Jump to content

    

Физика работы резонансного контура в индукционном нагревателе.

В смысле - помогите понять... Преамбула коротко - год-два назад пытался сделать высокочастотный аналог импульсного паяльника "Момент" - не вышло - скин эффект портит всю малину ... (не спроста промышленных аналогов нет в природе..., примеры из интернета - туфта...). И вдруг на днях узнаю, что в продаже уже давно миниатюрные паяльники с ИНДУКЦИОННЫМ нагревателем... Волосы дыбом... - это же совсем другое дело - десяток витков не очень толстой медной проволоки греют сердечник паяльника - по сути тот самый небольшой и лёгкий высокочастотный преобразователь, и никаких тебе медных шин в палец толщиной. Захотел сделать такой же (простенький - лишь бы грел ), но тут выяснилось, что я в принципе не понимаю физику работы выходного колебательного контура индукционного нагревателя... Смотрел тему в интернете - сложилось впечатление, что люди, которые занимаются  индукционным нагревом, сами мало чего понимают..., а уж объяснить..., об этом даже речи нет ...(может плохо искал...). 

Объясните на пальцах

- роль контура на выходе?;

- почему он должен быть в резонансе?;

- как промоделировать нагрузку этого контура?;

- как прикинуть мощность преобразователя?;

- оптимальная топология для подобной задачи?...

Может всё и просто..., но что-то я в ступоре... Ниже - схема простейшего индукционного нагревателя... Плюс схемы, на сколько я понимаю - он авто-генераторный , то есть выходной контур всегда в резонансе автоматически...

464037258_(197).png.1d4ec68be70019ee3d6477a8cc5d20ae.png

Share this post


Link to post
Share on other sites

А преобразователь этот не так уж и плох, как может показаться на первый взгляд... Цифры правда пока взяты с плинтуса и прилеплены на потолок..., но, скорей всего, где-то рядом....

212767836_19-08-2019_084055.thumb.jpg.9bd1b9f4474e27da267b06b537708dbf.jpg

Share this post


Link to post
Share on other sites

Ну с контуром всё довольно просто: он позволяет прокачивать через катушку значительные токи без жесткой коммутации ключей (ток в ключах имеет форму синуса и переключение происходит в нуле тока и напряжения, поэтому схема называется ZVS - zero voltage switch), значит имеем малые потери на переключение. Плюс к этому она автогенераторная, поэтому очень простая. На резонанс (как Вы сами понимаете) она выходит автоматически, благодаря обратным связям через диоды на затворы транзисторов. Синусная форма тока в катушке также хороша тем, что при этом мало что переходит в радиосигнал, почти вся мощность идет на нагрев. Правда у меня с этим нагревателем не особо получалось греть медяху - потери в ней малы, гораздо лучше грелись ферромагнетики.

Про остальное не скажу, единственное - медь внутри катушки это по сути трансформатор с короткозамкнутой вторичкой, которая имеет 1 виток, но не известны такие параметры как коэф. магнитной связи и индуктивность этого витка, поэтому с расчетами даже не знаю как. Как вариант сделать пробный макет, измерить токи и воспроизвести их в модели подбирая индуктивности и магнитную связь катушек. Далее крутить модель, добиваясь оптимальных результатов.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Alexashka, спасибо за комментарии... Но я, наверное, поторопился с созданием этой темы ... - нашёл форум помешанных  на индукционном нагреве, там наверняка уже всё пережёвано на сто раз..., вряд ли стоит повторяться. Ну, хоть модель останется... Во всей этой затее больше всего напрягает ТОК конденсаторов в резонансном контуре...- при максимально допустимом импульсном токе конденсатора, допустим, три Ампера и токе в контуре 100 Ампер, их понадобится аж 33 штуки - ужас тихий... - Влёт даже не скажу, можно ли обойтись без конденсаторов , и если "да", то какой ценой... Уже очевидно - индукционный нагрев оправдает себя только там, где без него не обойтись. Паяльники - это не тот случай... И ещё пара графиков на послед - напряжения на стоках силовых ключей и токи стоков....

1350089514_22-08-2019_184444.thumb.jpg.22eb0e7a50f6a7e36612f150f9a5b393.jpg

Share this post


Link to post
Share on other sites
On 8/22/2019 at 5:34 PM, варп said:

Паяльники - это не тот случай...

Ну почему же сразу не тот. Видел ставят батарею пленочных кондеров на киловаттные устройства, в Вашем случае средняя мощность сравнительно не большая ведь? Ватт 60 примерно?

Обычно идет CBB22 - ходовая китайская пленка, макс.ток у нее не приводится, но потери ≤0.2% на частоте 10 кГц, т.е если в контуре постоянно гуляет скажем 100 Вт реактивной мощности, то на конденсаторе выделится всего 0,2 Вт - совсем ерунда. А так видел как у этих кондеров выводы от тока! нагреваются до красного каления и ничего -работают :)

Share this post


Link to post
Share on other sites
5 hours ago, Alexashka said:

...А так видел как у этих кондеров выводы от тока! нагреваются до красного каления и ничего -работают :)

Не,не... - выводы до красна - это не наш метод... Мне вот что ближе -

1096081370_26-08-2019_203900_Im_K73-17.jpg.8195dc4a92a2bec8c1ce8e3fe06157ae.jpg

http://www.giricond.ru/pages/k73-17.pdf

http://www.diagram.com.ua/list/sprav/sprav190.shtml

-----------------

И вот - средняя мощность выделяемая на конденсаторе (реально будет ещё хуже.. - в симуляторе правильного конденсатора не нашёл).

1684306282_26-08-2019_204828.thumb.jpg.7bc2b3ea9087386761291ec92187983f.jpg

---------

И вот ещё про "выводы до красна" ... - только сейчас внимание обратил 

2070892514_26-08-2019_210524.jpg.8d7cb2e2072c2ba20ce89cd0ed37ae9b.jpg

 

 

Edited by варп

Share this post


Link to post
Share on other sites

Т.к. транзисторы работают в ключевом режиме для низкого тепловыделения, то резонанс нужен для преобразования меандра с широким спектром гармоник в синусоподобный сигнал для уменьшения гармоник и, наверное самое главное, как уже сказано, для режима ZVS.
 Как-то по работе изучал индукционную паяльную станцию Qwick-202d на 380кГц, там одноключевой каскад нагружен резонансным контуром. Быстро накидал модельку в LTspice и долго ломал голову над моделью нагрузки, никак не сходились осциллограммы, пока не осенило... Наткнулся на радиопередатчики, точнее их усилители мощности на диапазон 630 метров и все прояснилось. Паяльник из ручки с катушкой из какого-то высокотемпературного литца и железного сердечника в симуляторе заменил резистором 50 Ом. Все встало на свои места и в модельке, и в клоне в корпусе ATX на STM32, PID, советских ферритах с родным квиковским паяльником QWICK-903A.

Еще с той поделкой пришло убеждение о "лапше" про точку Кюри. QWICK-903A заменил гвоздем.

KVkLlhBnuuo.jpg

skpf6FrVUbk.jpg

Edited by majorka65

Share this post


Link to post
Share on other sites

majorka65, спасибо.., познавательно. Про "синус" я тоже быстро сообразил..  - иначе, своим паяльником можно радиосвязь в радиусе 100 Км парализовать...:biggrin:

Но пока нагреватель для паяльника из нихрома "изобретаю". Планирую спираль из нихрома огнеупорной глиной обмазать, но пока не знаю где её взять, или чем заменить. Цемент для этих целей годится? Не могу понять - КАК? в обычный ТЭН спираль засовывают вместе с наполнителем...

Share this post


Link to post
Share on other sites
14 минут назад, варп сказал:

majorka65, спасибо.., познавательно. Про "синус" я тоже быстро сообразил..  - иначе, своим паяльником можно радиосвязь в радиусе 100 Км парализовать...:biggrin:

Но пока нагреватель для паяльника из нихрома "изобретаю". Планирую спираль из нихрома огнеупорной глиной обмазать, но пока не знаю где её взять, или чем заменить. Цемент для этих целей годится? Не могу понять - КАК? в обычный ТЭН спираль засовывают вместе с наполнителем...

Ээээ ... паяльником можно радиосвязь в радиусе 100 Км парализовать...

Не получится из-за несоблюдения условий излучения ЭМВ этим паяльником, ну вот никак! Одного резонанса недостаточно.

Share this post


Link to post
Share on other sites
11 minutes ago, Aner said:

Ээээ ... паяльником можно радиосвязь в радиусе 100 Км парализовать...

Не получится из-за несоблюдения условий излучения ЭМВ этим паяльником, ну вот никак! Одного резонанса недостаточно.

Aner, это я пошутил... :)

Share this post


Link to post
Share on other sites
56 минут назад, варп сказал:

Планирую спираль из нихрома огнеупорной глиной обмазать, но пока не знаю где её взять, или чем заменить.

В любом крупном строительном магазине, используется для сооружения дымоходов, печей и каминов.

Share this post


Link to post
Share on other sites
2 hours ago, варп said:

Aner, это я пошутил... :)

А как соединены V2 и V3 со схемой. Или это тоже "пошютил"?. Не понимаю, почему надо рисовать схемы из огрызков (без ясных соединений). Это способ распространен в Америке. Там это происходит из-за желания и необходимости превратить схему в ребус, и называется "job security". Посмотрите, как рисует схемы Plain. Это легко.

Share this post


Link to post
Share on other sites
12 hours ago, Myron said:

А как соединены V2 и V3 со схемой. Или это тоже "пошютил"?. Не понимаю, почему надо рисовать схемы из огрызков...

Myron, простите, что невольно вызвал Ваше раздражение ... - интерес к теме был нулевой, поэтому я не вдавался в подробности... V2 и V3 на схемах выше никуда не подключены, и на работу модели влияния не оказывают. Их задача в другом - они позволяют легко превратить АВТОГЕНЕРАТОРНЫЙ индуктор (подчеркну - с частотой генерации ВСЕГДА совпадающей с частотой силового контура ) в генератор с ФИКСИРОВАННОЙ частотой ( на IR2153, например). Это позволяет промоделировать ситуации, когда частота возбуждения НЕ совпадает с резонансной частотой силового контура ( изменяя C3,L3 ). 

Модель на рисунке справа - с фиксированной частотой.

1804974887_27-08-2019_134358.thumb.jpg.e20c130d9058ddf76b34dfca6ca60364.jpg

 

 

------------

Сергей Борщ, в "печном" магазине нашёл ещё герметик термостойкий, но для изготовления нескольких нагревателей не бюджетно ( около 400 руб ) получается. Есть хорошие идеи по технологии изготовления, проверю - расскажу.

Edited by варп

Share this post


Link to post
Share on other sites
10 часов назад, варп сказал:

Планирую спираль из нихрома огнеупорной глиной обмазать, но пока не знаю где её взять, или чем заменить.

Силикатный клей + толчёный мел (или зубной порошок).

Только сушить приходится долго, цилиндр диаметром 4 мм приходилось оставлять на горячей батарее отопления на двое суток.

Лучше всего наносить тонкими слоями, сушить несколько часов, наносить новый слой...

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

SSerge, отлично, спасибо... В данном случае время сушки - не принципиально... Технология будет простой..., нужно просто сделать несколько нагревателей впрок.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now