Адрес: 105678, г. Москва, Шоссе Энтузиастов, д. 55 (Карта проезда)
Время работы: ПН-ПТ: с 9.00 до 18.00, СБ: с 9.00 до 14.00

Нагреватель индукционный: Индукционные нагреватели металла и другое оборудование от производителя

Содержание

Индукционные нагреватели металла и другое оборудование от производителя

ПРОМИНДУКТОР – производственная компания, которая на базе собственных разработок выпускает индукционные нагреватели металла и другое оборудование. Ведущие инженеры трудятся в г. Чэнду (КНР, провинция Сычуань). Там же находится производственный комплекс. 
Купить по выгодной цене оборудование от производителя – это не просто грамотное решение, а полная защита от рисков рекламаций, получения подделки. Потребители особо отмечают:
 высокое качество нашей продукции;
 конкурентные цены;
 квалифицированную помощь при выборе;
 возможность получить консультации специалиста в процессе эксплуатации;
 наличие технической поддержки клиентов в формате 24/7.  
Большой склад готовой продукции позволяет обеспечивать быструю доставку индукционных нагревателей транспортными кампаниями по России и в страны СНГ. Предоставляем гарантийное обслуживание. 
 У нас покупают индукционные нагреватели металла под разные задачи.
Достаточно широкий ассортимент позволяет подобрать модели по частоте, мощности, другим параметрам. 
 Помимо готовых решений предлагаем заказать разработку и изготовление индукционного оборудования под индивидуальные требования, а также комплексных решений.
По запросу предоставим необходимую информацию, ответим на интересующие вас вопросы, вышлем печатные материалы, привлечем и организуем встречи с техническими и коммерческими специалистами. 
Сотрудничество с ПРОМИНДУКТОР – надежно, выгодно и перспективно!

Ведущие характеристики продукции

 Технология. Она разработана в нашем конструкторско-проектном бюро и постоянно модернизируется собственными сотрудниками компании. Учитываются также последние и перспективные мировые открытия, совершенные в профильной сфере.
 Производство полного цикла. Ведущие специалисты компании, принимают непосредственное участие в модернизации технологии, производственном процессе, ведут постоянный контроль качества.
 Широкий ассортимент моделей. Предприятие предлагает индукционные нагреватели для кузнечного нагрева, закалки, штамповки, плавки, нагрева текучих сред, термообработки сварных соединений и других целей. 

 Сертификация. Все изделия проходят необходимые тестирования, получают сертификаты соответствия РФ. Производства имеют сертификат IS09001:2008.
 Надежность и долговечность. Сотни клиентов от Калининграда до Камчатки бесперебойно и с полной нагрузкой эксплуатируют наше оборудование с 1993 года. 
 Комплектующие от лидеров рынка. Все необходимое для производства индукционных нагревателей металла и другого оборудования получаем по договору с ведущими брендами. Каждая партия проходит проверку на качество.
 Конкурентные цены. Сверхприбыль нас не интересует. Мы устанавливаем минимально возможные цены. Их нельзя назвать низкими, но они полностью соответствуют тому уровню качества и тем характеристикам, которые мы заявляем как производители. Держим марку!


Схема создания индукционного нагревателя своими руками

Содержание статьи:

Принцип работы индукционного нагревателя

Индукционный нагрев невозможен без использования трех основных элементов:

  • индуктора;
  • генератора;
  • нагревательного элемента.

Индуктор представляет собой катушку, обычно выполненную из медной проволоки, с ее помощью генерируют магнитное поле. Генератор переменного тока используют для получения высокочастотного потока из стандартного потока домашней электросети с частотой 50 Гц. В качестве нагревательного элемента применяется металлический предмет, способный поглощать тепловую энергию под воздействием магнитного поля.

Если правильно соединить эти элементы, можно получить высокопроизводительный прибор, который прекрасно подходит для подогрева жидкого теплоносителя и отопления дома. С помощью генератора электрический ток с необходимыми характеристиками подается на индуктор, т.е. на медную катушку. При прохождении через нее поток заряженных частиц формирует магнитное поле.

Принцип действия индукционных нагревателей основан на возникновении электротоков внутри проводников, появляющихся под воздействием магнитных полей

Особенность поля состоит в том, что оно обладает способностью на высоких частотах изменять направление электромагнитных волн.

Если в это поле поместить какой-нибудь металлический предмет, он начнет нагреваться без непосредственного контакта с индуктором под воздействием созданных вихревых токов.

Высокочастотный электрический ток, поступающий от инвертора к индукционной катушке, создает магнитное поле с постоянно изменяющимся вектором магнитных волн. Помещенный в это поле металл быстро разогревается

Отсутствие контакта позволяет сделать потери энергии при переходе из одного вида в другой ничтожными, чем и объясняется повышенный КПД индукционных котлов.

Чтобы подогреть воду для отопительного контура, достаточно обеспечить ее контакт с металлическим нагревателем. Часто в качестве нагревательного элемента используют металлическую трубу, через которую просто пропускают поток воды. Вода попутно охлаждает нагреватель, что значительно увеличивает срок его службы.

Электромагнит индукционного прибора получают путем намотки проволоки вокруг сердечника из ферромагнита. Полученная в результате катушка индукции разогревается и передает тепло нагреваемому телу или протекающему рядом теплоносителю через теплообменник

Литература

  • Бабат Г. И., Свенчанский А. Д. Электрические промышленные печи. — М.: Госэнергоиздат, 1948. — 332 с.
  • Бурак Я. И., Огирко И. В. Оптимальный нагрев цилиндрической оболочки с зависящими от температуры характеристиками материала // Мат. методы и физ.-мех. поля. — 1977. — Вып. 5. — С. 26-30.
  • Васильев А. С. Ламповые генераторы для высокочастотного нагрева. — Л.: Машиностроение, 1990. — 80 с. — (Библиотечка высокочастотника-термиста; Вып. 15). — 5300 экз. — ISBN 5-217-00923-3.
  • Власов В. Ф. Курс радиотехники. — М.: Госэнергоиздат, 1962. — 928 с.
  • Изюмов Н. М., Линде Д. П. Основы радиотехники. — М.: Госэнергоиздат, 1959. — 512 с.
  • Лозинский М. Г. Промышленное применение индукционного нагрева. — М.: Изд-во АН СССР, 1948. — 471 с.
  • Применение токов высокой частоты в электротермии / Под ред. А. Е. Слухоцкого. — Л.: Машиностроение, 1968. — 340 с.
  • Слухоцкий А. Е. Индукторы. — Л.: Машиностроение, 1989. — 69 с. — (Библиотечка высокочастотника-термиста; Вып. 12). — 10 000 экз. — ISBN 5-217-00571-8.
  • Фогель А. А. Индукционный метод удержания жидких металлов во взвешенном состоянии / Под ред. А. Н. Шамова. — 2-е изд., испр. — Л.: Машиностроение, 1989. — 79 с. — (Библиотечка высокочастотника-термиста; Вып. 11). — 2950 экз. — .

Эта страница в последний раз была отредактирована 17 октября 2018 в 04:35.

Принцип действия

Последний вариант, наиболее часто используемый в котлах отопления, стал востребован за счёт простоты его реализации. Принцип работы установки индукционного нагрева основан на передаче энергии магнитного поля теплоносителю (воде). Магнитное поле формируется в индукторе. Переменный ток, проходя через катушку, создаёт вихревые потоки, которые трансформируют энергию в тепло.

Принцип работы установки индукционного нагрева

Вода, подаваемая через нижний патрубок в котёл, прогревается за счёт передачи энергии, и выходит через верхний патрубок, попадая дальше в систему отопления.

Для создания давления используют встроенный насос. Постоянно циркулирующая в котле вода не позволяет элементам перегреваться. Кроме того, во время работы происходит вибрация теплоносителя (при низком уровне шума) за счёт чего невозможно отложение накипи на внутренних стенках котла.

Индукционные нагреватели могут быть реализованы различными способами.

Расчет мощности

Так как индукционный способ плавки стали менее затратный, чем аналогичных методик, основанных на использовании мазута, угля и других энергоносителей, то расчет индукционной печи начинается с вычисления мощности агрегата.

Мощность индукционной печи подразделяется на активную и полезную, для каждой из них есть своя формула.

В качестве исходных данных нужно знать:

  • емкость печи, в рассматриваемом для прим

Простой индукционный нагреватель 12 В

Простой индукционный нагреватель состоит мощного генератора высокой частоты и низкоомной катушки-контура, которая является нагрузкой генератора.


Генератор с самовозбуждением генерирует импульсы на основании резонансной частоты контура. В результате в катушке возникает мощное переменное электромагнитное поле частотой порядка 35 кГц.
Если в центр этой катушки поместить сердечник из токопроводящего материала, то внутри него возникнет электромагнитная индукция. В результате частой смены эта индукция вызовет в сердечнике вихревые токи, которые в свою очередь повлекут за собой выделение тепла. Это классический принцип преобразования электромагнитной энергии в тепловую.
Индукционные нагреватели очень давно используются во многих областях производства. С их помощью можно делать закалку, бесконтактную сварку, и самое главное - точечный прогрев, а также плавление материалов.
Я покажу вам схему простого низковольтного индукционного нагревателя, которая уже стала классической.

Мы её ещё больше упростим эту схему и стабилитроны «D1, D2» не будем устанавливать.
Элементы, которые понадобятся:
1. Резисторы на 10 кОм – 2 шт.

2. Резисторы на 470 Ом – 2 шт.
3. Диоды Шоттки на 1 А – 2 шт. (Можно другие, главное на ток от 1 А и быстродейственные)
4. Полевые транзисторы IRF3205 – 2 шт. (можно взять любые другие мощные)
5. Индуктор «5+5» - 10 витком с отводом от середины. Чем толще провод, тем лучше. Мотал на деревянной круглой палке, сантиметра 3-4 в диаметре.
6. Дроссель – 25 витков на кольце из блока старого компьютера.
7. Конденсатор 0,47 мкФ. Лучше набирать емкость несколькими конденсаторами и на напряжение не ниже 600 Вольт. Я по началу взял на 400, в результате чего он начал греться, далее заменил его на составной из двух последовательно, но так не делают, просто под рукой больше не было.

Изготовление простой индукционный нагреватель 12 В


Наматываем индуктор.


Собрал всю схему навесным монтажом, отделив колодкой индуктор от всей схемы. Конденсатор желательно располагать в непосредственной близости от выводов катушки. Не как у меня в этом примере в общем. Транзисторы установил на радиаторы. Запитал всю установку от аккумулятора 12 Вольт.


Работает отлично. Лезвие канцелярского ножа нагревает до красноты очень быстро. Рекомендую всем к повторению.
После замены конденсатора они больше не грелись. Транзисторы и сам индуктор греются, если работает постоянно. На небольшое время – не критично почти.


Индукционный нагреватель своими руками, рабочая схема устройства

Индукционный нагреватель незаменимая вещь для кузнецов, токарей, слесарей и домашних мастеров. С его помощью всегда легко и быстро  можно нагреть и даже расплавить металл, вам не нужны дорогие теплоносители, такие, как уголь и газ, достаточно подключить к прибору электричество. Происходит бесконтактный нагрев металла токами высокой частоты, по научному волнами радиочастотного диапазона. Прибор широко применяют для термообработки, закалки и гибки деталей, бесконтактной плавки, пайки и сварки, металлов. В ювелирном деле для термической обработки мелких деталей. В медицине для дезинфекции медицинского инструмента. В автосервисе слесаря нагревают заржавевшие гайки. Так же индуктор устанавливают в индукционных котлах, применяемых для отапливания жилых помещений.

На этом рисунке изображена рабочая схема индукционного нагревателя, который вы легко можете сделать своими руками.

Скачать схему индукционного нагревателя

Устройство состоит из задающего генератора высокой частоты собранного на двух мощных полевых транзисторах. Рабочее напряжение генератора зависит от мощности установленных полевых транзисторов. С транзисторами IRFP250 устройство можно питать напряжением от 12 до 30 вольт. А если установить транзисторы IRFP260, тогда напряжение питания можно поднять от 12 до 60 вольт.

Мощность индуктора заметно возрастет, температура нагрева металла поднимется более 1000 градусов, что позволит плавить металлы. В процессе работы транзисторы будут очень сильно нагреваться, поэтому их надо установить на большие радиаторы и поставить мощный вентилятор. На холостом ходу индуктор потребляет не менее 10А, а в рабочем состоянии не менее 15А, соответственно требуется очень мощный блок питания минимум на 20А.

На этом рисунке изображена печатная плата индукционного нагревателя.

Скачать печатную плату индукционного нагревателя в формате lay

Так же вам понадобятся резисторы R1, R2 на 10К мощностью 0.25 Ватт. Резисторы R3, R4 с сопротивлением 470 Ом не менее 2 Ватт. Диоды D1, D2 ультрабыстрые UF4007 или другие аналогичные на максимальный ток до 1А. Стабилитроны VD1, VD2 мощностью не менее 5 Ватт с напряжением стабилизации 12В например 1N5349 и другие. Дроссели L1, L2  размером 27х14х11 мм желтого цвета с белой полосой я вытащил из компьютерных блоков питания. На каждый дроссель надо намотать 25 витков медного провода диаметром 1 мм желательно в лаковой изоляции, если не найдете, подойдет одножильный провод в полихлорвиниловой изоляции на скорость сильно не влияет.

Конденсаторы С1-С16 металлоплёночные 0.33 мкФ 630В, соединяются параллельно рядами 4х4, в блоке всего шестнадцать штук. С меньшим рабочим напряжением лучше не ставить, будут сильно греться. Между конденсаторами оставляйте небольшое расстояние для хорошего охлаждения потоком воздуха.

Дроссели решил приклеить силиконовым герметиком, чтобы не болтались.

Важную деталь нагревателя, индуктор я сделал из медной трубки диаметром 6 мм длинною 1 метр. Купить такую можно в любом автомагазине типа «Газовщик» и там где торгуют газо-балонным оборудованием для автомобилей. Медную трубку наматываем на кусок полипропиленовой трубы внешним диаметром 40 мм, такая труба используется в пластиковом отоплении. Делаем пять витков, расстояние между верхним краем первого витка и нижним краем пятого витка должно быть 40 мм. Концы трубы изгибаем, как на рисунке и прикрепляем к радиаторам с помощью двух клемных колодок для провода сечением 16 мм².

В процессе работы индуктор будет сильно нагреваться от раскаленной детали, что может привести к повреждению медной трубки, поэтому надо сделать охлаждение. На концы медной трубки я одел силиконовые трубки и подключил насос омывателя лобового стекла автомобиля. Насос от ВАЗ 2114 и силиконовые трубки купил в автомагазине. Получилась нормальная водяная система охлаждения.

Чтобы охлаждать радиаторы и блок конденсаторов поставил мощный вентилятор от процессора. Для питания от 12 вольт такого охлаждения вполне достаточно. Если захотите поднять напряжение от 12 до 60 вольт, чтобы получить максимальную мощность от индукционного нагревателя, поставьте более мощные радиаторы и более производительный вентилятор, например от отопителя салона ВАЗ 2107. Желательно сделать металлическую шторку оберегающую нагреваемую деталь и медный индуктор от потока нагнетаемого вентилятором холодного воздуха.

Поскольку индукционный нагреватель потребляет большой ток около 20А, все дорожки на печатной плате следует усилить медной проволокой, напаянной сверху.

А теперь самое интересное… Испытания индукционного нагревателя я проводил от двенадцати вольтового автомобильного аккумулятора. Другого источника питания способного выдавать большие токи у меня просто нет. Лезвие от канцелярского ножа нагрелось до красна за 10 секунд. А это хороший результат, если учесть, что индуктор запитан всего от двенадцати вольт!

Друзья! Если хотите собрать индукционный нагреватель своими руками. Мой вам совет… Сразу ставьте полевые транзисторы IRFP260, большие радиаторы и мощный вентилятор от отопителя салона ВАЗ 2107, для питания индуктора обязательно используйте мощный источник питания лучше всего начиная от 24В до 60В с силой тока минимум на 20А.

Радиодетали для сборки индукционного нагревателя

  • Транзисторы Т1, Т2 IRFP250 лучше IRFP260 2 шт.
  • Резисторы R1, R2 10K 0.25W 2 шт. R3, R4 470R 2W 2 шт.
  • Диоды D1, D2 ультрабыстрые UF4007 2 шт. или аналогичные
  • Стабилитроны VD1, VD2 на 12V 1W 1N5349 или аналогичные 2 шт.
  • Конденсаторы C1-C16 0.33mf 630V 16 шт.
  • Дроссели от компьютерного БП желтые с белой полосой, размер 27х14х11 мм 2 шт.
  • Колодка клемная для провода сечением 16 мм² 2 шт.
  • Провод медный в лаковой изоляции d=1 мм длина 2 метра
  • Трубка медная d=6 мм, длина 1 метр
  • Радиатор чем больше, тем лучше 2 шт.
  • Насос омывателя лобового стекла от ВАЗ 2114 1 шт.
  • Трубка силиконовая 2 метра
  • Вентилятор чем мощнее, тем лучше. Рекомендую от отопителя салона ВАЗ 2107 1 шт.

Друзья, желаю вам удачи и хорошего настроения! До встречи в новых статьях!

Рекомендую посмотреть видеоролик о том, как сделать индукционный нагреватель своими руками

Преобразователи напряжения, Электроника   500 ватт, бесконтактный нагрев металла, для дома, для квартиры, индуктор, индукционное отопление, индукционный нагрев, индукционный нагреватель, мини горн, мощный обогреватель, на полевых транзисторах, нагреватель для металла, своими руками, токи высокой частоты, электромагнитная инд

Индукционный обогреватель для дома – плюсы и минусы, обзор

Электрическая индукция в промышленности используется давно, в частной жизни встречалась редко, пока не сделали индукционные плиты для кухни. Раз есть плиты, почему не сделать котел? Однако, чтобы производство быстрее окупилось, необходимо быстро реализовать готовую продукцию. Чтобы продать – нужно расхвалить, приукрасить. Чтобы не сожалеть о покупке, необходимо рассмотреть достоинства, недостатки котла.

Стандартная конструкция обогревателя с индукционной катушкой

Устройство, принцип действия индукционного нагревателя

Чтобы разобрать принцип работы индукционного котла, необходимо вспомнить физику. Если по прямому проводнику пропустить постоянный ток, вокруг появится электромагнитное поле. Будет вращаться по часовой стрелке, если смотреть по направлению движения электронов. Когда провод сворачивают в катушку, магнитное поле собирается в пучок, сила увеличивается.

В центр катушки помещают сердечник из токопроводящего материала (проводник). Свободные, слабо закрепленные электроны переместятся к одному концу сердечника. При подаче на катушку переменного тока, магнитный поток меняет направление, электроны движутся от одного края сердечника к другому.

Магнитное поле сконцентрировано, проникает через сердечник, «таская» за собой электроны. Электроны, находящиеся на поверхности, меньше встречают препятствий, чем находящиеся внутри проводника. Преодолевая сопротивление, работают, нагревая материал. Особенность используют в индукционных агрегатах.

Чтобы электроны работали больше, частоту увеличивают. Частоты:

  • средние 1–20 кГц;
  • высокие 30–100 кГц;
  • сверхвысокие 0,1–2 МГц.

Для создания частот используют генераторы. Катушку называют индуктором.

Области применения

При повышении частоты, влияющая способность магнитного потока внутри тела уменьшается. Например, на сверхвысоких частотах глубина разогрева может составлять 1 мм и меньше. Позволит работать с высокоточными инструментами, не деформируя, разогревать мелкие детали, например, в механических часах.

Самое большее применение получили высокочастотные аппараты. Используются для ковки, пайки, закалки металла. Средняя частота применяется в индукционных печах для глубокого нагрева металла.

Индукционный обогреватель – котёл отопления

Пример обогревателя — труба, вокруг которой намотана катушка. Витки изолируются друг от друга, катушка от трубы. Конструкция, генератор могут располагаться в корпусе, например, трубе. При подключении электрической схемы образуется магнитное переменное поле, нагревающее трубу. Нагреваясь, труба отдает тепло жидкости, она передает батареям, конвектору.

Схема устройства

Индукционный котел нагревается очень быстро, отопление не может быть с естественной циркуляцией, необходим насос.

Виды индукционных котлов

Принцип работы водонагревателей одинаковый, однако, существуют отличия в конструкциях:

  • с инверторами;
  • с трубчатым теплообменником;
  • кожуховые;
  • с объемным теплообменником.
Подключенные последовательно котлы увеличивают мощность установки

По частоте тока:

  • низкочастотные SAV;
  • высокочастотные ВИН.

Индукционные обогреватели, если не оговаривается в паспорте, требуют заземления.

Индукционные обогреватели SAV

Обогреватель работает на частоте 50 Гц. Катушка наматывается на металлическую трубу, по ней проходит теплоноситель. В других конструкциях труба огибает наружные витки катушки, поверхность нагрева увеличивается. Оборудование простое. Чтобы увеличить производительность, подключают несколько нагревателей последовательно. Питание котел получает от сети 220, 380 В.

Вода обтекает катушку

ВИН агрегаты отопления

Обогреватель ВИН (вихревой индукционный нагреватель) отличается от предыдущего вида наличием генератора частот. Электрическая схема может получать питание от аккумулятора. Производят из ферромагнитного материала. Стоит ВИН обогреватель значительно больше, чем SAV.

Оценка маркетинговых характеристик-утверждений

Отопление индукционными аппаратами имеет право на существование. Не лишен отрицательных особенностей. Рекламщики иногда умалчивают о недостатках, преувеличивают достоинства, вводя в заблуждение покупателей.

Экономичность

Существует заверение, что индукция повышает КПД. Все электронагреватели имеют КПД не ниже 96%. Получить 100% тяжело, любой проводник в обычных условиях имеет сопротивление. При нагревании материала сопротивление увеличивается. Индуктор — не исключение, часть энергии теряется в катушке, КПД не 100%.

Потери энергии в электронагревателях идут на нагрев теплоносителя.

Возможно, мнение сложилось из-за быстрого нагрева. ТЭН действительно греется медленнее, но запасенная энергия отдается жидкости.

Долговечность

Другое утверждение связано с большим сроком службы, надежностью. Объясняют тем, что в простой конструкции ломаться нечему. В электродных котлах тоже ломаться нечему. Если ТЭН выйдет из строя, можно поменять, чего нельзя сказать про индуктивную катушку.

Неизменность характеристик за срок эксплуатации

Утверждение связано с образованием накипи на нагревательном элементе. На катушке накипь не появится, она не соприкасается с водой. Труба, нагреваемая индуктором, покрывается налетом в тэновом, электродном котлах. Зависит от качества воды, температуры.

Даже в термосе образуется накипь, хотя кипяток там только хранится.

Бесшумность

Еще одно утверждение, не поддающееся логике, что только индукционный аппарат бесшумный. Какой шум издают другие электрические нагревательные приборы? Есть кипятильники. Когда вода закипает, появляется шум. Однако, в котлах это нештатная ситуация. Вода может шуметь в радиаторе, это не связано с обогревателем. Относится к работе насоса, регулировке системы отопления.

Компактность

Утверждение, что индукторная схема самая компактная неверно. Новые модели электродных котлов, обладая хорошей мощностью, имеют меньшие размеры, выглядят симпатичнее. Для координирования индуктора нужен шкаф, где будут располагаться управляющие органы. Электродные, тэновые устройства монтируются в одном корпусе.

Безопасность

Прямая угроза для непосвященного человека. Связано с двумя факторами:

  • опасность электрического тока;
  • сильное магнитное поле.

Электрический прибор, получающий питание от сети, несет потенциальную опасность. Индукционное устройство – трансформатор. Катушка имеет изоляцию, но где гарантия, что прибор собран качественно, изоляция не будет разрушена? Есть схема защиты в виде заземления, автоматов. Особенно, электроприбор представляет опасность для детей.

Если индукция д

Как сделать индукционный нагреватель воды своими руками

Каждый владелец загородного дома или коттеджа, в первую очередь, заботится о том, чтобы в его жилище всегда было тепло и уютно.

Достичь такого комфорта помогает правильно подобранное отопительное оборудование, которое бы эффективно обогревало дом и, в тоже время, затраты на него были минимальными. На сегодняшний день наиболее эффективными отопительными системами считают те, в которых для обогрева используют электрическое оборудование. Мы предлагаем рассмотреть альтернативный вариант электрического отопления.

Современный полет технической мысли позволил создать новый вид электрического оборудования для отопления, который называется вихревой индукционный нагреватель воды. В этой статье мы попытаемся подробно рассказать о том, что собой представляет этот агрегат и какими преимуществами он обладает, а также опишем технологию его изготовления своими руками. (Об особенностях индукционного отопления Вы можете почитать эту статью).

Из чего состоит и как работает

Любой индукционный нагреватель состоит из основных трех компонентов:
  • инвертор, который преобразует бытовую электроэнергию в высокочастотный ток;
  • индуктор, который создает электромагнитное поле;
  • нагревательный элемент, с помощью которого непосредственно нагревается вода.

Принцип же действия нагревателя этого вида заключается в последовательном взаимодействии всех его основных компонентов. Иначе говоря:

  • инвертор вырабатывает высокочастотный ток и подает его непосредственно на индуктор;
  • катушка из определенного количества витков медной проволоки, которая и является индуктором, создает магнитное поле, считающееся причиной появления вихревых потоков;
  • нагревательный элемент, который находится внутри индуктора, под воздействием вихревых токов хорошо разогревается;
  • и как следствие, теплоноситель, который находится внутри теплообменника, одновременно с ним также разогревается, и в горячем виде непосредственно передается в отопительную систему.

Как видим, принцип работы агрегата этого вида достаточно простой, поэтому, можно смело допустить предположение, что индукционный нагреватель воды обладает целым рядом достоинств.

Преимущества

К числу позитивных характеристик индукционного агрегата можно отнести следующие важные моменты:
  1. Долговечность использования. Благодаря не слишком замысловатой конструкции, индукционный нагреватель можно бесперебойно использовать в течение более 30 лет
  2. Экономичность. Коэффициент полезного действия агрегата этого вида приближается к 100%. Иначе говоря, все электричество полностью перерабатывается в тепловую энергию, практически без потерь.
  3. Удобство. Обслуживание индукционного нагревателя не требует постоянного технического обслуживания. Достигается это благодаря тому, что электромагнитное поле, помимо создания нагрева, образует вибрации, которые не дают возможности появлению накипи на внутренних стенках теплообменника.
  4. Компактность. Нагреватели этого вида имеют небольшие габаритные размеры, что способствует их установке в помещениях любого типа.
  5. Бесшумность. Индукционные агрегаты, благодаря своей конструкции, функционируют достаточно тихо.
  6. Экологичность. Котел этого вида не производит выброс вредных продуктов сгорания, поэтому не требуется оборудования дымохода и системы вентиляции.

По анализу отзывов, основным недостатком такого агрегата является его высокая стоимость. Но существует оптимальный выход – сконструировать индукционный нагреватель воды своими руками.

Необходимые инструменты и материалы

Надумав сделать индукционный агрегат своими руками, прежде всего, нужно приготовить все необходимые материалы и инструменты.

Их перечень выглядит следующим образом:

  • кусачки;
  • плоскогубцы;
  • циркуляционный насос;
  • нержавеющая проволока;
  • медная проволока;
  • отрезок трубы из пластика;
  • шаровые краны и переходники;
  • тиристоры.

Схема и порядок сборки

Электрическая схема индукционного нагревателя воды. (Для увеличения нажмите)Конструирование индукционного нагревателя своими руками должно происходить согласно следующим последовательным этапам:

  1. Нагревательный элемент. Один из торцов пластиковой трубы фиксируется металлической сеткой. Затем нержавеющая проволока нарезается кусачками на небольшие отрезки, которые плотно помещаются внутри трубы. При этом очень важно не допускать пустот. Второй торец трубы также фиксируется металлической сеткой.
  2. Индуктор. Поверх пластиковой трубы наматывается медная проволока, которая будет создавать вихревые потоки. При этом очень важно знать, что количество витков должно быть не менее 90.
  3. Инвертор. Этот прибор конструируется на тиристорах, которые позволяют эффективно преобразовывать обычную электроэнергию в высокочастотный ток. Тиристорный инвертор является самым важным компонентом индукционного нагревателя. Стоит также отметить, что у тиристорного преобразователя электронное управление, которое позволяет плавно регулировать подачу тока, а также надежно защищает от аварийных ситуаций.
  4. Подключение. Когда индукционный нагреватель воды полностью смонтирован, то с помощью шаровых кранов и переходников он непосредственно подключается к отопительной системе.

Придерживаясь всех указанных рекомендаций, вы без особых усилий сконструируете индукционный нагреватель своими руками.

Смотрите видео, в котором специалист подробно показывает процесс сборки индукционного нагревателя воды своими руками:

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Высокочастотный индукционный нагрев

Высокочастотный индукционный нагрев

Введение

Индукционный нагрев - это процесс бесконтактного нагрева. Он использует высокочастотное электричество для нагрева электропроводящих материалов. Поскольку процесс нагрева бесконтактный, он не загрязняет нагреваемый материал. Это также очень эффективно, поскольку тепло фактически генерируется внутри детали. Это можно противопоставить другим методам нагрева, где тепло генерируется в пламени или нагревательном элементе, который затем прикладывается к заготовке.По этим причинам индукционный нагрев находит уникальное применение в промышленности.

Как работает индукционный нагрев?

Источник высокочастотного электричества используется для пропускания большого переменного тока через катушку. Эта катушка известна как рабочая катушка. Смотрите картинку напротив.

Прохождение тока через эту катушку создает очень интенсивное и быстро меняющееся магнитное поле в пространстве внутри рабочей катушки.Обогреваемая деталь помещается в это интенсивное переменное магнитное поле.

В зависимости от материала заготовки происходит ряд вещей ...

Переменное магнитное поле индуцирует ток в проводящей детали. Расположение рабочей катушки и заготовки можно рассматривать как электрический трансформатор. Рабочая катушка похожа на первичную обмотку, на которую подается электрическая энергия, а заготовка похожа на однооборотную вторичную обмотку, которая замкнута накоротко.Это вызывает протекание огромных токов через заготовку. Они известны как вихревые токи.

В дополнение к этому высокая частота, используемая в приложениях индукционного нагрева, вызывает явление, называемое скин-эффектом. Этот скин-эффект заставляет переменный ток тонким слоем течь к поверхности заготовки. Скин-эффект увеличивает эффективное сопротивление металла прохождению большого тока. Следовательно, он значительно увеличивает эффект нагрева, вызванный током, индуцированным в заготовке.

(Хотя в данном случае желателен нагрев из-за вихревых токов, интересно отметить, что производители трансформаторов делают все возможное, чтобы избежать этого явления в своих трансформаторах. Используются ламинированные сердечники трансформаторов, порошковые железные сердечники и ферриты для предотвращения протекания вихревых токов внутри сердечников трансформатора.Прохождение вихревых токов внутри трансформатора крайне нежелательно, поскольку оно вызывает нагрев магнитного сердечника и приводит к потере энергии.)

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 не может быть нагрева материала 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, где 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 трубки, и источник переменного тока включен.Через несколько 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, поскольку в процессе индукции поверхность металла нагревается очень быстро. Следовательно, его можно использовать для поверхностного упрочнения и упрочнения локализованных участков металлических деталей за счет «опережения» теплопроводности тепла вглубь детали или окружающих областей.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 высокочастотной электроэнергии,
  2. Рабочая катушка для создания переменного магнитного поля,
  3. Нагреваемая электрически проводящая деталь,

Сказав это, практические системы индукционного нагрева обычно немного сложнее. Например, между высокочастотным источником и рабочей катушкой часто требуется цепь согласования импеданса, чтобы гарантировать 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 контур резонансного 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:

Серия резонансный контур резервуара

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 для таких приложений, как рисоварки, где заготовкой всегда является одна и та же варочная емкость, и 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 проводить 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, генерируемого прохождением 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.Ключевой момент, о котором следует помнить, заключается в том, что этот огромный ток локализован в рабочей катушке и ее конденсаторе и просто представляет собой колебания 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, вводя 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.

Мы можем представить себе контур резервуара, включающий рабочую катушку (Lw) и ее конденсатор (Cw), как параллельный резонансный контур.

Он имеет сопротивление (R) из-за того, что деталь с потерями, соединенная с рабочей катушкой, из-за магнитной связи между двумя проводниками.

См. Схему напротив.

На практике сопротивление рабочей катушки, сопротивление емкостного конденсатора и отраженное сопротивление заготовки - все это вносит потери в контур емкости и гасит резонанс. Поэтому полезно объединить все эти потери в одно «сопротивление потерь». В случае параллельного резонансного контура это сопротивление потерь проявляется непосредственно в контуре резервуара в нашей модели.Это сопротивление представляет собой единственный компонент, который может потреблять реальную мощность, и поэтому мы можем рассматривать это сопротивление потерь как нагрузку, на которую мы пытаемся эффективно направить мощность.

При резонансном возбуждении ток, потребляемый емкостным конденсатором и рабочей катушкой, равны по величине и противоположны по фазе и, следовательно, нейтрализуют друг друга в отношении источника энергии. Это означает, что единственная нагрузка, которую видит источник питания на резонансной частоте, - это сопротивление потерь в цепи 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 от источника, но не способствует полезному нагреву детали.)

Задача согласующей цепи - просто преобразовать это относительно большое сопротивление потерь в контуре 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.

В случае сети L-match он может преобразовать относительно высокое сопротивление нагрузки цепи резервуара до примерно 10 Ом, что лучше подходит для инвертора. Эта цифра типична для того, чтобы инвертор мог работать от нескольких сотен вольт, сохраняя при этом токи на среднем уровне, чтобы можно было использовать стандартные переключаемые полевые МОП-транзисторы для выполнения операции переключения.

Сеть L-соответствия состоит из компонентов Lm и Cm, показанных напротив.

Сеть L-match имеет несколько очень желаемых свойств в этом приложении. Катушка индуктивности на входе в L-образную цепь представляет постепенно возрастающее 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 всплескам 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 сопротивление Lm в согласующей цепи, а все гармоники формы волны возбуждения видят постепенно возрастающее индуктивное сопротивление. Это означает, что максимальный ток протекает только с заданной частотой, а гармонический ток незначителен, 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 в полевых МОП-транзисторах, работающих при высоких напряжениях.Общий результат - меньший нагрев полупроводников и увеличение срока службы.

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

  1. Согласование импеданса, позволяющее подавать необходимое количество энергии от инвертора к заготовке,
  2. Показано возрастающее индуктивное сопротивление к высокочастотным гармоникам для обеспечения безопасности и благополучия инвертора.

Глядя на предыдущую схему выше, мы видим, что конденсатор в согласующей цепи (Cm) и резервуарный конденсатор (Cw) подключены параллельно.На практике обе эти функции обычно выполняются с помощью специально созданного силового конденсатора. Большую часть его емкости можно представить как находящуюся в параллельном резонансе с рабочей катушкой, при этом небольшая величина обеспечивает действие согласования импеданса с согласующей катушкой индуктивности (Lm). Объединение этих двух емкостей в одну приводит нас к модели LCLR для устройство рабочей катушки, которое обычно используется в промышленности для индукционного нагрева.

Рабочая катушка LCLR

Эта схема включает рабочую катушку в параллельный резонансный контур и использует схему L-соответствия 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 контуру бака течет сравнительно небольшой ток, поэтому можно использовать более легкий кабель.
  3. Любая паразитная индуктивность линии передачи просто становится частью согласованной индуктивности сети (Лм). Следовательно, тепловая станция может быть расположена вдали от инвертора.
  4. Инвертор видит синусоидальный ток нагрузки, поэтому он может использовать ZCS или ZVS для снижения коммутационных потерь и, следовательно, охлаждения.
  5. Последовательный согласующий индуктор может быть изменен для обслуживания различных нагрузок, размещенных 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-match в схему 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 основной блок питания в индукционном нагревателе достаточную электрическую изоляцию для удовлетворения этих требований безопасности.

Принципиальная схема

На схеме ниже показан простейший инвертор, приводящий в действие его рабочую катушку LCLR.

Обратите внимание, что эта схема НЕ ПОКАЗЫВАЕТ схему управления затвором и управляющую электронику полевого МОП-транзистора!

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 сводит к минимуму 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 катушки индуктивности также обеспечивают ряд дополнительных преимуществ при таком параллельном подключении инверторов. 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, такое 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 имеет только эффект небольшого ухудшения распределения тока. Следовательно, 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. Бачковый конденсатор обрыва цепи.

Все эти отказы приводят к увеличению импеданса инвертора 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, потому что 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 определенно не должно сохраняться в течение какого-либо периода времени. Резонансная частота должна отслеживаться до ее предела, затем отключение системы, если она выходит за пределы допустимого диапазона частот.

Методы регулирования мощности

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 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 представляет 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 заготовки 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. Электроэнергия подается 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 цепи резервуара, включающей рабочую катушку. Поскольку рабочая частота инвертора отодвигается от резонансной частоты контура резервуара, резонансный рост в контуре резервуара 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 по-прежнему включаются с нулевым напряжением на них, и нет проблем с восстановлением свободного хода диода. (Это можно контрастировать с ситуацией, которая могла бы возникнуть, если бы инвертор был отстроен на низкую сторону 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 есть 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 находится 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, приводимого в действие 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 импеданса. 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 сопротивление нагрузки, передаваемое инвертору. Эта более легкая нагрузка приводит к более низкому потоку 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 предполагаемой 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 электрическую изоляцию, а также выполнять функцию преобразования импеданса для настройки пропускной способности.

Кроме того, если ферритовый силовой трансформатор расположен 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 импедансы обеих обмоток относительно высоки. 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 фазовым сдвигом 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 в индукционном нагреве большой мощности, пожалуй, самые высокие из всех типов конденсаторов. 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 использование расширенных методов изготовления фольги позволяют минимизировать количество выделяемого тепла и свести к минимуму эффективную последовательную индуктивность. Однако даже при использовании этих технологий конденсаторы индукционного нагрева по-прежнему демонстрируют значительное рассеивание мощности из-за огромных высокочастотных токов, которые они должны нести. Поэтому важным фактором в их конструкции является возможность эффективного отвода тепла из конденсатора для продления срока службы диэлектрика.

Следующие производители производят специальные компоненты:

High Energy Corp.(Дистрибьютором в Великобритании является AMS Technologies.)

Компоненты Vishay.

Силовые конденсаторы Celem. базируется в Израиле.


Диапазон мощных конденсаторов индукционного нагрева от High Energy Corp.


Слюдяные конденсаторы высокой мощности с кондуктивным охлаждением от Celem Power Capacitors. Celem
(изображения любезно предоставлены Стивом Коннером)

Обратите внимание на большую площадь поверхности соединительных пластин на компонентах Celem с кондуктивным охлаждением и номинальную реактивную мощность (KVAR), указанную на паспортной табличке.Изображенные выше силовые агрегаты в алюминиевых корпусах имеют соединения для шлангов водяного охлаждения для отвода тепла, выделяемого внутри.

Частотная характеристика сети LCLR

Сеть LCLR представляет собой резонансную систему 3-го порядка, состоящую из двух катушек индуктивности, одного конденсатора и одного резистора. График Боде ниже показывает, как некоторые напряжения и токи в сети изменяются при изменении частоты привода. ЗЕЛЕНЫЕ дорожки представляют ток, проходящий через согласующую катушку индуктивности, и, следовательно, ток нагрузки, воспринимаемый инвертором.КРАСНЫЕ линии представляют собой напряжение на баке конденсатора, которое совпадает с напряжением на рабочей катушке индукционного нагрева. На верхнем графике показаны значения этих двух величин переменного тока, а на нижнем графике показана относительная фаза сигналов относительно выходного переменного напряжения инвертора.

Из амплитудной части графика Боде можно увидеть, что максимальное напряжение возникает на рабочей катушке (верхняя красная кривая) только на одной частоте. На этой частоте ток через рабочую катушку также максимален, и наибольший эффект нагрева проявляется на этой частоте. Можно видеть, что эта частота соответствует максимальному току нагрузки, потребляемому инвертором (верхняя зеленая кривая). Стоит отметить, что величина тока нагрузки инвертора имеет нулевое значение на частоте, лишь немного меньшей, чем та, которая дает максимальный нагрев. . Этот график показывает важность точной настройки для индукционного нагрева. Для системы с высокой добротностью эти две частоты очень близки друг к другу. Разница между максимальной и минимальной мощностью может составлять всего несколько килогерц.

На нижнем графике видно, что для частот ниже точки максимальной мощности напряжение рабочей катушки (зеленый) синфазно с выходным напряжением инвертора. По мере увеличения рабочей частоты фазовый угол напряжения рабочей катушки резко изменяется на 180 градусов (инверсия фазы) прямо в точке, где обрабатывается максимальная мощность. При этом фазовый угол напряжения рабочей катушки остается смещенным на 180 градусов от выходного напряжения инвертора для всех частот выше точки максимальной мощности.

На нижнем графике мы также можем видеть, что ток нагрузки от инвертора демонстрирует не одно, а два резких изменения фазы по мере постепенного увеличения рабочей частоты. Изначально ток нагрузки инвертора отстает от выходного напряжения инвертора на 90 градусов на низких частотах. Ток нагрузки резко изменяется на 180 градусов до опережения фазы 90 градусов, когда рабочая частота проходит через «нулевую частоту» сети. Инверторный ток остается опережающим на 90 градусов, пока не будет достигнута точка максимальной мощности, где он снова резко поворачивается на 180 градусов и снова возвращается к фазе запаздывания на 90 градусов.

Если учесть, что только ток на выходе инвертора, который синфазен с выходным напряжением, способствует передаче реальной мощности, мы можем видеть, что эти резкие переходы от -90 градусов до +90 градусов явно нуждаются в более подробном рассмотрении.

График Боде выше более подробно показывает интересующую область вокруг нулевой частоты и точки максимальной мощности. Он также показывает семейство кривых, отображающих поведение контура индукционного нагревателя с множеством различных деталей.Это позволяет нам понять, как сеть ведет себя с большой заготовкой с потерями, при отсутствии заготовки вообще и со всеми нагрузками между ними.

Без установленной детали потери низкие, а добротность высокая. Это приводит к резким скачкам токов и напряжений на верхнем графике и резко изменяющимся фазовым сдвигам на нижнем графике. Когда вводится деталь с потерями, общая добротность сети LCLR падает. Это вызывает менее резонансный рост тока нагрузки инвертора и напряжения на рабочей катушке.Резонансные пики становятся менее высокими и шире с уменьшением добротности. Точно так же фаза формы волны тока инвертора и напряжение рабочей катушки изменяются менее быстро для более низких значений добротности.

Из этих графиков мы можем сделать некоторые выводы для любой системы управления, которая должна отслеживать резонансную частоту расположения LCLR и контролировать пропускную способность мощности. Во-первых, когда нет заготовки, в цепи LCLR возникает на больше резонансных колебаний. Следовательно, ток, подаваемый от инвертора, должен быть уменьшен, чтобы предотвратить резкое увеличение токов рабочей катушки и резервуарного конденсатора при отсутствии каких-либо значительных потерь в системе.Во-вторых, ток нагрузки инвертора без нагрузки должен отслеживаться очень точно, если инвертор не должен видеть ни опережающий, ни запаздывающий ток нагрузки, потому что он так быстро нарастает на ноль градусов.

И наоборот, мы можем сказать, что с большой заготовкой с потерями будет меньше резонансного подъема, присущего схеме LCLR, и инвертор должен будет подавать больший ток нагрузки, чтобы достичь необходимого уровня тока в рабочей катушке. Однако управляющей электронике теперь не нужно так точно отслеживать резонансную частоту, поскольку уменьшенная добротность дает ток нагрузки, который смещает фазу более неторопливо.

Наконец, при рассмотрении стратегии автоматического управления для отслеживания резонансной частоты индукционного нагревателя LCLR следует рассмотреть ряд моментов, которые следует учитывать на графике выше. Для материалов заготовки с очень большими потерями (или больших объемов металла, которые приводят к значительным общим потерям) мы можем видеть, что фаза тока нагрузки инвертора (нижний зеленый график) иногда не может перейти через ноль градусов к опережающей фазе. Это означает, что ток нагрузки инвертора при больших нагрузках не может быть синфазным и всегда на определенную величину отстает.Кроме того, ток нагрузки инвертора не является монотонным при качании частоты. Поэтому прямая обратная связь от трансформатора тока (ТТ) на выходе инвертора не является жизнеспособным вариантом. Хотя может показаться, что он работает нормально без установленной детали или с умеренными нагревательными нагрузками, он не отслеживает правильно резонансную частоту и не сможет работать удовлетворительно при увеличении рабочей нагрузки и падении Q сети! (Прямая обратная связь от выходного тока инвертора с использованием трансформатора тока для формирования автономного генератора мощности приводит к конструкции, которая колеблется при низкой нагрузке, но выходит из автоколебания при увеличении рабочей нагрузки. )

Напротив, мы можем видеть, что фаза напряжения рабочей катушки (и напряжения конденсатора емкости) (нижний красный график) является монотонной с увеличением частоты. Кроме того, он постоянно проходит через точку запаздывания фазы -90 градусов точно на той частоте, которая дает максимальную мощность, независимо от того, насколько сильно загружена рабочая катушка. Эти два достоинства делают форму волны напряжения емкостного конденсатора отличной регулируемой переменной. В заключение, частота инвертора должна регулироваться таким образом, чтобы обеспечить постоянное запаздывание в 90 градусов между напряжением емкостного конденсатора и выходным напряжением инвертора для достижения максимальной пропускной способности. Теперь мы можем обозначить некоторые области интереса на диаграмме Боде ниже.

Белая вертикальная линия указывает частоту, при которой напряжение на баке конденсатора (а также напряжение рабочей катушки) отстает от выходного напряжения инвертора на 90 градусов. Это также точка, где максимальное напряжение развивается на рабочей катушке и через нее протекает максимальный ток. Белая линия - это то место, где вы хотите достичь максимально возможного теплового эффекта в заготовке. Если мы посмотрим на фазу тока нагрузки инвертора (нижний зеленый график), мы увидим, что она всегда находится в диапазоне от 0 градусов до -90 градусов, когда он пересекает белую линию, независимо от того, насколько резко или медленно он поворачивается.Это означает, что инвертор всегда видит ток нагрузки, который либо синфазен, либо, в худшем случае, немного отстает по коэффициенту мощности. Такая ситуация идеальна для поддержки мягкого переключения ZVS в инверторе и предотвращения проблем с обратным восстановлением свободного диода.

Справа от белой линии мы видим область, заштрихованную синим цветом, с надписью «Область индуктивной нагрузки». Когда рабочая частота увеличивается выше точки максимальной мощности, напряжение на рабочей катушке уменьшается, и в детали создается меньший эффект нагрева. Ток нагрузки инвертора также падает и начинает отставать по фазе относительно выходного напряжения инвертора. Эти свойства делают область, заштрихованную синим цветом, идеальным местом для работы с целью достижения контроля над мощностью индукционного нагрева. Путем отстройки частоты привода инвертора на сторону высокого значения точки максимальной мощности можно снизить пропускную способность, и инвертор всегда видит запаздывающий коэффициент мощности.

И наоборот, слева от белой линии у нас есть полоса частот, обозначенная как «Область емкостной нагрузки.«Поскольку рабочая частота снижается ниже точки максимальной мощности, напряжение рабочей катушки также падает и имеет место меньший эффект нагрева. Однако это сопровождается тем, что ток нагрузки инвертора, возможно, переходит в опережающий фазовый угол, когда потери в заготовке низкие. и высокий коэффициент Q. Это нежелательно для многих твердотельных инверторов, так как ведущий ток нагрузки вызывает потерю ZVS и приводит к принудительному обратному восстановлению безынерционных диодов, вызывая повышенные коммутационные потери и выбросы напряжения. Поэтому область емкостной нагрузки не рекомендуется для управления пропускной способностью.

Вертикальная фиолетовая линия отмечает другой конец области емкостной нагрузки, где ток нагрузки инвертора снова переходит в отстающий «индуктивный» ток нагрузки. Эта вторая индуктивная область не представляет особого интереса, поскольку она не обеспечивает значительную пропускную способность по мощности и в любом случае не может быть достигнута без прохождения через потенциально опасную область емкостной нагрузки. Когда сеть LCLR приводится в действие напряжением прямоугольного инвертора, существует также риск значительного протекания тока на гармонике частоты привода.Он отмечен на схеме здесь только для полноты картины.

Примечание: Фаза напряжения емкостного конденсатора была предложена в качестве регулирующей переменной и подробно обсуждалась на графиках выше. Это связано с тем, что это напряжение может быть легко измерено с помощью высокочастотного трансформатора напряжения и обеспечивает всю необходимую управляющую информацию. Несмотря на то, что он демонстрирует сдвиг фазы на 90 градусов относительно выходного напряжения инвертора (что на первый взгляд может показаться нежелательным), он по-прежнему является лучшей управляющей переменной, чем попытки измерить ток конденсатора емкости.Хотя ток резервуарного конденсатора синфазен с выходным сигналом инвертора, этот ток может составлять многие сотни ампер, что делает использование ферритовых трансформаторов тока с закрытым сердечником непрактичным. Кроме того, фазовый сдвиг на 90 градусов формы волны напряжения емкостного конденсатора означает, что его переходы через ноль намеренно смещены во времени в сторону от потенциально шумных моментов переключения инвертора. Этот фазовый сдвиг на -90 градусов сигнала обратной связи по напряжению может быть учтен в конструкции управляющей электроники и является небольшой платой за упрощенное считывание и повышенную помехоустойчивость.

Требования к охлаждению

# Добавить сюда отзыв про водяное охлаждение #

Нагревательные картинки

Формы сигналов

Это показывает форму выходного тока инвертора при возбуждении рабочей катушки LCLR близко к его резонансной частоте. Эта точка соответствует максимальной мощности и, следовательно, максимальному эффекту нагрева. Обратите внимание, что ток нагрузки инвертора представляет собой почти чистую синусоиду.

Здесь показана форма волны выходного тока инвертора при возбуждении рабочей катушки LCLR, значительно превышающей ее собственную резонансную частоту. Эта рабочая точка снижает мощность и тепловой эффект. На частотах выше собственной резонансной частоты рабочей катушки LCLR преобладает индуктивное сопротивление согласующей цепи, и ток нагрузки инвертора отстает от приложенного напряжения.Обратите внимание на треугольный ток нагрузки, вызванный индуктивной нагрузкой, интегрирующей выходное прямоугольное напряжение инвертора с течением времени.

Показывает напряжение на рабочей катушке при нормальной работе при приближении к резонансу. Обратите внимание, что форма волны напряжения представляет собой чистую синусоиду. Это также верно для формы волны тока и сводит к минимуму гармоническое излучение и радиочастотные помехи. В этом случае напряжение на рабочей катушке также выше, чем напряжение шины постоянного тока, подаваемое на инвертор.Оба эти свойства объясняются высокой добротностью контура индукционного нагревателя.

Показывает выходное напряжение инвертора, когда он неправильно настроен на частоту ниже собственной резонансной частоты рабочей катушки. Обратите внимание на очень быстрое время нарастания и спада прямоугольной волны, сопровождающееся чрезмерным выбросом напряжения и звоном. Все это связано с принудительным обратным восстановлением корпусных диодов полевого МОП-транзистора при сохранении этого нежелательного режима работы.(Выбросы и звонки возникают из-за всплесков тока обратного восстановления, вызывающих ударную паразитную индуктивность в схеме инвертора, превращающуюся в паразитные колебания.)

Показывает выходное напряжение инвертора, когда он настроен немного выше собственной резонансной частоты рабочей катушки. Обратите внимание на то, что времена нарастания и спада прямоугольной волны более контролируемы, а выбросы или звонки сравнительно небольшие. Это связано с переключением нулевого напряжения (ZVS), которое происходит, когда инвертор работает в этом благоприятном рабочем режиме.

Показывает выходное напряжение инвертора, когда он точно настроен на резонансную частоту рабочей катушки. Хотя в этой ситуации действительно достигается максимальная пропускная способность, она не совсем обеспечивает переключение при нулевом напряжении полевых МОП-транзисторов. Обратите внимание на маленькие выемки на фронтах нарастания и спада сигнала напряжения. Это происходит из-за того, что средняя точка опоры моста не была полностью переключена на противоположную шину питания в течение мертвого времени перед включением следующего полевого МОП-транзистора.На практике небольшое индуктивное реактивное сопротивление инвертора помогает обеспечить требуемый коммутирующий ток и достичь ZVS. По этой причине ситуация, описанная для предыдущей фотографии, предпочтительнее точной настройки.

Вернуться на главную

Индукционный нагрев - блог Mohan's electronics

Индукционный нагрев - это нагрев электропроводящего материала с использованием энергии от Электромагнитного излучения . Процесс электромагнитной индукции создает в проводнике вихревых токов ( ток Фуко, ), и в результате этого процесса сопротивление вызывает нагрев проводящего материала из-за нагрева Джоулей. Индукционная готовка - это модель Беспламенная готовка , в которой используется ферромагнитное свойство некоторых металлов и электромагнитная индукция.


Индукционный нагреватель имеет электромагнит , через который проходит высокочастотный переменный ток .Используемая частота переменного тока зависит от многих факторов, включая материал и размер проводника и соединение рабочей катушки и проводника. Частота сети 50 Гц или 60 Гц используется во многих практических приложениях, включая индукционную плиту . Проводники из железа и сплавов хорошо реагируют на индукционный нагрев благодаря ферромагнитным свойствам.

При индукционном приготовлении тепло выделяется непосредственно в кастрюле, а не в других частях плиты.Но кастрюля должна быть ферромагнитной, такой как железная или стальная.

Индукционная плита имеет большую круглую катушку , состоящую из обмоток из эмалированной меди , размещенную под местом для кастрюли. Когда переменный ток определенной частоты проходит через катушку, возникает осциллирующее магнитное поле , которое наводит электрический ток в материал емкости. Когда этот Вихревой ток ( Не шокирующий ) проходит через материал горшка, в молекулах (, не путайте, молекулы материала горшка) возникает трение, и тепло.Это тепло передается воде для кипячения содержимого кастрюли.

Индукционная катушка

Вид изнутри

Конструкция индукционной плиты очень проста, внутри нет громоздких деталей. Помимо большой круглой катушки, он содержит печатную плату на базе микропроцессора для управления различными функциями и регулирования частоты переменного тока, проходящего через катушку, и охлаждающего вентилятора. Внутри ничего кроме этих деталей нет.


Как становится работоспособным?
Индукционная готовка энергоэффективна и быстрее, чем обычная готовка на пламени или нагреватель. Одной из важных особенностей индукционного приготовления пищи является то, что уровень энергии и использование мощности можно контролировать в зависимости от использования, и нет потерь электроэнергии, как в змеевиках. Другой привлекательной особенностью является отсутствие опасности поражения электрическим током или ожогов, поскольку индукционный нагрев происходит в самой кастрюле.От контакта с кастрюлей нагревается только поверхность варочной поверхности. Воздух вокруг индукционного нагревателя не нагревается, что еще больше увеличивает энергоэффективность устройства.
Эффективная индукционная варка имеет место, если используются стальные емкости из-за ее магнитных свойств, и сталь концентрирует все индуцированные токи на поверхности, так что эффект нагрева становится сильнее. Алюминий и другие немагнитные материалы не подходят для индукционной варки, так как индуцированное магнитное поле проникает глубоко в материал, создавая лишь небольшое сопротивление.

Индукционная плита имеет множество систем контроля для эффективного функционирования. Он может определить, есть ли над ним ферромагнитный горшок, измерив тепло. Он также может определить, есть ли в горшке какое-либо содержимое (вода или еда). Он также отключается, если какое-либо из этих условий не выполняется. Это предотвращает опасные результаты, как при приготовлении пищи на газе или обогревателе.

Некоторые важные особенности индукционного приготовления:


1. Тепловой КПД - максимальное тепловыделение при малом токе.
2. Постоянство тепла - Тепловыделение равномерное и постоянное в течение всего периода.
3. Меньше времени - Продолжительность приготовления составляет половину или меньше половины времени приготовления на газе. Но время зависит от количества и типа еды. Сушка при перемешивании происходит быстрее, чем при кипячении.
4 . Безопаснее - Безопаснее, так как нет открытого огня или горячих сковород.
5. Clean - Горшки легко чистить, так как в них не накапливается дым, а поверхность посуды ровная.
6. Без удара - Имеется полная изоляция поверхности нагрева и внутренней электрической цепи. Между нижним змеевиком и варочной поверхностью есть воздушный зазор.
7. Холодная варочная поверхность - Варочная поверхность (место для размещения кастрюли) имеет плохой проводник тепла, поэтому тепло не будет передаваться от кастрюли к поверхности. После снятия кастрюли к варочной поверхности можно легко дотронуться.
8. Легкий вес - Портативный и простой в обращении.
9. Потребляемая мощность - Зависит от потребляемой мощности и продолжительности приготовления. В любом случае, это экономически выгоднее, чем приготовление пищи на газе или обогревателе.
10 . Некоторые помехи. - Радиочастотные инструменты, кардиостимуляторы и т. Д. Могут работать неустойчиво возле индукционной плиты из-за сильного магнитного поля.

Кухонная посуда
При приготовлении пищи на индукционной плите наибольшее значение имеет посуда. Не все сосуды или кастрюли могут быть использованы, поскольку для индукционного приготовления требуется магнитная индукция.
1. Лучше всего подойдут горшки из черного металла или железа.
2. Если используется горшок из нержавеющей стали, он должен относиться к категории ферромагнитных.

Потребление тока

Многие из нас сомневаются, что индукционный нагрев потребляет много тока. Ознакомьтесь с некоторыми фактами о текущем потреблении.

В Катушечный нагреватель большая часть тока теряется, и эффективность снижается до 20-40%. Но в Индукционный нагрев потери энергии очень низкие, а эффективность составляет 80-90%. Сравнение можно

  1. В нагревателе Coil, катушка потребляет большой ток (зависит от размера, длины, сопротивления катушки и т. Д.) Для нагрева. В индукционном нагревателе ток регулируется через катушку микроконтроллером.
  2. Тепловые потери происходят в змеевике через воздушное пространство между змеевиком и поддоном. В индукционном нагревателе материал емкости нагревается, и происходит эффективная передача энергии через внутреннюю поверхность емкости.
  3. Когда входное напряжение переменного тока падает, змеевиковый нагреватель потребляет большой ток и требует много времени для приготовления, но при индукционном нагреве напряжение регулируется, а потребление тока равномерное. Причем на приготовление уходит половина меньше половины времени.
  4. Мощность змеевика фиксирована (1000–3000 Вт), поэтому потребляемая мощность одинакова независимо от количества готовящейся пищи. Но в индукционном нагревателе мощность можно регулировать от 200 Вт до 1800 Вт в зависимости от типа приготовления, например, горячего горшка или жарки.

Некоторые сведения о потреблении электроэнергии в домашних условиях

Внутренний источник питания: 230 В 50 кГц или 110 В 60 Гц .Внутреннее потребление тока зависит от мощности используемого прибора. Потребление тока рассчитывается по формуле

.

I = W / V

I - ток, используемый в амперах, Вт, - мощность прибора, а В, - источник питания 230 В.

Например, спиральный нагреватель мощностью 1000 Вт потребляет 4,35 ампера за один час при 230 вольт.

Мощность прибора можно рассчитать по формуле

W = V x I

Счет за электроэнергию

Счет за электроэнергию основан на использовании тока бытовыми приборами.Если змеевик мощностью мощностью 1000 Вт используется в течение одного часа, используется 1 единица тока . Потребление тока рассчитывается по формуле

.

Всего Вт x 1 час / 1000

Например, общая мощность всех используемых электроприборов составляет 500 Вт, потребление энергии за один час будет

.

500 x 1/1000 = 0,5 единиц

Если потребление в час равно 0.5 единиц и бытовая техника используются 8 часов в день, тогда потребление энергии составит 4 единицы в день и 120 единиц в месяц

Меры предосторожности

  1. Включайте индукционную плиту только после того, как поместите кастрюлю с материалом.
  2. Выключите прибор перед тем, как вынуть горшок.
  3. Не отключайте и не выключайте питание от розетки переменного тока, пока охлаждающий вентилятор не остановится. Это необходимо для снятия всего магнитного поля, накопленного в устройстве.
  4. Используйте кастрюлю с круглой плоской поверхностью с диаметром, который точно совпадает с маркировкой на поверхности кастрюли плиты (поверхность кастрюли имеет такой же диаметр, как и диаметр змеевика внутри). Это увеличивает эффективность приготовления.
  5. Всегда очищайте дно кастрюли перед тем, как ставить на индукционную плиту.
  6. Всегда очищайте поверхность плиты после приготовления.
  7. Храните индукционную плиту в хорошо вентилируемом и защищенном от влаги месте.
  8. После использования отключите плиту от розетки переменного тока.

8,467316 76,947834

Нравится:

Нравится Загрузка ...

Связанные

Определение индукционного нагревателя и синонимы индукционного нагревателя (на английском языке)

Из Википедии, бесплатная энциклопедия

Индукционный нагреватель является ключевым элементом оборудования, используемого во всех формах индукционного нагрева. Обычно индукционный нагреватель работает в диапазоне средних частот (MF) или радиочастоты (RF). [1] Три основных компонента составляют основу современного индукционного нагревателя, включая блок питания (силовой инвертор), рабочую головку (трансформатор) и катушку (индуктор). Индукционный нагрев - это бесконтактный метод нагрева проводящего тела с помощью сильного магнитного поля. Индукционные нагреватели с частотой питания (от сети) 50/60 Гц включают катушку, питаемую непосредственно от источника электроэнергии, как правило, для промышленных применений с меньшей мощностью, где требуются более низкие температуры поверхности.

Компоненты основного оборудования

Индукционный нагреватель обычно состоит из трех элементов.

Блок питания

Часто называют инвертором или генератором. Эта часть системы используется для увеличения частоты сети до 1–400 кГц. Типичная выходная мощность единичной системы составляет от 2 до 500 кВт. [2]

Рабочая головка

Она содержит комбинацию конденсаторов и трансформаторов и используется для соединения блока питания с рабочей катушкой. [3]

Рабочая катушка

Катушка, также известная как индуктор, используется для передачи энергии от силового агрегата и рабочей головки к обрабатываемой детали.Сложность индукторов варьируется от простого соленоида с обмоткой, состоящего из нескольких витков медной трубки, намотанной вокруг оправки, до прецизионного элемента, изготовленного из твердой меди, спаянного и спаянного вместе. Поскольку индуктор - это область, в которой происходит нагрев, конструкция катушки является одним из наиболее важных элементов системы и сама по себе является наукой. [4]

Определение

Термин «высокочастотная индукция» традиционно используется для описания индукционных генераторов, предназначенных для работы в диапазоне частот от 100 кГц до 10 МГц, однако на практике диапазон частот имеет тенденцию охватывать от 100 до 10 МГц. 200 кГц.Диапазон мощности обычно составляет от 2,5 до 40 кВт. Как правило, индукционные нагреватели в этом диапазоне используются для небольших компонентов и приложений, таких как индукционная закалка клапана двигателя. [5]

Термин «индукция МП» традиционно используется для описания индукционных генераторов, предназначенных для работы в диапазоне частот от 1 до 10 кГц. Диапазон мощности обычно составляет от 50 до 500 кВт. Индукционные нагреватели, работающие в этих диапазонах, обычно используются для средних и крупных компонентов и приложений, таких как индукционная ковка вала. [1]

История

Основной принцип индукционного нагрева был открыт Майклом Фарадеем еще в 1831 году. Работа Фарадея заключалась в использовании импульсного источника постоянного тока, обеспечиваемого батареей, и двух обмоток медного провода, намотанных вокруг железное ядро. Было отмечено, что, когда переключатель был замкнут, во вторичной обмотке протекал мгновенный ток, который можно было измерить с помощью гальванометра. Если цепь оставалась под напряжением, ток прекращал течь.При размыкании переключателя ток снова течет во вторичной обмотке, но в обратном направлении. Фарадей пришел к выводу, что, поскольку между двумя обмотками не существует физической связи, ток во вторичной катушке должен быть вызван напряжением, которое было наведено от первой катушки, и что создаваемый ток прямо пропорционален скорости изменения магнитного потока. [6]

Первоначально эти принципы использовались при разработке трансформаторов, двигателей и генераторов, где нежелательные эффекты нагрева контролировались за счет использования многослойного сердечника.

В начале 20 века инженеры начали искать способы использовать теплогенерирующие свойства индукции для плавления стали. В этой ранней работе для создания тока средней частоты (СЧ) использовались двигатели-генераторы, но отсутствие подходящих генераторов переменного тока и конденсаторов правильного размера сдерживало первые попытки. Однако к 1927 году первая система индукционной плавки MF была установлена ​​EFCO в Шеффилде, Англия.

Примерно в то же время инженеры Midvale Steel и Ohio Crankshaft Company в Америке пытались использовать эффект нагрева поверхности током MF для локального упрочнения поверхности картера коленчатого вала.Большая часть этой работы проводилась на частотах 1920 и 3000 Гц, так как это были самые простые частоты для получения с помощью имеющегося оборудования. Как и во всех других областях, основанных на технологиях, наступление Второй мировой войны привело к огромным достижениям в использовании индукционного нагрева в производстве деталей автомобилей и боеприпасов. [7]

Со временем технология усовершенствовалась, и блоки в диапазоне частот от 3 до 10 кГц с выходной мощностью до 600 кВт стали обычным явлением в индукционной ковке и крупных приложениях для индукционной закалки.Электродвигатель-генератор оставался опорой производства электроэнергии с использованием сверхвысоких напряжений до появления полупроводников высокого напряжения в конце 1960-х - начале 1970-х годов.

На раннем этапе эволюционного процесса инженерам стало очевидно, что возможность производить оборудование в более высоком радиочастотном диапазоне приведет к большей гибкости и откроет целый ряд альтернативных приложений. Были предприняты поиски методов производства этих высокочастотных источников питания для работы в диапазоне от 200 до 400 кГц.

Развитие в этом конкретном диапазоне частот всегда отражало развитие отрасли радиопередатчиков и телевизионного вещания и, действительно, часто использовало компоненты, разработанные для этой цели.В ранних устройствах использовалась технология искрового разрядника, но из-за ограничений этот подход был быстро заменен использованием генераторов на основе многоэлектродных термоэмиссионных триодов (вентилей). Действительно, многие из пионеров отрасли были также очень вовлечены в радио- и телекоммуникационную промышленность, и такие компании, как Phillips, English Electric и Redifon, были вовлечены в производство оборудования для индукционного нагрева в 1950-х и 1960-х годах.

Использование этой технологии продолжалось до начала 1990-х годов, после чего технология была практически заменена мощным MOSFET и твердотельным оборудованием IGBT.Однако все еще существует много ламповых генераторов, и на экстремальных частотах 5 МГц и выше они часто являются единственным жизнеспособным подходом и все еще производятся. [8]

Источник питания на основе вентильного генератора

Благодаря своей гибкости и потенциальному диапазону частот индукционный нагреватель на основе вентильного генератора до недавнего времени широко использовался в промышленности. [9] Доступные мощности от 1 кВт до 1 МВт и в диапазоне частот от 100 кГц до многих МГц, этот тип устройства нашел широкое применение в тысячах приложений, включая пайку и пайку, индукционную закалку, сварку труб и индукцию. термоусадочная муфта.Блок состоит из трех основных элементов:

Высоковольтный источник питания постоянного тока

Источник постоянного тока состоит из стандартного повышающего трансформатора с воздушным или водяным охлаждением и высоковольтного выпрямительного блока, способного генерировать напряжения обычно от 5 и 10 кВ для питания генератора. Устройство должно быть рассчитано на правильный киловольт-ампер (кВА) для подачи необходимого тока на генератор. Ранние выпрямительные системы включали клапанные выпрямители, такие как GXU4 (высокомощный высоковольтный полуволновой выпрямитель), но в конечном итоге они были заменены высоковольтными твердотельными выпрямителями. [10]

Самовозбуждающий генератор класса «C»

Схема генератора отвечает за создание электрического тока повышенной частоты, который при приложении к рабочей катушке создает магнитное поле, которое нагревает деталь. Основными элементами схемы являются индуктивность (резервуарная катушка), емкость (резервуарный конденсатор) и вентиль генератора. Основные электрические принципы диктуют, что если напряжение приложено к цепи, содержащей конденсатор и катушку индуктивности, цепь будет колебаться почти так же, как качели, которые были сдвинуты.Используя наше колебание в качестве аналогии, если мы не толкаем снова в нужный момент, колебание постепенно остановится, то же самое и с осциллятором. Назначение клапана - действовать как переключатель, который позволит энергии проходить в генератор в нужное время для поддержания колебаний. Чтобы рассчитать время переключения, небольшое количество энергии возвращается в сетку триода, эффективно блокируя или запуская устройство или позволяя ему работать в нужное время. Это так называемое сеточное смещение может быть получено либо емкостным, либо кондуктивным, либо индуктивным образом в зависимости от того, является ли осциллятор генератором Колпитца, осциллятором Хартли, тиклером Армстронга или генератором Мейснера. [11]

Средства управления мощностью

Управление мощностью для системы может осуществляться различными способами. Многие современные устройства оснащены тиристорным регулятором мощности, который работает с помощью двухполупериодного привода переменного тока (переменного тока), изменяющего первичное напряжение на входном трансформаторе. Более традиционные методы включают трехфазные вариаторы (автотрансформатор) или моторизованные регуляторы напряжения типа Brentford для управления входным напряжением. Другой очень популярный метод заключался в использовании змеевика резервуара, состоящего из двух частей, с первичной и вторичной обмотками, разделенными воздушным зазором.На регулирование мощности влияло изменение магнитной связи двух катушек путем их физического перемещения относительно друг друга. [12]

Твердотельные источники питания

На заре индукционного нагрева мотор-генератор широко использовался для выработки мощности СЧ до 10 кГц. Хотя с помощью стандартного асинхронного двигателя, приводящего в действие генератор переменного тока, можно генерировать кратные частоты сети, например, 150 Гц, существуют ограничения. Этот тип генератора имел обмотки, установленные на роторе, которые ограничивали окружную скорость ротора из-за центробежных сил на этих обмотках.Это привело к ограничению диаметра машины и, следовательно, ее мощности и количества полюсов, которые могут быть физически размещены, что, в свою очередь, ограничивает максимальную рабочую частоту. [13]

Для преодоления этих ограничений промышленность индукционного нагрева обратилась к индуктору-генератору. Этот тип машины имеет зубчатый ротор, состоящий из пакета перфорированных металлических пластин. Обмотка возбуждения и обмотка переменного тока установлены на статоре, поэтому ротор представляет собой компактную прочную конструкцию, которая может вращаться с более высокими окружными скоростями, чем стандартный генератор переменного тока, указанный выше, что позволяет ему иметь больший диаметр для данного числа оборотов в минуту. Этот больший диаметр позволяет разместить большее количество полюсов и в сочетании со сложными схемами прорезания, такими как датчик Лоренца или прорезание Гая, что позволяет генерировать частоты от 1 до 10 кГц.

Как и во всех вращающихся электрических машинах, используются высокие скорости вращения и малые зазоры, чтобы максимизировать изменения магнитного потока. Это требует пристального внимания к качеству используемых подшипников, а также жесткости и точности ротора.Привод для генератора переменного тока обычно обеспечивается стандартным асинхронным двигателем для удобства и простоты. Используются как вертикальная, так и горизонтальная конфигурации, и в большинстве случаев ротор двигателя и ротор генератора установлены на общем валу без муфты. Затем весь узел монтируется в раму, содержащую статор двигателя и статор генератора. Вся конструкция смонтирована в шкафу с теплообменником и системами водяного охлаждения по мере необходимости.

Мотор-генератор был опорой среднечастотного производства электроэнергии до появления твердотельных технологий в начале 1970-х годов.

В начале 1970-х годов с появлением технологии твердотельной коммутации произошел отход от традиционных методов генерации энергии индукционным нагревом. Первоначально это ограничивалось использованием тиристоров для генерации диапазона частот МП с помощью дискретных электронных систем управления.

В современных устройствах теперь используются технологии SCR (кремниевый выпрямитель), [14] IGBT или MOSFET для генерации «MF» и «RF» тока. Современная система управления, как правило, представляет собой цифровую микропроцессорную систему, использующую технологию PIC, PLC (программируемый логический контроллер) и технологии поверхностного монтажа для производства печатных плат.В настоящее время на рынке доминируют твердотельные устройства, и теперь доступны блоки мощностью от 1 кВт до многих мегаватт с частотами от 1 кГц до 3 МГц, включая двухчастотные блоки. [8]

Для генерации СЧ и ВЧ мощности с использованием полупроводников используется целый ряд методов, реальный используемый метод часто зависит от целого ряда факторов. Типичный генератор будет использовать топологию с питанием по току или напряжением. Фактический используемый подход будет зависеть от требуемой мощности, частоты, индивидуального применения, начальной стоимости и последующих эксплуатационных расходов.Однако, независимо от используемого подхода, все блоки, как правило, имеют четыре отдельных элемента: [15]

Выпрямитель переменного тока в постоянный

Он принимает напряжение питания от сети и преобразует его из частоты питания 50 или 60 Гц, а также преобразует это в «DC». Он может обеспечивать переменное постоянное напряжение, фиксированное постоянное напряжение или переменный постоянный ток. В случае систем переменного тока они используются для обеспечения общего управления мощностью для системы. Выпрямители постоянного напряжения необходимо использовать в сочетании с альтернативными средствами управления мощностью.Это может быть сделано с помощью регулятора режима переключения или с помощью различных методов управления в секции инвертора.

Преобразователь постоянного тока в переменный

Инвертор преобразует источник постоянного тока в однофазный выход переменного тока соответствующей частоты. Он оснащен SCR, IGBT или MOSFETS и в большинстве случаев настроен как H-мост. H-мост имеет четыре ножки с переключателем на каждой, выходная цепь подключается через центр устройств. Когда соответствующие два переключателя замкнуты, ток проходит через нагрузку в одном направлении, эти переключатели затем размыкаются, а два противоположных переключателя замыкаются, позволяя току течь в противоположном направлении.Точно синхронизируя размыкание и замыкание переключателей, можно поддерживать колебания в цепи нагрузки.

Выходная цепь

Выходная цепь выполняет работу по согласованию выхода инвертора с выходом, требуемым катушкой. В простейшей форме это может быть конденсатор или, в некоторых случаях, комбинация конденсаторов и трансформаторов.

Система управления

Секция управления контролирует все параметры в цепи нагрузки, инверторе и подает импульсы переключения в соответствующее время для подачи энергии в выходной контур. В ранних системах использовалась дискретная электроника с регулируемыми потенциометрами для регулировки времени переключения, пределов тока, пределов напряжения и частотных отключений. Однако с появлением микроконтроллеров большинство современных систем теперь имеют цифровое управление.

Инвертор с питанием от напряжения

Инвертор с питанием от напряжения имеет конденсатор фильтра на входе инвертора и последовательные резонансные выходные цепи. Система с питанием от напряжения чрезвычайно популярна и может использоваться с SCR до частоты 10 кГц, IGBT до 100 кГц и MOSFET до 3 МГц.Инвертор с питанием от напряжения с последовательным подключением к параллельной нагрузке также известен как система третьего порядка. В основном это аналог твердотельной системы, но в этой системе последовательно соединенные внутренний конденсатор и катушка индуктивности подключены к параллельной выходной цепи резервуара. Основным преимуществом этого типа системы является надежность инвертора благодаря внутренней схеме, эффективно изолирующей выходную цепь, что делает коммутационные компоненты менее подверженными повреждению из-за пробоев катушки или несоответствия. [16]

Инвертор с питанием от тока

Инвертор с питанием по току отличается от системы с питанием от напряжения тем, что в нем используется переменный вход постоянного тока, за которым следует большая катушка индуктивности на входе в мост инвертора. Силовая цепь имеет параллельный резонансный контур и может иметь рабочие частоты обычно от 1 кГц до 1 МГц. Как и система с питанием от напряжения, SCR обычно используются до 10 кГц, а IGBT и MOSFET используются на более высоких частотах. [17]

Подходящие материалы

Подходящие материалы - это материалы с высокой проницаемостью (100-500), которые нагреваются ниже температуры Кюри этого материала. Руднева, п. 645.

Библиография

Внешние ссылки

индукционный нагреватель - Перевод на немецкий - примеры Английский

Эти примеры могут содержать грубые слова на основании вашего поиска.

Эти примеры могут содержать разговорные слова, основанные на вашем поиске.

Способ по п. 1, в котором упомянутый индукционный нагреватель содержится внутри герметичной камеры.

Индукционный нагреватель по любому из пп. 5-7, в котором указанная опора (42) является электропроводной.

EDDYTHERM 4x - это мощный индукционный нагреватель , который подходит для деталей весом до 300 кг.

EDDYTHERM 4x ist eine leistungsfähige Induktionsheizung für Werkstücke до 300 кг.

Индукционный нагреватель по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что постоянный ток накладывается на однофазный или многофазный переменный ток.

Induktionsheizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem ein- oder mehrphasigen Wechselstrom ein Gleichstrom überlagert ist.

Индукционный нагреватель для нагрева кольцевых изделий, особенно роликовых подшипников.

Разливочная емкость для расплавленного металла с индукционным нагревателем .

Устройство по п.12, в котором дополнительным средством является индукционный нагреватель (146), например, радиочастотного типа.

Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der das weitere Mittel ein Induktionsheizgerät (146) ist, beispielsweise nach Art einer Funkfrequenz.

Узел по п.1, отличающийся тем, что индукционный нагреватель приводится в действие промышленной частотой.

Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Induktionsheizgerät mit einer herkömmlichen Frequenz betrieben wird.

Индукционный нагреватель по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что первая цепь связи включает в себя трансформатор.

Induktionsheizvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Koppelkreis einen Transformator enthält.

Система покрытия и отверждения банок, содержащая сфокусированный индукционный нагреватель с использованием тонких ламинированных сердечников

Behälter-Beschichtung und Vorbereitungsmethode mit konzentrierter Induktionsheizung unter Benutzung eines dünnlaminierten Kerns

Переносной индукционный нагреватель для подшипников до 10 кг

Индукционный нагреватель по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что внутренний токопровод (5) снабжен непрерывным или, по меньшей мере, частичным магнитным экраном (11).

Induktionsheizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Stromleiter (5) durchgängig oder zumindest teilweise eine magnetische Abschirmung (11) besitzt.

Способ графитизации чугуна по п.1, в котором указанный чугун нагревают индукционным нагревателем .

Verfahren zum Graphitisieren von Gußeisen nach Anspruch 1, wobei das Gußeisen mittels einer Induktionsheizung erwärmt wird.

Индукционный нагреватель по п. 5, в котором один или каждый нагревательный элемент (43) проходит по существу вертикально от указанной опоры (42).

Induktionsheizvorrichtung nach Anspruch 5, bei der sich das oder jedes Heizelement (43) im wesentlichen vertikal vom Träger (42) erstreckt.

Индукционный нагреватель по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутый электрический проводник (40) охлаждается за счет прохождения хладагента.

Induktionsheizvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der elektrische Leiter (40) durch den Durchgang eines Kühlmittels gekühlt wird.

Устройство по п. 1, отличающееся тем, что средство для нагрева внутренней части диска содержит индукционный нагреватель (88), расположенный на расстоянии от диска.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Erhitzen des Scheibeninneren eine Induktionsheizung (88) von der Scheibe beabstandet umfaßt.

Низкочастотный электромагнитный индукционный нагреватель по пп.1, 2 или 3, отличающийся тем, что нагревательный элемент (1) представляет собой железную пластину или металлический сосуд.

Mit Niederfrequenzspannung gespeiste elektromagnetische Induktionsheizvorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (1) eine Eisenplatte oder ein Metallgefäß.

Низкочастотный электромагнитный индукционный нагреватель по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что катушки (2) заключены в полимерную форму (5).

Mit Niederfrequenzspannung gespeiste elektromagnetische Induktionsheizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (2) in Einer Harzform (5) eingeschlossen sind.

Низкочастотный электромагнитный индукционный нагреватель по п.4, отличающийся тем, что предусмотрен терморегулятор для поддержания заданной температуры железной пластины или металлического сосуда.

Mit Niederfrequenzspannung gespeiste elektromagnetische Induktionsheizvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Thermoregler vorgesehen ist, um die Eisenplatte oder das Metallgefäterßur bemisenbemisenplatte oder das Metallgefästimur bemisenbemisenplatte oder das Metallgefästimur bemistems.

Способ по п. 1, отличающийся тем, что этап нагрева выполняется с помощью по меньшей мере одного индукционного нагревателя (62) , окружающего преформу.

Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt des Erwärmens durch mindestens eine Induktionsheizung (62), die Vorform umgibt, erzielt wird.

Индукционный нагреватель

LC Tank: Блок конденсаторов из полипропиленовой пленки

Для своей первой конденсаторной батареи я купил конденсаторы в компании Illinois Capacitor.Вы также можете приобрести их в Newark Electronics.

В индукционном нагревателе в качестве понижающего трансформатора используется рабочая катушка. Этот трансформатор понижает напряжение, но увеличивает доступный ток к заготовке, которая представляет собой однооборотную катушку, завершающую трансформатор . Магнитный поток связан с нашей заготовкой. Чем лучше соединение, тем эффективнее наша катушка. Чем ближе деталь к катушке, тем лучше передача энергии.

Это катушка и бак.Конденсаторы представляют собой высоковольтные металлизированные демпферы силовой пленки.

Катушка изготовлена ​​из медной трубки 3/8 дюйма. Я использую латунные компрессионные фитинги, чтобы прикрепить ее к резервуару LC. Резервуар состоит из двух медных стержней толщиной 1 x 3/16 дюйма. Я просверливаю отверстия в Для размещения конденсаторов нам нужен конденсатор, способный выдерживать ток в несколько сотен А. Я купил несколько импульсных конденсаторов с номинальным током 14 А, 3000 В постоянного тока, 750 В переменного тока. С 20 конденсаторами это близко к среднему току 300 А.Трансформатор связи надевается на медную трубку. Если вы присмотритесь, вы увидите, что фонтанный насос погружен в воду. Это прокачивает ледяную воду через бак и обратно в ведро. Вода поступает снизу слева, через медную трубу, припаянную к шине, через змеевик, через банк вверху слева и через трубку, соединенную с другой шиной, и выходит в верхнем правом углу. Вы также должны отметить, где рабочая катушка соединяется с батареей конденсаторов. Он не соединяет оба вывода на переднем конце; вместо этого катушка подключается к противоположным концам.Это гарантирует, что конденсаторы разделяют одинаковую токовую нагрузку. В противном случае, если оба конца подключены к передней части, конденсаторы, расположенные ближе всего к катушке, выдержали бы большую часть тока, потому что сопротивление было бы наименьшим. Когда вы имеете дело с сотнями ампер, небольшие изменения R.

Это стержни с просверленными отверстиями. В резервуаре используется 20 конденсаторов, но вы можете использовать любое количество, которое даст вам требуемую емкость и пропускную способность по току.

Во-первых, нужно определить, какую рабочую частоту вы будете использовать. Более высокие частоты имеют больший скин-эффект (меньшее проникновение) и подходят для небольших объектов. Более низкие частоты лучше подходят для больших объектов и имеют большее проникновение. Более высокие частоты имеют большие коммутационные потери, но через резервуар проходит меньше тока. Я выбрал частоту около 70 кГц и получил около 66 кГц. Моя конденсаторная батарея имеет емкость 4,4 мкФ и может выдерживать ток более 300 А. Моя катушка около 1uH.Конденсаторы от Illinois Capacitors. У меня 0,22 мкФ / 3000 В постоянного тока. Номер модели - 224PPA302KS.

Fres = 1 / 2π√ (LC)

После того, как вы намотаете катушку, вы можете получить представление о ее значении, составив из нее простую схему RLC и подключив ее к функциональному генератору и осциллографу. Я использовал резистор 1R и конденсатор 500pf. Я увеличил синусоидальную волну своего функционального генератора и измерил напряжение на R. В резонансе импеданс LC падает, а напряжение на R. Это дало мне приблизительную цифру, но вы можете просто исходить из расчета.

Теперь, что касается рабочей катушки, вы можете сформировать ее, вставив кусок ПВХ-трубки в землю. Я использовал трубу диаметром 1 дюйм (внешний диаметр 1,5 дюйма). Возьмите медную трубку и наполните ее песком или солью. Убедитесь, что он полностью заполнен. Таким образом, он будет действовать как сплошная трубка и не сломается при сгибании. Закрепите один конец чем-то вроде тяжелых тисков и оберните трубку вокруг ПВХ-трубки, пока не получите желаемое количество оборотов. Четыре-пять витков на 1,5-2 дюйма дадут вам катушку с индуктивностью между 0.8 - 1,3 мкГн.

Вы можете видеть, как красиво образуется спираль вокруг трубы. Как только вы довольны поворотами и формой, вы можете выдувать песок с помощью воздушного компрессора.

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *