Induktionsheizkreis mit IGBT (getestet)

Induktionsheizkreis mit IGBT (getestet)

In diesem Beitrag diskutieren wir ausführlich, wie mit IGBTs, die als die vielseitigsten und leistungsstärksten Schaltgeräte gelten und sogar Mosfets überlegen sind, ein Hochleistungs-Induktionsheizkreis mit 1000 Watt aufgebaut werden kann.

Funktionsprinzip des Induktionsheizgeräts

Das Prinzip der Induktionserwärmung ist sehr einfach zu verstehen.



Ein hochfrequentes Magnetfeld wird von der in der Induktionsheizung vorhandenen Spule erzeugt, und somit werden wiederum Wirbelströme über dem in der Mitte der Spule vorhandenen (magnetischen) Metallobjekt induziert und erwärmt es.



Um die induktive Natur der Spule zu kompensieren, wird eine Resonanzkapazität parallel zur Spule angeordnet.

Die Resonanzfrequenz ist die Frequenz, mit der der Resonanzkreis (auch als Spulenkondensator bezeichnet) angesteuert werden muss.



Der durch die Spule fließende Strom ist immer viel größer als der Erregerstrom. Die IR2153-Schaltung wird verwendet, um das Arbeiten der Schaltung als „Doppelhalbbrücke“ zusammen mit den vier gesteuerten IGBT STGW30NC60W zu ermöglichen.

Die doppelte Halbbrücke liefert die gleiche Leistung wie die Vollbrücke, aber der Gate-Treiber ist im Fall der ersteren einfacher.

IGBT STGW30NC60W



Pinbelegung des IGBT STGW30NC60W-Bildes Details zur IGBT-Pinbelegung des Induktionsheizgeräts

Verwenden von antiparallelen Dioden

Die großen Doppeldioden STTH200L06TV1 (2x 120A) werden in Form von antiparallelen Dioden verwendet. Auch wenn die kleineren Dioden mit einer Größe von 30A dafür ausreichen.

STMicroelectronics STTH200L06TV1 Dual-Dioden-Modul, isoliert, 600 V, 120 A.

Wenn Sie die eingebauten IGBT-Dioden wie STGW30NC60WD verwenden, müssen Sie keine kleineren oder großen Doppeldioden verwenden. Ein Potentiometer wird verwendet, um die Betriebsfrequenz auf Resonanz abzustimmen.

Einer der besten Indikatoren für die Resonanz ist die höchste Helligkeit der LED. Sie können sicherlich Treiber erstellen, die je nach Ihren Anforderungen anspruchsvoller sind.

Sie können auch die automatische Abstimmung verwenden, was eine der besten Aufgaben ist. Dies ist der Kurs, der bei professionellen Heizgeräten angewendet wird. Es gibt jedoch einen Nachteil, dass die Einfachheit der Schaltung bei diesem Vorgang verloren geht.

Sie können die Frequenz steuern, die in den Bereich von ungefähr 110 bis 210 kHz fällt. Ein Adapter von geringer Größe, der entweder vom Transformatortyp oder vom smps sein kann, wird verwendet, um 14-15 V Hilfsspannung bereitzustellen, die in der Steuerschaltung erforderlich ist.

Der Trenntransformator

Ein Trenntransformator und ein passender Choke L1 sind die elektrischen Geräte, mit denen der Ausgang mit dem Arbeitskreis verbunden wird.

Diese beiden Induktoren sind im Luftkerndesign vorhanden.

Wenn eine Drossel aus 4 Windungen bei einem Durchmesser von 23 cm besteht, besteht der Trenntransformator andererseits aus 12 Windungen bei einem Durchmesser von 14 cm, und diese Windungen bestehen aus einem doppelt verdrahteten Kabel (wie in der folgenden Abbildung gezeigt). .

Selbst wenn die Ausgangsleistung eine Skala von 1600 W erreicht, werden Sie feststellen, dass noch viel Verbesserungsbedarf besteht.

Die Arbeitsspule des vorgeschlagenen IGBT-Induktionsheizgeräts besteht aus einem Draht mit einem Durchmesser von 3,3 mm.

Verwenden von Kupfer für die Spule

Ein Kupferdraht wird als geeigneter angesehen, um die Arbeitsspule herzustellen, da er leicht und effektiv an die Wasserkühlung angeschlossen werden kann.

Die Spule besteht aus sechs Windungen mit den Abmessungen 23 mm Höhe und 24 mm Durchmesser. Die Spule kann heiß werden, wenn sie länger betrieben wird.

Der Resonanzkondensator besteht aus 23 kleinen Kondensatoren mit einer Gesamtkapazität von 2u3. Sie können auch Kondensatoren mit 100 nF in Konstruktionen wie MKP-Polypropylen der Klasse X2 und 275 V verwenden.

Sie können sie für diesen Zweck verwenden, auch wenn sie grundsätzlich nicht für solche Zwecke bestimmt oder hergestellt sind.

Die Resonanzfrequenz beträgt 160 kHz. Es wird immer empfohlen, einen EMI-Filter zu verwenden. Ein sanfter Start kann verwendet werden, um den Variac zu ersetzen.

Ich würde Ihnen immer dringend empfehlen, beim ersten Einschalten einen Begrenzer zu verwenden, der in Reihe mit dem Stromnetz geschaltet ist, z. B. Halogenlampen und Heizungen mit einer Leistung von ca. 1 kW.

Warnung: Der verwendete Induktionsheizkreis ist an das Stromnetz angeschlossen, enthält eine hohe Spannung und kann tödlich sein.

Um Unfälle zu vermeiden, sollten Sie ein Potentiometer mit Kunststoffschaft verwenden. Die hochfrequenten elektromagnetischen Felder sind immer schädlich und können die Speichermedien und die elektronischen Geräte schädigen.

Der Stromkreis verursacht erhebliche elektromagnetische Störungen, die wiederum zu Stromschlägen, Bränden oder Verbrennungen führen können.

Jede Aufgabe oder jeder Prozess, den Sie ausführen, erfolgt auf eigenes Risiko, und die Verantwortung liegt bei Ihnen, und ich bin nicht für Schäden verantwortlich, die bei der Durchführung dieses Prozesses entstehen.

Schaltplan

IGBT-basierter 1000-Watt-Induktionsheizkreis

220V AC bis 220V DC Brückengleichrichterschaltung mit Sicherheitslampe

Die Drossel L1

Das Design der Drossel L1, die in der obigen Vollbrücken-IGBT-Induktionsheizschaltung verwendet wird, ist in der folgenden Abbildung zu sehen:

Sie können dies erreichen, indem Sie 4 Windungen mit einem Durchmesser von 23 cm mit einem dicken einadrigen Kabel aufwickeln.

Das folgende Bild zeigt den doppelt gewickelten Luftkern Isolationstransformator Design ::

Sie können dies bauen, indem Sie 12 Windungen mit einem Durchmesser von 14 cm mit einem beliebigen dicken, doppelt verdrahteten Kabel aufwickeln.

Isolationsspule für igbt Induktionsheizung

Die Arbeitsspule kann gemäß der folgenden Anweisung gebaut werden

Arbeitsspulenkonstruktion

Bitte beachten Sie, dass bei fester Wicklung der Spule möglicherweise nur 5 Windungen erforderlich sind. Wenn sechs Windungen verwendet werden, können Sie versuchen, die Spule leicht zu dehnen, um eine optimale Resonanz und Effizienz zu erzielen.

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Hinzufügen einer Strombegrenzung

Das folgende Diagramm zeigt, wie eine einfache Strombegrenzungsfunktion zu dem oben erläuterten Induktionsheizungsdesign hinzugefügt werden kann.

1 kVA Induktionsheizkreis mit Stromregelung

Pinbelegung des Optokopplers TIL111

Pinbelegung des Optokopplers TIL111

Hier wird der Widerstand in der Nähe von L1 (nennen wir ihn Rx) zum Stromerfassungswiderstand, der eine kleine Spannung über sich selbst bis zum gewünschten Punkt entwickelt, wenn der Strom beginnt, die Sicherheitsgrenzen zu überschreiten.

Diese Spannung an Rx wird zum Auslösen der LED im angeschlossenen Optokoppler verwendet. Der Ausgangstransistor im Opto reagiert auf die LED-Triggerung und leitet schnell den Ct, Pin # 3 des Haupttreiber-IC IR2153.

Der IC wird sofort heruntergefahren, um einen weiteren Anstieg des Stroms zu verhindern. Wenn dies geschieht, fällt der Strom ab, wodurch wiederum die Spannung über Rx beseitigt wird, wodurch die Opto-LED ausgeschaltet wird. Dies kehrt die Situation in Richtung einer früheren normalen Situation zurück und der IC beginnt wieder zu schwingen. Dieser Zyklus wiederholt sich nun schnell und gewährleistet einen konstanten Stromverbrauch für die Last innerhalb der vorgegebenen Sicherheitsgrenzen.

Rx = 2 / Strombegrenzung

Feedback von einem der engagierten Leser:

Sehr geehrter Herr, ich habe erfolgreich eine Induktionsheizungs-1/2-Brücke mit 4 IGBTs hergestellt und möchte wissen, dass die vorgeschlagene 1000-Watt-Heizungslampe dauerhaft an den Stromkreis angeschlossen oder nur zum ersten Mal getestet werden sollte.

Bilder des Testergebnisses finden Sie hier unter:

Warten auf Ihre Antwort frühestens. Grüße - Manish.

Lösen der Schaltkreisabfrage

Lieber Manish,
Sehen Sie während des Betriebs der Induktionsheizung ein Leuchten an der Serienlampe?
Wenn ja, kann es wahrscheinlich nicht entfernt werden. Wenn sich die Lampe im nicht beleuchteten Zustand befindet und vollständig „kalt“ ist (fühlen Sie es, indem Sie es gedrückt halten), kann sie entfernt werden.
Grüße

Feedback von Herrn Saeed Mahdavi

Lieber Swagatam:

Endlich konnte ich meine Schaltung nach vielen weiteren Versuchen wieder zum Laufen bringen. Und ich habe das Video mit dem glühenden Bolzen gedreht.

Ich hoffe, es könnte für diejenigen nützlich sein, die sich für Induktionsheizungen interessieren. Würden Sie mir bitte sagen, wie ich die Wärme erhöhen kann, damit der Bolzen den Schmelzpunkt erreicht?

Die Spannung über dem Netz beträgt 194 Volt und der von der Schaltung verbrauchte Strom beträgt nur 5 Ampere, und die Wellenform auf dem Oszilloskop ist eine ziemlich sinusförmige Wellenform.

In meinem Prototyp habe ich der RFC-Drossel einige Umdrehungen hinzugefügt, um mehr Spannung an der Arbeitsspule zu erhalten und weniger Ampere zu verbrauchen.

Die IGBTs arbeiteten während der Betriebszeit ganz normal ohne viel Heizung. Würden Sie mir bitte sagen, was ich tun soll, um mehr zu bekommen und zu heizen? Danke vielmals

Saeed Mahdavi

Videoclip:




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