Ako navrhnúť obvod indukčného ohrievača

V článku sa vysvetľuje podrobný návod, ktorý sa týka navrhovania vlastného domáceho základného obvodu indukčného ohrievača, ktorý je možné použiť aj ako indukčnú varnú dosku.

Základná koncepcia indukčného ohrievača

Možno ste sa už mohli stretnúť s mnohými okruhmi indukčných ohrievačov pre domácich majstrov, ale zdá sa, že nikto neriešil zásadné tajomstvo implementácie dokonalého a úspešného návrhu indukčného ohrievača. Pred poznaním tohto tajomstva by bolo dôležité poznať základnú pracovnú koncepciu indukčného ohrievača.

Indukčný ohrievač je v skutočnosti extrémne „neefektívnou“ formou elektrického transformátora a táto neefektívnosť sa stáva jeho hlavným výhodným znakom.

Vieme, že v elektrickom transformátore musí byť jadro kompatibilné s indukovanou frekvenciou, a keď je v transformátore nekompatibilita medzi frekvenciou a materiálom jadra, vedie to k tvorbe tepla.

Transformátor so železnou dutinou bude v zásade vyžadovať nižší rozsah frekvencie okolo 50 až 100 Hz a pri zvyšovaní tejto frekvencie môže jadro vykazovať tendenciu úmerne sa otepľovať. To znamená, že ak sa frekvencia zvýši na oveľa vyššiu úroveň, môže byť vyššia ako 100 kHz, čo by malo za následok generovanie extrémneho tepla v jadre.

Áno, presne to sa deje so systémom indukčných ohrievačov, kde varná doska funguje ako jadro, a preto je vyrobená zo železného materiálu. A indukčná cievka je vystavená vysokej frekvencii, čo spolu vedie k vytváraniu proporcionálne intenzívneho množstva tepla na nádobe. Pretože frekvencia je optimalizovaná na výrazne vysokej úrovni, zaisťuje maximum možného tepla na kovu.

Teraz poďme a naučme sa dôležité aspekty, ktoré môžu byť potrebné pri navrhovaní úspešného a technicky správneho obvodu indukčného ohrievača. Nasledujúce podrobnosti to vysvetlia:

Čo budete potrebovať

Na výrobu ľubovoľného indukčného riadu sú potrebné dve základné veci:

1) Bifilárna cievka.

2) Nastaviteľný obvod generátora frekvencie

Na tejto webovej stránke som už hovoril o niekoľkých obvodoch indukčných ohrievačov, ktoré si môžete prečítať nižšie:

Obvod solárneho indukčného ohrievača

Obvod indukčného ohrievača využívajúci IGBT

Obvod jednoduchého indukčného ohrievača - obvod sporáka s horúcou platňou

Malý obvod indukčného ohrievača pre školský projekt

Všetky vyššie uvedené odkazy majú spoločné vyššie uvedené dve veci, to znamená, že majú pracovnú cievku a fázu budiča oscilátora.

Návrh pracovnej cievky

Pri navrhovaní indukčného riadu má byť pracovná špirála plochej povahy, preto musí byť konfigurácie bifilárneho typu, ako je uvedené nižšie:

Vyššie uvedený dizajn typu bifilárnej cievky je možné efektívne implementovať na výrobu domáceho indukčného riadu.

Pre optimálnu odozvu a nízku tvorbu tepla v cievke sa uistite, že drôt bifilárnej cievky je vyrobený z mnohých tenkých prameňov medi namiesto jedného plného drôtu.

Toto sa teda stáva pracovnou cievkou kuchynského riadu. Konce tejto cievky teraz musia byť jednoducho integrované so zodpovedajúcim kondenzátorom a kompatibilnou sieťou ovládačov frekvencie, ako je znázornené na nasledujúcom obrázku:

Návrh rezonančného obvodu vodiča série H-Bridge

Informácie by vás zatiaľ mali poučiť o tom, ako konfigurovať jednoduchý indukčný riad alebo dizajn indukčnej varnej dosky, avšak najdôležitejšou časťou návrhu je rezonácia siete kondenzátorových cievok (obvod nádrže) do najoptimálnejšieho rozsahu tak, aby obvod funguje na najefektívnejšej úrovni.

Umožnenie chodu obvodu cievky / kondenzátora (obvod LC) na ich rezonančnej úrovni si vyžaduje dokonalé zosúladenie indukčnosti cievky a kapacity kondenzátora.

To sa môže stať, iba ak je reaktancia oboch náprotivkov identická, to znamená, že reaktancia cievky (induktora) aj kondenzátora sú približne rovnaké.

Akonáhle je to opravené, môžete očakávať, že okruh nádrže bude pracovať na svojej prirodzenej frekvencii a že sieť LC dosiahne rezonančný bod. Tomu sa hovorí dokonale vyladený LC obvod.

Týmto sa uzatvárajú základné konštrukčné postupy obvodu indukčného ohrievača

Možno by vás zaujímalo, čo je rezonancia LC obvodu.? A ako sa to dá rýchlo vypočítať na dokončenie konkrétneho návrhu indukčného ohrievača? Budeme o tom komplexne diskutovať v nasledujúcich častiach.

Vyššie uvedené odseky vysvetľujú základné tajomstvá vývoja nízkonákladovej, ale efektívnej indukčnej varnej dosky doma, v nasledujúcich popisoch uvidíme, ako sa to dá implementovať konkrétnym výpočtom jej rozhodujúcich parametrov, ako je rezonancia jej vyladeného LC obvodu a správny rozmer cievkový drôt na zaistenie optimálnej kapacity na manipuláciu s prúdom.

Čo je rezonancia v obvode LC indukčného ohrievača

Keď je kondenzátor v ladenom LC obvode krátkodobo nabitý, kondenzátor sa pokúsi vybiť a vyhodiť nahromadený náboj cez cievku, cievka náboj prijme a náboj uloží vo forme magnetického poľa. Len čo sa kondenzátor v procese vybije, cievka vyvinie takmer ekvivalentné množstvo náboja vo forme magnetického poľa a teraz sa to snaží vnutiť späť do kondenzátora, aj keď s opačnou polaritou.

Obrázok so súhlasom:

Wikipedia

Kondenzátor je opäť nútený nabíjať, ale tentokrát v opačnom smere a akonáhle je úplne nabitý, znova sa pokúsi vyprázdniť cez cievku, čo vedie k zdieľaniu náboja tam a späť vo forme kmitavý prúd v sieti LC.

Frekvencia tohto oscilačného prúdu sa stáva rezonančnou frekvenciou naladeného LC obvodu.

Avšak kvôli inherentným stratám vyššie uvedené oscilácie nakoniec časom vymiznú a kvôli frekvencii sa náboj po nejakom čase skončí.

Ale ak sa môže frekvencia udržiavať prostredníctvom externého frekvenčného vstupu naladeného na rovnakú rezonančnú úroveň, potom by to mohlo zabezpečiť trvalý rezonančný efekt indukovaný v obvode LC.

Pri rezonančnej frekvencii môžeme očakávať, že amplitúda napätia oscilujúceho cez obvod LC bude na maximálnej úrovni, čo vedie k najefektívnejšej indukcii.

Preto môžeme naznačiť, že na implementáciu dokonalej rezonancie v sieti LC pre návrh indukčného ohrievača musíme zabezpečiť nasledujúce kľúčové parametre:

1) Vyladený LC obvod

2) A zodpovedajúca frekvencia na udržanie rezonancie LC obvodu.

To je možné vypočítať pomocou nasledujúceho jednoduchého vzorca:

F = 1 ÷ 2π X √LC

kde L je v Henry a C je vo Farad

Ak nechcete prechádzať ťažkosťami pri výpočte rezonancie LC nádrže s cievkou pomocou vzorca, oveľa jednoduchšou možnosťou by mohlo byť použitie nasledujúceho softvéru:

LC kalkulačka rezonančných frekvencií

Alebo môžete tiež postaviť toto Mriežkový dip meter na identifikáciu a nastavenie rezonančnej frekvencie.

Po identifikácii rezonančnej frekvencie je čas nastaviť IC s úplným mostíkom na túto rezonančnú frekvenciu vhodným výberom časovacích komponentov Rt a Ct. To sa dá dosiahnuť pokusom a omylom pomocou praktických meraní alebo pomocou nasledujúceho vzorca:

Na výpočet hodnôt Rt / Ct sa dá použiť nasledujúci vzorec:

f = 1 / 1,453 x Rt x Ct, kde Rt je v ohmoch a Ct vo Faradoch.

Používanie sériovej rezonancie

Koncept indukčného ohrievača diskutovaný v tomto príspevku používa sériový rezonančný obvod.

Keď sa použije sériový rezonančný LC obvod, máme do série zapojený induktor (L) a kondenzátor (C), ako je znázornené na nasledujúcom diagrame.

Celkové napätie V. aplikovaný na sériu LC bude súčet napätia na induktore L a napätia na kondenzátore C. Prúd pretekajúci systémom sa bude rovnať prúdu, ktorý preteká zložkami L a C.

V = VL + VC

I = IL = IC

Frekvencia použitého napätia ovplyvňuje reaktancie tlmivky a kondenzátora. Keď sa frekvencia zvýši z minimálnej hodnoty na vyššiu hodnotu, indukčná reaktancia XL induktora sa úmerne zvýši, ale XC, čo je kapacitná reaktancia, sa zníži.

Avšak pri zvyšovaní frekvencie bude existovať konkrétny prípad alebo prahová hodnota, keď budú veľkosti indukčnej reaktancie a kapacitnej reaktancie rovnaké. Tento príklad bude rezonančným bodom série LC a frekvenciu je možné nastaviť ako rezonančnú frekvenciu.

Preto v sériovom rezonančnom obvode dôjde k rezonancii, keď

XL = XC

alebo, ωL = 1 / ωC

kde ω = uhlová frekvencia.

Vyhodnotenie hodnoty ω nám dáva:

ω = ωo = 1 / √ LC, ktorá je definovaná ako rezonančná uhlová frekvencia.

Nahradením v predchádzajúcej rovnici a tiež prevedením uhlovej frekvencie (v radiánoch za sekundu) na frekvenciu (Hz) nakoniec dostaneme:

fo = ωo / 2π = 1 / 2π√ LC

fo = 1 / 2π√ LC

Výpočet veľkosti drôtu pre pracovnú cievku indukčného ohrievača

Keď ste vypočítali optimalizované hodnoty L a C pre obvod nádrže indukčného ohrievača a vyhodnotili presnú kompatibilnú frekvenciu pre obvod vodiča, je čas vypočítať a opraviť súčasnú manipulačnú kapacitu pracovnej cievky a kondenzátora.

Pretože prúd zapojený do konštrukcie indukčného ohrievača môže byť podstatne veľký, tento parameter nemožno ignorovať a musí byť správne priradený k LC okruhu.

Používanie vzorcov na výpočet veľkostí drôtu pre veľkosť indukčného drôtu môže byť trochu zložité, najmä pre nováčikov, a práve preto je na tomto webe povolený špeciálny softvér pre rovnaké účely, ktorý môže použiť každý záujemca dimenzujte drôt správnej veľkosti pre váš obvod indukčnej varnej dosky.