Polskie forum dyskusyjne poświęcone dziedzinie wysokich napięć, głównie transformatorom Tesli (SSTC, DRSSTC, VTTC, SGTC) oraz generatorom wysokiego napięcia.

Teraz jest 19 paź 2018, 07:41

Strefa czasowa: UTC + 1 [ DST ]



Utwórz nowy temat Odpowiedz w wątku  [ Posty: 1 ] 

PostNapisane: 10 lis 2014, 23:33 
Administrator
Avatar użytkownika
Dołączył(a): 05.04.2010
Posty: 546
Lokalizacja: Olsztyn
Pochwały: 8
Nagrzewnica indukcyjna o mocy 3.5KW

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

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

Budując pierwszą wersję nagrzewnicy wzorowałem się na schematach zamieszczonych w linku wyżej. Skonstruowałem sterownik zawierający układ PLL. Był to pierwszy układ który budowałem oparty na PLL. Złożenie i uruchomienie tego układu zajęło mi trochę czasu, popełniłem przy tym kilka podstawowych błędów, nauczyłem się nowych rzeczy i poznałem nowe zjawiska fizyczne.
Obrazek
Obecny schemat który teraz prezentuje to połączenie schematu z podanego linku oraz kolejnej strony o nagrzewnicy indukcyjnej. http://uzzors2k.4hv.org/index.php?page= ... ionheater1
Nie podam wszystkich wartości elementów na tym schemacie. Potencjometr R4- trimpot służy do ustawienia fazy przełączania napięcia wyjściowego z mostka względem prądu płynącego w obwodzie. Część schematu składająca się z komparatorów U6 można pominąć albo podać na wejście sygnał z przekładnika prądowego. Aby całość pracowała poprawnie bardzo ważne jest odpowiednie ustawienie sterownika. Obecnie można zaobserwować trzy rodzaje ustawienia fazy napięcia wyjściowego z mostka a prądu płynącego przez jeden z przewodów transformatora dopasowującego:
Obrazek Obrazek Obrazek
Przesunięcie fazowe, a raczej częstotliwość pracy dopasowujemy tak aby była trochę mniejsza od częstotliwości rezonansowej. Na zdjęciach oscylogramów widać trzy sytuacje. Kiedy napięcie jest przełączane w zerach prądu i kiedy napięcie jest przełączane wcześniej powstają szpile na zboczach napięcia. Napięcie na oscylogramie jest sygnałem prostokątnym a prąd jest sinusoidą. W pewnym ustawieniu widać jak znikają szpilki na przebiegu napięcia i to jest odpowiedni punkt pracy. Następnie zdjęcie przedstawia oscylogram podczas pracy w dużej mocy 3.5KW
Obrazek
Sprzężenie zwrotne jest pobrane w postaci napięcia z kondensatora rezonansowego i podane jest na P2 i P5

Zacznę od opisu układu szeregowego zasilanego transformatorem dopasowującym impedancje. Wybrałem taki układ ponieważ eliminuje on użycie cewki dopasowującej, na temat której nie znalazłem potrzebnych informacji. Była ona elementem o nieznanych parametrach, trudnych do obliczenia. Kolejnym powodem wybrania takiego układu jest separacja obwodu rezonansowego od napięcia sieciowego.
Obrazek
Układ rezonansowy jest złożony z baraterii kondensatorów WIMA FKP1 o łącznej pojemności 2.16uF/650VAC/1600VDC przylutowanych blachą miedzianą, cewka to pięć zwojów rurki chłodniczej o średnicy ok. 10mm a cewka ma średnice wewnętrzną 60mm. Częstotliwość rezonansowa wypada ok. 90KHz, przez cewkę jest pompowana woda.
Pompa która była zastosowana do chłodzenia i zbiornik rezerwuar wykonany na szybko. W kolejnej wersji będzie to wyglądało inaczej, ale na razie dobre jest i to.
Obrazek
Cewkę wykonałem z rury miedzianej przeznaczonej dla chłodnictwa. Rura jest z miedzi miękkiej, aby ukształtować odpowiednie uzwojenie rurę wypełniłem wyprażonym w piekarniku piaskiem.
Obrazek
Wyprażony i przesiany piasek jest bardziej sypki i lepiej wypełnia rurę, jest to zabieg uniemożliwiający przegięcia rury w miejscu zginania. Do końców rury zalutowałem śrubunki mosiężne. Rura miała mniejszą średnicę niż śrubunki więc zrobiłem prowizoryczną przejściówkę z kawałka nałożonej nań rurki.
Obrazek Obrazek Obrazek Obrazek
Obrazek
Do śrubunków zamontowałem także po nypelu mosiężnym, tak aby część można było zamontować w obudowie. Montaż do obudowy zrealizowałem za pomocą wycinku płyty bakelitowej. Część która jest w obudowie stanowi część nieruchomą.
Obrazek Obrazek Obrazek

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

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


Uwagi i popełnione błędy.
Jednym z błędów były za wąskie ścieżki w PCB mostka. Ścieżki i laminat uległy przepaleniu w miejscach przecięcia się.
Obrazek Obrazek
Kolejnym błędem było użycie przedniej części obudowy ze stali. Obudowa bardzo mocno się nagrzewa pod wpływem prądów wirowych. Jednym z przykładów jest to zdjęcie:
Obrazek

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

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

Kolejne zdjęcia dotyczą uruchamiania układu.
Obrazek Obrazek Obrazek Obrazek

I teraz zdjęcia efektów jakie udało mi się uzyskać. Do pierwszych eksperymentów stworzyłem coś w rodzaju tygla z zaprawy szamotowej. Zaprawę wyparzyłem za pomocą wsadu :D
Obrazek Obrazek
Gdy już stapiany wsad osiągną pewną temperaturę i mój pseudotygiel został wygrzany zaczęła się zabawa..
Obrazek Obrazek Obrazek

Bezpiecznik sieciowy jest na wartość 16A. Prąd pobierany z sieci wynosi mniej więcej 15-18A. Jako ciekawostkę 10A bezpieczniki wytrzymywały, no po jakimś czasie się przypalały ale gniazdo było cholernie gorące :D

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

Amperomierz przedstawia wartość prądu w obwodzie zasilania sieciowego.



Pozdrawiam wszystkich i życzę powodzenia w konstruowaniu swojej nagrzewnicy indukcyjnej.



Na Gadu-Gadu nie udzielam żadnych porad związanych z elektroniką ani chemią.
Do tego służy forum !!


Góra
   
 

Wyświetl posty nie starsze niż:  Sortuj wg  
Utwórz nowy temat Odpowiedz w wątku  [ Posty: 1 ] 

Strefa czasowa: UTC + 1 [ DST ]


cron


Powered by phpBB® Forum Software © phpBB Group
Przyjazne użytkownikom polskie wsparcie phpBB3 - phpBB3.PL
phpBB SEO