Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW

slu_1982 10 Lis 2014 23:53 38112 26
  • Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW

    Nagrzewnica indukcyjna jest urządzeniem, które od zawsze chciałem wykonać. Moje pierwsze próby uruchomienia nagrzewnicy polegały na eksperymentach z nagrzewnicą opartą na ZVS tzw. "Royer Induction Heater", nagrzewnicą opartą na sterowniku i części mocy DRSSTC.

    Moje dotychczasowe poczynania nie dały mi wystarczającego rezultatu, chciałem zbudować urządzenie zasilane prosto z sieci. Przeglądając internet znalazłem wiele tematów dotyczących nagrzewnic, różne topologie, sposoby sterowania i zasilania. W pewnym momencie swoich poszukiwań znalazłem stronę poświęcona nagrzewaniu indukcyjnym, na której jest zaprezentowany dokładny opis krok po kroku szeregowej nagrzewnicy indukcyjnej zasilanej poprzez transformator dopasowujący. http://www.mindchallenger.com/inductionheater/ Tutaj zamieszczam link do wspomnianej strony.

    Budując pierwszą wersję nagrzewnicy wzorowałem się na schematach zamieszczonych w linku wyżej. Skonstruowałem sterownik zawierający układ PLL. Był to pierwszy układ, który budowałem oparty na PLL. Złożenie i uruchomienie tego układu zajęło mi trochę czasu, popełniłem przy tym kilka podstawowych błędów, nauczyłem się nowych rzeczy i poznałem nowe zjawiska fizyczne.

    Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW

    Obecny schemat, który teraz prezentuję to połączenie schematu z podanego linku oraz kolejnej strony o nagrzewnicy indukcyjnej. http://uzzors2k.4hv.org/index.php?page=pllinductionheater1
    Nie podam wszystkich wartości elementów na tym schemacie. Potencjometr R4- trimpot służy do ustawienia fazy przełączania napięcia wyjściowego z mostka względem prądu płynącego w obwodzie. Część schematu składającą się z komparatorów U6 można pominąć albo podać na wejście sygnał z przekładnika prądowego. Aby całość pracowała poprawnie, bardzo ważne jest odpowiednie ustawienie sterownika. Obecnie można zaobserwować trzy rodzaje ustawienia fazy napięcia wyjściowego z mostka a prądu płynącego przez jeden z przewodów transformatora dopasowującego:

    Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW

    Przesunięcie fazowe, a raczej częstotliwość pracy dopasowujemy tak, aby była trochę mniejsza od częstotliwości rezonansowej. Na zdjęciach oscylogramów widać trzy sytuacje. Kiedy napięcie jest przełączane w zerach prądu i kiedy napięcie jest przełączane wcześniej, powstają szpile na zboczach napięcia. Napięcie na oscylogramie jest sygnałem prostokątnym, a prąd jest sinusoidą. W pewnym ustawieniu widać jak znikają szpilki na przebiegu napięcia i to jest odpowiedni punkt pracy. Następnie zdjęcie przedstawia oscylogram podczas pracy w dużej mocy 3.5KW.

    Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW

    Sprzężenie zwrotne jest pobrane w postaci napięcia z kondensatora rezonansowego i podane jest na P2 i P5.

    Zacznę od opisu układu szeregowego zasilanego transformatorem dopasowującym impedancje. Wybrałem taki układ, ponieważ eliminuje on użycie cewki dopasowującej, na temat której nie znalazłem potrzebnych informacji. Była ona elementem o nieznanych parametrach trudnych do obliczenia. Kolejnym powodem wybrania takiego układu jest separacja obwodu rezonansowego od napięcia sieciowego.

    Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW

    Układ rezonansowy jest złożony z baraterii kondensatorów WIMA FKP1 o łącznej pojemności 2.16uF/650VAC/1600VDC przylutowanych blachą miedzianą, cewka to pięć zwojów rurki chłodniczej o średnicy ok. 10mm, a cewka ma średnicę wewnętrzną 60mm. Częstotliwość rezonansowa wypada ok. 90KHz, przez cewkę jest pompowana woda.
    Pompa, która była zastosowana do chłodzenia i zbiornik rezerwuar wykonany na szybko. W kolejnej wersji będzie to wyglądało inaczej, ale na razie dobre jest i to.

    Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW

    Cewkę wykonałem z rury miedzianej przeznaczonej dla chłodnictwa. Rura jest z miedzi miękkiej; aby ukształtować odpowiednie uzwojenie, rurę wypełniłem wyprażonym w piekarniku piaskiem.

    Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW

    Wyprażony i przesiany piasek jest bardziej sypki i lepiej wypełnia rurę, jest to zabieg uniemożliwiający przegięcia rury w miejscu zginania. Do końców rury zalutowałem śrubunki mosiężne. Rura miała mniejszą średnicę niż śrubunki, więc zrobiłem prowizoryczną przejściówkę z kawałka nałożonej nań rurki.

    Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW
    Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW

    Do śrubunków zamontowałem także po nypelu mosiężnym tak, aby część można było zamontować w obudowie. Montaż do obudowy zrealizowałem za pomocą wycinku płyty bakelitowej. Część, która jest w obudowie stanowi część nieruchomą.

    Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW

    Transformator dopasowujący impedancje składa się z czterech rdzeni toroidalnych z materiału 3E25 spiętych jeden z drugim w jeden podłużny rdzeń. Nawinięte jest na nim ok. 18 zwojów uzwojenia pierwotnego licą, czyli skręconymi ze sobą izolowanymi drutami nawojowymi o odpowiedniej średnicy, u mnie 4x1.1mm. Ważne jest, by właśnie licą nawijać ten transformator. Średnica pojedynczych drutów powinna być dokładnie dobrana tak, aby zminimalizować starty. Im większe stary w tym miejscu, tym bardziej będzie się nagrzewało uzwojenie i rdzeń. Rdzenie ferrytowe mają parametry w dużym stopniu zależne od temperatury otoczenia podczas pracy. Nie możemy dopuścić do zbytniego nagrzania rdzeni, skutkiem może być nasycenie się uzwojenia i uszkodzenie części mocy. Przewody z uzwojenia pierwotnego powinny być razem ze sobą skręcone w celu uniknięcia indukcji rozproszenia.

    Uzwojenie pierwotne jest zasilane bezpośrednio z półmostka opartego na tranzystorach MOSFET. Mostek zawiera kondensatory filtrujące o dużej pojemności 1000uF, tranzystory są zabezpieczone diodami shottky-ego i diodami zwrotnym, transilami oraz dwoma kondensatorami impulsowymi 4.7uF. Sterowanie tranzystorami zrealizowane jest za pomocą transformatora sterującego nawiniętego na rdzeniu TN32 3E25. Na płytce sterownika jest również układ soft-startu, rezystory rozładowujące kondensatory po odłączeniu układu. Mostek został wykonany na dwustronnej płytce.
    Na płytce mostka znalazły się również złącza do zasilania wentylatorów z 12V.

    Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW
    [pic]https://obrazki.elektroda.pl/6598203000_1415653466.gif[/pic]

    Uwagi i popełnione błędy.
    Jednym z błędów były za wąskie ścieżki w PCB mostka. Ścieżki i laminat uległy przepaleniu w miejscach przecięcia się.

    Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW
    Kolejnym błędem było użycie przedniej części obudowy ze stali. Obudowa bardzo mocno się nagrzewa pod wpływem prądów wirowych. Jednym z przykładów jest to zdjęcie:
    Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW

    Podczas pracy na pełnej mocy najbardziej rozgrzewają się kondensatory rezonansowe. Nie są jednak one bardzo gorące - da się je trzymać ręką, lecz są bardzo ciepłe.

    Kilka brzydkich zdjęć z budowy. Zwróćcie uwagę na okulary ochronne, warto ich używać. :)

    Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW

    Kolejne zdjęcia dotyczą uruchamiania układu.

    Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW

    I teraz zdjęcia efektów, jakie udało mi się uzyskać. Do pierwszych eksperymentów stworzyłem coś w rodzaju tygla z zaprawy szamotowej. Zaprawę wyparzyłem za pomocą wsadu. :D

    Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW

    Gdy już stapiany wsad osiągnął pewną temperaturę i mój pseudotygiel został wygrzany, zaczęła się zabawa...

    Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW

    Bezpiecznik sieciowy jest na wartość 16A. Prąd pobierany z sieci wynosi mniej więcej 15-18A. Jako ciekawostka - 10A bezpieczniki wytrzymywały, po jakimś czasie się przypalały, ale gniazdo było strasznie gorące. :D

    Chciałbym podzielić się zdjęciami z poprzedniej wersji, poznawczej nagrzewnicy indukcyjnej na PLL. Była to wersja, która nie miała zabezpieczenia przed zbytnim wzrostem prądu. Gdy wyciągniemy wsad, prąd w części rezonansowej będzie próbował osiągnąć wartość nieskończoną. W moim układzie i prezentowanym schemacie napisałem, że niepotrzebny jest komparator U6. Układ wymaga dopracowania. Komparator jednak się przydaje jako ograniczenie prądowe. Gdy prąd rośnie, pojawia się też wyższe napięcie na kondensatorach - przy pustym wsadzie i dzięki temu nagrzewnica nie ulega awarii podczas usunięcia w trakcie pracy wsadu. Wersja poznawcza nie była zabezpieczona przed zbyt dużym wzrostem prądu/napięcia w części rezonansowej. Efektem po wyciągnięciu wsadu był piękny strzał IGBT. Oprócz strzału chciałem pokazać, jak wyglądał wcześniejszy półmostek i wskazać na pewne błędy, które popełniłem. Na zdjęciu widać, jak ścieżki sterowania tranzystorami przebiegają pod radiatorami, które nie są odseparowane od tranzystorów. Ścieżki są bardzo długie i elementy zabezpieczające sygnał sterujący/rezystory bramkowe są zbyt daleko.

    Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW

    Na zdjęciu płytki widać najczulsze na nadmierny prąd miejsca ścieżek. Są to odparowane kawałki miedzi na zgięciach. :D Na tranzystorach widać również ciekawe wypalenia między dwoma ostatnimi wyprowadzeniami.

    Amperomierz przedstawia wartość prądu w obwodzie zasilania sieciowego.


    Link


    Link


    Pozdrawiam wszystkich i życzę powodzenia w konstruowaniu swojej nagrzewnicy indukcyjnej.

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    slu_1982
    Poziom 26  
    Offline 
    Specjalizuje się w: hv
    slu_1982 napisał 1085 postów o ocenie 278, pomógł 47 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2008 roku.
  • #2
    RAFAŁ.M
    Poziom 18  
    Bardzo faja nagrzewnica wyszła. Mam pewne spostrzeżenia co do metody pomiaru prądu. Na filmie widać, że pomiaru dokonujesz chyba zwykłym miernikiem bez True RMS, a taki miernik w przypadku pomiarów gdzie kształt przebiegu prądu pobieranego z sieci jest daleki od sinusa pokazuje zupełnie błędne odczyty. Już dużo lepszy będzie zwykły amperomierz tablicowy z dużą wskazówką.
    Odnośnie temperatury bloku kondensatorów to może rozsunięcie ich względem siebie o kilka milimetrów pomogło by obniżyć temperaturę. Zakładam oczywiście że jest za nimi wentylator.
  • #3
    zgierzman
    Poziom 24  
    Bardzo ciekawy projekt. Widać duży wkład pracy.
    Cenne uwagi o szerokości ścieżek, czy grzaniu się układu w miejscach, gdzie ścieżki się przecinają.
    Ciekawi mnie tylko zdane:
    slu_1982 napisał:
    Nie podam wszystkich wartości elementów na tym schemacie.
    Można wiedzieć dlaczego? Prezentujesz działające urządzenie na forum DIY, ale nie umożliwiasz innym wykonania kopii. Może to i zgodne z regulaminem, ale nie z duchem tego forum.
  • #4
    cooltygrysek
    Warunkowo odblokowany
    Witam. Miałem kiedyś przyjemność naprawiać nagrzewnice indukcyjne o mocy 600 KW opartych na lampach, służyła ona do punktowego hartowania wałów, zębów kół zębatych itd. Tutaj widzę ładną robotę oraz prostotę wykonania. Jednak mam pytanie czy woda jako medium chłodzące nie wpływa na rezonans cewki nagrzewnicy ?? Przecież rurka miedziana przedstawia sobą falowód, a woda jako przewodnik więc obwód jest jako by zamknięty w pewnym sensie. Natomiast w przemysłowych nagrzewnicach tego typu stosuje się najczęściej olej transformatorowy. Mógłbyś to zagadnienie opisać.
  • #6
    QuantumXXX
    Poziom 18  
    cooltygrysek napisał:
    Jednak mam pytanie czy woda jako medium chłodzące nie wpływa na rezonans cewki nagrzewnicy ?? Przecież rurka miedziana przedstawia sobą falowód, a woda jako przewodnik więc obwód jest jako by zamknięty w pewnym sensie. Natomiast w przemysłowych nagrzewnicach tego typu stosuje się najczęściej olej transformatorowy. Mógłbyś to zagadnienie opisać.


    Z m.in. tego powodu w układzie zastosowano pętlę fazową - aby śledzić rezonans układu.
  • #7
    cooltygrysek
    Warunkowo odblokowany
    To wyjaśnia sprawę ale odchyłki jakieś pozostają w przebiegach ? Pytam bo jestem dość zainteresowany budową takiej nagrzewnicy i chciałbym oprzeć na chłodzeniu olejowym.
  • #8
    robokop
    Moderator Samochody
    QuantumXXX napisał:
    cooltygrysek napisał:
    Jednak mam pytanie czy woda jako medium chłodzące nie wpływa na rezonans cewki nagrzewnicy ?? Przecież rurka miedziana przedstawia sobą falowód, a woda jako przewodnik więc obwód jest jako by zamknięty w pewnym sensie. Natomiast w przemysłowych nagrzewnicach tego typu stosuje się najczęściej olej transformatorowy. Mógłbyś to zagadnienie opisać.


    Z m.in. tego powodu w układzie zastosowano pętlę fazową - aby śledzić rezonans układu.

    PLL zastosowano dlatego, że indukcyjność cewki zależy od ilości i rodzaju "wkładu" - woda jako taka w cewce ma znaczenie marginalne. Prąd w.cz płynie po powierzchni przewodnika - stąd zastosowanie rury, jako uzwojenia cewki. Dodatkowa korzyść oprócz zmniejszenia ilości miedzi, to właśnie możliwość wykorzystania chłodzenia jej wodą.
    cooltygrysek napisał:
    Witam. Miałem kiedyś przyjemność naprawiać nagrzewnice indukcyjne o mocy 600 KW opartych na lampach, służyła ona do punktowego hartowania wałów, zębów kół zębatych itd.

    Tamte o których piszesz, działały nieco inaczej - służyły do hartowania powierzchniowego.
  • #9
    cinepi
    Poziom 13  
    Chłodzenie olejowe nie warte jest zachodu - nawet w przemysłowych urządzeniach stosuje się chłodzenie wodne - wodą destylowaną, "kranówką" lub wodą z dodatkiem glikolu - jeśli mogą wystąpić ujemne temperatury. Oczywiście pozostają kwestie różnic potencjałów jeśli różne elementy są chłodzone wodą, ale można to rozwiązać stosując pętle z węża o długości ok.1m.

    Urządzenie bardzo ciekawe, widać rękę fachowca w zastosowaniu połączeń na śrubunkach i konstrukcji baterii kondensatorów. Nie myślał kolega o przylutowaniu kondensatorów do rurki zamiast do blaszki - wtedy miałyby lepsze chłodzenie. Jak dokładnie jest rozwiązane sprzężenie zwrotne - pomiar napięcia na kondensatorze tak jak na schemacie, czy widoczny na zdjęciach przekładnik prądowy? Były jakieś problemy z przesunięciem fazy wprowadzanym przez przekładnik?
  • #10
    cooltygrysek
    Warunkowo odblokowany
    Tak hartowanie powierzchniowe do 3cm w głąb zęba przez 3-4 sek i natrysk oleju w celu schłodzenia, natomiast wały były hartowane głęboko czyli większy czas emisji z przesuwem wzdłuż wału z chłodzeniem olejem natryskowo. Czyli hartowanie liniowe. Wały i zęby stawały się twarde i trudno ścieralne.
    Czyli woda w sama w sobie nie wielki ma wpływ na sam rezonans ?
  • #11
    cinepi
    Poziom 13  
    Woda nie ma zauważalnego wpływu na częstotliwość pracy - prąd i tak płynie po zewnętrznej części rurki (naskórkowość). Częstotliwość jest znacznie niższa niż w generatorach lampowych, a widziałem generator lampowy w hartowni, w którym przez cewkę płynęła woda, cewka miała otwory i przesuwając się wzdłuż tulei/wałka nagrzewała go i studziła praktycznie natychmiast. A zamiast oleju w hartowniach indukcyjnych używa się wody lub wody z dodatkiem specjalnego polimeru, który sprawia że woda odbiera ciepło z hartowanego detalu mniej intensywnie, podobnie jak olej. Ustalając stężenie roztworu można regulować intensywność schładzania a co za tym idzie twardość i głębokość hartowania.
  • #13
    mobak
    Poziom 13  
    Witam. Zgrzewarki firmy Thermatool też posiadają podobny układ sterowania na pęli PLL. Moc 300 kW częstotliwość 400 kHz Prąd na szynie DC max.1200A. Mostek mocy
    to 480 szt. IRFP460. Moc regulowana mostkiem tyrystorowym.
  • #14
    mosfetkiler
    Poziom 21  
    Przymierzałem się kiedyś do tego układu ale brak zabezpieczenia przed wejściem w rezonans przy pustym wzbudniku mnie odstręczył.
    Zbudowałem za to układ z tej strony (ale we wcześniejszej wersji strony, nie układu, kilka lat temu - były na niej arkusze Excela do projektowania):
    http://uzzors2k.4hv.org/index.php?page=pllinductionheater1
    Działało niby dobrze - pusty wzbudnik - mały pobór prądu, po włożeniu wsadu prąd szedł na max., po wyjęciu - opadał samoczynnie, częstotliwość w rejonie 350 kHz. Potem coś się pokićkało i układ zaczął "wariować" - działał niestabilnie, psuł tranzystory.
    Nie mogłem jakoś dojść z nim do ładu, zirytował mnie i został skasowany.
    Kondesatory najbardzej przydatne to WIMA FKP1, 47nF/2000V - wytrzymują po 7-8A sztuka (proponuję zobaczyć w TME po ile są kondensatory profesjonalne CELEM).
    Przy tej mocy powinieneś stopić bez problemu ok. 0,5 kg stali w kilkanaście minut.
    Tygle należy zrobić wymienne - bo zalepiają się żużlem w górnej części po 1-3 wytopach.
    Należy też optymalnie dobrać szczelinę między wsadem a wzbudnikem - zazwyczej dorze jet przy 5-7mm.
    Przy zbyt małej szczelinie układ się dławi i trudno uzyskać duży prąd obciążenia, przy zbyt dużej - prąd jest też duży lecz zaczyna grzać bardziej wzbudnik niż wsad.

    I tutaj:
    http://www.neon-john.com/Induction/Roy/Roy.htm
    Zastanawiam się nad adaptacją tego układu rezonansu równoległego do zasilania z 230V.
    Układ jest samooscylujący lecz zasilany z amerykańskiego 120V.
    Tranzystory IGBT na 1200V nie wytrzymają zasilania z 230V bo w układze push - pull napięcie na nich się podwaja a do tego dochodzą przepięcia z dławika.
  • #15
    bobo
    Poziom 28  
    robokop napisał:
    Nawet nie niewielki, a żaden. Efekt naskórkowatości powoduje, że prąd płynie po powierzchni przewodnika - stąd w urządzeniach w. cz. bardziej liczy się powierzchnia, niż przekrój.


    Coś, kolega namieszał.
    Po pierwsze nie, naskórkowatości, a naskórkowości.
    Po drugie, prąd nie płynie po powierzchni, a w przewodniku.
    Po trzecie, nieprawdą jest że liczy się powierzchnia.

    Pozdrówka.
  • #16
    Freddy
    Poziom 43  
    robokop napisał:
    Nawet nie niewielki, a żaden. Efekt naskórkowatości powoduje, że prąd płynie po powierzchni przewodnika - stąd w urządzeniach wcz bardziej liczy się powierzchnia, niż przekrój.

    Powinno raczej być:
    W urządzeniach w.cz. stosuje się licę (splecione izolowane druciki), czyli zamiast jeden drut 1mm² stosuje się np. licę składającą się z 50 drucików 0.02mm² .
  • #17
    robokop
    Moderator Samochody
    bobo napisał:

    Coś , kolega namieszał.
    Po pierwsze nie, naskórkowatości a naskórkowości.

    Ot, literówka, nie zmieniająca sensu stwierdzenia
    Cytat:
    Po drugie , prąd nie płynie po powierzchni a w przewodniku.
    Bardzo odkrywcze. Im frq prądu wyższa, tym bliżej powierzchni on płynie kolego, nie całym przekrojem przewodnika z jednakową gęstością, jak to masz w przypadku DC. Stąd masz w użyciu np. srebrzankę w obwodach w.cz - drut miedziany robi tylko za nośnik zewnętrznej, bardzo cieniutkiej warstwy srebra, którą płyną prądy w.cz.
    Cytat:

    Po trzecie, nieprawdą jest że liczy się powierzchnia.
    Naprawdę? Poczytaj http://pl.wikipedia.org/wiki/Nask%C3%B3rkowo%C5%9B%C4%87
    Freddy napisał:

    Powinno raczej być:
    W urządzeniach w.cz. stosuje się licę (splecione izolowane druciki), czyli zamiast jeden drut 1mm² stosuje się np. licę składającą się z 50 drucików 0.02mm² .

    Ewentualnie przewodniki w postaci rur, bądź płaskich szerokich taśm.
  • #18
    bobo
    Poziom 28  
    robokop napisał:

    Bardzo odkrywcze. Im frq prądu wyższa, tym bliżej powierzchni on płynie kolego, nie całym przekrojem przewodnika z jednakową gęstością, jak to masz w przypadku DC. Stąd masz w użyciu np. srebrzankę w obwodach w.cz - drut miedziany robi tylko za nośnik zewnętrznej, bardzo cieniutkiej warstwy srebra, którą płyną prądy w.cz.

    I to jest prawda. Sam kolega napiasł ( pogrubiłem )

    robokop napisał:


    Czytać, a czytać i rozumieć to jest różnica. I wcale to nie jest prawdą. Rzecz nie dotyczy powierzchni zewnętrznej przewodnika. Wystarczy sobie tylko wyobrazić wymiary cewki dla 100kHz i dla 100MHz. Powierzchnia zewnątrzna nie ma tu żadnego znaczenia
    Pozdrówka
  • #19
    Użytkownik usunął konto
    Użytkownik usunął konto  
  • #20
    SQLmaster
    Poziom 24  
    robokop napisał:
    QuantumXXX napisał:
    cooltygrysek napisał:
    Jednak mam pytanie czy woda jako medium chłodzące nie wpływa na rezonans cewki nagrzewnicy ?? Przecież rurka miedziana przedstawia sobą falowód, a woda jako przewodnik więc obwód jest jako by zamknięty w pewnym sensie. Natomiast w przemysłowych nagrzewnicach tego typu stosuje się najczęściej olej transformatorowy. Mógłbyś to zagadnienie opisać.


    Z m.in. tego powodu w układzie zastosowano pętlę fazową - aby śledzić rezonans układu.

    PLL zastosowano dlatego, że indukcyjność cewki zależy od ilości i rodzaju "wkładu" - woda jako taka w cewce ma znaczenie marginalne. Prąd w.cz płynie po powierzchni przewodnika


    A więc po kolei:
    1. Taka rurka owszem, mogła by być falowodem ale dla długości fali zbliżonej do średnicy wewnętrznej rurki. Czyli dla kilkuset GHz w tym przypadku (fale milimetrowe).

    2. Nie po powierzchni ale przy powierzchni, ale to jest tylko literówka, nieistotna pomyłka w doborze słowa na zjawisko. Nie powinniśmy się tego czepiać. Głębokość wnikania możemy odczytać z takiego wykresu:
    Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW
    Autor pisze że układ pracuje przy 90kHz a więc wnikanie w miedź będzie rzędu 0,2mm. Głębokość wnikania jest to taka odległość od powierzchni przewodu, na której gęstość prądu osiąga wartość 1/e (czyli około 37%) swojej wartości maksymalnej.

    Ale sprawa nie jest prosta bo wnętrzem przewodnika nadal płynie prąd, powyżej 40kHz dla przewodu fi 2mm płynie prąd nawet środkiem przewodu, ale (zaskakujące) w kierunku przeciwnym. Przedstawia to wykres dla przewodu fi 2mm:
    Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW

    A ponadto woda w cewce na pewno zaburza pole elektromagnetyczne z racji tego że ma inną przenikalność jak powietrze. Jednakże jest to i tak nie istotne w porównaniu z gwałtownymi zmianami parametrów powodowanymi przeróżną ilością ogrzewanego metalu. Przecież kropelka żelaza więcej to tutaj zdecydowana zmiana w parametrach rezonansowych, wpływ wody to pewnie milionowe części tego co zmienia wprowadzenie w cewkę ogrzewanego materiału.

    Dlatego wielkie gratulacje dla autora że opanował te trudne zjawiska, nie jest banalne zbudowanie urządzenia o mocy 3,5kW pracującego przy 90kHz.
  • #21
    cinepi
    Poziom 13  
    Nasunęło mi się parę pytań do Autora związanych z przedstawioną nagrzewnicą.
    - Czy moc jest regulowana w jakikolwiek sposób? Jak dokładnie działa soft-start?
    - Czym podyktowana jest tak wysoka częstotliwość?
    - Czy jest jakaś kontrola czasów martwych?
    - Czym podyktowane jest sterowanie tranzystorów za pomocą transformatora? Nie myślał kolega nad zastosowaniem optoizolatorów np. HCPL3120?
  • #22
    Użytkownik usunął konto
    Użytkownik usunął konto  
  • #23
    slu_1982
    Poziom 26  
    Cześć !
    Cieszę się z wielu odpowiedzi w moim temacie. Z doświadczenia wiem że podobne tematy cieszą się dużą popularnością. W kwestii nagrzewnic indukcyjnych panuje wiele niejasności, a są one urządzeniami pracującymi z wysokimi napięciami zasilania, przez co części mocy bywają narażone na awarie spowodowane błędami w sterowaniu, samego wykonania części mocy. Postanowiłem że w tym temacie będę odpowiadał na jasno skierowane pytania do mnie- autora.
    Temat prawie codziennie przeglądam i jestem zaskoczony wiedzą niektórych użytkowników. O niektórych zjawisk nie potrafiłem pewnie wytłumaczyć, wiedziałem że tak działa i jest ok. Mam na myśli wodę chłodzącą uzwojenie robocze. Wiedziałem tylko tyle że woda płynąca w cewce jakby bocznikuje ją (płynąc w cewce jest połączona jakby równolegle) i nie ma tu żadnego znaczenia, ale w pewnym momencie zwiera cewkę wpływając do rezerwuaru. Wiedziałem że ta woda ma do przepłynięcia długą drogę, sama ma dużą rezystancję, dodając jeszcze częstotliwość pracy. Nie zastanawiałem się nad tym głębiej. U innych działało i nikt na ten temat nie pisał to u mnie też zadziała :D

    Projekt jest wykonany dla zabawy, obycia się z zasadami pracy i sterowania. W celach naukowych, jako wstęp do budowy większej konstrukcji. Niestety nie jestem zwolennikiem obliczeń, to co teraz publikuje miało wyciągnąć maksimum z domowego gniazdka :lol:

    Wiem że kolejnym projektem ma być dużo większa nagrzewnica indukcyjna, celuje na 40KW, ale chciałbym wyłuskać 80.... Wiem, są to potworne moce. W zanadrzu sterowanie tej mocy będzie zrealizowane za pomocą mikro kontrolera i tyrystorowego prostownika sześcio pulsowego. Mostek prawie gotowy, zostanie opisany jako kolejny DIY, chciałbym osiągnąć regulacje na szynie DC od 50 do 650VDC. Powstanie o tym niedługo temat, chyba w dziale zasilaczy bo jest kilka niejasności. W tej nagrzewnicy już będzie płyną olej transformatorowy odbierający ciepło z bloków wodnych chłodzących tranzystory IGBT i kondensatory. Podstawą będzie CM300DY-24H, IGBT 300A/1200V z którego w rezonansie da się wyciągnąć i 90KHz ale planuje ok. 40KHz. Projekt może w ogóle nie doczekać się realizacji dlatego pisząc o tym i chwaląc się zamiarami bardziej boję się, że się nie uda.

    Cytat:
    Nasunęło mi się parę pytań do Autora związanych z przedstawioną nagrzewnicą.
    - Czy moc jest regulowana w jakikolwiek sposób? Jak dokładnie działa soft-start?
    - Czym podyktowana jest tak wysoka częstotliwość?
    - Czy jest jakaś kontrola czasów martwych?
    - Czym podyktowane jest sterowanie tranzystorów za pomocą transformatora? Nie myślał kolega nad zastosowaniem optoizolatorów np. HCPL3120?


    1. moc nie jest regulowana, chyba że zostanie zmienione przesunięcie fazowe, ale to mało bezpieczne. Z doświadczenia jednak wiem że obecny mostek tylko raz uległ uszkodzeniu, jak go zalało :| Softstart działa w dwóch miejscach, w części mocy można zobaczyć przekaźnik z równolegle dołączonym kondensatorem. Kondensator się ładuje przez mostek prostowniczy, oddzielny dla softstartu. Mostek prostowniczy jest podłączony przez trzy rezystory i kondensator do napięcia sieciowego. Gdy kondensator się naładuje do odpowiedniej wartości, przekaźnik uruchamia się i zwiera rezystor 18K. Przez ten rezystor jest ograniczony prąd ładowania kondensatorów w mostku.
    W drugim punkcie działa dodatkowy układ sofstartu w sterowniku. Jest tam wzmacniacz operacyjny U1B z ładującym się układem RC. Wpływa on na układ zmiany fazy. Po włączeniu zmienia się płynnie i powoli faza przebiegu napięciowego i prądowego od największego rozsunięcia kiedy prąd pobierany z sieci jest znikomy, aż do ustawionego potencjometrem "phase adjust" kiedy już płynie bardzo duży prąd"

    2. wysoka częstotliwość jest podyktowana możliwymi rozmiarami cewki roboczej i pojemności kondensatorów w MMC. Nie miałem więcej kondensatorów więc zostałem przy takiej pojemności. Cewka robocza ma swoje ograniczone wymiary w zależności od zastosowania. Ta jest najbardziej uniwersalna ;) Cewka nie może mieć zbyt dużej liczby zwojów itp. Dochodzą kolejne zjawiska..

    3. w układzie NIE MA CZASÓW MARTWYCH, jestem ich gorącym przeciwnikiem. Kto nie radzi sobie bez czasów martwych nie powinien się zabierać za takie konstrukcje. Jest to moja osobista opinia, nikomu jej nie narzucam. Ale uważam że czasy martwe dają więcej złego niż pożytku. Nie chcę o tym dyskutować, i nie będę więcej się wypowiadał w tym podpunkcie :)

    4. transformatory mają bardzo dużo zalet. Są proste i bezawaryjne. Sterowanie nimi nie sprawia mi żadnych kłopotów. W momencie odłączenia zasilania nie generują zanikających przebiegów. Eksperymentowałem z układami typu bootstrap i powiem że mi nie pasują. Cały czas zastanawiam się nad eksperymentami z układami HCPL, na pewno je przeprowadzę.

    Pozdrawiam !
  • #24
    aaanteka
    Poziom 38  
    slu_1982 napisał:
    3. w układzie NIE MA CZASÓW MARTWYCH, jestem ich gorącym przeciwnikiem. Kto nie radzi sobie bez czasów martwych nie powinien się zabierać za takie konstrukcje. Jest to moja osobista opinia, nikomu jej nie narzucam. Ale uważam że czasy martwe dają więcej złego niż pożytku. Nie chcę o tym dyskutować, i nie będę więcej się wypowiadał w tym podpunkcie

    Mógłbyś jednak trochę przybliżyć sens tej wypowiedzi, bo niezbyt zrozumiałam?
    Czy wypowiedź dotyczy układu opisanego na początku?
  • #25
    cinepi
    Poziom 13  
    Bardzo się cieszę z konkretnej odpowiedzi autora tematu. Moim zdaniem z istniejącego układu można by spróbować coś więcej "wydusić" - kolega z pracy zbudował coś podobnego i prawie 10kW na jednofazowym zasilaniu wyciągał (bezpiecznik większy niż 16A oczywiście). Rdzeń (3C90) był zbudowany z prostopadłościennych bloków w kształcie litery "C" i "I", kondensator rezonansowy zbudowany podobnie na "WIMACH" a w półmostku kondensatory PPA i w sumie 4 tranzystory IGBT połączone równolegle po 2 sztuki, chłodzone wodą. Co do projektu większej nagrzewnicy - bardzo ciekawy pomysł z mostkiem tyrystorowym, lecz czy nie lepszy byłby przekształtnik typu Buck? Nie wiem dlaczego cięgle przewija się temat chłodzenia olejem transformatorowym - wg mnie to dość problematyczne. Kolega o którym wspominałem wyżej przeprowadzał próby z nagrzewnicą która docelowo miała osiągnąć 100kW i jako układ chłodzenia pracowała w niej chłodnica z Audi 100, wentylator 100W o średnicy 35cm i pompa hydroforowa Omnigena. Jak wygląda sprawa z dostępnością tranzystorów CM300DY-24H? Nie myślał kolega o np. Semikronie lub Mitsubishi? Można też w PL dostać tranzystory f-my MACMIC np. MMG200DR120UZK - ponoć dość dobry zamiennik Semikrona. Pozdrawiam:)
  • #26
    huhs
    Poziom 10  
    Mam małe pytanko dotyczące zasilania cewki nagrzewnicy, a dokładniej w którą stronę płynie prąd rozmagnesowania podczas otwarcia dolnego klucza?
    Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW
  • #27
    olinek2
    Poziom 23  
    Węże nie mają założonych opasek? to może skończyć się bardzo nieprzyjemnie. Poza tym proponuję jedynie metalowe opaski, albo porządne plastiki po dwie sztuki co najmniej. Dobrą praktyką jest lekkie wywinięcie końca rurki, żeby wąż się nie zsuwał.

    Do falownika też troszeczkę bym się przyczepił, bo takie ścieżki mają baaardzo dużą indukcyjność. Z falownikiem jak najszerzej i jak najkrócej, unikając też dużych rozlań, bo sprzyjają pojemnościom pasożytniczym.

    Poza tym bardzo fajnie, łezka się w oku kręci na myśl o wspomnieniach związanych ze spawarkami, które na elektrodzie budowaliśmy parę lat temu :)