Circuito del riscaldatore a induzione che utilizza IGBT (testato)

In questo post discutiamo in modo esauriente come costruire un circuito riscaldatore a induzione da 1000 watt ad alta potenza utilizzando IGBT che sono considerati i dispositivi di commutazione più versatili e potenti, anche superiori ai mosfet.

Principio di funzionamento del riscaldatore a induzione

Il principio su cui funziona il riscaldamento a induzione è molto semplice da capire.

Un campo magnetico ad alta frequenza è prodotto dalla bobina presente nel riscaldatore a induzione e quindi a loro volta vengono indotte correnti parassite sull'oggetto metallico (magnetico) che è presente al centro della bobina e lo riscalda.

Per compensare la natura induttiva della bobina, una capacità di risonanza viene posizionata parallelamente alla bobina.

La frequenza di risonanza è la frequenza alla quale il circuito di risonanza (noto anche come condensatore bobina) deve essere pilotato.

La corrente che scorre attraverso la bobina è sempre molto più grande della corrente di eccitazione. Il circuito IR2153 viene utilizzato per abilitare il funzionamento del circuito come “doppio semiponte” insieme ai quattro IGBT STGW30NC60W controllati.

Una quantità di potenza uguale è fornita dal doppio semiponte rispetto al ponte intero, ma il gate driver nel caso del primo è più semplice.

IGBT STGW30NC60W

Utilizzo di diodi antiparallelo

I diodi doppi di grandi dimensioni STTH200L06TV1 (2x 120A) vengono utilizzati sotto forma di diodi antiparallelo. Anche se i diodi più piccoli di dimensioni 30A saranno sufficienti per questo.

Nel caso in cui si utilizzino i diodi incorporati dell'IGBT come STGW30NC60WD, non sarà necessario utilizzare i diodi più piccoli o i doppi diodi grandi. Un potenziometro viene utilizzato per sintonizzare la frequenza operativa in risonanza.

Uno dei migliori indicatori della risonanza è la massima luminosità del LED. Puoi sicuramente creare driver più sofisticati a seconda delle tue esigenze.

Puoi anche utilizzare la sintonizzazione automatica che è una delle cose migliori da fare, che è il corso adottato nei riscaldatori professionali ma c'è uno svantaggio che la semplicità del circuito andrà persa in questo processo.

È possibile controllare la frequenza che rientra nella gamma di circa 110-210 kHz. Un adattatore di piccole dimensioni che può essere del tipo trasformatore o smps viene utilizzato per fornire 14-15 V di tensione ausiliaria richiesta nel circuito di controllo.

Il trasformatore di isolamento

Un trasformatore di isolamento e un'induttanza L1 corrispondente sono le apparecchiature elettriche utilizzate per collegare l'uscita al circuito di lavoro.

Entrambi questi induttori sono presenti nel design del nucleo d'aria.

Da un lato dove uno starter è composto da 4 spire su un diametro di 23 cm, il trasformatore di isolamento dall'altra è costituito da 12 spire su un diametro di 14 cm e queste spire sono costituite da doppio cavo cablato (come mostrato nella figura sotto riportata) .

Anche quando la potenza di uscita raggiunge una scala di 1600 W, scoprirai che c'è ancora molto margine di miglioramento.

La bobina di lavoro del riscaldatore a induzione IGBT proposto è costituita da un filo di 3,3 mm di diametro.

Utilizzo del rame per la bobina

Un filo di rame è considerato più adatto per realizzare la bobina di lavoro in quanto può essere collegato facilmente ed efficacemente al raffreddamento ad acqua.

La bobina è composta da sei spire insieme alle dimensioni di 23 mm di altezza e 24 mm di diametro. La bobina può surriscaldarsi se sottoposta a funzionamento prolungato.

Il condensatore di risonanza è composto da 23 pezzi di condensatori di piccole dimensioni che hanno una capacità totale di 2u3. È inoltre possibile utilizzare condensatori da 100 nF nei design come il polipropilene di Classe X2 e 275 V MKP.

È possibile utilizzarli per questo scopo anche quando fondamentalmente non sono destinati o realizzati per tali scopi.

La frequenza di risonanza è di 160 kHz. Si consiglia sempre di utilizzare il filtro EMI. È possibile utilizzare un soft start per sostituire il variac.

Consiglio sempre vivamente di utilizzare un limitatore collegato in serie alla rete come lampade alogene e riscaldatori da circa 1 kW quando viene acceso per la prima volta.

Attenzione: il circuito di riscaldamento a induzione utilizzato è collegato alla rete e contiene una tensione di alto livello e può essere letale.

Per evitare qualsiasi incidente dovuto a ciò, è necessario utilizzare un potenziometro con albero in plastica. I campi elettromagnetici ad alta frequenza sono sempre dannosi e possono avere un effetto dannoso sui supporti di memorizzazione e sui dispositivi elettronici.

Un livello significativo di interferenza elettromagnetica è causato dal circuito e questo a sua volta può anche causare scosse elettriche, incendi o ustioni.

Ogni compito o processo che svolgi è a tuo rischio e la responsabilità ricadrà su di te e io non sarò responsabile per alcun tipo di danno derivante dallo svolgimento di questo processo.

Schema elettrico

Circuito raddrizzatore a ponte da 220 V CA a 220 V CC con lampada di sicurezza

Lo Choke L1

Il design dello starter L1 utilizzato nel circuito del riscaldatore a induzione IGBT a ponte intero sopra può essere visto nell'immagine seguente:

Puoi farlo avvolgendo 4 spire con un diametro di 23 cm, utilizzando un cavo a nucleo singolo spesso.

L'immagine seguente mostra il nucleo ad aria a doppia bobina progettazione del trasformatore di isolamento :

Puoi costruirlo avvolgendo 12 spire con un diametro di 14 cm, utilizzando un cavo cablato spesso raddoppiato.

La bobina di lavoro può essere costruita secondo le seguenti istruzioni

Si noti che se la bobina è avvolta strettamente, potrebbero essere necessari solo 5 giri. Se vengono utilizzate sei spire, puoi provare ad allungare leggermente la bobina per ottenere una risonanza ed efficienza ottimali.

AGGIORNARE

Aggiunta di un limite di corrente

Il diagramma seguente suggerisce come aggiungere una semplice funzione di limitazione della corrente al design del riscaldatore a induzione spiegato sopra.

Dettagli piedino accoppiatore TIL111

Qui il resistore vicino a L1 (chiamiamolo Rx) diventa il resistore di rilevamento della corrente, che sviluppa una piccola tensione su se stesso fino al punto desiderato quando la corrente inizia a superare i limiti di sicurezza.

Questa tensione su Rx viene utilizzata per attivare il LED all'interno dell'accoppiatore ottico collegato. Il transistor di uscita all'interno dell'opto risponde all'attivazione del LED e conduce rapidamente a massa il Ct, pin # 3 del driver principale IC IR2153.

Il CI si spegne immediatamente impedendo qualsiasi ulteriore aumento di corrente. Quando ciò accade, la corrente cala che a sua volta elimina la tensione su Rx, spegnendo così l'opto LED. Ciò riporta la situazione alla situazione normale precedente e l'IC ricomincia a oscillare. Questo ciclo si ripete ora rapidamente garantendo un consumo di corrente costante per il carico, entro i limiti di sicurezza predeterminati.

Rx = 2 / Limite di corrente

Feedback da uno dei lettori dedicati:

Gentile Signore, ho realizzato con successo un riscaldatore a induzione 1/2 ponte con 4 IGBT e voglio sapere che la lampada del riscaldatore da 1000 watt che è stata suggerita dovrebbe essere collegata in modo permanente al circuito o solo fino al test per la prima volta.

Le immagini del risultato del test sono allegate qui sotto:

In attesa di una tua risposta al più presto. Saluti - Manish.

Risoluzione della query sul circuito

Caro Manish,
Durante il funzionamento del riscaldatore a induzione vedi qualche bagliore sulla lampada di serie?
Se sì, probabilmente non può essere rimossa, se la lampada è nello stato non illuminato e completamente 'fredda' (sentirlo tenendolo premuto), allora può essere rimossa.
Saluti

Feedback dal Sig. Saeed Mahdavi

Caro Swagatam:

Alla fine sono riuscito a far funzionare di nuovo il mio circuito dopo molti altri tentativi. E ho girato il video con il fulmine rovente.

Spero possa essere utile per chi è interessato ai riscaldatori a induzione. Potresti dirmi come aumentare il calore in modo che il bullone raggiunga il punto di fusione?

La tensione attraverso la rete è di 194 volt e la corrente consumata dal circuito è di soli 5 ampere e la forma d'onda sull'oscilloscopio è piuttosto sinusoidale.

Nel mio prototipo ho aggiunto alcune spire all'induttanza RFC per ottenere più tensione sulla bobina di lavoro e consumare meno amplificatore.

Gli IGBT hanno funzionato abbastanza normalmente senza molto riscaldamento durante il periodo di funzionamento. Potresti dirmi cosa dovrei fare per ottenere di più e riscaldarmi. molte grazie

Saeed Mahdavi

Video clip: