(Хотя в этом приложении желателен нагрев из-за вихревых токов, интересно отметить, что производители трансформаторов делают все возможное, чтобы избежать этого явления в своих трансформаторах.Ламинированные сердечники трансформатора, сердечники из порошкового железа и ферриты используются для предотвращения протекания вихревых токов внутри сердечников трансформатора. Внутри трансформатора прохождение вихревых токов крайне нежелательно, поскольку оно вызывает нагрев магнитопровода и представляет собой потерянную мощность.)

А для черных металлов?

Для черных металлов, таких как железо и некоторые виды стали, существует дополнительный механизм нагрева, который происходит одновременно с вихревыми токами, упомянутыми выше. Интенсивное переменное магнитное поле внутри рабочей катушки многократно намагничивает и демагнетизирует кристаллы железа. Это быстрое перевороты магнитных доменов вызывает значительное трение и нагрев внутри материала. Нагрев из-за этого механизма известен как потеря гистерезиса и является наибольшим для материалов, которые имеют большую площадь внутри их кривой B-H. Это может быть большим фактором, способствующим выделению тепла во время индукционного нагрева, но происходит только внутри черных металлов. По этой причине материалы из черных металлов легче поддаются индукционному нагреву, чем материалы из цветных металлов.

Интересно отметить, что сталь теряет свои магнитные свойства при нагревании выше примерно 700 ° C. Эта температура известна как температура Кюри. Это означает, что при температуре выше 700 ° C нагрев материала невозможен из-за гистерезисных потерь. Дальнейший нагрев материала должен происходить только за счет наведенных вихревых токов. Это делает нагрев стали выше 700 ° C более сложной задачей для систем индукционного нагрева. Тот факт, что медь и алюминий являются как немагнитными, так и очень хорошими электрическими проводниками, также может затруднить эффективное нагревание этих материалов.(Мы увидим, что для этих материалов лучше всего увеличить частоту, чтобы преувеличить потери из-за скин-эффекта.)

Для чего используется индукционный нагрев?

Индукционный нагрев может использоваться для любого применения, в котором мы хотим нагревать электропроводящий материал чистым, эффективным и контролируемым образом.

Одно из наиболее распространенных применений — герметизация защитных пломб, приклеенных к верхней части бутылок с лекарствами и напитками.Пленка из фольги, покрытая «термоклеем», вставляется в пластиковую крышку и навинчивается на верхнюю часть каждой бутылки во время производства. Эти уплотнения из фольги затем быстро нагреваются, когда бутылки проходят под индукционным нагревателем на производственной линии. Вырабатываемое тепло расплавляет клей и запечатывает фольгу на верхней части бутылки. Когда крышка снята, фольга остается герметичной и предотвращает любое вмешательство или загрязнение содержимого бутылки до тех пор, пока покупатель не проткнет фольгу.

Еще одно распространенное применение — «поджиг геттера» для удаления загрязнений с вакуумированных трубок, таких как кинескопы для телевизоров, вакуумные лампы и различные газоразрядные лампы. Кольцо из проводящего материала, называемое «геттером», помещается в вакуумированный стеклянный сосуд. Поскольку индукционный нагрев является бесконтактным процессом, его можно использовать для нагрева газопоглотителя, который уже запечатан внутри емкости. Индукционная рабочая катушка расположена рядом с геттером снаружи вакуумной лампы, и источник переменного тока включен.В течение нескольких секунд после запуска индукционного нагревателя газопоглотитель нагревается добела, и химические вещества в его покрытии вступают в реакцию с любыми газами в вакууме. В результате геттер поглощает любые последние оставшиеся следы газа внутри вакуумной трубки и увеличивает чистоту вакуума.

Еще одним распространенным применением индукционного нагрева является процесс, называемый зонной очисткой, используемый в промышленности по производству полупроводников. Это процесс, в котором кремний очищается с помощью движущейся зоны расплавленного материала.Поиск в Интернете обязательно найдет более подробную информацию об этом процессе, о котором я мало знаю.

Другие области применения включают плавление, сварку и пайку металлов. Индукционные варочные панели и рисоварки. Закалка металла боеприпасов, зубьев шестерен, пильных полотен, приводных валов и т. Д. Также является обычным применением, потому что в процессе индукции поверхность металла нагревается очень быстро. Поэтому его можно использовать для поверхностного упрочнения и упрочнения локализованных участков металлических деталей за счет «опережения» теплопроводности тепла вглубь детали или в окружающие области.Бесконтактный характер индукционного нагрева также означает, что его можно использовать для нагрева материалов в аналитических целях без риска загрязнения образца. Точно так же металлические медицинские инструменты можно стерилизовать, нагревая их до высоких температур, пока они все еще запечатаны в известной стерильной среде, чтобы убить микробы.

Что требуется для индукционного нагрева?

Теоретически для индукционного нагрева необходимы только 3 вещи:

1. Источник электроэнергии высокой частоты,
2. Рабочая катушка для создания переменного магнитного поля,
3. Электропроводящая деталь, подлежащая нагреву,

При этом на практике системы индукционного нагрева обычно немного сложнее.Например, между источником высокой частоты и рабочей катушкой часто требуется цепь согласования импеданса, чтобы обеспечить хорошую передачу мощности. Системы водяного охлаждения также распространены в индукционных нагревателях высокой мощности для отвода тепла от рабочей катушки, ее согласующей сети и силовой электроники. Наконец, некоторая управляющая электроника обычно используется для управления интенсивностью нагрева и времени цикла нагрева для обеспечения стабильных результатов. Управляющая электроника также защищает систему от повреждений в результате ряда неблагоприятных условий эксплуатации.Однако основной принцип работы любого индукционного нагревателя остается таким же, как описано ранее.

Практическая реализация

На практике рабочая катушка обычно включается в резонансный контур резервуара. Это дает ряд преимуществ. Во-первых, это делает форму волны тока или напряжения синусоидальной. Это сводит к минимуму потери в инверторе, позволяя ему использовать переключение при нулевом напряжении или при нулевом токе, в зависимости от точного выбранного расположения.Синусоидальная форма волны на рабочей катушке также представляет более чистый сигнал и вызывает меньшие радиочастотные помехи для ближайшего оборудования. Этот более поздний момент становится очень важным в системах с большой мощностью. Мы увидим, что существует ряд резонансных схем, которые разработчик индукционного нагревателя может выбрать для рабочей катушки:

Цепь резонансного резервуара серии

Рабочая катушка резонирует на заданной рабочей частоте с помощью конденсатора, включенного последовательно с ней. Это приводит к тому, что ток через рабочую катушку становится синусоидальным. Последовательный резонанс также увеличивает напряжение на рабочей катушке, намного превышающее выходное напряжение только инвертора. Инвертор видит синусоидальный ток нагрузки, но он должен нести полный ток, протекающий в рабочей катушке. По этой причине рабочая катушка часто состоит из множества витков провода, через которые протекают всего несколько ампер или десятки ампер. Значительная мощность нагрева достигается за счет разрешения резонансного повышения напряжения на рабочей катушке в последовательно-резонансном расположении при сохранении тока через катушку (и инвертор) на разумном уровне.

Такое расположение обычно используется в рисоварках, где уровень мощности низкий, а инвертор расположен рядом с нагреваемым объектом. Основные недостатки последовательного резонансного устройства заключаются в том, что инвертор должен пропускать тот же ток, который течет в рабочей катушке. В дополнение к этому повышение напряжения из-за последовательного резонанса может стать очень заметным, если в рабочей катушке нет заготовки значительного размера, которая могла бы демпфировать цепь. Это не проблема в таких приложениях, как рисоварки, где заготовкой всегда является одна и та же варочная емкость, а ее свойства хорошо известны на момент разработки системы.

Резервуарный конденсатор обычно рассчитан на высокое напряжение из-за повышения резонансного напряжения в последовательно настроенном резонансном контуре. Он также должен пропускать полный ток, переносимый рабочей катушкой, хотя обычно это не проблема для маломощных приложений.

Параллельный резонансный контур резервуара

Рабочая катушка резонирует на заданной рабочей частоте с помощью конденсатора, помещенного параллельно ей.Это приводит к тому, что ток через рабочую катушку становится синусоидальным. Параллельный резонанс также увеличивает ток через рабочую катушку, намного превышающий допустимый выходной ток только инвертора. Инвертор видит синусоидальный ток нагрузки. Однако в этом случае он должен нести только ту часть тока нагрузки, которая действительно работает. Инвертор не должен пропускать полный ток, циркулирующий в рабочей катушке. Это очень важно, поскольку коэффициенты мощности в приложениях индукционного нагрева обычно низкие.Это свойство параллельного резонансного контура может в десять раз уменьшить ток, который должен поддерживаться инвертором и проводами, соединяющими его с рабочей катушкой. Потери проводимости обычно пропорциональны квадрату тока, поэтому десятикратное снижение тока нагрузки представляет собой значительную экономию потерь проводимости в инверторе и соответствующей проводке. Это означает, что рабочую катушку можно разместить в месте, удаленном от инвертора, без значительных потерь в питающих проводах.

Рабочие катушки, использующие эту технику, часто состоят только из нескольких витков толстого медного проводника, но протекают большие токи в несколько сотен или тысяч ампер. (Это необходимо для получения необходимого количества витков в Амперах для индукционного нагрева.) Водяное охлаждение является общим для всех систем, кроме самых маленьких. Это необходимо для удаления избыточного тепла, возникающего при прохождении большого высокочастотного тока через рабочую катушку и связанный с ней емкостной конденсатор.

В схеме параллельного резонансного резервуара рабочую катушку можно рассматривать как индуктивную нагрузку с подключенным к ней конденсатором «коррекции коэффициента мощности».Конденсатор PFC обеспечивает прохождение реактивного тока, равного и противоположного значительному индуктивному току, потребляемому рабочей катушкой. Главное, что нужно помнить, это то, что этот огромный ток локализован в рабочей катушке и ее конденсаторе и просто представляет собой колебание реактивной мощности между ними. Следовательно, единственный реальный ток, протекающий от инвертора, — это относительно небольшая величина, необходимая для преодоления потерь в конденсаторе PFC и рабочей катушке. В этой цепи резервуара всегда есть некоторые потери из-за диэлектрических потерь в конденсаторе и скин-эффекта, вызывающего резистивные потери в конденсаторе и рабочей катушке. Поэтому от инвертора всегда поступает небольшой ток, даже при отсутствии детали. Когда деталь с потерями вставляется в рабочую катушку, это гасит параллельный резонансный контур, внося дополнительные потери в систему. Следовательно, ток, потребляемый параллельным резонансным контуром резервуара, увеличивается, когда деталь входит в катушку.

Согласование импеданса

Или просто «Соответствие». Это относится к электронике, которая находится между источником высокочастотной энергии и рабочей катушкой, которую мы используем для нагрева.Для того, чтобы нагреть твердый кусок металла с помощью индукционного нагрева, нам нужно вызвать УДИВИТЕЛЬНЫЙ ток, протекающий по поверхности металла. Однако это можно отличить от инвертора, который генерирует высокочастотную энергию. Инвертор обычно работает лучше (и его конструкция несколько проще), если он работает при достаточно высоком напряжении, но при низком токе. (Обычно проблемы возникают в силовой электронике, когда мы пытаемся включить и выключить большие токи за очень короткое время. ) Увеличение напряжения и уменьшение тока позволяет использовать полевые МОП-транзисторы с общим переключателем (или быстрые IGBT).Сравнительно низкие токи делают инвертор менее чувствительным к проблемам компоновки и паразитной индуктивности. Задача согласующей цепи и самой рабочей катушки — преобразовать высокое напряжение / слабый ток от инвертора в низковольтное / сильноточное, необходимое для эффективного нагрева заготовки.

При резонансном возбуждении ток, потребляемый емкостным конденсатором и рабочей катушкой, равны по величине и противоположны по фазе и, следовательно, компенсируют друг друга в отношении источника энергии. Это означает, что единственная нагрузка, которую видит источник питания на резонансной частоте, — это сопротивление потерь в контуре резервуара. (Обратите внимание, что при возбуждении по обе стороны от резонансной частоты возникает дополнительная «противофазная» составляющая к току, вызванная неполным устранением тока рабочей катушки и тока конденсатора резервуара. Этот реактивный ток увеличивает общая величина тока, потребляемого источником, но не способствует полезному нагреву детали.)

Задача согласующей цепи — просто преобразовать это относительно большое сопротивление потерь в цепи резервуара до более низкого значения, которое лучше подходит инвертору, пытающемуся его управлять. Существует множество различных способов достижения этого преобразования импеданса, включая отвод рабочей катушки, использование ферритового трансформатора, емкостного делителя вместо емкостного конденсатора или согласующей цепи, такой как L-образная цепь.

Сеть L-match имеет несколько очень желаемых свойств в этом приложении.Катушка индуктивности на входе в L-образную цепь представляет постепенно увеличивающееся индуктивное сопротивление на всех частотах, превышающих резонансную частоту контура резервуара. Это очень важно, когда рабочая катушка должна питаться от инвертора источника напряжения, который генерирует выходное напряжение прямоугольной формы. Вот объяснение, почему это так…

Напряжение прямоугольной формы, генерируемое большинством полумостовых и полномостовых схем, богато высокочастотными гармониками, а также необходимой основной частотой.Прямое подключение такого источника напряжения к параллельному резонансному контуру привело бы к протеканию чрезмерных токов на всех гармониках частоты привода! Это связано с тем, что емкостный конденсатор в параллельном резонансном контуре будет иметь все более низкое емкостное сопротивление к увеличивающимся частотам. Это потенциально очень опасно для инвертора источника напряжения. Это приводит к большим скачкам тока при переключениях, поскольку инвертор пытается быстро зарядить и разрядить резервуарный конденсатор на нарастающих и спадающих фронтах прямоугольной волны.Включение L-образной цепи между инвертором и контуром резервуара устраняет эту проблему. Теперь на выходе инвертора сначала отображается индуктивное реактивное сопротивление Lm в согласующей цепи, а все гармоники формы волны возбуждения видят постепенно возрастающее индуктивное сопротивление. Это означает, что максимальный ток протекает только на заданной частоте, а гармонический ток незначительный, что делает ток нагрузки инвертора плавным.

Наконец, при правильной настройке сеть L-match может обеспечивать небольшую индуктивную нагрузку на инвертор.Этот слегка отстающий ток нагрузки инвертора может облегчить переключение при нулевом напряжении (ZVS) полевых МОП-транзисторов в инверторном мосту. Это значительно снижает потери переключения при включении из-за выходной емкости устройства в полевых МОП-транзисторах, работающих при высоких напряжениях. Общий результат — меньший нагрев полупроводников и увеличение срока службы.

Таким образом, включение схемы L-соответствия между инвертором и параллельным резонансным контуром резервуара позволяет добиться двух вещей.

1. Согласование импеданса для подачи необходимого количества энергии от инвертора к заготовке,
2. Показано увеличивающееся индуктивное сопротивление к высокочастотным гармоникам, чтобы инвертор оставался безопасным и счастливым.

Рабочая катушка LCLR

Эта конструкция включает рабочую катушку в параллельный резонансный контур и использует L-образную схему между контуром резервуара и инвертором. Согласующая цепь используется для того, чтобы контур резервуара выглядел как более подходящая нагрузка для инвертора, и ее происхождение обсуждается в разделе выше.

Рабочая катушка LCLR имеет ряд желаемых свойств:

1. В рабочей катушке течет большой ток, но инвертор должен подавать только слабый ток. Большой циркулирующий ток ограничен рабочей катушкой и ее параллельным конденсатором, которые обычно расположены очень близко друг к другу.
2. По линии передачи от инвертора к цепи резервуара течет сравнительно небольшой ток, поэтому для этого можно использовать более легкий кабель.
3. Любая паразитная индуктивность линии передачи просто становится частью соответствующей индуктивности сети (Lm.) Следовательно, тепловая станция может быть расположена подальше от инвертора.
4. Инвертор видит синусоидальный ток нагрузки, поэтому он может использовать ZCS или ZVS для уменьшения коммутационных потерь и, следовательно, охлаждения.
5. Последовательный согласующий индуктор может быть изменен для соответствия различным нагрузкам, размещенным внутри рабочей катушки.
6. Цепь резервуара может питаться через несколько согласующих катушек индуктивности от многих инверторов, чтобы достичь уровней мощности выше тех, которые достигаются с помощью одного инвертора.Соответствующие катушки индуктивности обеспечивают внутреннее разделение тока нагрузки между инверторами, а также делают систему устойчивой к некоторым рассогласованиям моментов переключения параллельно включенных инверторов.

Для получения дополнительной информации о поведении резонансной сети LCLR см. Новый раздел ниже, озаглавленный «Частотная характеристика сети LCLR».

Еще одно преимущество рабочей катушки LCLR состоит в том, что не требуется высокочастотный трансформатор для обеспечения функции согласования импеданса.Ферритовые трансформаторы, выдерживающие несколько киловатт, большие, тяжелые и довольно дорогие. В дополнение к этому трансформатор необходимо охладить, чтобы отвести избыточное тепло, выделяемое высокими токами, протекающими в его проводниках. Включение схемы L-соответствия в устройство рабочей катушки LCLR устраняет необходимость в трансформаторе для согласования инвертора с рабочей катушкой, что снижает затраты и упрощает конструкцию. Однако разработчик должен понимать, что между инвертором и входом рабочей катушки LCLR может потребоваться разделительный трансформатор 1: 1, если необходима электрическая изоляция от сети.Это зависит от того, важна ли изоляция и обеспечивает ли уже основной блок питания индукционного нагревателя достаточную электрическую изоляцию для удовлетворения этих требований безопасности.

Концептуальная схема

На приведенной ниже схеме системы показан простейший инвертор, управляющий его рабочей катушкой LCLR.

Инвертор в этом демонстрационном прототипе представлял собой простой полумост, состоящий из двух полевых МОП-транзисторов MTW14N50, изготовленных мной On-semiconductor (ранее Motorola.) Он питается от сглаженного источника постоянного тока с разделительным конденсатором по шинам для поддержки требований инвертора по переменному току. Однако следует понимать, что качество и регулировка источника питания для приложений индукционного нагрева не критичны. Двухполупериодная выпрямленная (но не сглаженная) сеть может работать так же, как и сглаженный и регулируемый постоянный ток, когда дело доходит до нагрева металла, но пиковые токи выше при той же средней мощности нагрева. Существует много аргументов в пользу того, чтобы уменьшить размер конденсатора шины постоянного тока до минимума.В частности, он улучшает коэффициент мощности тока, потребляемого от сети через выпрямитель, а также минимизирует запасенную энергию в случае неисправности инвертора.

Конденсатор блокировки постоянного тока используется только для предотвращения выхода постоянного тока из полумостового инвертора, вызывающего протекание тока через рабочую катушку. Его размер достаточно велик, чтобы он не участвовал в согласовании импеданса и не влиял отрицательно на работу устройства рабочей катушки LCLR.

В схемах с высокой мощностью обычно используется полный мост (H-мост) из 4 или более переключающих устройств. В таких конструкциях согласующая индуктивность обычно делится поровну между двумя ветвями моста, так что формы волны напряжения возбуждения сбалансированы относительно земли. Конденсатор блокировки постоянного тока также может быть исключен, если используется управление режимом тока, чтобы гарантировать, что чистый постоянный ток не течет между ветвями моста. (Если обе ветви H-моста могут управляться независимо, тогда есть возможность управлять пропускной способностью с помощью управления фазовым сдвигом.См. Пункт 6 в разделе «Методы управления мощностью» ниже для получения дополнительной информации.)

При еще более высоких мощностях можно использовать несколько отдельных инверторов, эффективно соединенных параллельно, чтобы удовлетворить высокие требования к току нагрузки. Однако отдельные инверторы не подключаются напрямую параллельно к выходным клеммам их H-мостов. Каждый из распределенных инверторов подключается к удаленной рабочей катушке через свою собственную пару согласующих катушек индуктивности, что обеспечивает равномерное распределение общей нагрузки между всеми инверторами.

Эти согласующие индукторы также обеспечивают ряд дополнительных преимуществ при параллельном подключении инверторов таким образом. Во-первых, импеданс МЕЖДУ любыми двумя выходами инвертора в два раза больше соответствующей индуктивности. Этот индуктивный импеданс ограничивает ток «пробега между», который протекает между параллельно включенными инверторами, если их моменты переключения не идеально синхронизированы. Во-вторых, это же индуктивное реактивное сопротивление между инверторами ограничивает скорость нарастания тока короткого замыкания, если один из инверторов обнаруживает отказ устройства, что потенциально исключает отказ других устройств.Наконец, поскольку все распределенные инверторы уже подключены через катушки индуктивности, любая дополнительная индуктивность между инверторами просто добавляет к этому импедансу и лишь немного ухудшает распределение тока. Поэтому распределенные инверторы для индукционного нагрева не обязательно должны располагаться физически близко друг к другу. Если в конструкции включены изолирующие трансформаторы, им даже не нужно питаться от одного источника!

Отказоустойчивость

Устройство рабочей катушки LCLR очень хорошо ведет себя при различных возможных неисправностях.

1. Обрыв цепи работы катушки.
2. Короткое замыкание рабочей катушки (или емкостного конденсатора).
3. Короткое замыкание в рабочей катушке.
4. Бачок конденсатора холостого хода.

Все эти отказы приводят к увеличению импеданса, передаваемого инвертору, и, следовательно, к соответствующему падению тока, потребляемого инвертором. Автор лично использовал отвертку для короткого замыкания между витками рабочей катушки на несколько сотен ампер.Несмотря на искры, летящие в месте короткого замыкания, нагрузка на инвертор снижается, и система с легкостью выдерживает это воздействие.

Худшее, что может случиться, — это то, что контур резервуара расстроится так, что его собственная резонансная частота будет чуть выше рабочей частоты инвертора. Поскольку частота привода все еще близка к резонансной, из инвертора все еще течет значительный ток. Но коэффициент мощности уменьшается из-за расстройки, и ток нагрузки инвертора начинает опережать напряжение.Эта ситуация нежелательна, поскольку ток нагрузки, воспринимаемый инвертором, меняет направление до изменения приложенного напряжения. Результатом этого является то, что ток принудительно коммутируется между диодами свободного хода и противоположным MOSFET каждый раз, когда MOSFET включается. Это вызывает принудительное обратное восстановление диодов свободного хода, когда они уже проводят значительный прямой ток. Это приводит к сильному скачку тока через диод и противоположный MOSFET, который включается.

Хотя это не проблема для специальных выпрямителей с быстрым восстановлением, это принудительное восстановление может вызвать проблемы, если внутренние диоды полевых МОП-транзисторов используются для обеспечения функции диодов свободного хода. Эти большие скачки тока по-прежнему представляют собой значительную потерю мощности и угрозу для надежности. Однако следует понимать, что надлежащий контроль рабочей частоты инвертора должен гарантировать, что он отслеживает резонансную частоту контура резервуара. Следовательно, условие опережающего коэффициента мощности в идеале не должно возникать и, конечно, не должно сохраняться в течение какого-либо периода времени.Резонансная частота должна отслеживаться до ее предела, затем отключение системы, если она вышла за пределы допустимого диапазона частот.

Методы управления мощностью

Часто желательно контролировать количество энергии, обрабатываемой индукционным нагревателем. Это определяет скорость, с которой тепловая энергия передается заготовке. Установкой мощности индукционного нагревателя этого типа можно управлять несколькими способами:

1.Изменение напряжения промежуточного контура.

Мощность, обрабатываемая инвертором, может быть уменьшена за счет уменьшения напряжения питания инвертора. Это можно сделать, запустив инвертор от источника постоянного тока с переменным напряжением, такого как управляемый выпрямитель, использующий тиристоры для изменения напряжения питания постоянного тока, получаемого от сети. Импеданс, подаваемый на инвертор, в значительной степени постоянен при изменении уровня мощности, поэтому пропускная способность инвертора примерно пропорциональна квадрату напряжения питания.Изменение напряжения промежуточного контура позволяет полностью контролировать мощность от 0% до 100%.

Следует отметить, однако, что точная пропускная способность мощности в киловаттах зависит не только от напряжения питания постоянного тока на инвертор, но также от нагрузки, которую рабочая катушка передает инвертору через согласующую сеть. Поэтому, если требуется точное регулирование мощности, необходимо измерить фактическую мощность индукционного нагрева, сравнить с запрошенной «настройкой мощности» от оператора и передать сигнал ошибки, чтобы непрерывно регулировать напряжение промежуточного контура в замкнутом контуре, чтобы минимизировать ошибку. .Это необходимо для поддержания постоянной мощности, поскольку сопротивление детали значительно изменяется при нагревании. (Этот аргумент для управления мощностью с обратной связью также применим ко всем методам, которые следуют ниже.)

2. Изменение продолжительности включения устройств в инверторе.

Мощность, обрабатываемая инвертором, может быть уменьшена за счет уменьшения времени включения переключателей в инверторе. Электропитание поступает на рабочую катушку только тогда, когда устройства включены.Затем ток нагрузки свободно проходит через диоды корпуса устройства в течение мертвого времени, когда оба устройства выключены. Изменение продолжительности включения переключателей позволяет полностью контролировать мощность от 0% до 100%. Однако существенным недостатком этого метода является коммутация больших токов между активными устройствами и их свободными диодами. Принудительное обратное восстановление диодов свободного хода, которое может произойти при значительном уменьшении продолжительности включения. По этой причине регулирование продолжительности включения обычно не используется в инверторах с индукционным нагревом большой мощности.

3. Изменение рабочей частоты инвертора.

Мощность, подаваемая инвертором на рабочую катушку, может быть уменьшена путем отстройки инвертора от собственной резонансной частоты контура резервуара, включающего рабочую катушку. Поскольку рабочая частота инвертора отодвигается от резонансной частоты контура бака, резонансный подъем в контуре бака уменьшается, и ток в рабочей катушке уменьшается. Следовательно, меньше циркулирующего тока индуцируется в заготовке, и эффект нагрева уменьшается.

Для уменьшения пропускной способности инвертор обычно расстраивается на стороне высокого напряжения собственной резонансной частоты контуров резервуара. Это приводит к тому, что индуктивное реактивное сопротивление на входе согласующей цепи становится все более доминирующим с увеличением частоты. Поэтому ток, потребляемый от инвертора согласующей цепью, начинает отставать по фазе и уменьшаться по амплитуде. Оба эти фактора способствуют снижению реальной пропускной способности. В дополнение к этому запаздывающий коэффициент мощности гарантирует, что устройства в инверторе все еще включаются с нулевым напряжением на них, и нет проблем с восстановлением свободного хода диодов.(Это можно контрастировать с ситуацией, которая могла бы возникнуть, если бы инвертор был расстроен на нижней стороне резонансной частоты рабочей катушки. ZVS теряется, и диоды свободного хода видят принудительное обратное восстановление при значительном токе нагрузки.)

Этот метод управления уровнем мощности путем отстройки очень прост, поскольку большинство индукционных нагревателей уже контролируют рабочую частоту инвертора, чтобы обслуживать различные детали и рабочие катушки. Обратной стороной является то, что он обеспечивает только ограниченный диапазон управления, так как существует предел скорости переключения силовых полупроводников.Это особенно верно в приложениях с высоким энергопотреблением, где устройства уже могут работать со скоростью, близкой к максимальной. Системы большой мощности, использующие этот метод управления мощностью, требуют подробного теплового анализа результатов коммутационных потерь на разных уровнях мощности, чтобы гарантировать, что температура устройств всегда остается в допустимых пределах.

Для получения более подробной информации об управлении мощностью с помощью расстройки см. Новый раздел ниже, озаглавленный «Частотная характеристика сети LCLR.»

4. Изменение значения индуктивности в согласующей цепи.

Мощность, подаваемая инвертором на рабочую катушку, может быть изменена путем изменения значения соответствующих компонентов сети. Схема L-соответствия между инвертором и цепью резервуара технически состоит из индуктивной и емкостной частей. Но емкостная часть параллельна собственному емкостному конденсатору рабочей катушки, и на практике это обычно одна и та же часть.Поэтому единственная часть согласующей цепи, которую можно настроить, — это индуктор.

Согласующая цепь отвечает за преобразование импеданса нагрузки рабочей катушки до подходящего импеданса нагрузки для управления инвертором. Изменение индуктивности соответствующей катушки индуктивности регулирует значение, на которое преобразуется импеданс нагрузки. Как правило, уменьшение индуктивности согласующей катушки индуктивности вызывает преобразование полного сопротивления рабочей катушки в сторону более низкого сопротивления.Этот более низкий импеданс нагрузки, передаваемый инвертору, приводит к тому, что инвертор получает больше энергии. И наоборот, увеличение индуктивности согласующей катушки индуктивности вызывает более высокое полное сопротивление нагрузки, передаваемое инвертору. Эта более легкая нагрузка приводит к снижению потока мощности от инвертора к рабочей катушке.

Степень управления мощностью, достижимая путем изменения согласующей катушки индуктивности, умеренная. Также происходит сдвиг резонансной частоты всей системы — это цена, которую приходится платить за объединение емкости L-согласования и емкости резервуара в одну единицу.Схема L-согласования по существу заимствует часть емкости у емкостного конденсатора для выполнения операции согласования, тем самым оставляя баковый контур резонировать на более высокой частоте. По этой причине соответствующий индуктор обычно фиксируется или регулируется грубыми шагами в соответствии с предназначенной нагреваемой заготовкой, а не предоставляет пользователю полностью регулируемую настройку мощности.

5. Трансформатор согласования импеданса.

Мощность, подаваемая инвертором на рабочую катушку, может изменяться грубыми шагами с помощью силового ВЧ трансформатора с ответвлениями для преобразования импеданса.Хотя большая часть преимуществ конструкции LCLR заключается в отсутствии громоздкого и дорогостоящего ферритового силового трансформатора, она может учитывать большие изменения в параметрах системы, не зависящие от частоты. Ферритовый силовой трансформатор может также обеспечивать гальваническую развязку, а также выполнять функцию преобразования импеданса для установки пропускной способности.

Кроме того, если ферритовый силовой трансформатор размещается между выходом инвертора и входом в схему L-согласования, его конструктивные ограничения во многих отношениях ослабляются.Во-первых, размещение трансформатора в этом положении означает, что сопротивление обеих обмоток относительно высокое. то есть напряжения высокие, а токи сравнительно небольшие. Для этих условий проще сконструировать обычный ферритовый силовой трансформатор. Большой циркулирующий ток в рабочей катушке не попадает в ферритовый трансформатор, что значительно снижает проблемы с охлаждением. Во-вторых, хотя трансформатор воспринимает прямоугольное выходное напряжение инвертора, по его обмоткам проходят токи синусоидальной формы.Отсутствие высокочастотных гармоник снижает нагрев трансформатора из-за скин-эффекта и эффекта близости проводников.

Наконец, конструкция трансформатора должна быть оптимизирована для обеспечения минимальной межобмоточной емкости и хорошей изоляции за счет увеличения индуктивности рассеяния. Причина этого в том, что любая индуктивность рассеяния трансформатора, расположенного в этом положении, просто добавляет к согласующей индуктивности на входе в L-образную схему. Следовательно, индуктивность рассеяния в трансформаторе не так вредна для рабочих характеристик, как межобмоточная емкость.

6. Управление сдвигом фаз H-моста.

Когда рабочая катушка приводится в действие полномостовым (H-мостовым) инвертором с питанием по напряжению, существует еще один способ управления мощностью. Если моментом переключения обеих ветвей моста можно управлять независимо, это открывает возможность управления пропускной способностью за счет регулировки фазового сдвига между двумя ветвями моста.

Когда обе ветви моста переключаются точно по фазе, они обе выдают одинаковое напряжение.Это означает, что напряжение на рабочей катушке отсутствует, и ток не течет через рабочую катушку. И наоборот, когда оба плеча моста переключаются в противофазе, через рабочую катушку протекает максимальный ток и достигается максимальный нагрев. Уровни мощности от 0% до 100% могут быть достигнуты путем изменения фазового сдвига привода одной половины моста от 0 градусов до 180 градусов по сравнению с приводом другой ветви моста.

Этот метод очень эффективен, поскольку управление мощностью может быть достигнуто на стороне управления меньшей мощностью.Коэффициент мощности, наблюдаемый инвертором, всегда остается хорошим, потому что инвертор не отстроен от резонансной частоты рабочей катушки, поэтому протекание реактивного тока через свободные диоды сводится к минимуму.

Конденсаторы индукционного нагрева

Требования к конденсаторам, используемым для индукционного нагрева большой мощности, пожалуй, самые высокие по сравнению с конденсаторами любого типа. Конденсаторная батарея, используемая в цепи резервуара индукционного нагревателя, должна пропускать полный ток, протекающий в рабочей катушке в течение продолжительных периодов времени.Этот ток обычно составляет многие сотни ампер при многих десятках или сотнях килогерц. Они также подвергаются повторному 100% -ному изменению напряжения на той же частоте. и посмотрите полное напряжение на рабочей катушке. Высокая рабочая частота вызывает значительные потери из-за нагрева диэлектрика и скин-эффекта в проводниках. Наконец, паразитная индуктивность должна быть сведена к абсолютному минимуму, чтобы конденсатор выглядел как элемент схемы с сосредоточенными параметрами по сравнению с достаточно низкой индуктивностью рабочей катушки, к которой он подключен.

Правильный выбор диэлектриков и расширенная техника фольгирования ar

Сделай сам | Etsy

Чтобы предоставить вам лучший опыт, мы используем файлы cookie и аналогичные технологии для повышения производительности, аналитики, персонализации, рекламы и поддержки работы нашего сайта. Хотите узнать больше? Прочтите нашу Политику использования файлов cookie. Вы можете изменить свои предпочтения в любое время в настройках конфиденциальности.

Etsy использует файлы cookie и аналогичные технологии, чтобы предоставить вам лучший опыт, включая такие вещи, как:

• основные функции сайта
• обеспечение безопасных транзакций
• безопасный вход в аккаунт
• с запоминанием учетной записи, браузера и региональных настроек
• запоминание настроек конфиденциальности и безопасности
• анализирует посещаемость и использование сайта
• персонализированный поиск, контент и рекомендации
• помогает продавцам понять свою аудиторию
• , показ релевантной целевой рекламы на Etsy и за ее пределами

Подробную информацию можно найти в Политике Etsy в отношении файлов cookie и аналогичных технологий и в нашей Политике конфиденциальности.

Необходимые файлы cookie и технологии

Некоторые из используемых нами технологий необходимы для важных функций, таких как безопасность и целостность сайта, аутентификация учетной записи, настройки безопасности и конфиденциальности, данные об использовании и обслуживании внутреннего сайта, а также для правильной работы сайта для просмотра и транзакций.

Настройка сайта

Файлы cookie и аналогичные технологии используются для улучшения вашего опыта, например:

• запомнить ваш логин, общие и региональные настройки
• персонализировать контент, поиск, рекомендации и предложения

Без этих технологий такие вещи, как персональные рекомендации, настройки вашей учетной записи или локализация, могут работать неправильно.Узнайте больше в нашей Политике в отношении файлов cookie и аналогичных технологий.

Персонализированная реклама

Эти технологии используются для таких вещей, как:

• персонализированная реклама
• , чтобы ограничить количество показов рекламы
• , чтобы понять использование через Google Analytics
• , чтобы понять, как вы попали на Etsy
• , чтобы продавцы понимали свою аудиторию и могли предоставить релевантную рекламу.

Мы делаем это с партнерами по социальным сетям, маркетингу и аналитике (у которых может быть собственная собранная информация).Отказ не остановит вас от просмотра рекламы Etsy, но может сделать ее менее актуальной или более повторяющейся. Узнайте больше в нашей Политике в отношении файлов cookie и аналогичных технологий.

Волшебные, значимые предметы вы больше нигде не найдете.

Сделай сам Документы — Независимые юридические услуги

Как работает эдуктор

Меню

• Дом
  • Свяжитесь с нами
  • О нас
    • Почему выбирают нас?
  • Сайты по теме
    • Корпоративный
    • Миксеры Jensen
    • Реле потока PEECO
    • Расходомеры RCM
    • Оборудование для мойки
  • Домашняя страница
  • Продажа и поддержка: 1 + 201.419.6111
• Струйные насосы
  • Перекачивание жидкостей
  • Перекачивание газов
  • Пароструйные нагреватели
    • Проточные пароструйные нагреватели
    • Тихие паровые обогреватели, модель 301
    • Непрерывный паровой нагреватель модели 320
    • Симплексный паровой нагреватель, модель 340
  • Руководство по выбору
  • Форма заявки
  • Струйные насосы Penberthy
  • Диспергатор флокулянта Penberthy
  • Сухие полимерные эдукторы
  • Penberthy дренажные поддоны
  • Как работает струйный насос
  • Продажа и поддержка: 1 + 201.419.6111
• Бак-эдукторы
  • Эжекторы для смешивания резервуаров
  • Эжекторы для обогрева баков
  • Эжекторы для пластиковых резервуаров
  • Струйные насосы Penberthy
  • Форма заявки
  • Продажа и поддержка: 1 + 201.419.6111
• Как купить
  • Продажа и поддержка: 1 + 201.419.6111
  • электронная почта: [email protected]
  • Струйный насос (IN-LINE)
  • Бак-эдуктор (IN-TANK)
  • Пароохладитель
  • Общий контакт

• Позвоните нам: 1 + 201-419-6111
• 9:00 — 17:00 EST | Понедельник — пятница
• Продажи @ nciweb.com