esatti dei componenti necessari .. Per finire, avete accennato all'uso dell'ALIMENTAZIONE: Utilizzare un alimentatore CC regolato da 15 V 20 ampere. Dove viene utilizzato ...

Grazie

Dipesh gupta

Il design

Il progetto di circuito kadai a induzione proposto qui presentato è solo a scopo sperimentale e potrebbe non funzionare come le unità convenzionali. Può essere usato per preparare una tazza di tè o per cucinare rapidamente una frittata e non ci si deve aspettare nulla di più.

Il circuito indicato era originariamente progettato per riscaldare oggetti simili a barre di ferro come la testa di un bullone. un cacciavite in metallo ecc., tuttavia con qualche modifica lo stesso circuito può essere applicato per riscaldare pentole metalliche o recipienti con base convessa come un 'kadai'.

Per implementare quanto sopra, il circuito originale non avrebbe bisogno di alcuna modifica, tranne la bobina di lavoro principale che dovrà essere modificata un po 'per formare una spirale piatta invece della disposizione a molla.

Ad esempio, per convertire il design in una pentola a induzione in modo che supporti recipienti con un fondo convesso come un kadai, la bobina deve essere fabbricata in una forma sferica-elicoidale come indicato nella figura seguente:

Lo schema sarebbe lo stesso spiegato nella mia sezione precedente, che è fondamentalmente un design basato su Royer, come mostrato qui:

Progettazione della bobina di lavoro elicoidale

L1 è realizzato utilizzando da 5 a 6 giri di tubo di rame da 8 mm in una forma sferica-elicoidale come mostrato sopra per ospitare una piccola ciotola di acciaio al centro.

La bobina può anche essere compressa in una forma a spirale se si intende utilizzare una piccola padella d'acciaio come pentola come mostrato di seguito:

esempio pratico di un semplice piano cottura a induzione con bobina per pancake

Progettazione della bobina del limitatore di corrente

L2 può essere costruito avvolgendo un filo di rame super smaltato spesso 3 mm su una spessa barra di ferrite, il numero di giri deve essere sperimentato fino a raggiungere un valore di 2 mH tra i suoi terminali.

TR1 potrebbe essere un trasformatore da 20 V 30 A o un alimentatore SMPS.

L'attuale circuito del riscaldatore a induzione è piuttosto semplice con il suo design e non ha bisogno di molte spiegazioni, le poche cose di cui bisogna occuparsi sono le seguenti:

Il condensatore di risonanza deve essere relativamente più vicino alla bobina di lavoro principale L1 e deve essere realizzato collegando circa 10 nos di 0,22uF / 400V in parallelo. I condensatori devono essere di tipo poliestere rigorosamente apolare e metallizzato.

Sebbene il design possa sembrare abbastanza semplice, trovare il rubinetto centrale all'interno del design avvolto a spirale potrebbe causare qualche mal di testa perché una bobina a spirale avrebbe un layout asimmetrico che rende difficile individuare l'esatto rubinetto centrale per il circuito.

Potrebbe essere fatto per tentativi ed errori o utilizzando un misuratore LC.

Un rubinetto centrale posizionato in modo errato potrebbe costringere il circuito a funzionare in modo anomalo o produrre un riscaldamento ineguale dei mosfet, oppure l'intero circuito potrebbe non riuscire ad oscillare in una situazione peggiore.

Riferimento: Wikipedia




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