วิธีการออกแบบวงจรฮีตเตอร์เหนี่ยวนำ

บทความนี้อธิบายการสอนทีละขั้นตอนเกี่ยวกับการออกแบบวงจรฮีตเตอร์เหนี่ยวนำพื้นฐานแบบโฮมเมดของคุณเองซึ่งสามารถใช้เป็นเตาแม่เหล็กไฟฟ้าได้

แนวคิดเครื่องทำความร้อนเหนี่ยวนำพื้นฐาน

คุณอาจเจอวงจรเครื่องทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำ DIY จำนวนมากทางออนไลน์ แต่ดูเหมือนจะไม่มีใครพูดถึงความลับที่สำคัญเบื้องหลังการใช้การออกแบบเครื่องทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำที่สมบูรณ์แบบและประสบความสำเร็จ ก่อนที่จะรู้ความลับนี้สิ่งสำคัญคือต้องทราบแนวคิดการทำงานพื้นฐานของเครื่องทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำ

เครื่องทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำเป็นรูปแบบของหม้อแปลงไฟฟ้าที่ 'ไม่มีประสิทธิภาพ' อย่างมากและความไม่มีประสิทธิภาพนี้กลายเป็นคุณสมบัติหลักที่เป็นประโยชน์

เรารู้ว่าในหม้อแปลงไฟฟ้าแกนต้องเข้ากันได้กับความถี่เหนี่ยวนำและเมื่อมีความไม่ลงรอยกันระหว่างความถี่และวัสดุหลักในหม้อแปลงก็จะส่งผลให้เกิดความร้อน

โดยพื้นฐานแล้วหม้อแปลงเหล็ก cored จะต้องการช่วงความถี่ที่ต่ำกว่าประมาณ 50 ถึง 100Hz และเมื่อความถี่นี้เพิ่มขึ้นแกนกลางอาจแสดงแนวโน้มที่จะร้อนขึ้นตามสัดส่วน นั่นหมายความว่าถ้าความถี่เพิ่มขึ้นไปที่ระดับที่สูงขึ้นมากอาจเกิน 100kHz จะส่งผลให้เกิดความร้อนสูงภายในแกน

ใช่นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นกับระบบฮีตเตอร์แบบเหนี่ยวนำโดยที่เตาทำหน้าที่เหมือนแกนกลางดังนั้นจึงประกอบด้วยวัสดุเหล็ก และขดลวดเหนี่ยวนำอยู่ภายใต้ความถี่สูงร่วมกันส่งผลให้เกิดความร้อนที่เข้มข้นตามสัดส่วนบนเรือ เนื่องจากความถี่ได้รับการปรับให้เหมาะสมที่ระดับสูงอย่างมีนัยสำคัญทำให้มั่นใจได้ถึงความร้อนสูงสุดที่เป็นไปได้บนโลหะ

ตอนนี้มาดำเนินการต่อและเรียนรู้ประเด็นสำคัญที่อาจจำเป็นสำหรับการออกแบบวงจรฮีตเตอร์เหนี่ยวนำที่ประสบความสำเร็จและถูกต้องทางเทคนิค รายละเอียดต่อไปนี้จะอธิบายสิ่งนี้:

สิ่งที่คุณต้องการ

สิ่งพื้นฐานสองประการที่จำเป็นสำหรับการสร้างเครื่องครัวแบบเหนี่ยวนำคือ:

1) ขดลวด bifilar

2) วงจรกำเนิดความถี่ที่ปรับได้

ฉันได้พูดคุยเกี่ยวกับวงจรฮีตเตอร์เหนี่ยวนำบางส่วนในเว็บไซต์นี้แล้วคุณสามารถอ่านได้ด้านล่าง:

วงจรฮีตเตอร์เหนี่ยวนำพลังงานแสงอาทิตย์

วงจรฮีตเตอร์เหนี่ยวนำโดยใช้ IGBT

วงจรฮีตเตอร์เหนี่ยวนำอย่างง่าย - วงจรหม้อหุงร้อน

วงจรฮีตเตอร์เหนี่ยวนำขนาดเล็กสำหรับโครงการโรงเรียน

ลิงก์ทั้งหมดข้างต้นมีสองสิ่งที่เหมือนกันนั่นคือมีขดลวดทำงานและสเตจออสซิลเลเตอร์ของไดรเวอร์

การออกแบบขดลวดงาน

สำหรับการออกแบบเครื่องครัวแบบเหนี่ยวนำขดลวดงานควรจะแบนตามธรรมชาติดังนั้นจึงต้องเป็นแบบสองชั้นตามการกำหนดค่าดังที่แสดงด้านล่าง:

การออกแบบประเภทขดลวดสองชั้นที่แสดงด้านบนสามารถนำไปใช้ในการทำเครื่องครัวเหนี่ยวนำแบบโฮมเมดของคุณได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เพื่อการตอบสนองที่ดีที่สุดและการสร้างความร้อนต่ำภายในขดลวดตรวจสอบให้แน่ใจว่าลวดของขดลวดไบฟิลาร์ทำโดยใช้ทองแดงเส้นเล็ก ๆ หลายเส้นแทนที่จะเป็นเส้นทึบเส้นเดียว

ดังนั้นสิ่งนี้จึงกลายเป็นขดลวดทำงานของเครื่องครัวตอนนี้ปลายของขดลวดนี้จำเป็นต้องรวมเข้ากับตัวเก็บประจุที่ตรงกันและเครือข่ายไดรเวอร์ความถี่ที่เข้ากันได้ดังแสดงในรูปต่อไปนี้:

การออกแบบวงจรขับเรโซแนนซ์ซีรี่ส์ H-Bridge

จนถึงตอนนี้ข้อมูลควรแจ้งให้คุณทราบเกี่ยวกับวิธีกำหนดค่าเครื่องครัวแบบเหนี่ยวนำอย่างง่ายหรือการออกแบบเตาแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างไรก็ตามส่วนที่สำคัญที่สุดของการออกแบบคือวิธีการสะท้อนเครือข่ายตัวเก็บประจุแบบคอยล์ (วงจรถัง) ให้อยู่ในช่วงที่เหมาะสมที่สุดเพื่อให้ วงจรทำงานในระดับที่มีประสิทธิภาพสูงสุด

การเปิดใช้งานวงจรถังขดลวด / ตัวเก็บประจุ (วงจร LC) เพื่อทำงานที่ระดับเสียงสะท้อนต้องอาศัยการเหนี่ยวนำของขดลวดและความจุของตัวเก็บประจุเพื่อให้เข้ากันได้อย่างสมบูรณ์แบบ

สิ่งนี้สามารถเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อรีแอคแตนซ์ของทั้งสองคู่เหมือนกันนั่นคือรีแอกแตนซ์ของขดลวด (ตัวเหนี่ยวนำ) และตัวเก็บประจุมีค่าใกล้เคียงกันโดยประมาณ

เมื่อแก้ไขแล้วคุณสามารถคาดหวังว่าวงจรรถถังจะทำงานที่ความถี่ธรรมชาติและเครือข่าย LC ถึงจุดเรโซแนนซ์ นี่เรียกว่าวงจร LC ที่ปรับแต่งอย่างสมบูรณ์แบบ

สรุปขั้นตอนการออกแบบวงจรฮีตเตอร์เหนี่ยวนำพื้นฐาน

คุณอาจสงสัยว่าเรโซแนนซ์ของวงจร LC คืออะไร ?? และวิธีนี้สามารถคำนวณได้อย่างรวดเร็วสำหรับการออกแบบเครื่องทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำเฉพาะได้อย่างไร เราจะพูดถึงเรื่องนี้อย่างละเอียดในหัวข้อต่อไปนี้

ย่อหน้าข้างต้นอธิบายถึงความลับพื้นฐานที่อยู่เบื้องหลังการพัฒนาเตาแม่เหล็กไฟฟ้าราคาประหยัด แต่มีประสิทธิภาพที่บ้านในคำอธิบายต่อไปนี้เราจะดูว่าสามารถนำไปใช้งานได้อย่างไรโดยการคำนวณพารามิเตอร์ที่สำคัญโดยเฉพาะเช่นการสั่นพ้องของวงจร LC ที่ปรับแต่งแล้วและขนาดที่ถูกต้องของ ขดลวดเพื่อให้แน่ใจว่ามีความสามารถในการจัดการกระแสไฟฟ้าที่เหมาะสม

Resonance ในวงจร Induction Heater LC คืออะไร

เมื่อตัวเก็บประจุภายในวงจร LC ที่ปรับแล้วถูกชาร์จชั่วขณะตัวเก็บประจุจะพยายามคายประจุและถ่ายโอนประจุที่สะสมอยู่เหนือขดลวดขดลวดจะรับประจุและเก็บประจุในรูปของสนามแม่เหล็ก แต่ทันทีที่ตัวเก็บประจุหมดไปในกระบวนการนี้ขดลวดจะพัฒนาประจุในรูปของสนามแม่เหล็กในปริมาณที่ใกล้เคียงกันและตอนนี้มันพยายามที่จะบังคับให้สิ่งนี้กลับเข้าไปในตัวเก็บประจุแม้ว่าจะมีขั้วตรงกันข้ามก็ตาม

เอื้อเฟื้อภาพ:

Wikipedia

ตัวเก็บประจุถูกบังคับให้ชาร์จอีกครั้ง แต่คราวนี้ไปในทิศทางตรงกันข้ามและทันทีที่ชาร์จเต็มมันก็พยายามที่จะทำให้ตัวเองว่างเปล่าบนขดลวดอีกครั้งและส่งผลให้เกิดการแบ่งปันประจุไปมาในรูปแบบของ กระแสไฟฟ้าที่แกว่งไปทั่วเครือข่าย LC

ความถี่ของกระแสสั่นนี้จะกลายเป็นความถี่เรโซแนนซ์ของวงจร LC ที่ปรับแล้ว

อย่างไรก็ตามเนื่องจากการสูญเสียโดยธรรมชาติการสั่นข้างต้นในที่สุดก็ตายไปตามกาลเวลาและความถี่การชาร์จทั้งหมดจะสิ้นสุดลงในช่วงเวลาหนึ่ง

แต่ถ้าความถี่ได้รับอนุญาตให้คงอยู่ผ่านอินพุตความถี่ภายนอกปรับที่ระดับเรโซแนนซ์เดียวกันนั่นอาจทำให้มั่นใจได้ว่าเอฟเฟกต์เรโซแนนซ์ถาวรจะเกิดขึ้นในวงจร LC

ที่ความถี่เรโซแนนซ์เราสามารถคาดหวังได้ว่าแอมพลิจูดของแรงดันไฟฟ้าที่แกว่งผ่านวงจร LC จะอยู่ที่ระดับสูงสุดซึ่งส่งผลให้เกิดการเหนี่ยวนำที่มีประสิทธิภาพสูงสุด

ดังนั้นเราจึงสามารถบอกเป็นนัยได้ว่าในการใช้เรโซแนนซ์ที่สมบูรณ์แบบภายในเครือข่าย LC สำหรับการออกแบบเครื่องทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำเราจำเป็นต้องตรวจสอบพารามิเตอร์ที่สำคัญดังต่อไปนี้:

1) วงจร LC ที่ปรับแล้ว

2) และความถี่ที่ตรงกันเพื่อรักษาเรโซแนนซ์วงจร LC

สามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรง่ายๆดังต่อไปนี้:

F = 1 ÷ 2π x √LC

ที่ L อยู่ใน Henry และ C อยู่ใน Farad

หากคุณไม่ต้องการยุ่งยากในการคำนวณเรโซแนนซ์ของถังขดลวด LC ผ่านสูตรตัวเลือกที่ง่ายกว่ามากคือการใช้ซอฟต์แวร์ต่อไปนี้:

เครื่องคำนวณความถี่เรโซแนนซ์ LC

หรือคุณอาจสร้างสิ่งนี้ มิเตอร์จุ่มแบบกริด สำหรับการระบุและตั้งค่าความถี่เรโซแนนซ์

เมื่อระบุความถี่เรโซแนนซ์ได้แล้วก็ถึงเวลาตั้งค่าไอซีฟูลบริดจ์ด้วยความถี่เรโซแนนซ์นี้โดยการเลือกส่วนประกอบเวลา Rt และ Ct อย่างเหมาะสม สิ่งนี้อาจทำได้โดยการลองผิดลองถูกโดยการวัดผลในทางปฏิบัติหรือโดยใช้สูตรต่อไปนี้:

สามารถใช้สูตรต่อไปนี้เพื่อคำนวณค่าของ Rt / Ct:

f = 1 / 1.453 x Rt x Ct โดยที่ Rt อยู่ในโอห์มและ Ct ใน Farads

การใช้ Series Resonance

แนวคิดฮีตเตอร์เหนี่ยวนำที่กล่าวถึงในโพสต์นี้ใช้วงจรเรโซแนนซ์แบบอนุกรม

เมื่อใช้วงจร LC เรโซแนนซ์แบบอนุกรมเราจะมีตัวเหนี่ยวนำ (L) และตัวเก็บประจุ (C) เชื่อมต่อเป็นอนุกรมดังแสดงในแผนภาพต่อไปนี้

แรงดันไฟฟ้าทั้งหมด V นำไปใช้กับซีรีส์ LC จะเป็นผลรวมของแรงดันไฟฟ้าคร่อมตัวเหนี่ยวนำ L และแรงดันไฟฟ้าคร่อมตัวเก็บประจุ C กระแสที่ไหลผ่านระบบจะเท่ากับกระแสที่ไหลผ่านส่วนประกอบ L และ C

V = VL + VC

ฉัน = IL = IC

ความถี่ของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้มีผลต่อปฏิกิริยาของตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุ เมื่อความถี่เพิ่มขึ้นจากค่าต่ำสุดไปเป็นค่าที่สูงขึ้นค่ารีแอคแตนซ์อุปนัย XL ของตัวเหนี่ยวนำจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วน แต่ XC ซึ่งเป็นค่ารีแอกแตนซ์แบบเก็บประจุจะลดลง

อย่างไรก็ตามในขณะที่ความถี่เพิ่มขึ้นจะมีอินสแตนซ์หรือขีด จำกัด เฉพาะเมื่อขนาดของรีแอคแตนซ์อุปนัยและรีแอคแตนซ์ความจุจะเท่ากัน อินสแตนซ์นี้จะเป็นจุดเรโซแนนซ์ของซีรีส์ LC และสามารถกำหนดความถี่เป็นความถี่เรโซแนนซ์ได้

ดังนั้นในวงจรเรโซแนนซ์แบบอนุกรมการสั่นพ้องจะเกิดขึ้นเมื่อ

XL = XC

หรือ, ωL = 1 / ωC

โดยที่ω = ความถี่เชิงมุม

การประเมินคุณค่าของωทำให้เรา:

ω = ωo = 1 / √ LC ซึ่งกำหนดเป็นความถี่เชิงมุมเรโซแนนซ์

การแทนที่สิ่งนี้ในสมการก่อนหน้านี้และการแปลงความถี่เชิงมุม (ในเรเดียนต่อวินาที) เป็นความถี่ (Hz) ในที่สุดเราก็ได้:

สำหรับ = ωo / 2π = 1 / 2π√ LC

สำหรับ = 1 / 2π√ LC

การคำนวณขนาดลวดสำหรับขดลวดการทำงานของฮีตเตอร์เหนี่ยวนำ

เมื่อคุณคำนวณค่าที่เหมาะสมของ L และ C สำหรับวงจรถังของเครื่องทำความร้อนเหนี่ยวนำและประเมินความถี่ที่เข้ากันได้ที่แน่นอนสำหรับวงจรไดรเวอร์แล้วก็ถึงเวลาคำนวณและแก้ไขความสามารถในการจัดการปัจจุบันของขดลวดงานและตัวเก็บประจุ

เนื่องจากกระแสที่เกี่ยวข้องภายในการออกแบบเครื่องทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำอาจมีขนาดใหญ่มากจึงไม่สามารถละเลยพารามิเตอร์นี้ได้และต้องกำหนดให้กับวงจร LC อย่างถูกต้อง

การใช้สูตรคำนวณขนาดลวดสำหรับขนาดลวดเหนี่ยวนำอาจเป็นเรื่องยากเล็กน้อยโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับผู้มาใหม่และนั่นเป็นเหตุผลที่ว่าทำไมจึงมีการเปิดใช้งานซอฟต์แวร์พิเศษสำหรับสิ่งเดียวกันในไซต์นี้ซึ่งนักทำงานอดิเรกที่สนใจสามารถใช้เพื่อ มิติลวดขนาดที่เหมาะสม สำหรับวงจรเตาแม่เหล็กไฟฟ้าของคุณ