Индукционный инвертор: Как сделать индукционный нагреватель из сварочного инвертора своими руками

Как сделать индукционный нагреватель из сварочного инвертора своими руками

Использование индукционных катушек вместо традиционных ТЭН в отопительном оборудовании позволило значительно увеличить КПД агрегатов при меньшем потреблении электроэнергии. Индукционные нагреватели появились в продаже относительно недавно, к тому же по достаточно высоким ценам. Поэтому народные умельцы не оставили эту тему без внимания и придумали, как сделать индукционный нагреватель из сварочного инвертора.

Преимущества индукционного нагревателя

Индукционные нагреватели с каждым днем набирают популярность у потребителя благодаря следующим достоинствам:

• высокий показатель КПД;
• агрегат работает практически бесшумно;
• индукционные котлы и нагреватели считаются достаточно безопасными в сравнении с газовым оборудованием;
• нагреватель работает полностью в автоматическом режиме;
• оборудование не требует постоянного обслуживания;
• благодаря герметичности аппарат, исключаются протечки;
• из-за вибраций электромагнитного поля образование накипи становится невозможным.

Также к преимуществам данного типа нагревателя можно отнести простоту его конструкции и доступность материалов для сборки аппарата своими руками.

Схема работы индукционного нагревателя

Нагреватель индукторного типа содержит следующие элементы.

1. Генератор тока. Благодаря данному модулю переменный ток бытовой электросети преобразуется в высокочастотный.
2. Индуктор. Изготавливается из медной проволоки, скрученной в виде катушки, для образования магнитного поля.
3. Нагревательный элемент. Представляет собой металлическую трубу, размещенную внутри индуктора.

Все перечисленные элементы, взаимодействуя между собой, работают по следующему принципу. Выработанный генератором высокочастотный ток поступает на катушку индуктора, изготовленную из медного проводника. Ток высокой частоты преобразуется индуктором в электромагнитное поле. Далее, металлическая труба, находящаяся внутри индуктора, разогревается благодаря воздействию на нее вихревых потоков, возникающих в катушке.

Теплоноситель (вода), проходящий через нагреватель, забирает тепловую энергию и переносит ее в отопительную систему. Также теплоноситель выступает в роли охладителя нагревательного элемента, что продляет “жизнь” отопительному котлу.

Ниже предоставлена электрическая схема индукционного нагревателя.

На следующем фото показано, как работает индукционный нагреватель металла.

Важно! Если прикоснуться разогреваемой деталью к двум виткам индуктора, то произойдет межвитковое замыкание, от которого мгновенно выгорят транзисторы.

Сборка и монтаж системы

Подключать индуктор к клеммам сварочного аппарата, предназначенным для подсоединения сварочных кабелей, нельзя. Если это сделать, то агрегат просто выйдет из строя.

Чтобы приспособить инвертор под работу с индукционным нагревателем, потребуется достаточно сложная переделка аппарата, требующая, в первую очередь, знаний в радиоэлектронике.

В двух словах, эта переделка выглядит так: катушку, а именно ее первичную обмотку, требуется подсоединить после преобразователя высокой частоты инвертора вместо встроенной индукционной катушки последнего. Кроме этого, потребуется удалить диодный мост и спаять конденсаторный блок.

Как происходит переделка сварочного инвертора в индукционный нагреватель, можно узнать из этого видео.

Индукционная печь для металла

Чтобы сделать индукционный нагреватель из сварочного инвертора, потребуются следующие материалы.

1. Инверторный сварочный аппарат. Хорошо, если в агрегате будет реализована функция плавной регулировки тока.
2. Медная трубка диаметром около 8 мм и длиной, достаточной, чтобы сделать 7 витков вокруг заготовки 4-5 см в диаметре. Кроме этого, после витков должны остаться свободные концы трубки длиной около 25 см.

Для сборки печи выполните следующие действия.

1. Подберите какую-либо деталь диаметром 4-5 см, которая будет служить шаблоном для наматывания катушки из медной трубки. Это может быть деревянная круглая деталь, металлическая или пластиковая труба.
2. Возьмите медную трубку и заклепайте один ее конец молотком.
3. Плотно заполните трубку сухим песком и заклепайте второй ее конец. Песок не даст трубке сломаться при скручивании.
4. Сделайте 7 витков трубки вокруг шаблона, после чего спилите ее концы и высыпьте песок.
5. Подсоедините получившуюся катушку к переделанному инвертору.

Совет! Если предполагается, что индукционная печь будет работать длительное время на большой мощности, то к трубке рекомендуется подвести водяное охлаждение.

Индукционный нагреватель для воды

Для сборки отопительного котла потребуются следующие конструктивные элементы.

1. Инвертор. Аппарат выбирается такой мощности, какая нужна для отопительного котла.
2. Толстостенная труба (пластиковая), можно марки PN Ее длина должна быть 40-50 см. Сквозь нее будет проходить теплоноситель (вода). Внутренний диаметр трубы должен быть не меньше 5 см. В таком случае наружный диаметр будет равняться 7,5 см. Если внутренний диаметр будет меньше, то и производительность котла буде невысокой.
3. Стальная проволока. Также можно взять пруток из металла диаметром 6-7 мм. Из проволоки или прутка нарезаются небольшие куски (4-5 мм). Эти отрезки будут выполнять роль теплообменника (сердечника) индуктора. Вместо стальных отрезков можно использовать цельнометаллическую трубку меньшего диаметра или стальной шнек.
4. Палочки или стержни из текстолита, на которые будет наматываться индукционная катушка. Применение текстолита убережет трубу от нагретой катушки, поскольку данный материал устойчив к высоким температурам.
5. Изолированный кабель сечением 1,5 мм² и длиной 10-10,5 метров. Изоляция кабеля должна быть волокнистой, эмалевой, стекловолоконной или асбестовой.

Совет! Вместо стальной проволоки допускается использовать металлическую губку из нержавейки. Но перед покупкой их проверяют магнитом: если мочалка притягивается магнитом, то ее можно использовать в качестве нагревателя.

Индукционный котел отопления собирается по следующему алгоритму. Заполните корпус теплообменника изделиями из металла, о которых говорилось выше. На конце трубы, служащей корпусом, припаяйте переходники, подходящие по диаметру к трубам отопительного контура.

При необходимости, к переходникам можно припаять уголки. Также следует припаять муфты-американки. Благодаря им нагреватель будет легко демонтировать, для проведения ремонта или профилактического осмотра.

На следующем этапе на корпус теплообменника необходимо наклеить текстолитовые полоски, на которые будет наматываться катушка. Также следует сделать из того же текстолита пару стоек высотой 12-15 мм. На них будут расположены контакты для подключения нагревателя к переделанному инвертору.

Поверх полосок из текстолита намотайте катушку. Между витками должно быть расстояние не менее 3 мм. Намотка должна состоять из 90 витков проводника. Концы кабеля необходимо закрепить на ранее подготовленных стойках.

Вся конструкция помещается в кожух, который в целях безопасности будет выполнять роль изоляции.

Для кожуха подойдет пластиковая труба диаметром большим, чем катушка. В защитном кожухе необходимо сделать 2 отверстия для вывода электрического кабеля. В торцы трубы можно установить заглушки, после чего в них следует проделать отверстия под патрубки. Через последние котел будет подсоединяться к отопительной магистрали.

Важно! Испытывать нагреватель можно лишь после заполнение его водой. Если включить его “на сухую”, то пластиковая труба расплавится, и придется собирать нагреватель заново.

Далее, котел врезается в систему отопления по схеме, приведенной ниже.

Схема подключения состоит из следующих элементов.

1. Источник высокочастотного тока. В данном случае – это видоизмененный инвертор.
2. Индукционный нагреватель.
3. Элементы безопасности. В эту группу могут входить: термометр, предохранительный клапан, манометр и т.д.
4. Шаровые краны. Используются для слива или заправки системы водой, а также для перекрытия подачи воды на определенном участке контура.
5. Циркуляционный насос. Благодаря ему вода сможет двигаться по отопительной системе.
6. Фильтр. Применяется для очистки теплоносителя от механических загрязнений. Благодаря очистке воды продлевается срок службы всего оборудования.
7. Расширительный бачок мембранного типа. Применяется для компенсации теплового расширения воды.
8. Радиатор отопления. Для индукционного отопления лучше использовать либо алюминиевые радиаторы, либо биметаллические, поскольку они при небольших габаритах имеют высокую теплоотдачу.
9. Шланг, через который можно заполнять систему либо сливать из нее теплоноситель.

Как видно из вышеописанного метода, самостоятельно изготовить индукционный нагреватель вполне возможно. Но лучше покупного он не будет.

Даже если вы обладаете необходимыми знаниями в электротехнике, следует задуматься, насколько будет безопасной эксплуатация такого аппарата, поскольку он не оборудован ни специальными датчиками, ни блоком контроля. Поэтому рекомендуется отдать предпочтение готовому оборудованию, изготовленному в заводских условиях.

сварка своими руками, печь для металла, переделка

Индукционный нагреватель из сварочного инвертора доступен каждому, ведь создать его можно своими рукамиКаждый человек заботится о комфорте и уюте в своем жилом помещении. Особенно это касается загородных домов, коттеджей, когда встает вопрос о правильном выборе системы отопления. Современный торговые представители предлагают большое количество оборудования, вы можете выбрать любой из котловых агрегатов. Но как поступить, если, ни один из печных типов вам не подходит, а от газовой магистрали вы находитесь очень далеко? Мы рекомендуем вам в этой ситуации, ознакомиться с одним из видов электрического оборудования.

Индукционная сварка: принцип работы

Нагреватель такого типа можно создать, имея определенные детали.

Чаще всего в его конструктивные узлы входят:

1. Индуктор, который изготавливается из необходимого количества медной проволоки. Именно она будет обеспечивать своего рода магнитное поле.
2. Элемент да нагрева. Чаще всего он изготавливается из медной трубы, которая находится внутри каждого индуктора.
3. Генератора. Он будет преобразовывать энергию бытового типа в качественный ток.

Все эти компоненты взаимодействуют между собой и работают по принципу нагревателя индукционного типа.

Индукционный нагреватель состоит из генератора и индуктора

Индукционный нагреватель в свою очередь представляет 4 важных момента:

• Генератор, который будет вырабатывать ток, и передавать его на медную кадушку;
• Индуктор, принимающий ток, будет создавать электромагнитное поле;
• Элемент для нагрева будет разогреваться под воздействием потока, и создавать векторные перемены;
• Теплоноситель в процессе разогрева будет передавать свою энергию прямо в отопительную систему.

Такое действие индукционного агрегата дает ряд преимуществ.

Подбираем материалы на индукционный нагреватель своими руками из сварочного инвертора

Инверторный высоковольтный водонагреватель в последнее время пользуется популярностью, так как его можно попробовать сделать своими собственными руками. Для этого вам потребуется схема сборки и инструменты, и при этом совершенно не нужно сварки.

Инверторный высоковольтный водонагреватель на сегодняшний день пользуется большой популярностью

Вам потребуются:

1. Инвертор, который находится в агрегате для сварки. Он сделает процесс монтажа более легким.
2. Пластиковую трубу с толстыми стенками. Эта деталь станет своеобразным корпусом готового устройства.
3. Нержавеющую проволоку. Она будет исполнять роль нагревательного элемента в электромагнитной части.
4. Сетка из металла. Ее задача будет заключаться в удержании кусков проволоки внутри конструкции.
5. Проволока из меди. Она поможет создать индуктор.
6. Насос для регулярной циркуляции воды.
7. Регулятор температуры.
8. Краны шарового типа, чтобы создать подсоединение к отоплению;
9. Кусачки для работы с проволокой.
10. Регрувер и плазморез.

Все эти приборы необходимы. Каждый из них действует взаимосвязано с другим компонентом и при отсутствии одного из них предстоящая работа будет невыполнима.

Как делается индукционная печь из сварочного инвертора своими руками: поэтапность работ

Переделка доступна каждому. Ее можно сделать самому и в результате получить отличную печь. После того как все нужные компоненты и инструменты для индукционного агрегата будут готовы, можно приступать к сборке. Все этапы должны быть выполнены в четкой последовательности.

Индукционную печь из сварочного инвертора несложно сделать самостоятельно

Они заключаются в следующем:

1. Конец пластиковой трубы нужно прикрепить к металлической сетке, чтобы не допустить проваливания проволоки. Здесь же нужно прикрепить переходник для системы отопления.
2. С помощью кусачек нужно нарезать нержавеющую проволоку. Длина каждого куска должна составлять от 1 до 6 см. Все нарезанные куски укладываются в трубу, их расположение должно быть плотным.
3. Другая сторона трубы так же должна быть зафиксирована сеткой. Здесь тоже требуется прикрепить отопительный переходник.
4. Индуктор изготавливается из медной намотки на трубе. Количество витков должно быть примерно 90. Концы медной обработки должны подключиться к сварочному аппарату.
5. Теперь можно провести подключение к отоплению. Для этого подключите циркуляционный насос и терморегулятор для автоматического функционирования.

Сборка окончена. Попробуйте включить инвертор. В рабочем состоянии индуктор должен начать создавать вихревые потоки и ТВЧ. Эти потоки должны нагреть проволоку внутри трубы, которые в свою очередь нагреют носитель тепла.

Переделка сварочного инвертора в индукционный нагреватель: важные моменты

Так как нагреватели индукционного типа, созданные своими руками не способны на самостоятельный контроль над температурой воды, то в первую очередь они могут стать источником опасности. Именно по этой причине такой агрегат сразу нуждается в дополнительных доработках. Если быть точнее, то здесь необходимо добавить устройство над контролем за автоматикой. Сперва потребуется установить определенные приборы, так называемую группу безопасности. Сюда можно включить воздухоотводчики, предохранительные клапаны и манометр.

Нагреватели индукционного типа, созданные своими руками, не способны автоматически контролировать температуру воды

Установка может выдавать оптимальную работу только в системе принудительной циркуляции носителя тепла. В случае самотечной схемы, элемент начнет быстро перегреваться и пластиковая труба разрушится.

Для того чтобы не было перегрева, нагреватель должен быть снабжен устройством аварийного отключения, управление которым будет осуществляться от термостата.

Индукционный нагреватель из сварочного инвертора (видео)

Подводя итоги по данной установке нужно отметить, что создание не сложное, однако в любом случае требует соблюдения многих факторов. Самым большим минусом такой конструкции можно считать то, что он малоэффективна. Кроме того надежность установки находится по сей момент под большим вопросом. Так же следует учесть и то, что возможно создание аварийной ситуации, которая в свою очередь приведет к разрыву пластика и короткому замыканию из-за подачи воды. Поэтому заранее задумайтесь, сможете ли вы создать надежную и эффективную конструкцию.

Добавить комментарий

Инвертор для индукционного нагрева: переделка из инвертоного аппарата своими руками,

Индукционный нагрев – это высокотехнологичный процесс обработки электропроводящих материалов, в основе которого лежит воздействие высокотемпературное воздействие переменным электромагнитным полем проводника. Инвертор для индукционного нагрева может быть полезен во многих сферах металлообрабатывающей промышленности.

Сварочные работы, пайка металла, кузнечное дело, закалка, печи ТВЧ, термообработка – далеко не весь список работ, использующих индукционный нагрев. Технология отличается высокой скоростью работы и отличным показателем КПД. В случае необходимости всю технологическую цепочку можно автоматизировать.

Методы индукционного развития начали применяться в промышленности с начала ХХ века, однако толчком к развитию технологии послужила Вторая мировая война, которая вынудила ученых начать поиск дешевых и надежных способов обработки металла.

Принцип работы

Основная задача индуктора – использование тепловой энергии, которая образовывается под действием электрической энергии, индуцируемой переменным магнитным полем. Конструкция простейшего индуктора включает в себя всего три элемента:

• генератор переменного тока,
• катушка-индуктор,
• нагревательный элемент.

Катушка-индуктор, как правило, выполнена в виде медной катушки, внутрь которой помещают обрабатываемую заготовку. Когда через катушку проходит переменный ток, заготовка подвергается мощному температурному воздействию. В данном случае заготовка играет роль вторичной обмотки трансформатора, тогда как индуктор – первичной.

Электромагнитное поле создает в детали вихревые токи, которые имеют направление, обратное электрическому сопротивлению металла. Таким образом, тепловое воздействие на металл оказывается без непосредственного контакта между заготовкой и индуктором.

Поскольку количественная мера теплового действия электрического тока рассчитывается по закону Джоуля-Ленца, эффект индуктивного нагрева получил название «Закон Джоуля».

Преимущества

Как было сказано выше, преимущества технологии индукционного нагрева обеспечили ее стремительное распространение. Общепризнанными достоинствами данного метода являются:

1. Производительность. Подготовку к запуску аппарата и нагрев детали можно выполнить за короткий промежуток времени. Данное обстоятельство повышает производительность выполняемых работ, по сравнению с прочими методами нагрева, которые требуют длительного времени на достижение рабочей температуры.
2. Качество. Промышленное применение характеризуется минимальным количеством брака. Эффект достигается благодаря направленному действию тепловой энергии. Для повышения качества готового изделия применяют специальные вакуумные камеры, которые исключают агрессивное воздействие атмосферного воздуха.
3. Энергетическая эффективность. Высокая скорость работы позволяет экономить электроэнергию – нагрев поверхности происходит практически мгновенно, что отражается на себестоимости продукции.
4. Автоматизация. Современное оборудование оснащают программно-вычислительными комплексами, которые позволяют добиться точных результатов работы.
5. Экологичность. Технологический процесс не несет угрозы окружающей среде – отсутствуют токсичные выбросы в атмосферу либо другие вредные факторы.

Сборка и монтаж системы

В первую очередь следует определиться с сферой использования будущего устройства. Требования к простому лабораторному инвертору для индукционного нагрева и прибору для обогрева домашнего помещения, будут отличаться.

Печь для металла

Среди прочих положительных качеств метода следует отметить высокий уровень пожарной безопасности, а также простоту конструкции – сборку индукционного нагревателя своими руками из сварочного инвертора может выполнить специалист средней квалификации, разумеется, при условии наличия рабочей схемы.

Конструкция индукционной печи не отличается особой сложностью.  Для сборки устройства понадобятся:

• аккумулятор на 12 В,
• обмоточный медный провод,
• конденсаторы пленочного типа,
• диоды,
• полевые транзисторы,
• радиаторы,
• кольца блока питания ПК.

Данный список указывает, что изготовление устройства не потребует значительных финансовых растрат. Алгоритм сборки выглядит следующим образом:

1. Установка транзисторов на радиаторы охлаждения. В процессе эксплуатации устройство подвергается температурному воздействию, а потому следует использовать радиаторы большого размера.
2. Изготовление дросселей. Для этого понадобится медная проволока и кольца от блока питания ПК. Следите за межвитковым расстоянием – оно должно быть одинаковым.

Важно. Кольца можно заменить любым изделием, в состав которого входит ферромагнитное железо.

3. Сборка конденсаторной батареи. Общая емкость батареи, при последовательном соединении, должна составлять 4,7 мкФ.
4. Изготовление обмотки. Оптимальная толщина медной проволоки – 2 мм. Необходимо создать 8 витков таким образом, чтобы внутреннее пространство могло вместить в себя обрабатываемые элементы. Не забудьте про концы для подключения к источнику питания.
5. Подключаем аккумулятор.

Регулировку тока проводят на этапе сборки печи – путем изменения количества витков. Для серьезных работ потребуется источник питания большой мощности. Не забывайте про систему вентиляции и отвода тепла, поскольку в процессе эксплуатации печь разогревается достаточно сильно. Точное следование инструкции защитит от возможных переделок или доработок устройства

Нагреватель для воды

Установка такого оборудования в частном доме поможет решить проблему с обогревом помещения или обеспечением горячей водой. Не смотря на высокий расход электроэнергии, подобные аппараты пользуются популярностью, ввиду своей простоты и отсутствием хлопот с согласованием проекта.

Для сборки эффективного нагревателя необходимо приготовить следующие материалы:

• сварочный инвертор,
• керамзит или другой теплоизоляционный материал,
• медная проволока,
• стальная проволока,
• толстостенная пластиковая труба,
• трубки разного диаметра.

В основе действия устройства положен принцип индукционного нагрева теплоносителя.

Последовательность сборки котла следующая:

1. Изготовления котла. Для этого подбирают две трубки с разным диаметром, которые вставляются друг в друга, с зазором 20-25 мм. Размер трубок подбирается индивидуально, в зависимости от требуемой мощности нагревателя. Увеличение длины ведет к повышению мощности. Затем вырезаются два кольца, с соблюдением величины зазора между трубами. Полученный резервуар имеет тороидальную форму
2. Привариваем концы колец. Обращайте внимание на герметичность соединения.
3. Делаем подключение к системе отопления. В наружную стенку вваривают входную и выходную трубы. Обратите внимание, что вход должен располагаться сверху, а выход снизу. Трубы должны идти по касательной к корпусу. Их диаметр должен соответствовать используемой системе отопления.
4. Изготавливаем обмотку. Она должна повторять форму котла. Необходимо сделать 35-40 витков, с соблюдением равного межвиткового расстояния. Такое количество обеспечит достаточную производительность.
5. Делаем защитный корпус. Он должен быть выполнен из диэлектрического материала, например, пластика. Диаметр защитного корпуса должен обеспечивать боковой вывод патрубков. Пространство между котлом и защитным корпусом необходимо заполнить теплоизоляционным материалом, во избежание потерь тепла.
6. Подключаем инверторный аппарат и теплоноситель. Котел готов к эксплуатации.

Данная конструкция отличается автономностью. Она способная проработать 20-25 лет без постороннего вмешательства. Отсутствие подшипников и прочих подвижных элементов обеспечивают надежность устройства.

Несколько слов о безопасности

Индукционный нагреватель из сварочного инвертора, как и любое другое самодельное устройство, может представлять опасность для окружающих. Для обеспечения защиты необходимо соблюдать некоторые правила:

1. Тщательная изоляция. Все токопроводящие элементы и соединения должны быть заизолированы, во избежание поражения током.
2. Выбор системы отопления. Индукционный нагреватель запрещено использовать в отопительных системах с естественной циркуляцией воды. Применение допустимо только при наличии водяного насоса.
3. Грамотное расположение. Рекомендуемое расстояние до деталей интерьера и стен – не менее 40 см, а до пола или потолка – не менее 80 см.
4. Приборы безопасности. Регулировочный клапан и манометр защитят систему от перепадов давления. Также следует предусмотреть механизм стравливания воздуха из системы.

Заключение

Котлы и нагреватели индукционного типа отличаются высоким КПД, поскольку вся используемая электроэнергия преобразуется в тепло. Перед самостоятельным изготовлением какого-либо устройства настоятельно рекомендуем внимательно изучить схему и проанализировать условия работ. Это позволит избежать ошибок на стадии подготовки.

Электромонтер 6-го разряда Пантелеев Сергей Борисович, опыт работы – 17 лет: «Для обогрева своего дома я выбрал совсем простую схему индукционного обогрева. Сначала выбрал участок трубы и зачистил его. Сделал изоляцию из электротехнической ткани и индукционную катушку из медной проволоки. После изоляции системы подключил инвертор. Единственный недостаток этой схемы – электромагнитное поле, которое неблагоприятно действует на организм. Поэтому аппарат пришлось ставить в котельной, где люди появляются редко».

Загрузка…

как сделать своими руками, схемы и процесс установки

На чтение 10 мин. Опубликовано 01.01.2021

Индукционный нагреватель из сварочного инвертора представляет собой эффективный прибор с высоким КПД и несложным внутренним устройством. Устройства промышленного производства обойдутся достаточно дорого, поэтому самостоятельная сборка является неплохой альтернативой.

Описание самодельного индукционного нагревателя

Нагревательное оборудование, которое работает по принципу индукции, стремительно набирает популярность. Это обусловлено практически бесшумной работой, эффективным обогревом окружающего пространства и повышенной безопасностью в сравнении с топливными системами.

Индукционные нагреватели из сварочного инвертора отличаются 

высоким КПД и несложным внутренним устройством.

Устройство самоделки

Самодельный прибор состоит из таких частей:

1. Нагревательного элемента. В его качестве используется трубка из металла или полимерных материалов, которая спрятана в индукторном компоненте и содержит теплоноситель.
2. Альтернатора (генератора переменного ТВЧ). Устройство требуется для повышения частот бытовой сети. Оно делает их выше стандарта в 50 Гц.
3. Индуктора. Представляет собой цилиндрическую катушку из проволоки, которая генерирует электромагнитное поле.

Сфера применения

Принцип индукции широко применяется в таких сферах человеческой деятельности:

1. Металлургия. С помощью технологии производится плавка металлических заготовок.
2. В бытовой сфере. С помощью нагревателей выполняется готовка пищи, нагрев воды или обогрев частных сооружений.
3. В отдельных направлениях промышленности. Метод используется в работе индукционных печей быстрого разогрева.

Принцип работы индукционного нагревателя для металла

Под индуктором подразумевается катушка, изготовленная из медной проволоки, которая провоцирует магнитное поле. С помощью генератора переменного тока формируется высокочастотный поток из базового потока бытовой электросети с частотой 50 Гц. Роль нагревателя играет металлический элемент, поглощающий тепло. При правильном соединении таких составляющих получается эффективный прибор, который может использоваться для нагрева жидкого вещества и обогрева помещения.

Принцип работы нагревателя.

Генератор направляет электрический ток с соответствующими параметрами на катушку (индуктор). Когда сквозь деталь проходит поток заряженных частиц, это вызывает формирование магнитного поля.

Индукционные нагреватели работают по принципу образования электропотоков в проводниках. Магнитное поле может менять направление электромагнитных волн. В случае взаимодействия с металлическими изделиями, оно моментально нагревает их без контакта с индуктором. Этому способствуют вихревые токи.

Действительно ли можно сэкономить на индукционном нагреве

Популярность использования оборудования в быту обусловлена неплохой экономией электроэнергии. При установке на кухне плит, работающих по методу индукции, у владельца исчезает необходимость включения вентиляции, т.к. окружающее пространство практически не прогревается. Нагревательная поверхность не требует сложной очистки, поскольку она выполнена из стекла.

Из-за увеличенной скорости нагрева продолжительность работы системы сокращается, что тоже позволяет сэкономить на электричестве.

Преимущества самодельного устройства

Нагреватели имеют несколько важных достоинств. К ним относят следующие пункты:

1. На поверхности агрегата не появляется накипь, поскольку при образовании вихревых токов происходит вибрация. Подобная особенность исключает дополнительные траты на очистку котлов.
2. Теплогенератор отличается максимальной герметичностью, даже если он изготовлен своими руками. Вероятность протечек в котлах исключается, поскольку теплоноситель прогревается внутри трубы, а тепловая энергия передается посредством электромагнитного поля. В устройстве системы не предусмотрены разъемные соединения.
3. Нагревательный прибор не нуждается в ремонте или обслуживании, поскольку он представляет собой трубку из меди. Для сравнения, спираль ТЭНа часто перегорает и требует замены.
4. Во время работы инверторного оборудования отсутствует избыточный шум. При этом агрегат создает вибрации, но их частота настолько низкая, что они практически не ощущаются.
5. Сборка и обслуживание системы не сопровождаются большими затратами. Это позволяет без особых сложностей и финансовых вложений соорудить обогревательный прибор в домашних условиях.

Недостатки нагревателя

Помимо положительных качеств, нагреватели индукционного типа имеют и недостатки. При размещении на небольшом расстоянии от оборудования можно получить ожоги, поскольку оно нагревает не только теплоноситель, но и окружающее пространство. В сравнении с газовыми котлами индукционные системы дороже в эксплуатации.

В число недостатков относится риск детонации из-за перегрева теплоносителя.

Проблема исключается путем монтажа датчика давления.

Что потребуется для изготовления своими руками

Для предстоящей сборки нагревателя из инверторного механизма потребуется подготовить:

1. Корпус будущего агрегата. Его делают из полимерной трубы диаметром 50 мм, которая устойчива к нагреву.
2. Нагревательный элемент. В качестве этой детали можно использовать проволоку из нержавеющего материала.
3. Держатель для проволочных отрезков. Это металлическая сетка с небольшим сечением ячеек.
4. Индукторная составляющая. Подойдет медная проволока.
5. Система подачи жидкости. Для этих целей используется циркуляционный насос.

Кроме того, потребуется подготовить терморегулятор и элементы подключения к отопительному контуру, к которым относятся шаровые краны и переходники.

Схемы для изготовления нагревателя

Существуют готовые чертежи для сборки нагревательного оборудования. В зависимости от технических параметров и назначения устройства они различаются.

Классическая схема нагревателя функционирует по принципу «двойного полумоста», который оснащен 4 силовыми транзисторами и изолированным затвором. Для управления транзисторами используют микросхему IR2153.

Схема индукционного нагревателя.

Инструкция по изготовлению индукционного нагревателя

Чтобы осуществить переделку сварочного оборудования в индукционную печь, необходимо подготовить расходные детали и инструменты. Также важно подготовить чертежи и придерживаться инструкции по сборке.

Простое изделие на основе сварочного инвертора

Для изготовления простого, но эффективного нагревателя, можно использовать сварочный инвертор. Процесс изготовления достаточно простой:

1. Для начала нужно взять толстостенную полимерную трубку.
2. С торцевой части трубы стоит установить разводку и 2 вентиля, а внутрь засыпать куски стальной проволоки небольшого диаметра и размера (5 мм).
3. Закрепить верхний вентиль.
4. Выполнить 90 витков медной проволокой для сборки индуктора.

В качестве генератора используется сварочный аппарат, а роль нагревателя играет трубка с проволокой. Аппарат устанавливается в режим переменного тока с повышенной частотой.

Чтобы система работала корректно, останется подключить медную проволоку к плюсовому значению сварки и оценить работоспособность конструкции.

В процессе нагрева происходит излучение магнитного поля и прогревание проволоки вихревыми потоками. Это вызывает закипание жидкости.

Экспериментальная модель нагревателя мощностью 1600 Вт

Для сборки экспериментального оборудования мощностью 1,6 кВт потребуется подготовить металлическую трубу с толстыми стенками. Поскольку катушка без особых сложностей сможет прогреть любой материал, можно усовершенствовать нагреватель.

Корпус можно изготовить из пластиковой трубы, которая обладает большим диаметром, чем элемент системы отопления. Оптимальная длина изделия составляет 1 м, а внутреннее сечение – 50-80 мм.

Чтобы подключить нагреватель к оборудованию, потребуется закрепить переходники сверху и снизу корпуса. Нижняя секция закрывается решеткой, а затем внутрь корпуса помещают наполнитель из небольших металлических частиц.

Длина отрезков регулируется индивидуально без особых ограничений. При этом, чем выше показатель магнитного сопротивления стали, тем быстрее будет осуществляться нагрев.

Для обмотки подходит медный провод с изоляцией сечением 1-1,5 мм. Использование более толстой проволоки неоправданно, поскольку это усложнит плотное расположение витков.

Печь для нагрева металла

Из-за повышенной пожарной безопасности метод индукции применяется в металлургии. Собрать нагреватель для обработки металлических заготовок можно из подручных средств. Для предстоящих работ потребуется подготовить:

1. 12-вольтный аккумулятор.
2. Медную обмоточную проволоку.
3. Пленочные конденсаторы.
4. Транзисторы и диоды.
5. Кольца блока питания от персонального компьютера.

Индукционная печь из сварочного инвертора.

Последующая сборка производится по такой инструкции:

1. На радиаторы охлаждения устанавливаются транзисторы. Во время использования прибор интенсивно нагревается, поэтому лучше подготовить крупные радиаторы.
2. Изготавливаются дроссели. Для их сборки применяют медную проволоку и кольца блока питания ПК. Важно следить, чтобы межвитковое расстояние оставалось идентичным на каждом отрезке.
3. Собирается конденсаторная батарея. Емкость элемента питания должна составлять 4,7 мкФ.
4. Изготавливается обмотка. Диаметр медной проволоки должен составлять 2 мм. Потребуется выполнить 8 витков, чтобы во внутреннем пространстве поместились все обрабатываемые детали.

На последнем этапе подключается аккумулятор. Ток регулируется во время изготовления печи. Для этого достаточно поменять количество витков.

Если планируется частая и интенсивная эксплуатация оборудования, лучше подготовить блок питания повышенной мощности.

Кроме того, следует предусмотреть систему отвода тепла и вентиляции, т.к. во время работы печь сильно нагревается.

Нагреватель для воды

Использование такого агрегата в частном доме позволит организовать бесперебойную подачу ГВС или обогрев помещения. Система расходует много электрической энергии, но обладает простой схемой сборки и отсутствием сложностей в обслуживании. Предстоящая сборка начинается с подготовки:

1. Сварочного инвертора.
2. Теплоизолятора (подойдет керамзит).
3. Проволоки из меди и стали.
4. Отрезка пластиковой трубы с толстыми стенками.
5. Трубок разного диаметра.

На первом этапе начинается изготовление котла. Его можно соорудить из 2 трубок разного сечения, которые вставляются друг в друга с выдерживанием зазора 20-25 мм.

Дальше производится приваривание концов колец и подсоединение к общей системе отопления. Во внешнюю стенку нужно вварить выходную и входную трубки.

Затем изготавливается обмотка, которая в точности повторяет форму котла. Всего нужно выполнить 35-40 витков, соблюдая равное межвитковое расстояние.

На последнем этапе собирается защитный корпус, который делается из диэлектрического материала, и подключается инверторный аппарат и теплоноситель.

Правильно собранная конструкция сможет прослужить в течение 20-25 лет без ремонта и замены расходных деталей.

Особенности эксплуатации самоделки

При благополучной сборке индукционного устройства нужно научиться правильно его использовать. Каждая система представляет опасность, т.к. не умеет автоматически регулировать интенсивность нагрева теплоносителя. Проблема решается посредством некоторых доработок, которые сводятся к монтажу и подсоединению дополнительных механизмов.

Индукционная катушка

Рабочая катушка состоит из проволоки диаметром 3.3 мм. Рекомендуется изготавливать ее из медной трубы, в которую можно интегрировать примитивный контур охлаждения. В процессе работы катушка подвергается интенсивного нагреву. Поэтому нужно собирать ее из устойчивых к температурному воздействию материалов.

Индукционная катушка должна быть из материалов, устойчивых к температурному воздействию.

Модуль резонансного конденсатора

Для сборки резонансного конденсатора, который напоминает небольшую батарею, нужно использовать 23 небольших конденсатора. Емкость детали составит 2,3 мкФ. Допускается применение конденсаторов емкостью 100 нФ.

Такие типы не предназначаются для схемы индукционного нагревателя, но они хорошо справляются со своей задачей.

Установка индукционного нагревателя

Чтобы исключить перегрев индукционного нагревателя и деформацию трубы из пластика, нужно предусмотреть термостат и подключить его к системе аварийного отключения.

Специалисты применяют для таких целей терморегуляторы с реле и датчиками. Такие элементы умеют отключать цепь при нагреве теплоносителя до требуемой температуры.

Безопасность устройства

Для повышения безопасности самодельного нагревателя необходимо выполнить такие требования:

1. Организовать качественную изоляцию. Все проводники и соединения нужно тщательно заизолировать, чтобы исключить риск получения удара током.
2. Правильно выбрать отопительную систему. Индукционные системы не подходят для совместного использования с оборудованием, которое применяет принцип естественной циркуляции воды. Для этих систем нужен водяной насос.
3. Выбрать подходящее размещение устройства. Прибор должен находиться на расстоянии от 40 см от стен и предметов интерьера, и на расстоянии от 80 см от потолка или напольного покрытия.
4. Установить регулировочные клапаны и манометры. Такие средства безопасности защитят оборудование от скачков давления. Кроме того, нужно предусмотреть систему стравливания воздуха.

Полезное видео по созданию нагревателя индукционного типа

В предложенных видео подробно описан принцип работы устройств индукционного типа. Также в ролике можно посмотреть особенности самостоятельной сборки агрегата.

Дополнительные советы по изготовлению

При изготовлении системы необходимо изолировать открытые элементы для повышения безопасности. Рекомендуется предусмотреть автоматическую систему управления системой и подключать прибор к электрической сети с помощью подходящих переходников. Такие действия повысят безопасность нагревателя и продлят срок его службы.

Индукционная печь из сварочного инвертора своими руками

Идея изготовления приборов отопления из готовых элементов и блоков промышленного производства далеко не нова и имеет довольно большое число поклонников. Одним из таких экспериментов, дающий возможность своими руками изготовить индукционную печь из сварочного инвертора можно назвать эталонным по качеству и результативности успеха. При помощи простых устройств в домашних условиях используя сварочный аппарат как источник питания можно собрать не только индукционную печь, но и котел отопления.

Принцип работы индукционного нагрева и устройство индукционных печей

Индукционная печь из сварочного аппарата по своему устройству очень схожа с бытовыми индукционными печами, да и принципы, на которых основывается работа этих устройств, во многом схожи. В основе работы устройства положен принцип электромагнитной индукции. В силовое поле, образуемое вокруг проводника, по которому течет электрический ток, помещается металлический сердечник. В результате действий электрического тока образуется электромагнитное поле, которое воздействует на кристаллическую решетку сердечника. Под действием поля возникают вихревые токи, которые и создают нагрев сердечника до температуры плавления.

Преимущества такой индукционной печи заключается:

• в скоротечном равномерном нагреве металла помещенного в спираль катушки;
• в специфической направленности нагрева – греется только металл, помещенный в установку, а не все оборудование;
• при плавке получается однородный металл без вкрапления примесей и добавок;
• нагрев происходит настолько быстро, что специальные добавки не успевают испаряться. К слову это очень важно при работе с ценными металлами, например, при плавке золота или золотосодержащих сплавов.

Однако, конструкция не может обойтись без источника питания, способного выдавать ток нужных параметров и к тому же снабженного устройствами защиты от перегрева и короткого замыкания. Так что для изготовления печи используется сварочный аппарат как источник питания и изготовленный своими руками индуктор из медной трубки.

Индукционная печь на транзисторах – схема изготовления и подключения

На сегодняшний день существует несколько популярных схем изготовления индукционной печи на полевых транзисторах. Эти схемы во многом схожи со схемами бытовых сварочных инверторов, в них также используются полевые транзисторы и пленочные конденсаторы, а в качестве системы охлаждения медные или латунные радиаторы или кулер для обдува воздухом. Так что для тех кто не ищет легких путей и готов поработать паяльником схема сборки источника питания для индуктора выглядит следующим образом:

• в схеме участвуют два полевых транзистора IRFZ44V;
• два диода UF4007 или UF4001;
• резистор 470 Ом, 1 вт;
• конденсаторы разной мощности – 1 мкФ – 3 шт, 220 нФ – 4 шт, 470 нФ – 1 шт, 330 нФ – 1 шт;
• эмалевый медный провод 1,2 мм – для обмотки ферритовых колец и такие же провода диаметром 2 мм.
• В качестве дроссельных колец можно использовать ферритовые кольца от старых приемников или блоков питания компьютеров.
• В качестве радиаторов используются латунные или медные пластины большой площади и большим количеством оребрения;
• В качестве прокладочных шайб используются резиновые кольца и шайбы из тонкого текстолита или гетинакса.

Первым этапом работы выступает изготовление дросселя – на кольцо из феррита наматывается проволока диаметром 1,2 мм. Оптимальным считается намотка 7-15 витков проволоки с одинаковым расстоянием между витками.

Следующим шагом выступает сборка батареи конденсаторов – при параллельном соединении батарея должна иметь мощность 4,7 мкФ.

Сам индуктор изготавливается из медной проводи диаметром 2 мм и имеет 7-8 полных витков с концами, имеющими длину ½ витка обмотки.

После соединения всех элементов в качестве источника питания используется аккумулятор напряжением 12 вольт и емкостью 7,2а/ч. При включении схемы емкости аккумулятора должно хватить на 30-40 минут работы и при этом он будет выдавать ток силой примерно 10А.

Такое устройство можно собрать самостоятельно, правда при этом, нет гарантии, что оно выдержит непрерывный режим работы, поскольку оно лишено устройства автоматического отключения при перегреве. Именно поэтому индукционная печь из сварочного инвертора намного практичнее и проще, как в изготовлении, так и в обслуживании.

Индукционная печь из сварочного инвертора – приспособление для плавки металла и для нагрева теплоносителя в системе отопления

Идея использования такой индукционной установки в качестве плавильной печи металла во многом позволяет применить ее и в качестве котла отопления для небольшого помещения.

Преимуществом такого применения является:

• В отличие от плавки металла при наличии постоянно циркулирующего теплоносителя система не подвергается перегреву;
• Постоянная вибрация в электромагнитном поле не позволяет оседать на стенках нагревательной камеры отложениям, сужающим просвет;
• Принципиально схема без резьбовых соединений с прокладками и муфтами исключает возможность протечек;
• Установка практически бесшумна в отличие от других типов отопительных котлов;
• Сама установка без традиционных ТЭН-ов, имеет больший ресурс работы и высокую надежность;
• Нет выбросов продуктов сгорания, риск отравления продуктами горения топлива сведен к нулю.

Практическая составляющая процесса создания оборудования для обогрева помещения при помощи индукционной печи из инверторного сварочного аппарата состоит из следующих шагов.

• Для изготовления корпуса подбирается пластиковая труба с толстыми стенками и предназначенную, для использования в трубопроводах с высокой температурой и под высоким давлением;
• Для того чтобы металлический наполнитель постоянно находится в полости нагревателя изготавливаются две крышки с сеткой, чтобы через нее не вываливался наполнитель.
• В качестве наполнителя подбирается стальная проволока диаметром 5-8 мм, и режется кусочками длиной 50-70 мм.
• Отрезками проволоки заполняется корпус трубы и подсоединяется к системе.

Принцип работы этого устройства состоит в следующем:

• Индуктор из медной проволоки диаметром 2-3 мм с 90 – 110 витками устанавливается снаружи корпуса из пластиковой трубы;
• Корпус заполняется теплоносителем;
• При включении инвертора ток поступает на индуктор;
• В спирали индуктора образуются вихревые потоки, которые начинают воздействовать на кристаллическую решетку металла внутри корпуса;
• Отрезки металлической проволоки начинают нагреваться и нагревать теплоноситель;
• Поток теплоносителя после нагревания начинает движение, нагретый теплоноситель замещается холодным.

Такая принципиальная схема системы отопления на индукционном нагревательном элементе в практическом исполнении имеет один существенный недостаток – теплоноситель должен постоянно проталкиваться напором. Для этого в систему должен быть обязательно включен циркуляционный насос. Кроме того, рекомендуется установить и дополнительно датчик температуры это позволит контролировать теплоноситель и защитить котел от перегрева.

Квазирезонансный инвертор для индукционных установок

Введение

Индукционный нагрев получил широкое применение для сварки, пайки, закалки, плавления металлов, для создания низкотемпературной плазмы, а также для высокочастотного нагрева диэлектриков. Развитие индукционного нагрева идет по пути совершенствования его технологии и оборудования, включая источники питания, при создании которых используются современные средства имитационного моделирования и автоматизированного проектирования.

Источник питания является генератором переменного напряжения или тока, к выходу которого подключен, как правило, резонансный контур (параллельный, последовательный или последовательно-параллельный). В простейшем случае согласующий резонансный контур отсутствует. Стабилизация и регулирование выходных параметров в процессе технологического цикла индукционного нагрева осуществляются за счет изменения частоты, входного напряжения инвертора, путем широтно-импульсной модуляции (ШИМ), а также модуляции плотности импульсов (PDM — Pulse Density Modulation) [1].

Частотный способ регулирования резонансных инверторов напряжения широко распространен на практике, за исключением тех случаев, когда есть ограничения на изменение частоты по условиям технологии.

Амплитудное регулирование, осуществляемое изменением напряжения постоянного тока на входе инвертора, имеет свои преимущества (регулирование с постоянством частоты, минимальное содержание высших гармоник в токе индуктора). Однако есть и недостаток — низкий коэффициент мощности при использовании управляемого тиристорного выпрямителя [2]. Введение дополнительного звена постоянного тока позволяет повысить коэффициент мощности, но усложняет преобразователь [3].

В PDM интервалы генерирования импульсов чередуются с паузами. Достоинство заключается в том, что нет необходимости усложнять силовую часть источника питания. Реализуется высокий КПД во всем диапазоне регулирования. Однако возможны ограничения по требованиям технологии (способ имеет такой недостаток, как неоднородность уровней мощности).

Фазосдвигающий ШИМ выполняется в мостовых схемах, которые используются, как правило, на средних и больших мощностях.

Для относительно маломощных индукционных установок часто применяют полумостовые инверторы напряжения. Предусмотрено частотное, амплитудное, асимметричное ШИМ- (АШИМ) либо PDM-регулирование. Вследствие асимметрии выходного напряжения АШИМ приводит к появлению в токе индуктора высших гармоник. Гармонический состав тока улучшается с усложнением согласующего резонансного контура.

Полумостовой транзисторный инвертор напряжения является базовой схемой для маломощных источников питания, работающих в широком диапазоне частот (десятки-сотни килогерц). В совокупности с резонансным контуром инвертор относится к классу резонансных инверторов, процессы в которых хорошо изучены.

 

Квазирезонансный инвертор

Анализ

В данной статье анализируются процессы в полумостовом квазирезонансном инверторе с дозированной передачей энергии применительно для индукционного нагрева. Некоторые возможные схемные решения таких инверторов представлены на рис. 1 [4–6]. Одно из достоинств ИДПЭ — параметрическая стабилизация мощности. К другим достоинствам следует отнести мягкую коммутацию силовых ключей как на этапе включения, так и на этапе выключения. Ограничение токовых перегрузок (при работе фиксирующих диодов) определило использование такого схемного решения и в резонансных инверторах [7].

Рис. 1. Возможные схемные решения полумостовых инверторов с дозированной передачей энергии

Результаты исследований ИДПЭ в преобразователях постоянного тока при работе на активную (линейную и нелинейную) и емкостную нагрузку приведены в [5, 6, 8] и ряде других публикаций. Характеристики ИДПЭ на переменном токе исследованы недостаточно. Наиболее детально про­анализирована работа такого инвертора на активную нелинейную нагрузку [4] (без согласующего резонансного контура), в которой выявлено наличие параметрической стабилизации выходной мощности при постоянстве рабочей частоты инвертора и предложены технические средства для ее расширения. Однако диапазон стабилизации мощности невелик и ограничивается примерно двукратным изменением сопротивления цепи нагрузки.

Представляет интерес исследование работы ИДПЭ на параллельный резонансный контур. Есть как минимум три причины для этого. Первая — предполагается, что зона стабилизации мощности в такой конфигурации будет расширена. Вторая — возможность значительного повышения тока индуктора по отношению к току инвертора без использования согласующего трансформатора. И наконец, третья — возможность регулирования мощности на постоянной частоте собственными средствами инвертора при низком уровне высших гармоник в токе индуктора.

Стабильность мощности в широком диапазоне изменения параметров нагрузки (эквивалентного сопротивления) определяет высокую скорость нагрева изделия и, соответственно, производительность установки. Желательно иметь широкую зону стабилизации и регулирования мощности при сравнительно постоянной частоте инвертора. Другим важным фактором является эффективность нагрева, которая в значительной степени определяется потерями мощности в силовых элементах. При работе на повышенных частотах важно создать условия мягкой коммутации силовых полупроводниковых ключей.

Особенность квазирезонансного преобразователя заключается в изменении структуры резонансной цепи по окончании перезаряда дозирующего конденсатора. Резонансная цепь на всех возможных интервалах помимо элементов L1, С1, R цепи нагрузки Zн содержит реактор L, а на интервалах перезаряда дозирующего конденсатора C, соответственно, этот конденсатор (рис. 2).

Рис. 2. Эквивалентные схемы замещения ИДПЭ на различных интервалах работы

Изменяемая структура резонансной цепи не позволяет говорить о резонансном режиме ИДПЭ. Нельзя использовать классические методы расчета, применяемые для резонансных инверторов. Представляет интерес квазирезонансный режим, совпадающий по известным признакам с резонансным. Первая задача — найти условия существования этого режима, а также характеристики ИДПЭ в области его существования. Вторая задача — провести исследования возможных способов регулирования и стабилизации выходной мощности ИДПЭ (частотного, АШИМ и PDM).

Анализировалась работа ИДПЭ с параллельным резонансным контуром Zн. Индуктивность L последовательного резонансного контура в общем случае представляет собой собственно индуктивность инвертора плюс индуктивность рассеивания обмоток согласующего трансформатора (при его использовании), L1 — индуктивность индуктора, С1 — емкость компенсирующего конденсатора.

Приняты следующие положения:

• При работе ИДПЭ на параллельный контур возможна реализация режима параметрической стабилизации мощности в широком диапазоне изменения активного сопротивления индуктора на квазирезонансной частоте и вблизи нее.
• Квазирезонансный режим характеризуется переходом выходного тока инвертора (тока реактора L) через ноль в момент коммутации (включения и выключения) силовых управляемых ключей, то есть фазовый сдвиг тока относительно напряжения на этих ключах равен нулю. В этом режиме существуют только 2 этапа. Первый — этап перезаряда дозирующего конденсатора с отбором мощности от источника питания (рис. 2в) и второй — передачи энергии от реактивных элементов в активную нагрузку (рис. 2г). Циркуляция мощности между источником питания и контуром нагрузки отсутствует.
• На квазирезонансной частоте цепь нагрузки Zн имеет емкостной характер. При этом существует искомая эквивалентная емкость цепи нагрузочного контура, при которой реализуется квазирезонансный режим.

Эквивалентная емкость должна быть несколько больше емкости дозирующего конденсатора, поскольку резонансная частота этапа перезаряда дозирующего конденсатора выше квазирезонансной. Поэтому поиск осуществлялся для возможных значений C_э = (1…2)С при фиксированных значениях параметров других реактивных элементов и частоты.

Исследование проводилось на имитационной модели (рис. 3), выполненной в среде Multisim. Для реализации квазирезонансного режима во всем диапазоне изменения активного сопротивления индуктора имитационная модель инвертора дополнена схемой синхронизации импульсного модулятора. Синхроимпульсы формируются в момент перехода выходного тока инвертора (тока реактора L) через ноль.

Рис. 3. Схема имитационной модели ИДПЭ, нагруженного на параллельный контур

Имитировался преобразователь мощностью P = 1600 Вт на идеальных силовых элементах, питающийся от источника напряжения V = 400 В. Частота генератора устанавливалась равной собственной частоте инвертора. Емкость дозирующего конденсатора вычислялась по формуле (2). Индуктивность выходного реактора инвертора рассчитывалась по формуле (5). Начальная емкость компенсирующего конденсатора была выбрана из условия, что собственная частота параллельного контура равна собственной частоте инвертора. Далее значение емкости компенсирующего конденсатора увеличивалось. Исследовалось влияние значения этой емкости на активную мощность в индукторе в заданном диапазоне изменения сопротивления индуктора.

Рис. 4. Осциллограммы токов и напряжений в силовых элементах при работе на «квазирезонансной» частоте (V = 400 B; f = 100 кГц; С = 100 нФ; С₁ = 380 нФ;
L = 25 мкГн; L₁ = 10 мкГн; R₁ = 0,5 Ом)

На рис. 4 приведены осциллограммы токов и напряжений, характеризующие работу схемы в квазирезонансном режиме. Векторная диаграмма действующих значений токов и напряжений показана на рис. 5.

Рис. 5. Векторные диаграммы токов и напряжений инвертора

Результаты анализа

Результаты исследования представлены на рис. 6 в виде нормализованных зависимостей мощности, параметров индуктора и компенсирующей емкости при заданных параметрах инвертора:

Рис. 6. Нормализованные зависимости мощности от сопротивления индуктора на рабочей частоте инвертора f = f₀ при различных значениях СЭ

• частота инвертора:

• активная мощность, отбираемая от источника питания:

• эквивалентная емкость:

• активное сопротивление индуктора (добротность ):

В формулах (1–4):

• собственная частота инвертора:

• эквивалентная емкость параллельного контура:

В формулах (1–6): V — напряжение источника питания; f — рабочая частота инвертора; С — емкость дозирующего конденсатора; L₁ — индуктивность индуктора; R — активное сопротивление индуктора; С₁ — емкость компенсирующего конденсатора.

В качестве искомого использовался параметр С_Э*, представляющий собой эквивалентную емкость параллельного контура (6), нормированную относительно емкости дозирующего конденсатора. Активная мощность и ширина зоны ее стабилизации достигает оптимального значения при значении С_Э* = 1,3. При дальнейшем увеличении С_Э* > 1,3 мощность уменьшается, а зона стабилизации сужается. При значениях ниже С_Э*< 1,3 появляются режимы, в которых выходной ток инвертора опережает по фазе напряжение на силовых ключах, что недопустимо из-за жесткой коммутации. Активная мощность индуктора в этой зоне уменьшается.

При заданном отклонении мощности в пределах ±5% ширина зоны ee стабилизации составляет R* = 0,03…0,75 (Q = 33,3…1,33, cosφ=1/√1+Q² = 0,03…0,6) для С_Э* = 1,3 и R* = 0,07…0,7 (Q = 14,3…1,43; cosφ = 0,068…0,57) для С_Э* = 1,4, что соответствует 25-кратному и 10-кратному изменению сопротивления нагрузки.

В [9] даны оценочные характеристики добротности Q и cosφ нагрузки для типичных технологических процессов индукционного нагрева (таблица). Анализ показывает, что требуемый диапазон изменения параметров нагрузки перекрывается ИДПЭ с параллельным резонансным контуром даже без использования согласующего трансформатора. Применение же согласующего трансформатора позволяет иметь гальваническую развязку цепей индуктора и инвертора, а также несколько уменьшить загрузку по току силовых полупроводниковых ключей и дозирующего конденсатора.

Таблица. Оценочные характеристики добротности Q и cosj для типичных технологических процессов индукционного нагрева

Процесс	Добротность Q	cosφ
Закалка	3,2–2,3	0,3–0,4
Ковка	9,9–4,8	0,1–0,2
Отжиг и нормализация	6,6–3,9	0,15–0,25
Пайка и сварка	9,9–4,8	0,1–0,2
Расплавление	19,9–9,9	0,05–0,1

На рис. 7 приведены зависимости мощности, частоты, cosφ от сопротивления индуктора в режиме отслеживания режима квазирезонанса (работает схема синхронизации). Такое управление позволяет обеспечить надежную работу инвертора с минимальными потерями в силовых ключах без риска выхода в режим опережающего тока инвертора. Видно, что стабилизация мощности сохраняется в широком диапазоне изменения параметров индуктора, подобно тому, как это происходит при работе на постоянной частоте.

Рис. 7. Зависимости мощности, частоты и коэффициента мощности индуктора от его сопротивления при поддержании системой управления квазирезонансного режима

Расчет параметров инвертора и параллельного контура:

• Номинальная частота устанавливается равной собственной частоте инвертора f = f₀. По номинальной мощности, частоте и входному напряжению инвертора рассчитывается емкость дозирующего конденсатора (2).
• Определяется выходная индуктивность инвертора по (5). При наличии согласующего трансформатора учитывается значение индуктивности рассеяния.
• Принимается С_Э* = 1,3. Емкость компенсирующего конденсатора рассчитывается исходя из требуемой индуктивности индуктора по формуле (6) с учетом (3).
• Ориентировочный расчет токов и напряжений в силовых элементах:
• По заданному току и минимальному активному сопротивлению индуктора (минимальному коэффициенту мощности или максимальной добротности индуктора) определяют действующее значение тока индуктора

• Находят напряжение на индукторе (напряжение на компенсирующем конденсаторе) и угол сдвига относительно тока индуктора:

• Определяют ток в компенсирующем конденсаторе и угол сдвига относительно тока I₁:

• Путем сложения векторов токов индуктора и компенсирующего конденсатора определяют действующее значение и фазовый сдвиг выходного тока инвертора:

• При высокой добротности индуктора (φ→0,5π; φ→π) выходной ток инвертора можно рассчитать по упрощенному выражению:

• Определяют загрузку по току силовых транзисторов и фиксирующих диодов, полагая, что выходной ток инвертора синусоидальный . Время перезаряда дозирующего конденсатора рассчитывают по формуле:

Используя полученные выше формулы, определяют токи и напряжения на силовых ключах и других элементах инвертора при загруженном индукторе.

Значения параметров, а также токов и напряжений уточняют на имитационной модели с использованием моделей выбранных силовых элементов.

Перегрузку по току и напряжению элементов инвертора при его включении на незагруженный индуктор (R₁≈ 0) можно приближенно оценить, полагая, что амплитуда тока на этапе перезаряда дозирующего конденсатора определяется по формуле:

Формула является приближенной, поскольку не учитывает изменение мгновенного значения напряжения на компенсирующем конденсаторе на указанном выше этапе. Значение амплитуды может быть вычислено так же, как разность амплитуд тока компенсирующего конденсатора и индуктора:

Решая совместно (16) и (17), получим расчетную формулу для напряжения на индукторе:

где  — резонансная частота параллельного контура.

Следует учитывать, что в режиме поддержания системой управления квазирезонансного режима напряжение на компенсирующем конденсаторе (соответственно, на индукторе и реакторе инвертора) может достигнуть недопустимого значения. Поэтому во избежание аварийных режимов следует предусмотреть защиту, реализующую отключение инвертора при ненагруженном индукторе. Как видно из формулы (18), в идеальном случае (без учета потерь в индукторе и других силовых элементах инвертора) имел бы место режим, когда напряжение на компенсирующем конденсаторе V_C1m→∞. Условия его существования нетрудно найти, приравняв знаменатель формулы (18) к нулю.

 

Способы регулирования

Параметры индуктора изменяются в процессе технологического цикла. При нагреве и плавлении немагнитных материалов изменяется эквивалентное активное сопротивление индуктора, при этом индуктивность практически не меняется. При нагреве ферромагнетиков помимо сопротивления изменяется индуктивность индуктора, которая достаточно резко падает при переходе точки Кюри (при плавлении), что автоматически приводит к повышению частоты при работе схемы синхронизации. Кроме того, возможно изменение напряжения на входе инвертора в зависимости от изменения сетевого напряжения. Поэтому требуется обеспечить регулирование мощности в течение всего цикла нагрева.

Рис. 8. Осциллограммы токов и напряжений в силовых элементах при реализации АШИМ (V = 400 B; f = 100 кГц; D = 70%; С = 100 нФ; С₁ = 380 нФ;
L = 25 мкГн; L₁ = 10 мкГн; R₁ = 0,5 Ом)

Для рассматриваемых схем допустимо амплитудное регулирование путем изменения напряжения на входе инвертора, частотное регулирование, АШИМ и PDM. Эти способы и их комбинацию можно успешно использовать для стабилизации и регулирования мощности при возможных изменениях параметров нагрузки и входного напряжения инвертора. В качестве иллюстрации на рис. 8 и 9 изображены осциллограммы токов и напряжений при реализации в квазирезонансном инверторе АШИМ и PDM соответственно.

Рис. 9. Осциллограммы токов и напряжений в силовых элементах при реализации PDM на частоте 4 кГц (V = 400 B; f = 100 кГц; С = 100 нФ; С₁ = 380 нФ;
L = 25 мкГн; L₁ = 10 мкГн; R₁ = 0,35 Ом)

Наиболее экономически целесообразной является организация PDM-регулирования мощности совместно с автоматической настройкой частоты на квазирезонансную.

Рис. 10. Регулировочные характеристики инвертора при частотном регулировании

На рис. 10 и 11 приведены регулировочные характеристики при частотном регулировании и АШИМ, полученные с помощью имитационной модели. При частотном регулировании, как видно на рис. 10, относительно небольшое увеличение частоты приводит к ощутимому изменению мощности. АШИМ требует намного более значительного изменения коэффициента заполнения D для регулирования мощности.

Рис. 11. Регулировочные характеристики инвертора при использовании АШИМ

При расчете инвертора для конкретной установки следует учитывать изменение индуктивности индуктора и напряжения питания инвертора. Целесообразно расчет параметров инвертора провести, исходя из максимально возможного значения этой индуктивности и минимально допустимого входного напряжения. В таком случае при уменьшении индуктивности и изменении напряжения питания система регулирования имеет возможности для поддержания заданной номинальной мощности.

 

Заключение

Анализ схем ИДПЭ позволяет сделать вывод о целесообразности их использования в индукционных установках, где требования поддержания заданного уровня мощности являются приоритетными для обеспечения высокой производительности и КПД.

Наиболее эффективным является применение ИДПЭ для питания устройств нагрева и плавления немагнитных материалов, а также для создания низкотемпературной плазмы в электрофизических, электротехнологических и светотехнических установках. То есть там, где в процессе работы изменяется активное сопротивление нагрузки, при этом значение индуктивности индуктора остается практически неизменным.

ИДПЭ, нагруженный на параллельный резонансный контур, обеспечивает широкую зону стабилизации мощности. Определены оптимальные соотношения для параметров ИДПЭ и параллельного резонансного контура для реализации на квазирезонансной частоте параметрической стабилизации мощности с точностью до 5% при 25-кратном изменении активного сопротивления нагрузки.

Высокая эффективность инвертора определяется низкими динамическими потерями в силовых ключах, а также возможностью регулирования мощности внутренними средствами, используя частотное регулирование, модуляцию плотности импульсов (при сохранении квазирезонансного режима) или асимметричный ШИМ.

Литература

1. Nagarajan B., Sathi R. R. Phase Locked Loop based Pulse Density Modulation Scheme for the Power Control of Induction Heating Applications. — Journal of Power Electronics, Vol. 15, No. 1. January 2015. 
2. Design of an IGBT-based LCL-Resonant Inverter for High-Frequency Induction Heating. 
3. Высокочастотный преобразователь на IGBT для индукционного нагрева. promel2000.com/index.php/ruspublic/23-indheat
4. Обжерин Е. А. Разработка инверторов с дозированной передачей энергии с улучшенными статическими характеристиками для работы с натриевыми лампами высокого давления. Автореферат диссертации. МЭИ, 2006. 
5. Поляков В. Квазирезонансные преобразователи с дозированной передачей энергии // Силовая электроника. 2014. № 5.
6. Highly Efficient Switch-Mode 100 kV, 100kW Power Supply for ESP Applications. Нigh voltage reference manual. Spellman High Voltage Electronics Corporation. 4/2014 REV.4. spellmanhv.com
7. onsemi.cn/pub_link/Collateral/AND8479-D.PDF
8. Булатов О. Г., Царенко А. И., Поляков В. Д. Тиристорно-конденсаторные источники питания для электротехнологии. М.: Энергоатомиздат, 1989.
9. Кук Р., Лавлесс Д., Руднев В. Согласование с нагрузкой в современных системах индукционного нагрева // Силовая электроника. 2007. № 2.

Вихревой индукционный нагреватель своими руками: делаем самодельный агрегат

Электрические нагревательные приборы исключительно удобны в эксплуатации. Они гораздо безопаснее, чем любое газовое оборудование, не производят копоти и сажи, в отличие от агрегатов, работающих на жидком или твердом топливе, наконец, для них не нужно заготавливать дрова и т. п. Главный недостаток электрических нагревателей — высокая стоимость электроэнергии. В поисках экономии некоторые умельцы решили изготовить индукционный нагреватель своими руками. Они получили отличное оборудование, для работы которого требуется гораздо меньше расходов.

Принцип работы индукционного нагрева

В работе индукционного нагревателя используется энергия электромагнитного поля, которую нагреваемый объект поглощает и преобразует в тепловую. Для генерирования магнитного поля используется индуктор, т. е. многовитковая цилиндрическая катушка. Проходя через этот индуктор, переменный электрический ток создает вокруг катушки переменное магнитное поле.

Самодельный инверторный нагреватель позволяет производить нагрев быстро и до очень высоких температур. С помощью таких устройств можно не только нагревать воду, но даже плавить различные металлы

Если внутрь индуктора или близ него разместить нагреваемый объект, его будет пронизывать поток вектора магнитной индукции, который постоянно меняется во времени. При этом возникает электрическое поле, линии которого располагаются перпендикулярно направлению магнитного потока и движутся по замкнутому кругу. Благодаря этим вихревым потокам электрическая энергия трансформируется в тепловую и объект нагревается.

Таким образом, электрическая энергия индуктора передается объекту без использования контактов, как это происходит в печах сопротивления. В результате тепловая энергия расходуется более эффективно, а скорость нагрева заметно повышается. Широко применяется этот принцип в области обработки металла: его плавки, ковки, пайки наплавки и т. п. С не меньшим успехом вихревой индукционный нагреватель можно использовать для подогрева воды.

Индукционный генератор тепла в системе отопления

Чтобы организовать отопление частного дома с помощью индукционного нагревателя, проще всего использовать трансформатор, который состоит из первичной и вторичной короткозамкнутой обмотки. Вихревые токи в таком устройстве возникают во внутренней составляющей и направляют образовавшееся электромагнитное поле на вторичный контур, который одновременно выполняет роль корпуса и нагревательного элемента для теплоносителя.

Обратите внимание, что в качестве теплоносителя при индукционном нагреве может выступать не только вода, но также антифриз, масло и любые другие токопроводящие среды. При этом степень очистки теплоносителя большого значения не имеет.

Инверторный нагреватель имеет компактные размеры, работает бесшумно и может быть установлен практически в любом подходящем месте, соответствующем требованиям техники безопасности

Индукционный отопительный котел оснащают двумя патрубками. Нижний патрубок, по которому будет поступать холодный теплоноситель, необходимо устанавливать на вводном участке магистрали, а вверху устанавливают патрубок, передающий горячий теплоноситель к подающему участку трубопровода. Когда теплоноситель, находящийся в котле, нагревается, возникает гидростатический напор, и теплоноситель поступает в отопительную сеть.

В работе индукционного нагревателя есть ряд преимуществ, о которых следует упомянуть:

• теплоноситель в системе постоянно циркулирует, что предотвращает вероятность ее перегрева;
• индукционная система вибрирует, в результате накипь и другие осадки не откладываются на стенках оборудования;
• отсутствие традиционных нагревательных элементов позволяет эксплуатировать котел с высокой интенсивностью, не опасаясь частых поломок;
• отсутствие разъемных соединений исключает протечки;
• работа индукционного котла не сопровождается шумом, поэтому его можно установить практически в любом подходящем помещении;
• при индукционном нагреве не выделяются какие-либо опасные продукты разложения топлива.

Безопасность, бесшумная работа, возможность использовать подходящий теплоноситель и долговечность оборудования привлекли немало домовладельцев. Некоторые из них задумываются о возможности изготовить самодельный индукционный нагреватель.

Как сделать индукционный нагреватель самому?

Самостоятельное изготовление такого нагревателя — не слишком сложная задача, с которой может справиться даже начинающий мастер. Для начала следует запастись:

• куском пластиковой трубы с толстыми стенками, которая станет корпусом нагревателя;
• стальной проволокой диаметром не более 7 мм;
• переходниками для присоединения корпуса нагревателя к отопительной системе дома;
• металлической сеткой, которая будет удерживать внутри корпуса кусочки стальной проволоки;
• медной проволокой для создания индукционной катушки;
• высокочастотным инвертором.

Для начала следует подготовить стальную проволоку. Для этого ее просто нарезают кусочками примерно 5 см длиной. Дно отрезка пластиковой трубы закрывают металлической сеткой, внутрь засыпают кусочки проволоки, сверху корпус также закрывают металлической сеткой. Корпус должен быть заполнен кусочками проволоки полностью. При этом приемлемой может быть проволока не только из «нержавейки», но также из других металлов.

Затем следует изготовить индукционную катушку. В качестве основы используется подготовленный пластиковый корпус, на который аккуратно наматывают 90 витков медной проволоки.

После того, как катушка готова, корпус с помощью переходников присоединяют к отопительной системе дома. После этого катушку подключают к сети через высокочастотный инвертор. Считается вполне целесообразным сделать индукционный нагреватель из сварочного инвертора, поскольку это самый простой и бюджетный вариант.

Чаще всего при изготовлении самодельных вихревых индукционных нагревателей используют недорогие модели сварочных инверторов, поскольку они удобны и полностью соответствуют требованиям

Необходимо отметить, что не стоит испытывать устройство, если в него не подается теплоноситель, иначе пластиковый корпус может очень быстро расплавиться.

Интересный вариант индукционного нагревателя, сделанного из варочной панели, представлен в видеоматериале:

Несколько полезных советов по безопасности

Чтобы повысить безопасность конструкции, советуется выполнить изоляцию открытых участков медной катушки.

Индукционный нагреватель рекомендован только для закрытых систем отопления, в которых осуществляется принудительная циркуляция теплоносителя с помощью насоса.

Следует размещать систему индукционного нагрева на расстоянии не менее 30 см от стен и мебели и не менее 80 см — от потолка или пола.

Чтобы сделать работу устройства более безопасной, рекомендуется оснастить его манометром, а также системой автоматического управления и приспособлениями для отвода попавшего в систему воздуха.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Встроенная индукционная варочная панель мощностью 1800 Вт с интеллектуальным инвертором 2000 Вт

Эта политика конфиденциальности определяет, как мы используем и защищаем любую информацию, которую вы предоставляете нам при использовании этого веб-сайта.

Мы стремимся обеспечить защиту вашей конфиденциальности. Если мы попросим вас предоставить определенную информацию, с помощью которой вас можно будет идентифицировать при использовании этого веб-сайта, вы можете быть уверены, что она будет использоваться только в соответствии с настоящим заявлением о конфиденциальности.

Мы можем время от времени изменять эту политику, обновляя эту страницу.Вам следует время от времени проверять эту страницу, чтобы убедиться, что вас устраивают любые изменения.

Что собираем

Мы можем собирать следующую информацию:

• ФИО и должность
Контактная информация
• , включая адрес электронной почты
• демографическая информация, такая как почтовый индекс, предпочтения и интересы
• другая информация, относящаяся к опросам клиентов и / или предложениям

Что мы делаем с информацией, которую собираем

Эта информация необходима нам, чтобы понять ваши потребности и предоставить вам лучший сервис, в частности, по следующим причинам:

• Ведение внутреннего учета.
• Мы можем использовать информацию для улучшения наших продуктов и услуг.
• Мы можем периодически отправлять рекламные сообщения о новых продуктах, специальных предложениях или другую информацию, которая, по нашему мнению, может вас заинтересовать, используя указанный вами адрес электронной почты.
• Время от времени мы также можем использовать вашу информацию, чтобы связываться с вами в целях исследования рынка. Мы можем связаться с вами по электронной почте, телефону, факсу или почте. Мы можем использовать эту информацию для настройки веб-сайта в соответствии с вашими интересами.

Безопасность

Мы стремимся обеспечить безопасность вашей информации. Чтобы предотвратить несанкционированный доступ или раскрытие информации, мы внедрили соответствующие физические, электронные и управленческие процедуры для защиты и защиты информации, которую мы собираем в Интернете.

Как мы используем файлы cookie

Cookie — это небольшой файл, который запрашивает разрешение на размещение на жестком диске вашего компьютера. Как только вы соглашаетесь, файл добавляется, и cookie помогает анализировать веб-трафик или сообщает вам, когда вы посещаете определенный сайт.Файлы cookie позволяют веб-приложениям реагировать на вас как на человека. Веб-приложение может адаптировать свои операции к вашим потребностям, симпатиям и антипатиям, собирая и запоминая информацию о ваших предпочтениях.

Мы используем файлы cookie журнала трафика, чтобы определить, какие страницы используются. Это помогает нам анализировать данные о посещаемости веб-страниц и улучшать наш веб-сайт, чтобы адаптировать его к потребностям клиентов. Мы используем эту информацию только для целей статистического анализа, а затем данные удаляются из системы.
В целом, файлы cookie помогают нам улучшить веб-сайт, позволяя отслеживать, какие страницы вы считаете полезными, а какие — нет. Файл cookie никоим образом не дает нам доступа к вашему компьютеру или какой-либо информации о вас, кроме данных, которыми вы хотите поделиться с нами.
Вы можете принять или отклонить файлы cookie. Большинство веб-браузеров автоматически принимают файлы cookie, но обычно вы можете изменить настройки своего браузера, чтобы отклонять файлы cookie, если хотите. Это может помешать вам в полной мере использовать возможности веб-сайта.

Ссылки на другие сайты

Наш веб-сайт может содержать ссылки на другие интересные веб-сайты. Однако после того, как вы использовали эти ссылки, чтобы покинуть наш сайт, вы должны помнить, что мы не имеем никакого контроля над этим другим сайтом. Следовательно, мы не можем нести ответственность за защиту и конфиденциальность любой информации, которую вы предоставляете при посещении таких сайтов, и такие сайты не регулируются данным заявлением о конфиденциальности. Вам следует проявлять осторожность и ознакомиться с заявлением о конфиденциальности, применимым к рассматриваемому веб-сайту.

Управление вашей личной информацией

Вы можете ограничить сбор или использование вашей личной информации следующими способами:

• всякий раз, когда вас просят заполнить форму на веб-сайте, найдите поле, которое вы можете щелкнуть, чтобы указать, что вы не хотите, чтобы информация использовалась кем-либо в целях прямого маркетинга
• , если вы ранее согласились с тем, чтобы мы использовали вашу личную информацию в целях прямого маркетинга, вы можете в любой момент изменить свое решение, написав нам или отправив нам электронное письмо.

Мы не будем продавать, распространять или сдавать в аренду вашу личную информацию третьим лицам, если у нас нет вашего разрешения или если это не требуется по закону. Мы можем использовать вашу личную информацию для отправки вам рекламной информации о третьих лицах, которая, по нашему мнению, может вас заинтересовать, если вы сообщите нам о своем желании.

Если вы считаете, что какая-либо информация о вас, которую мы храним, неверна или неполна, напишите нам или напишите нам как можно скорее по указанному выше адресу.Мы незамедлительно исправим любую информацию, которая окажется неверной.

Плюсы и минусы индукционных плит

Покупка новой кухонной плиты или варочной панели достаточно устрашающая, но особенно если вы подумываете о переходе на индукционную плиту. Новый модный тип кухонной плиты завоевал популярность благодаря быстрому приготовлению, энергоэффективности и безопасности: но как именно работает индукция и стоит ли она такой высокой цены? Правда в том, что это зависит от обстоятельств.

Индукционное приготовление пищи происходит на плоской стеклянной поверхности, оборудованной нагревателями.Нагревательные змеевики питаются от электромагнитной энергии, которая активируется только утюгом в посуде. Когда утюг соприкасается с активными нагревателями, частицы железа взбалтываются, заставляя сковороду быстро нагреваться. Это отличается от того, что происходит с электрической или газовой плитой, потому что передачи тепла от конфорок к посуде не происходит: вместо этого кастрюля или сковорода нагревается, а варочная панель остается остывать — и прикасаться к ней безопасно! Этот процесс происходит быстрее, чем электрический или газовый, потому что не нужно ждать, пока горелка сначала нагреется.Вот что вам нужно знать, прежде чем переключаться:

Плюсы индукционного приготовления пищи

Индукционные плиты и варочные панели нагреваются быстрее, чем электрические и газовые аналоги. Это потому, что с индукцией вам не нужно ждать, пока нагревательный элемент перейдет на сковороду. Вместо этого сковорода нагревается сразу и очень быстро — наши тесты показали, что индукционные варочные панели могут вскипятить шесть литров воды менее чем за 15 минут.

Индукционные плиты и варочные панели обеспечивают точный контроль температуры. Электрическим варочным панелям требуется много времени для нагрева и охлаждения, и трудно достичь точной температуры с помощью газовых диапазонов. Но с индукцией вам предоставляется сверхточный контроль температуры, который позволяет более тщательно контролировать приготовление пищи. Когда вы выключаете конфорку, теплообмен немедленно прекращается, поэтому вероятность того, что продукты выкипят или перевариться, меньше.

Индукционные плиты и варочные панели на более энергоэффективны , чем электрические или газовые, потому что тепло не теряется в процессе передачи.При использовании газовых и электрических плит много энергии теряется в воздухе вокруг кастрюль и сковородок. Благодаря индукции нагревается только посуда, что в конечном итоге приводит к экономии энергии и затрат (и, конечно же, к сокращению времени приготовления).

Индукционные плиты и варочные панели обеспечивают охлаждение поверхности для приготовления пищи. Поскольку нагревается только сковорода, горячий элемент никогда не будет подвергаться воздействию, что в первую очередь предотвращает опасность возгорания и риск ожогов. Это также позволяет ускорить очистку. Некоторые люди утверждают, что так безопаснее готовить в присутствии детей, но имейте в виду, что посуда (и еда в ней) все еще остается очень горячей.

Индукционные плиты более безопасный способ готовки, чем электрические или газовые. Он не выделяет газ в воздух и не подхватывает предметы, например кухонные полотенца, на огонь, потому что нагревает только те предметы, в которых есть частицы железа. Он также отключается, когда посуда снимается с нагревательного элемента, поэтому существует небольшой риск случайно оставить его включенным, когда вы закончите готовить.

Минусы индукционной варки

Индукционные плиты традиционно дороже , чем их электрические и газовые аналоги, поскольку технология относительно новая.Это вложение, но если вы хотите купить новую линейку, это окупится в долгосрочной перспективе: индукционная модель потребляет на 10% меньше энергии, чем электрическая плита с плавным верхом. Кроме того, по мере того, как индукция становится все более распространенной, стоимость начинает снижаться.

Для индукционных плит и варочных панелей требуется специальная посуда . В то время как большая часть посуды, особенно посуда из нержавеющей стали, совместима с индукцией, может потребоваться замена вашей старой посуды, если вы собираетесь использовать индукцию.Индукционная посуда содержит частицы железа, которые активируются и выделяют тепло при взаимодействии с индукционными нагревателями. Убедитесь, что новые кастрюли и сковороды имеют маркировку «индукционная безопасность». Если вы не уверены в старых моделях, проведите тест с магнитом: если магнит прилипает ко дну, его можно использовать с индукцией.

Индукционным плитам и варочным панелям нужно научиться. Посуда подходящего размера должна быть размещена в центре нагревательного элемента, чтобы он правильно активизировался.Кастрюля не может быть слишком маленькой, смещенной по центру или шаткой, поэтому лучше всего подходят кастрюли и сковороды с плоским дном. В то время как большинство индукционных варочных панелей имеют настройку блокировки, которая позволяет вам свободно встряхивать сковороду во время приготовления, во время тестирования мы обнаружили, что кривая обучения немного расстраивает: нагревательный элемент иногда преждевременно отключается или отключается без предупреждения.

Индукционные плиты и варочные панели могут сначала пережарить пищу , потому что они нагревают пищу быстрее, чем традиционные методы приготовления.Помните, что при приготовлении на индукции посуде не нужно столько времени для предварительного нагрева, а для поддержания температуры пищи требуется более низкий уровень нагрева. Компромисс — быстрое время приготовления.

Индукционные плиты и варочные панели иногда издают дребезжащий звук, который является результатом передачи высокой энергии от змеевика к сковороде. Этот жужжащий звук часто исчезает, когда вы уменьшаете огонь или добавляете еду в кастрюлю или сковороду, но некоторых пользователей он может раздражать.

Индукционные варочные панели легко поцарапать. В то время как электрические и газовые плиты имеют решетку или нагревательный элемент, который может выдерживать больший износ, индукционные плиты выполнены из гладкого стекла, что делает их более подверженными царапинам. Производители индукционных варочных панелей рекомендуют использовать посуду с чистым гладким дном и избегать скольжения кастрюль и сковородок по поверхности. Также не рекомендуется использовать острые инструменты или абразивные чистящие средства на вашем кухонном столе.

Стоят ли индукционные варочные панели?

Итог: Несмотря на то, что к индукции нужно привыкнуть, нам нравятся индукционные варочные панели с непревзойденным контролем температуры.По сравнению с электрическими, индукционные варочные панели быстрее готовят пищу, лучше адаптируются к перепадам температуры и не требуют времени на охлаждение. Индукционные варочные панели также очень легко чистить и бесспорно безопаснее, чем газовые и электрические.

Николь Папантониу, Институт хорошего домашнего хозяйства Заместитель директора лаборатории кухонной техники Николь руководит лабораторией «Good Housekeeping Kitchen Appliances Lab», где она наблюдает за содержанием и тестированием кухонной и кухонной техники, инструментов и оборудования; Она опытный тестировщик и разработчик продуктов, а также создатель рецептов, обученная классическому кулинарному искусству и кулинарному питанию.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Почему индукционная готовка лучше, чем электрическая или газовая

По данным Национальной ассоциации кухни и ванны, приготовление пищи на индукционной плите уже много лет является неуклонно развивающейся тенденцией на кухне.Почему популярность? Индукционные варочные панели мастера быстрой замены — достаточно нежные, чтобы растопить масло и шоколад, но достаточно мощные, чтобы довести до кипения 48 унций воды менее чем за три минуты.

Хотя индукционная технология приготовления пищи уже пользуется популярностью в других странах, до недавнего времени в Соединенных Штатах ее было трудно продать. Однако падение цен и растущая осведомленность потребителей помогают плитам и варочным панелям с этой превосходной технологией приготовления пищи закрепиться.

Что такое индукционная готовка?

Хотя они напоминают электрические конфорки с гладким верхом, индукционные варочные панели не имеют конфорок под поверхностью.Индукционная готовка использует электромагнитную энергию для непосредственного нагрева кастрюль и сковородок. Для сравнения: газовые и электрические варочные панели нагреваются косвенно, с помощью горелки или нагревательного элемента, передавая лучистую энергию на пищу.

Кредит: Bosch

Загляните под капот индукционной варочной панели, и вы увидите электромагнитные катушки, которые взаимодействуют с утюгом в вашей посуде, создавая тепло.

Как вы понимаете, гораздо эффективнее нагревать посуду напрямую, а не косвенно.Индукция может передавать еде на сковороде примерно от 80% до 90% своей электромагнитной энергии. Сравните это с газом, который преобразует всего 38% своей энергии, и электричеством, которое может обрабатывать только около 70%.

Это означает, что индукционные варочные панели не только нагреваются намного быстрее, но и их регулирование температуры намного точнее. «Это мгновенная реакция посуды, — говорит Роберт МакКечни, менеджер по разработке продуктов в Electrolux. «С Radiant этого не получится».

Индукционные варочные панели

могут работать в широком диапазоне температур, и для их кипячения требуется гораздо меньше времени, чем для их электрических или газовых аналогов.Кроме того, поверхность варочной панели остается прохладной, поэтому вам не нужно беспокоиться о том, чтобы обжечь руку. Можно даже положить бумажное полотенце между сковородой с брызгами и индукционной горелкой, хотя вам следует следить за этим. Помните, что варочная панель не нагревается, а сковорода.

Практически по всем пунктам индукция быстрее, безопаснее, чище и эффективнее, чем газовая или электрическая. И да, мы провели исчерпывающие испытания печи в наших лабораториях, чтобы подтвердить это утверждение.

Кредит: Electrolux

Индукционные «конфорки» не нагреваются на ощупь, поэтому не беспокойтесь о том, чтобы обжечь пальцы.

Почему индукция лучше?

В Reviewed мы тщательно протестировали большинство самых продаваемых варочных панелей и кухонных плит, включая многие индукционные модели. Давайте углубимся в цифры.

В наших лабораториях мы регистрируем время, необходимое каждой горелке, чтобы довести шесть унций воды до температуры кипения. Среди всех газовых диапазонов, которые мы тестировали, среднее время закипания составляет 8 минут 34 секунды, в то время как лучистые электрические варочные панели в среднем 5 минут 47 секунд. Но индукция — это король чистой скорости, в среднем 3 минуты 7 секунд.А новейшие индукционные варочные панели закипают еще быстрее.

В ходе испытаний мы также собираем данные о диапазонах температур газовых, электрических и индукционных горелок. В среднем, индукционные варочные панели достигают максимальной температуры 665,5 ° F по сравнению с 428 ° F для газа. Хотя излучающие электрические варочные панели могут нагреваться выше (в среднем 741,8 ° F), им требуется намного больше времени, чтобы остыть при переключении с сильного на слабый нагрев.

Индукционные плиты также не имеют проблем с приготовлением пищи на низкой и медленной скорости.Уменьшите индукционную «горелку», и — в среднем — она ​​опустится до 100,75 ° F — и новые индукционные варочные панели и плиты могут опуститься еще ниже. Сравните это с газовыми варочными панелями, температура которых может опускаться только до 126,56 ° F.

Хотя мы обнаружили, что излучающие электрические варочные панели могут опускаться до 92,2 ° F, им не хватает точного контроля температуры, необходимого для более деликатных задач. Для индукции это не проблема. Прямой нагрев индукцией не меняется, поэтому вы можете поддерживать постоянное кипение, не сжигая пищу.

Благодаря индукции вам не придется тратить слишком много времени на уборку. Поскольку сама варочная панель не нагревается, ее легко чистить. «Когда вы готовите, вы не получите много запеченной еды», — говорит Пол Бристоу, менеджер по продукту для варочных панелей GE Appliances.

Почему индукция еще не стала мейнстримом?

Индукция уже популярна в Европе. И его популярность в США растет. По мнению экспертов по ремонту дома Sebring Design Build, интерес к коммерческим газовым плитам, похоже, угасает, в то время как все больше кухонных рено включают индукционные варочные панели.

GE Appliances Бристоу говорит: «Если вернуться к 2008 году, индукция составляла около 5% рынка электрических варочных панелей, но со временем она постепенно выросла до примерно 15%». (Обратите внимание, что, поскольку индукция основана на электричестве, варочные панели, использующие эту технологию, классифицируются наряду с излучающими электрическими). ​​«Я действительно думаю, что со временем, по мере того, как затраты будут снижаться, а люди станут больше осознавать это, индукция вырастет до значительного большая часть рынка «.

Могут ли мои кастрюли и сковороды работать с индукционной варочной панелью?

Кредит: Frigidaire

В индукционной плите можно использовать только чугунные кастрюли и сковороды из нержавеющей стали.Вы можете проверить имеющуюся посуду с помощью магнитов. Если магнит прилипнет, кастрюля или сковорода будут работать в диапазоне индукции.

Проблемы с посудой могут быть одной из проблем, мешающих некоторым американцам перейти на индукционное приготовление пищи. Поскольку индукция основана на электромагнетизме, только кастрюли с магнитным дном — из стали и железа — могут передавать тепло. Но это не значит, что вам нужно покупать совершенно новую посуду. Если ко дну прилипнет магнит, ваши кастрюли и сковороды будут работать на индукции. (Если вам действительно нужна новая посуда, все победители нашего обзора лучших сковородок из нержавеющей стали подходят для индукционных плит.)

«Есть много недоразумений относительно специальных кастрюль, — говорит Бристоу. «Да, основания должны быть магнитными, но сейчас есть много посуды, которая удовлетворяет этот спрос. И дело в том, что они не предназначены для индукции, поэтому вы можете использовать эти сковороды на других видах топлива».

Цена была еще одним большим камнем преткновения. Хотя индукционные диапазоны по-прежнему занимают меньшую часть рынка в целом, они становятся более доступными. Уже одно это может убедить домовладельцев, которые сидели на заборе.Встроенные варочные панели и отдельно стоящие индукционные плиты, в том числе электрические духовки, можно приобрести менее чем за 1000 долларов. Любимая нам индукционная линейка Frigidaire FFiF3054TD продается по цене от 985 долларов.

Различные производители представили индукционные диапазоны, что свидетельствует об их уверенности в их распространении в США. Многие добавили привлекательные функции, такие как автоматическое определение размера посуды, когда диапазон автоматически определяет след посуды и нагревает только ту область, которая соприкасается.

Кредит: Samsung

У вас больше контроля над температурой на индукционной варочной панели, чем на газовой, но есть кривая обучения. Индукционные варочные панели Samsung показывают синее «виртуальное пламя», которое может помочь новому пользователю визуализировать количество тепла, поступающего на сковороду.

Признавая зависимость потребителей от визуальных сигналов, Samsung предлагает светодиодное освещение для своих индукционных диапазонов, функцию, которая создает ярко-синее «виртуальное пламя».«

Поскольку наука доказывает, что приготовление пищи на индукционной плите быстрее, безопаснее и эффективнее, чем газовая или электрическая, почему возникают сомнения? Как отметил Маккечни, микроволновые печи пострадали от столь же медленного распространения в течение 1970-х годов по той же причине: люди просто не понимали науки, лежащей в основе приготовления с помощью микроволновой печи, или того, как она может им помочь.

В конечном итоге, распространение этой технологии способствовало появлению демонстраций кулинарии, телешоу и представительств микроволновых печей, ориентированных на пиар.Для приготовления пищи на индукционной плите может потребоваться аналогичная стратегия.

Если это так, Маккечни считает, что небольшой стратегический ребрендинг может иметь большое значение. «Слово« индукция »не помогает», — пояснил он. «Это научное название — это технология индукционного поля, но многие люди не могут иметь к этому никакого отношения. Номенклатуре, вероятно, понадобится некоторая помощь».

---

Остались вопросы? Посмотрите всю нашу серию Induction 101 и получите ответы.

Инверторный асинхронный двигатель

Rockwell / Allen-Bradley FD145THTN6068BBP

Важное примечание: другие аксессуары, руководства, кабели, данные калибровки, программное обеспечение и т. Д.не входят в комплект поставки этого оборудования, если не указаны в приведенном выше описании складских позиций.

Характеристики:

Датчик температуры
• : TSTATS
• Мощность в лошадиных силах: 2
• об / мин: 1750

Инверторные асинхронные двигатели Rockwell / Allen-Bradley серии xx145 оснащены датчиком температуры TSTATS, мощностью 2 лошадиных силы и 1750 об / мин.

View It Live Request

Покупка подержанного оборудования не всегда должна быть выстрелом в темноте. Мы знаем, что есть много различий, когда дело доходит до бывшего в употреблении оборудования, и довольно часто выбор между разными частями затруднен, особенно когда оборудование находится не прямо перед вами.

Ну, а что, если бы вы смогли увидеть оборудование до того, как его купили? Не просто изображение с веб-сайта производителя, а фактическая часть оборудования, которую вы получите.

С помощью InstraView ™ мы на один шаг приближаем вас к проверке интересующего вас оборудования, не дожидаясь его появления у дверей.

InstraView ™ работает в вашем веб-браузере и позволяет просматривать фактическое оборудование, которое вас интересует, перед покупкой.Вы можете увеличить масштаб, чтобы увидеть этикетки с серийным номером, или уменьшить масштаб, чтобы увидеть общее состояние оборудования.

Это как если бы магазин пришел к вам!

Форма запроса InstraView

Для начала …

1. Заполните форму запроса ниже

2. Мы отправим вам электронное письмо, в котором вы узнаете, когда именно ваше оборудование будет доступно для просмотра

Объект для проверки: 97953-2 — Rockwell / Allen-Bradley FD145THTN6068BBP Инверторный асинхронный двигатель

Спасибо!
Мы свяжемся с вами в ближайшее время.

Artisan Scientific Corporation dba Artisan Technology Group не является аффилированным лицом или дистрибьютором Rockwell / Allen-Bradley. Изображение, описание или продажа продуктов с названиями, товарными знаками, брендами и логотипами предназначены только для идентификации и / или справочных целей и не указывают на какую-либо принадлежность или разрешение какого-либо правообладателя.

Моделирование инверторного асинхронного двигателя источника напряжения

Предпосылки

Индукционная машина — одно из старейших электромеханических устройств преобразования энергии переменного тока [1].В конце 19 века инженеры первыми изобрели первый однофазный асинхронный двигатель, за которым вскоре последовал трехфазный вариант. По сравнению с другими популярными типами двигателей (например, постоянного или синхронного) асинхронный двигатель обычно имеет более низкую стоимость и более высокую надежность. Это подтолкнуло технологию к тому, чтобы она стала доминирующим игроком в промышленных приложениях. См. Рис. 1а для примера асинхронного двигателя.

Чтобы полностью реализовать потенциал асинхронного двигателя в различных рабочих точках крутящего момента / скорости, он должен приводиться в действие от источника питания переменной частоты.В середине и конце 20-го века в силовой электронике был сделан прорыв с появлением транзисторов. Это устройство позволило создать эффективные, надежные высокочастотные преобразователи энергии. Инвертор источника напряжения (VSI) стал наиболее распространенной основой для современных частотно-регулируемых приводов, используемых для управления современными асинхронными двигателями.

Инвертор источника напряжения (VSI)

Инвертор источника напряжения (VSI) используется для преобразования постоянного и переменного тока. На рис. 1b показан VSI, подключенный к индукционной машине.Для нормальной работы двигателя мощность берется из входного источника постоянного тока (VdcV_ {dc} V dc) и модулируется на мощность переменного тока на выходных фазах (vasv_ {as} v as, vbsv_ {bs} v bs и vcsv_ {cs} v cs).

Внутренне VSI состоит из нескольких компонентов. Чтобы обеспечить жесткий источник напряжения, конденсатор промежуточного контура подключен ко входу постоянного тока. Через конденсатор промежуточного контура подключены три полумоста. Каждый полумост состоит из двух силовых электронных переключателей.Средняя точка каждого полумоста становится фазовым соединением для асинхронного двигателя. См. Схематическое изображение на рис. 1c.

Последние технологические достижения

Типичный силовой электронный переключатель, который используется в VSI, представляет собой либо биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT), либо металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор (MOSFET). MOSFET обычно используются для высокочастотных приложений с более низкими требованиями к напряжению, в то время как IGBT, как правило, используются для приложений с более низкой частотой и большей мощностью.В последние годы были внедрены две новые перспективные технологии переключения: нитрид галлия (GaN) и карбид кремния (SiC) [2]. Эти устройства позволяют преобразователям мощности переключаться на более высоких частотах, сохраняя при этом более низкие коммутационные потери. Когда VSI управляет асинхронным двигателем с использованием более высоких частот переключения, выходное напряжение лучше приближается к опорному и приводит к более низким пульсациям тока из-за того, что индуктивность машины действует как фильтр. Это снижает потери в асинхронном двигателе и снижает пульсации крутящего момента.

Мотивация

Чтобы создать установившийся крутящий момент, который вращает асинхронный двигатель, можно показать, что трехфазный сбалансированный набор синусоидальных напряжений должен быть приложен к фазам двигателя, как показано на рис. {j \ omega_e t} v ¯ qd s = V o e jω e t.

Методы модуляции

Цель VSI — как можно точнее воспроизвести формы сигналов, показанные на рисунке 2. Однако, поскольку инвертор использует режим переключения, только восемь дискретных состояний напряжения доступны на клеммах фазы. Обычно для создания эффекта усреднения по времени используются методы рабочего цикла. В среднем VSI воспроизводит желаемые опорные формы сигналов, но в любой момент времени формы сигналов состоят из восьми дискретных состояний напряжения.Если сегмент \ circ60 the, основная составляющая сигнала напряжения будет соответствовать желаемым опорным сигналам. На рис. 3b показаны как фактические фазные напряжения, так и основная составляющая для шестиступенчатого возбуждения. В то время как простая шестиступенчатая операция создает большие гармоники в токе асинхронного двигателя, создавая таким образом пульсации крутящего момента. Альтернативные методы модуляции предпочтительны из-за лучших гармонических свойств.

Синусо-треугольная модуляция

Подход с синусо-треугольной модуляцией показан на рис.4 для одного желаемого опорного напряжения (например, vasv_ {as} v as). Для реализации этой модуляции требуется высокочастотная треугольная волна, называемая несущей. Требуемое опорное напряжение масштабируется напряжением шины постоянного тока и сравнивается с треугольной несущей. Выход этого сравнения используется для сигналов стробирования для каждого полумоста в VSI.

К преимуществам метода синусоидальной модуляции относится возможность генерировать произвольные опорные сигналы с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ) и работать с фиксированной частотой переключения, но ограничивать величину фазного напряжения асинхронного двигателя до 12 В постоянного тока \ frac {1} { 2} V_ {dc} 2 1 В постоянного тока.Это ограничение возникает из-за того, что синфазное напряжение на всех трех фазах зафиксировано на уровне половины VdcV_ {dc} V dc.

Модуляция пространственного вектора

Алгоритм пространственной векторной модуляции (SVM) может быть связан как с шестиступенчатой, так и с синусо-треугольной модуляцией. * _ {min}] v zs ∗ = — [(1−2k o) + k o v max ∗ + (1− k o) v min ∗]

Рис.5 показаны опорные напряжения для VSI при использовании SVM и генерации тех же опорных напряжений, что и на рис. 2. Компонент нулевой последовательности показан черным цветом. При добавлении этого компонента к каждому фазному напряжению синфазное напряжение не появляется на асинхронном двигателе, а увеличивает полезное напряжение шины постоянного тока примерно на 15% по сравнению с отсутствием инжекции нулевой последовательности.

Моделирование

Индукционная машина может быть смоделирована как совокупность связанных нелинейных дифференциальных уравнений.Обычно для представления электрических величин используются комплексные переменные (инкапсулирующие информацию о величине вектора и фазе). Когда механическая система включена, асинхронный двигатель становится нелинейной системой пятого порядка.

Электрические величины можно просматривать из различных систем отсчета, при этом общий выбор представляет собой стационарные, роторные или синхронные системы отсчета. Следующие уравнения моделируют статор и ротор асинхронной машины в произвольной системе отсчета, а также динамику механической системы.Связь между электрической и механической системами происходит за счет развиваемого крутящего момента, который можно представить как правую часть последнего уравнения. Вместе эти три уравнения моделируют всю динамику индукционной машины.

v¯qds = rsi¯qds \ bar {v} _ {qds} = r_s \ bar {i} _ {qds} v ¯ qds = r s i ¯ Qds

+ Ls (p + jω) i¯qds + L_s (p + j \ omega) \ bar {i} _ {qds} + L s (p + jω) i ¯ Qds

+ Lm (p + jω) i¯qdr + L_m (p + j \ omega) \ bar {i} _ {qdr} + L m (p + jω) i ¯ Qdr

v¯qdr = rri¯qdr \ bar {v} _ {qdr} = r_r \ bar {i} _ {qdr} v ¯ qdr = r r i ¯ qdr

+ Lr [p + j (ω − ωr)] i¯qdr + L_r [p + j (\ omega — \ omega_r)] \ bar {i} _ {qdr} + L R [p + j (ω − ω r)] i ¯ qdr

+ Lm [p + j (ω − ωr)] i¯qds + L_m [p + j (\ omega — \ omega_r)] \ bar {i} _ {qds} + L m [p + j (ω − ω r)] i ¯ qds

Jdωmdt + TL = J \ frac {d \ omega_m} {dt} + T_L = J dt dω m + T L =

32P2LmIm {i¯qdssi¯qdrs ∗} \ frac { 3} {2} \ frac {P} {2} L_m \ mathbb {I} m \ {\ bar {i} _ {qds} ^ s \ bar {i} _ {qdr} ^ {s *} \} 2 3 2 P L m Im {i ¯ qds s i ¯ qdr s ∗}

v¯ qds = rsi¯qds + Ls (p + jω) i¯qds + Lm (p + jω) i¯qdr \ bar {v} _ {qds} = r_s \ bar {i} _ {qds} + L_s (p + j \ omega) \ bar {i} _ {qds} + L_m (p + j \ omega) \ bar {i} _ {qdr} v ¯ qds = r s i ¯ qds + L s (p + jω) i ¯ qds + L m (p + jω) i ¯ qdr

v¯qdr = rri¯qdr + Lr [p + j (ω − ωr)] i¯qdr + Lm [p + j (ω − ωr)] i¯qds \ bar {v} _ {qdr} = r_r \ bar {i} _ {qdr} + L_r [p + j (\ omega — \ omega_r)] \ bar {i} _ {qdr} + L_m [p + j (\ omega — \ omega_r)] \ bar {i} _ {qds} v ¯ qdr = r r i ¯ qdr + L r [p + j (ω − ω r)] i ¯ qdr + L m [p + j (ω − ω r)] i ¯ qds

Jdωmdt + TL = 32P2LmIm {i¯qdssi¯qdrs ∗} J \ frac {d \ omega_m} {dt} + T_L = \ frac {3} {2} \ frac {P} {2} L_m \ mathbb {I} m \ {\ bar {i} _ {qds} ^ s \ bar {i} _ {qdr} ^ {s *} \} J dt dω m + T L = 2 3 2 P L m Im {i ¯ qds S i ¯ qdr s ∗}

В приведенных выше уравнениях rsr_sr s и rrr_rr r — сопротивления статора и ротора, Ls = Lm + LlsL_s = L_m + L_ {ls} L s = L m + L ls — полная индуктивность статора, Lr = Lm + LlrL_r = L_m + L_ {lr} L r = L m + L lr — полная индуктивность ротора, LmL_mL m — индуктивность намагничивания, p = ddtp = \ frac {d} {dt} p = dt d обозначает оператор дифференцирования, ω \ omegaω — произвольная система отсчета, ωr \ omega_rω r — электрическая скорость ротора, ωm \ omega_mω m — механическая скорость ротора, PPP — количество полюсов машины, а JJJ — механическая вращательная инерция.

Выбор ω \ omegaω определяет систему отсчета; в этом анализе синхронный кадр используется так, что ω = ωe \ omega = \ omega_eω = ω e. Для результатов моделирования, которые будут представлены и обсуждены ниже, в следующей таблице приведены параметры асинхронного двигателя. На рис. 6 показана блок-схема моделирования, которая будет использоваться. Частота коммутации инвертора fswf_ {sw} f sw и схема распределения нулевого состояния kok_ok o будут исследованы.

Ом Ом Ом Ом

Параметр	Значение	шт.
VratedV_ {Rated} V рейтинг	460	Vrms, l-lV_ {rms, l-l} V rms, l-l
PratedP_ {Rated} P рейтинг	20	л.с.
fratedf_ {Rated} f рейтинг	60	Гц
ППС	4	полюсов
ZBZ_BZ B	14.20	Ом \ Омега
VBV_BV B	376	VpkV_ {pk} V pk
IBI_BI B	26,5	ApkA_ {pk} A pk
TBT_BT B	79,16	Н-м
rs = rrr_s = r_rr s = r r	0,355	Ом \ Омега
xls = xlrx_ {ls} = x_ {lr} x ls = x lr	1,42	Ом \ Омега
xmx_mx m	34.1	Ом \ Омега
МММ	1,4	сек
srateds_ {Rated} s рейтинг	0,03135	–

Базовый уровень: стабильный режим работы

Первым интересным условием является базовый стационарный режим, когда индукционная машина переходит в стабильную рабочую точку в зависимости от значений результирующей скорости и крутящего момента. Применяется постоянная нагрузка 50% номинального крутящего момента.Для этого моделирования инвертор работает с фиксированной частотой переключения fswf_ {sw} f sw = 3 кГц при напряжении постоянного тока 650 В. Модуляция пространственного вектора используется с индексом модуляции Mi = 0,9M_i = 0,9M i = 0,9 и ko = 0,5k_o = 0,5k o = 0,5. Обратите внимание, что отношение частоты переключения к основной составляет 50.

На рис. 7 показаны формы сигналов, полученные в результате моделирования, на рис. 7a показаны формы сигналов во временной области, а на рис. 7b показаны частотные составляющие сигналов.Во временной области очевидна ШИМ-природа приложенного фазного напряжения, но результирующий фазный ток очень плавный и синусоидальный из-за фильтрующих эффектов индуктивности двигателя. Результирующий крутящий момент имеет постоянную составляющую, но пульсацию составляет почти 10%. Результирующая скорость примерно постоянна и составляет 1755 об / мин. Чтобы проверить результаты моделирования в установившемся режиме, мы можем проанализировать индукционную машину как эквивалентную схему Тевенина, где эквивалентный комплексный импеданс равен

.

Zth = rs + xlsZ_ {th} = r_s + x_ {ls} Z th = r s + x ls

+ xm (xlr + rr / s) xm + xlr + rr / s + \ frac {x_m (x_ {lr} + r_r / s)} {x_m + x_ {lr} + r_r / s} + x m + x lr + r r / s X m (x lr + r r / s)

Zth = rs + xls + xm (xlr + rr / s) xm + xlr + rr / sZ_ {th} = r_s + x_ {ls} + \ frac {x_m (x_ {lr} + r_r / s)} {x_m + x_ {lr} + r_r / s} Z th = r s + x ls + x m + X lr + r r / s x m (x lr + r r / s)

Критическая частота или частота прерывания RL Схема задается формулой fc = R / (2πL) f_c = R / (2 \ pi L) f c = R / (2πL).Используя ZthZ_ {th} Z th для моделируемой индукционной машины, получаем fcf_cf c = 101 Гц. Поскольку фазовое напряжение возбуждения ШИМ составляет 3 кГц, это почти в 30 раз больше, чем частота отключения машины, поэтому почти плавный ток является разумным.

Влияние частоты переключения VSI

Частота переключения VSI играет основную роль в результирующей пульсации на осциллограммах тока и крутящего момента. На рис. 8 показаны смоделированные формы сигналов для различных частот переключения VSI.На Рис. 8a и Рис. 8b показаны результирующие формы сигналов, когда fswf_ {sw} f sw = 2 кГц (20-кратная частота отключения машины) и fswf_ {sw} f sw = 10 кГц (100-кратная частота отключения машины), соответственно. Обратите внимание, что при больших fswf_ {sw} f sw гармонический состав сигналов смещается в сторону более высоких частот, так что энергия сигнала вблизи основной частоты уменьшается. Это приводит к более чистым формам сигналов тока и крутящего момента во временной области с меньшими колебаниями. При увеличении fswf_ {sw} f sw потери на гармоники в асинхронном двигателе уменьшаются, а потери переключения инвертора увеличиваются.Полноценные системные приложения должны находить инженерный компромисс между потерями в машине и инверторе.

Чтобы охарактеризовать улучшение от увеличения частоты переключения, можно проанализировать различные показатели. В этом анализе анализируются пульсации фазного тока. Ожидаемый фазный ток в идеале синусоидальный, но из-за VSI ШИМ пульсации тока возрастают по мере уменьшения fswf_ {sw} f sw. Общее гармоническое искажение (THD) синусоидальной формы волны можно рассчитать следующим образом, где x1x_1x 1 обозначает величину основной составляющей, x2x_2x 2 — величину второй гармоники и т. Д.2 + …}} {x_1} THD = x 1 √ x 2 2 + x 3 2 + x 4 2 + … Взаимодействие с другими людьми

Чтобы связать частоту переключения VSI с THD фазного напряжения и тока, было выполнено несколько симуляций для различных fswf_ {sw} f sw. На рис. 9 показаны результаты моделирования: когда fswf_ {sw} f sw = 1 кГц (10-кратная частота разрыва) и fswf_ {sw} f sw = 10 кГц (100-кратная частота разрыва), THD текущего сигнала составляет 13% и 1,2% соответственно, что показывает обратную логарифмическую зависимость между fswf_ {sw} f sw и текущим THD. Однако напряжение сохраняло высокий THD на fswf_ {sw} f sw.

Устойчивый режим работы с различным постоянным Ko

Предыдущие результаты моделирования использовали фиксированное значение ko = 0,5k_o = 0,5k o = 0,5. Это делит состояния вектора нулевого напряжения равномерно между векторами 0 и 7 (определения вектора напряжения см. На рис. 3a). Изменяя kok_ok o, регулируется соотношение нулевых состояний. В этом разделе анализа исследуется влияние установки kok_ok o на постоянное значение, не равное 0,5. Исследуется диапазон от 0,2 до 0,8.Например, когда kok_ok o = 0,2, вектор напряжения 7 используется для 80% нулевого состояния, а оставшиеся 20% расходуются в векторе напряжения 0. Теоретическое усредненное по времени напряжение в одном цикле ШИМ равно то же самое, но достигается с помощью различных комбинаций переключателей VSI.

На рис. 10 показаны результаты моделирования для двух значений kok_ok o = 0,2 и 0,35 (fswf_ {sw} f sw = 2 кГц). Осциллограммы тока примерно соответствуют аналогичному сценарию на рис. 8а, но с kok_ok o = 0,5.Однако форма волны крутящего момента имеет гораздо больше пульсаций и гармоник, чем раньше. Когда kok_ok o = 0,35, форма волны крутящего момента уменьшает свои гармоники, но добавляет другие высокочастотные составляющие. Влияние на форму волны крутящего момента происходит из-за взаимодействий между трехфазными токами в синхронной системе отсчета.

Кроме того, при установке ko 0,5k_o \ neq 0,5k o ≠ 0,5 частотный состав сигналов расширяется и смещается. На рис. 10а частота между основной и несущей ШИМ имеет значительно большую энергию, чем на рис.8а. При установке kok_ok o = 0,5 этот разброс энергии уменьшается.

Для дальнейшего исследования влияния kok_ok o на асинхронный двигатель, смоделирован полный диапазон kok_ok o = от 0,2 до 0,8. Суммарные гармонические искажения (THD) результирующих форм сигналов напряжения и тока вычислены и представлены на рис. 11. При kok_ok o = 0,5 как фазное напряжение, так и ток имеют минимум THD. Когда kok_ok o отклоняется от своего номинального значения 0,5, THD как напряжения, так и тока увеличивается.Это приводит к выводу, что при фиксированном kok_ok o наименьшие THD по напряжению и току достигаются при kok_ok o = 0,5.

Устойчивый режим работы с изменением Ko

Согласно предыдущему разделу, оптимальное постоянное значение kok_ok o равно 0,5; это снижает THD как для сигналов напряжения, так и для тока до минимального значения. Однако, динамически изменяя kok_ok o, возможно дальнейшее снижение THD.

На рис. 12 представлен поток сигналов внутри SVM VSI.{**} v как ∗∗. Это опорное напряжение затем модулируется с помощью треугольной несущей ШИМ, чтобы сформировать напряжение, приложенное к асинхронному двигателю vasv_ {as} v as. Обратите внимание, что форма волны для kok_ok o не постоянна; в каждом цикле ШИМ происходит скачок между минимальным и максимальным значением в течение 50% времени. Если минимальное и максимальное значения для kok_ok o равны 0,5, этот подход упрощается до результатов из предыдущего раздела. Однако при изменении минимального и максимального значений kok_ok o изменяется гармоническая характеристика.

На рис. 13 показаны результаты 169 симуляций, по одному для каждого прямоугольника на карте. В каждой симуляции fswf_ {sw} f sw поддерживается постоянной на уровне 3 кГц, но минимальные и максимальные значения для kok_ok o изменяются. THD рассчитывается как для фазного напряжения, так и для тока и выражается в процентах, соответствующих цвету. Результаты предыдущего раздела для kok_ok o = 0,5 находятся в правом нижнем углу, что дает текущий коэффициент нелинейных искажений около 7%. Проведение по диагонали линии от нижнего правого до верхнего левого приводит к значениям THD, когда минимальное и максимальное kok_ok o симметрично относительно номинального 0.5, а недиагональные прямоугольники асимметричны. Путем чередования симметричных значений kok_ok o, THD сигналов напряжения и тока уменьшается. При kok_ok o = 0,2 и 0,8 текущий THD составляет 61% от номинальной базовой линии (kok_ok o = 0,5).

Резюме

В этом исследовании анализировался асинхронный двигатель, приводимый в действие инвертором источника напряжения. Было представлено несколько методов модуляции, связанных друг с другом. Было показано, что метод пространственно-векторной модуляции имеет превосходные характеристики за счет расширения диапазона фазных напряжений на 15% больше, чем метод модуляции синусоидального треугольника.

Асинхронный двигатель моделировался с использованием нескольких конфигураций SVM VSI. Проведен анализ частоты переключения ШИМ и размещения вектора нулевого напряжения. Результаты сравнивались во временной и частотной областях. Общий коэффициент гармонических искажений использовался в качестве показателя для оценки характеристик конфигурации инвертора. Было обнаружено, что более высокие частоты переключения приводят к меньшему THD, наряду с динамически изменяющимся размещением вектора нулевого напряжения.

В будущих работах может быть рассмотрено изменение нагрузки асинхронного двигателя и динамические эффекты методов модуляции.Например, использование реальных последовательностей дисков может помочь разработчику приложений определить оптимальные значения для fswf_ {sw} f sw и kok_ok o в зависимости от требований системного уровня.

Этот анализ был выполнен весной 2020 года для курса UW-Madison ECE 711: Dynamics and Control of AC Drives. Читать статью полностью ….

Ссылки

1. Б. Г. Ламме, «История асинхронного двигателя», Журнал Американского института инженеров-электриков, вып. 40, нет. 3. С. 203–223, март 1921 г.

2. Дж. Миллан, П. Годиньон, X. Перпина, А. Перес-Томас и Дж. Реболло, «Обзор мощных полупроводниковых устройств с широкой запрещенной зоной», IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 29, нет. 5. С. 2155–2163, 2014.

   .

3. Х. В. ван дер Брок, Х. Скудельны, и Г. В. Станке, «Анализ и реализация модулятора ширины импульса на основе пространственных векторов напряжения», IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 24, вып. 1. С. 142–150, 1988.

   .

4. В.Бласко, «Гибридная стратегия ШИМ, сочетающая методы сравнения модифицированных пространственных векторов и треугольников», в PESC Record. 27-я ежегодная конференция специалистов по силовой электронике IEEE, т. 2, июнь 1996 г., стр. 1872–1878, т. 2.

---

Уведомления о новых сообщениях

Если вы прочтете это далеко в этой статье, возможно, вам будет интересно подписаться на уведомления по электронной почте о будущих новых сообщениях, которые я пишу. Я никогда не буду спамить тебе! Каждые несколько месяцев я пишу новую статью для этого сайта и пришлю вам об этом по электронной почте.Вы можете отписаться в любое время. Спасибо.

(PDF) Сравнительное исследование резонансных топологий инверторов, используемых в индукционных плитах.

Рис. 12. Топология инвертора с полным мостом.

Реализация полумостовой топологии инвертора

(рис. 13) очень интересна, потому что PCB и

требования управления не очень сложные. В результате ожидается, что

его реализация будет надежной.

Рис. 13. Топология полумостового инвертора.

Реализации топологий с одним коммутатором

(рис. 14 и 15) просты из-за небольшого количества компонентов

. Тем не менее, его контроль сложен, поскольку требуется

обратной связи.

Рис. 14. Топология инвертора 1SW-ZVS.

Помимо сложностей топологии с одним переключателем

, схема ZCS имеет входной индуктор (индуктор Ls

на рис.9), реализация которого очень сложна из-за большого тока через

.

Рис. 15. Топология инвертора 1SW-ZCS.

V. ВЫВОДЫ

Были разработаны и реализованы общие топологии резонансных инверторов, применяемые к индукционным плитам

.

Систематически сравнивались различные аспекты.

Топология полного моста является наиболее эффективной из-за

низкого тока через устройства, однако ее реализация

является сложной. Топология полумоста

предлагает соответствующий баланс между сложностью и производительностью

.Топологии с одним коммутатором просты

из-за небольшого количества компонентов, но их устройства

должны выдерживать высокое напряжение, поэтому их эффективность

низкая. Кроме того, их элементы управления сложны.

R

EFERENCES

[1] F.P. Доусон и Правин Джайн, «Система для индукционного нагрева и плавления

, сравнение коммутируемого инвертора с нагрузкой

» в IEEE Power Electronics Specialist

Conf.Rec 1990, стр. 281-290.

[2] Х. Огивара и М. Накаока, «Индукционные нагревательные преобразователи частоты

с использованием транзисторов статической индукции»,

International Journal Electronics, 1990, vol. 68, pp. 629-

645.

[3] E.J. Dede et al. «Генераторы высокой частоты для индукционного нагрева

», PCIM Europe, vol. 3, 1991.

[4] F. Monterde et al. «Новый последовательно-резонансный инвертор ZVS

с двумя выходами для индукционных плит, полученный методом синтеза

» IEEE Power Electronics Specialist Conf.,

Rec.2000, стр. 1375-1380.

[5] L. Hobson, D.W. Тебб и Тернбулл, «Двухэлементная индукционная плита

, использующая силовые полевые МОП-транзисторы»,

International Journal Electronics, vol. 59, nº 6, pp. 747-

757, 1985.

[6] H.W.Koertzen, J.D. Van Wyk и J.A. Феррейра, «Проектирование полумостовых резонансных преобразователей

для индукционного приготовления пищи

», Конференция специалистов по силовой электронике IEEE

Rec., 1995, стр 729-735

[7] H.Омори, Х. Ямасита, М. Накаока и Т. Марухаши, «Несимметричный резонансный инвертор

нового типа с индукционным нагревом

, использующий новые биполярные транзисторы Дарлингтона», IEEE Power

Rec., Конференция специалистов по электронике, 1985, стр. 590 -599

[8] И. Коэн Х. «Оценка и сравнение топологий преобразования Power

», European Power Electronics

Conference Rec., 1993, pp 9-16

[9] JM Leisten and L. Hobson, «Параллельный резонансный источник питания

для индукционного нагрева с использованием GTO», PEVD

Conference Rec., 1990, стр. 224-230.

[10] Дж. М. Бурдио и А. Мартинес, «Унифицированная модель пространства состояний

для импульсных преобразователей в дискретном времени» IEEE

Transactions on Power Electronics, vol. 10, стр. 694-707,

Ноябрь 1995 г.

0-7803-7405-3 / 02 / 17,00 долл. США (C) 2002 IEEE

(PDF) Индукционные варочные системы с одним переключателем инвертора с использованием новой техники управления

Индукционные варочные системы с одним переключателем

Инвертор

, использующий новые методы вождения

Магди Сауди1, Диего Пуял2, Карлос Берналь1, Даниэль Антон2 и Артуро Медиано1

1 Арагонский институт инженерных исследований (I3A), Университет Сарагосы, 50018 Сарагоса, Испания

2 Induction Technology, Bosch и Siemens Home Appliances Group, 50016 Монтаньяна (Сарагоса), Испания

электронная почта: [email protected], [email protected]

Аннотация. В этой статье представлены некоторые новые и модифицированные методы управления

для топологии переключения при нулевом напряжении с одним переключателем (ZVS)

. Эти методы управления средней / высокой частотой и

, синтезированные цифровым способом, могут применяться для уменьшения опасности пиковых токов, которые могут повредить схему переключения

при переключении вне номинальных условий.

Методика полностью описана и экспериментально оценена в

прототипе мощностью 2500 Вт, предназначенном для домашнего приготовления на индукционной плите

.

Ключевые слова — топология с одним переключателем, высокочастотное цифровое управление

, повторяющиеся малые стробирующие импульсы Методика, двухуровневое включение

Метод драйвера

, системы индукционного приготовления.

I. ВВЕДЕНИЕ

Индукционный нагрев — это процесс бесконтактного нагрева. Он использует высокочастотное магнитное поле

для нагрева материалов, которые являются электропроводящими

. Поскольку это бесконтактный процесс, то эффект нагрева

не загрязняет нагреваемый материал

.Это также очень эффективно, так как внутри заготовки вырабатывается

тепла.

Для генерации высокочастотного тока существуют различные типы топологий

, которые могут использоваться, в основном, половинные и полные

мостовые резонансные преобразователи

и резонансные преобразователи с одним переключателем

.

Первые две топологии имеют свои преимущества и

недостатки [1]. Полумостовые и полные мостовые последовательные резонансные преобразователи

характеризуются стабильным переключением, в то время как

находятся в установившемся состоянии.Напряжение на переключающей цепи ограничено

до уровня входного напряжения, что означает, что можно использовать коммутационные устройства низкого напряжения

(обычно 600 В). Это помогает

снизить стоимость компонентов и позволяет использовать устройства

, которые лучше работают при переключении. Однако

, использующая эту топологию, имеет некоторые недостатки, такие как необходимость использования двух или четырех коммутационных устройств

, что усложняет общую конструкцию

и увеличивает размер печатной платы и радиатора.

Другая проблема возникает из-за изоляции цепей управления затвором

. Также им необходимо время задержки между каждыми двумя транзисторами

для защиты устройств от короткого замыкания. Проблема с мертвым временем

является наихудшим, если это не фиксированный процент рабочего цикла

. Таким образом, на более высоких частотах мертвое время на

значительно больше пропорционально сигналу запуска, чем на более низких частотах

. Это, в свою очередь, создает эффект широтно-импульсной модуляции

, который снижает эффективность и минимизирует максимальную мощность

.

Третья топология — однокнопочный резонансный преобразователь

, который также имеет свои преимущества и недостатки [2,3].

К преимуществам относится необходимость использования только одной коммутирующей схемы

, что уменьшает размер радиатора и печатной платы.

Еще одним преимуществом является то, что системное заземление может быть общим,

, поэтому изоляция не требуется. Также не существует проблемы простоя при высокочастотной работе

. Основным недостатком этого метода

является высокая нагрузка на коммутационное устройство

, что увеличивает стоимость устройства до

и требует использования устройств, которые имеют худшее поведение

во время операции переключения.Также требуется более

дорогих

фильтров электромагнитных помех (токоведущие регуляторы).

Топология с одним переключателем подразделяется на два типа

в соответствии с методом переключения: переключение при нулевом напряжении

(ZVS) и переключение при нулевом токе (ZCS). ZVS обеспечивает минимальное количество элементов

(наиболее экономичное), но проблема

состоит в том, что коммутационное устройство сильно нагружается

при работе в номинальных условиях, что увеличивает потери мощности устройства на

.

В этой статье представлены три метода высокочастотного управления

, которые обеспечивают определенный уровень защиты для коммутационной цепи

в топологии с одним переключателем ZVS, если операция

выходит за пределы зоны ZVS. Эти методы

проанализированы и проверены экспериментально.

Первый метод основан на изменении управляющего сигнала

. Он заключается во введении повторяющихся малых импульсов в начало запускающего импульса

.Второй метод

основан на двухуровневом драйвере включения. В этом методе запускающая схема

содержит главный переключатель и дополнительный полевой МОП-транзистор для

, генерирующий шаг в стробирующем сигнале. Третий метод основан на увеличении площади ZVS

путем изменения значения резонансного конденсатора

для обеспечения полной работы внутри зоны ZVS.

Эта статья организована следующим образом. В разделе II описывается полное поведение одиночной топологии ZVS

внутри и

вне зоны ZVS, а также проблемы разработки зоны ZVS

.

No related posts.