Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Nagrzewnica indukcyjna 1 kW

michal2666 16 Sep 2009 10:05 298967 427
Optex
  • #241
    mosfetkiler
    Level 21  
    Czyli spróbujmy podsumować do czego doszliśmy:
    - zbudowanie w miarę sprawnie i niezawodnie działającej nagrzewnicy falownikowej wymagać jednak będzie zastosowania przetwornicy zasilającej z regulacją napięcia i ograniczeniem prądowym,
    - generator sinusoidalny ze względu na możliwość niewystartowania pod obciążeniem oraz pewnie możliwość zerwania oscylacji przy nadmiernym obciążeniu też wymaga specjalnego zasilania, do tego wysokie napięcie na tranzystorze.
    Teza: rozważyć możliwość użycia jako zasilacza małej spawarki inwertorowej (są coraz tańsze, chociaż chińskie, ale jednak działające, a także konstruowane amatorsko) - mamy regulowane źródło prądu stałego o max. napięciu kilkudziesięciu V i jesteśmy częściowo zwolnieni z niewątpliwie upierdliwej czynności konstruowania części mechanicznej, obudowy itp. - forma przystawki do spawarki jw,
    -częstotliwość - rzecz do przemyślenia.
  • Optex
  • #243
    kinio98
    Level 12  
    Witam,


    Skoro mówimy o wykonaniu nagrzewnicy szeregowo-równoległej chciałem podzielić się moim projektem i problemem z którym zmagam się od jakiegoś czasu.

    Falownik jest wykonany w pełnym mostku na podwójnych tranzystorach IXGH60N60B2 załączanych przez UC3710.
    Sygnały są generowane z mikrokontrolera, a do izolacji optycznej użyłem dodatkowo HCPL3120.
    Częstotliwość jest na razie regulowana ręcznie.
    Wzbudnik to 8 zwojów rurki miedzianej o średnicy wewnętrznej 8mm, równolegle do niego 160x33nF/1250v, a w szeregu 10x100nF/2000v do tego dochodzi dławik: 12 zwojów rurki miedzianej 8mm.
    Całość jest zasilana z sieci a moc regulowana przez autotransformator, napięcie stale jest filtrowane przez 6x1000uF/600v.

    Całość chodzi nie najgorzej (ale) tylko dopóki nagrzewam metale niemagnetyczne (miedz, aluminium, stal nierdzewna), gdzie natężenie prądu miedzy wzbudnikiem a baterią kondensatorów dochodzi do 500A wartości skutecznej przy częstotliwości 45-47kHz.

    Problemy zaczynają się, gdy do wzbudnika włożę stal niemagnetyczną. Nie dość ze natężenie prądu na wzbudniku drastycznie spada to dodatkowo niemożliwe staje się wyregulowanie częstotliwości tak aby tranzystory przełączały się pobliżu zerowego obciążenia.
    Przypuszczam ze, problem leży po stronie dławika, ale próbowałem już rożnych rozwiązań i wszystko bez specjalnych efektów.

    Ps. Dla zainteresowanych mogę zamieścić parę fotek.
  • #244
    mosfetkiler
    Level 21  
    kinio 98
    Chyba się pomyliłeś w opisie:
    Quote:
    Całość chodzi nie najgorzej (ale) tylko dopóki nagrzewam metale niemagnetyczne (miedz, aluminium, stal nierdzewna), gdzie natężenie prądu miedzy wzbudnikiem a baterią kondensatorów dochodzi do 500A wartości skutecznej przy częstotliwości 45-47kHz.

    Problemy zaczynają się, gdy do wzbudnika włożę stal niemagnetyczną. Nie dość ze natężenie prądu na wzbudniku drastycznie spada to dodatkowo niemożliwe staje się wyregulowanie częstotliwości tak aby tranzystory przełączały się pobliżu zerowego obciążenia.

    Prawdopodobnie masz zbyt wysoką częstotliwość minimalną.
    Przy ręcznym dostrajaniu i po włożeniu do wzbudnika stali magnetycznej prąd obciążenia przy niskiej częstotliwości jest niezbyt duży.
    Po osiągnięciu przez wsad choćby częściowo stanu niemagnetycznego
    (powyżej ok. 760°C, kolor pomarańczowy) należy podnieść częstotliwość i grzanie będzie intensywne.
    Można to też prześledzić na podstawie podanych wcześniej przez Kolegę mariusz2009
    zmian parametrów zastępczych wzbudnika w trakcie wzrostu temperatury wsadu.

    A tak przy okazji: jest jakiś transformator separujący wzbudnik od sieci?

    PS. Fotki chętnie obejrzę.
  • #245
    kinio98
    Level 12  
    Każdorazowo po włożeniu wsadu ustawiam częstotliwość tak aby tranzystory zostały przełączone w pobliżu zerowego prądu na wyjściu z falownika.
    Nie ma problemu gdy wsad jest niemagnetyczny, natomiast przy magnetycznym nie mogę znaleźć takiego momentu.

    W chwili obecnej nie mam żadnego transformatora separującego.
    Używałem transformatora przy układzie szeregowym ale ten projekt odłożyłem na chwile na półkę z uwagi na dużą liczbę palonych tranzystorów :cry:
    Jedyne co teraz używam to autotransformator.
  • #246
    mosfetkiler
    Level 21  
    A spróbuj włożyć wsad magnetyczny o średnicy ok. połowy średnicy wzbudnika i manewruj częstotliwością - powinieneś zaobserwować "górkę" prądu.
    Ustaw się w tej "górce" i obserwuj wsad - jeżeli zacznie się czerwienić to powoli dokładaj częstotliwości. Prąd powinin zacząć wzrastać.
    Ewentualnie przy niechęci do intensywniejszego nagrzewania "na zimno"
    poszukaj maksimum prądu jak wyżej podałem, a następnie powoli wysuwaj wsad z cewki - powinien być wzrost prądu i mocy grzania.
    Gdy tak będzie to po wstępnym nagrzaniu cofnij wsad do wzbudnika i zwiększaj częstotliwość.
    Jeśli zadziała to trzeba dopracować dopasowanie elektryczne wzbudnika do generatora.
  • Optex
  • #247
    kinio98
    Level 12  
    Kilka fotek:

    Nagrzewnica indukcyjna 1 kW Nagrzewnica indukcyjna 1 kW Nagrzewnica indukcyjna 1 kW Nagrzewnica indukcyjna 1 kW Nagrzewnica indukcyjna 1 kW Nagrzewnica indukcyjna 1 kW Nagrzewnica indukcyjna 1 kW Nagrzewnica indukcyjna 1 kW



    do Mosfetkiler: Jak tylko zrobię test według Twoich wskazówek to zaraz podzielę się efektami.

    Dodano po 5 [godziny] 8 [minuty]:

    Szukanie "górki" skończyło się dla mojej nagrzewnicy eksplozją i kosztowną wymianą tranzystorów:

    Nagrzewnica indukcyjna 1 kW

    Nagrzewnica indukcyjna 1 kW
  • #248
    slu_1982
    Level 26  
    Wiadoma sprawa, niepilnowanie zera itd... :( Tu nie ma takich prądów żeby wszystko szynami łączyć ! szyny i płaskowniki miedziane tylko w części rezonansowej. Najlepiej zrobić coś jako generator samowzbudny który sam dobierze idealną f rezonansową dla obwodu LC myślę nad ZVS-em albo czymś typu sygnał z obwodu LC przekazany na stabilizator ( 1n4148 itd) następnie na 74hc14 a z niego podany na układ wzmacniający którego wyjściem będzie gdt. W ameryce bardzo sobie chwalą ten schemat: http://diymania.hv4all.com/kimladhaih/Inductionheaterschematic.jpg

    Postaram się wyciągnąć więcej na temat budowy nagrzewnicy na takim schemacie i na ZVS-ach
  • #249
    kinio98
    Level 12  
    Problem w tym, że przy wsadzie niemagnetycznym tego zera po prostu nie można znaleźć.

    A co do tych szyn, to wstawiłem je dodatkowo ponieważ były duże spadki napięcia w momencie przełączania tranzystorów.
  • #250
    mosfetkiler
    Level 21  
    kinio 98:
    przykro mi niezmiernie z powodu awarii, ale ja w ten sposób dochodziłem do dopasowania w moich układach. Jednak teraz całkiem nie rozumiem o pracę z jakim wsadem chodzi - ponoć przy niemagnetycznym działa i przy niemagnetycznym nie działa?
    Trzeba być ostrożnym przy dobieraniu parametrów - ja mam dławik na rdzeniu ferrytowym i ostrożnie dobieram wielkość szczeliny w rdzeniu; przy zbyt dużej szczelinie (zbyt małej indukcyjności) też miewałem awarie...
    Nie wiem też z twojego opisu w jakiej sytuacji nastąpiła awaria - czy od razu po włączeniu czy w trakcie szukania "górki".
    Przykładowe zdarzenie z niedawnej przeszłości:
    generator ładnie działał przy zasilaniu bez kondensatorów elektrolitycznych. Postanowiłem dołączyć jeden 470 mkrofaradów, bez zmiany szczeliny w dławiku.
    Efekt: krótka praca, zaczerwienienie wsadu i za chwilę... wiadomo.
    Po zmniejszeniu szczeliny w dławiku (i wymianie tranzystorów) układ znowu działa.
    Co do automatycznego dostrajania częstotliwości to ustaliliśmy wcześniej z kolegą mariusz2009 niezbędny jest jednocześnie układ ograniczający prąd.
    PS. Wydaje mi się, że driwery które zastosowałeś mogą być za mało wydajne do takich tranzystorów (nie wiem jaką wartość Rg zastosowałeś)
  • #251
    kinio98
    Level 12  
    Przepraszam za pomyłkę: oczywiście problemy stwarza wsad magnetyczny.

    mosfetkiler:
    odnośnie testu, użyłem do tego śrubę o średnicy 30mm(oczywiście stal niemagnetyczna), następnie znalazłem "górkę" po czym podwyższyłem napięcie zasilania do 130VAC i tak szlo może ok. minute po czym wsad zaczął się lekko czerwienić, ale przebieg prądu jeszcze nie ulegał zmianie wtedy podciągnąłem do 150VAC i tak szlo jeszcze chwilkę po czym wiadomo co się stało.
    Prąd wzbudnika dochodził do230A

    A odnośnie driverów to wydaje mi się że, są wystarczające a Rg to 10Ω

    Ps. Jestem na etapie ukończenia odbudowy falownika.
  • #252
    mosfetkiler
    Level 21  
    Przygotuj sobie dławik na rdzeniu ferrytowym - np. kilkanaście zwojów przewodu linki na pakiecie rdzeni telewizyjnych - przez dobieranie liczby zwojów i szczeliny powietrznej dopasujesz sobie jego parametry do w miarę bezpiecznego poziomu. Oczywiście ostrożnie z napięciem w trakcie prób.
    Datasheet tych tranzystorów podaje parametry przełączania dla 3,3 oma, przy większym Rg mogą być spowolnione. Jednak przy tej rezystancji sterownik 0,5A/1A raczej nie wysteruje właściwie bramki.
    Załączam taki formularz z IXYS, może nie najnowszy. Są tu podane parametr sterowania bramką dla różnych mosfetów. Co prawda mosfet to nie to samo co IGBT, ale zależności od strony sterowania bramką są prawie identyczne.
    Znajdź w tabeli mosfet o podobnym ładunku bramki Qg co twój IGBT i porównaj jaki prąd w impulsie musi dostarczyć sterownik-driver przy danej częstotliwości przełaczeń.
    Nawet przy Ug=15V i Rg=10Ω prąd w impulsie wyniesie 1,5A i powinien być driver o wydajności 2A/1 tranzystor.
  • #253
    kinio98
    Level 12  
    Próbowałem wcześniej na takim rdzeniu:

    Nagrzewnica indukcyjna 1 kW Nagrzewnica indukcyjna 1 kW

    średnica zewnętrzna:72.5mm, średnica wewnętrzna (trzpień): 29mm, przerwa powietrzna: 3mm, wysokość:59mm

    Na to była nawinięta linka 6mm2.
    Problem polegał na tym, ze po krótkim teście przewód nawinięty na rdzeń dostawał wysokiej temperatury i izolacja prawie się prawie paliła.
    Potem przyszła kolej na testy z sześcio-milimetrową izolowaną rurkę miedzianą (zamiast przewodu) przez która przepuściłem wodę jednak i to nie rozwiązało to do końca problemu ponieważ tym razem rdzeń zaczął "dostawać temperaturę" W związku z tym zacząłem eksperymentować na dławiku bezrdzeniowym.
  • #254
    mosfetkiler
    Level 21  
    Może być za mały przy tej mocy i częstotliwości, może np.
    Nagrzewnica indukcyjna 1 kW
    albo trzeba zwiększyć ilość zwojów bez rdzenia.
    Może też już wstępna szczelina 3 mm na tym ferrycie była za duża w stosunku do liczby zmieszczonych zwojów.
  • #255
    User removed account
    User removed account  
  • #256
    mosfetkiler
    Level 21  
    W nawiązaniu do postu Kolegi mariusz2009:
    chyba jednak nie do końca rozumiemy działanie tego obwodu LCLR czy też szeregowo-równoległego.
    W rezonans z kondensatorami separującymi jakoś nie wierzę z powodu własnych obserwacji, a mianowicie:
    -stosuję w swoim układzie ćwiczebnym jako gałąź półmostka 2x1µF=2µF, bez kondensatora szeregowego oraz dławik - 7zw na rdzeniu ETD49/3F3 ze szczeliną ok 1,2mm. Rdzeń bez szczeliny ma Al ok 3900, ze szczeliną nie podają, lecz przyjąwszy spadek 20-krotny Al ze szczeliną jw. i wyliczywszy zgrubnie częstotliwość rezonansową dostajemy ją w wysokości ok 36kHz. Startuję z częstotliwości ok 240kHz z zimnym wsadem i aby złapać pierwszą "górkę" prądu muszę jeszcze dość wyraźnie ją podnieść. Przy gorącym wsadzie częstotliwość rezonansowa jest jeszcze sporo wyższa.
    I dlatego wspominałem kiedyś, że ten obwód zachowuje się też "szeregowo" chociaż nie obserwuje się tak dużego podbicia napięcia na elementach obwodu.
    Tak, że chyba nie obejdzie się bez ograniczania prądu (a może nie mam racji?).
    PS. A czy uwaga o możliwości pracy z jednym tranzystorem i diodą dotyczy układu z patentu, który wstawiłem wcześniej?
  • #257
    User removed account
    User removed account  
  • #258
    mosfetkiler
    Level 21  
    Tak to więc jest rzeczywiście, jak już wspomniałem napięcie na kondensatorze nie jest zbyt wysokie, na bieżąco obserwuję jego poziom przy dostrajaniu mając podpiętą żarówkę 15W/230V do zacisków kondensatora. Niemniej układ jako całośc wykazuje skłonnośc do poboru prądu o b. dużej wartości przy braku obciążenia cewki i dla obserwatora zachowuje się "szeregowo"; wydaje mi się, że obwód równoległy powinien zachowywać się tak, jak to było przy generatorze lampowym: w stanie jałowym pobór prądu niewielki, po włożeniu wsadu do wzbudnika następował duży pobór mocy (anoda lampy czerwona) a następnie w miarę nagrzewania pobór mocy malał (niestety, większa rezystancja na gorąco).
  • #259
    User removed account
    User removed account  
  • #260
    mosfetkiler
    Level 21  
    I tu możesz mieć dużo racji. Gdy eksperymentowałem z takim samym układem, wyposażonym w transformator separujący 1:1 przed układem nagrzewnicy to system znacznie łagodniej reaguje na wielkość szczeliny powietrznej pomiędzy wzbudnikiem a wsadem. Zestaw - wzbudnik 3 zwoje rurki miedzianej na średnicy 20mm i przy tym samym dławiku bardzo ładnie nagrzewał pręty stalowe fi8mmm, fi 10mm, przy chyba mniejszej tendecji do psucia mosfetów. Jednakże rozmiary baterii kondensatorów 30x47nF/2000V Wima są dosyć irytujące i ponadto mimo ich dość symetrycznego rozmieszczenia wykazują tendencję do nierównomiernego nagrzewania się w zależności od położenia w baterii - czym bliżej przyłącza, tym bardziej się grzeją przy różnicach odległości w pojedyńczych centymetrach. Powyższe był przyczyną rozpoczęcia prób z transformatorem obniżającym 1:6 bo wystarczała pojemność 70-80 nF przy wzbudniku fi8-10mm i 2-3zwojach.
    Układ ten jest jednak bardziej "narowisty" niż bez transformatora - to chyba będzie efekt, o którym wspominasz.
  • #261
    User removed account
    User removed account  
  • #262
    mosfetkiler
    Level 21  
    Co do kondensatorów w baterii to połączone są w ten sposób, że podzielone są na grupy po 5 sztuk, połączone szynami z wyprowadzeniem końcówek po przeciwnych stronach, takie grupy po 3 sztuki są połączone na ceownikach z blachy Cu (po obu stronach C) i ze środników tych ceowników blachami Cu do wzbudnika. Na pewno lepsze byłoby użycie profesjonalnych kondensatorów np. CELEM, ale 260$/sztukę to trochę za drogo.
  • #263
    User removed account
    User removed account  
  • #264
    mosfetkiler
    Level 21  
    Chyba się delikatnie przymierzę do przetestowania tego układu z jednym tranzystorem.
    Elementy LCLR są gotowe, generator taktujący też, dioda 400V/20A/50ns, mosfet 29A/500V, oczywiście najpierw na zasilaczu laboratoryjnym.
    Zastanawiam się tylko, jakie przyjąć wyjściowe parametry elementów tego filtru na zasilaniu. Dławik chyba na ferrycie, kondensator pewnie polipropylen impulsowy.
    Zobaczymy co się będzie działo na oscyloskopie...
  • #265
    User removed account
    User removed account  
  • #266
    mosfetkiler
    Level 21  
    Dlatego nie zamierzam zbyt pochopnie wchodzić na wysokie parametry. Pokombinuję w razie potrzeby z tym dławikiem np. więcej zwojów i większa szczelina powietrzna (jest jeszcze miejsce).
    Według opisu przez dławik ma tylko przepływać impuls doładowujący obwód LC a więc chyba pierwszy dławik musi chwilowo ograniczać dopływ prądu do kondensatora filtru
    - tak myślę.
  • #267
    User removed account
    User removed account  
  • #268
    mosfetkiler
    Level 21  
    No cóż, sam mam sporo wątpliwości. Nie zamierzam jednak niszczyć części; przy zasileniu niskim napięciem nic się nie uszkodzi a ciekawość zaspokoję.
    W razie potrzeby dorobienie dławika powietrznego na kilkanaście µH/kilka A też nie jest szczególnym wyzwaniem. Próby będę robić raczej w weekend, jeżeli pojawi się coś ciekawego to pomyślę co dalej, jeżeli niczego ciekawego nie zobaczę to poprostu odłączę kilka przewodów i będzie po sprawie.
  • #269
    User removed account
    User removed account  
  • #270
    mosfetkiler
    Level 21  
    Przy sterowniku z układem 3525 mam dzielnik napięcia referencyjnego 5V przyłączony do wzmacniacza układu i mogę zejść z szerokością impulsu dość nisko.
    Wykorzystam jedno wyjście separowane impulsatora.
    Do pracy z pełnym napięciem zasilania dioda na 400V jest na pewno za słaba, gdyby co to można połączyć dwie w szereg albo kupić na 1000V.
    Nie są specjalnie drogie ale muszę sprowadzać bo na miejscu nie dostanę.