[WIP] Self LOCK --- Nagrzewnica Indukcyjna by Mania-C

[Mania-C]

Witam

Od pewnego jakże krótkiego czasu przyszło mi się pobawić z nagrzewnicami indukcyjnymi.
Pierwszy prototyp ( jakby sama góra PCB ) została opracowana z myślą skonstruowania Nagrzewnicy o częstotliwości 1MHz a dokładnie 1058khz ...
Może na początek zacznę od założeń projektowych...
1 Praca z częstotliwością bliską 1Mhz z automatycznym wyszukiwaniem częstotliwości Fres
2 Uzyskać stabilny układ pozwalający swobodnie komparować fazę We/Wy
3 Stworzyć układ pracujący na niskich napięciach wejściowych i dużym prądzie wyjściowym

To podstawowe założenia z czego jak dla mnie najważniejszy jest podpunkt 3

I wszystko było by pięknie i cudownie gdyby jak zawsze teoria grała z praktyką 100%towo Problem był następujący podczas pracy z tą częstotliwością mosfet typu P zaczynał dziwnie pracować , pojawiały się niechciane dzwonienia . Sygnał wejścia zdawał się stopniowo pogarszać , sygnał wyjścia również ... Czyli krótko mówiąc w jakiś cudowny sposób układ tracił stabilność ... Dla dopiski powiem ze chciałem za wszelką cenę wyeliminować GDT i zastąpić go jakimś driverkiem z kanałem P i N

Poniżej 2 zdjęcia dzwonień

Oraz 1 zdjęcie stabilnej pracy

W czasie pracy na wyjściowym elemencie roboczym (LC) napięcie przy pełnym obciążeniu spadało do 72,8V a bez obciążenia wynosiło około 140V.

http://img201.imageshack.us/img201/1795 ... onance.jpg



2gim takim mankamentem wysokich częstotliwości są małe gabaryty cewki roboczej. Z przyczyn oczywistych rezonans o częstotliwości 1mhz będzie wymagał niskiej indukcyjność cewki. Dla przykładu moja cewka miała 0,24uH a co za tym idzie jej gabaryt był mniej więcej średnica 31mm 3 zwoje ... Symulacja układu pokazała iż zwiększanie elementu roboczego C zwiększało I obwodu rezonansowego a zwiększanie L zwiększało Q jednocześnie I malało
Należało by z tego wyciągnąć pewną zależność miedz elementami LC ze obydwa te elementy niemową być skrajnie niskie by uzyskać jak największą efektywność nagrzewnicy rezonansowej ... Nagrzewnica w moim przypadku pracowała na napięciu +/-20V i pobierała 3A

To tyle wystarczy ,projekt 1mhz został zakończony i prze modyfikowany względem problemów jakie się pojawiły
Obecne założenia

Opracować przetwornice pracującą z częstotliwością 400khz
Odseparować stopień mocy od sterowania
Reszta założeń bez zmian.

Jeszcze testów w całości nie było jednakże pomiary z samych przebiegów sterujących są zrobione ale mam je na telefonie a z przyczyn jakości nie będę dawał szajsu na forum ...

Jak narazie je opisze
zakres częstotliwości pracy synchronizatora PLL 300khz do 530khz ... Układ CD4046
Czasy narastania za gdt 110nS Opadania 90nS
Użyte klucze w głównym stopniu mocy IRFP4410 (jestem dość ciekaw jak będą się sprawowały bo parametry mają całkiem ciekawe (Przypomnę 100V , 90A)
Do tego są 3 kondensatory Snobujące ... Pomiary dokładne będą po moim powrocie z delegacji

Poniżej zdjęcia Tego modułu sterowania wraz z mostkiem mocy Oraz porównanie wielkości

AKTUALIZACJA 1

Po powrocie z delegacji zrobiłem 1 zdjęcie sygnału na wyjściu sterownika GDT. Oraz wcześniej zrobione foto PCB Mostka mocy dla nagrzewnicy.

Pozdrawiam HVtowców

[o900]

Wygląda elegancko, profesjonalne podejście, przemyślana konstrukcja. Tylko jedno pytanie, dlaczego tak duże częstotliwości? Generalnie nieczęsto w przemysłowych nagrzewnicach stosuje się tak duże częstotliwości, ze względu na efekt naskórkowy, więc takie częstotliwości mamy jedynie w ogrzewaniu powierzchni materiału.
Niedługo będę bardziej zgłębiał temat, bo planuje wykonać piec indukcyjny jako prace inżynierską (idę po najmniejszej linii oporu, moim promotorem jest doktor elektrotermii, ale to dopiero przyszły semestr).
Pozdrowienia.

[Mania-C]

To właśnie test po za tym jestem ciekaw jak się zachowa nagrzewnica przy wielu bardzo małych elementach ( (jakby szpilek) ułożonych wzdłuż z przestrzenią miedzy sobą . Czy na wszystkich wystąpi efekt naskórkowy czy tylko na obrzeżach pierwszych szpilek.interesuje mnie właśnie ta zależność przenikliwości.
No to jak planujesz wykonać to zacznij od założeń to już możesz wykonać a z reguły swojego szkolnictwa wiem ze im dłużej zwlekam tym bardziej się nichce

choć z paru powodów lubię szkołę np z kawałów wykładowców
"3te prawo OHMA --- Ciało w Ciemności traci na oporności "
"4te prawo OHMA --- Powyżej kolan napięcie rośnie a oporność spada"

:D:D Aj no dobra dość tego bo się moderatorzy odezwą :D:D




Zostając w temacie nagrzewnic bardzo interesuje mnie również takie wykorzystanie tymbardziej ze jestem w trakcie budowy domu Z ciekawością szperam po całym WWW

[youtube]http://www.youtube.com/watch?v=G7Jyc8i4y1Q[/youtube]



Pozdrawiam HVtowców

[o900]

Według mnie nie będzie widocznej różnicy dla wszystkich szpilek, chyba że wykonasz wzbudnik o promieniu metra. Ale tu możemy sie domyśleć wyniku, w normalnym wzbudniku tak cienkie elementy raz dwa stopią się przez prądy wirowe, no chyba że moc będzie mocno ograniczona.
Ciekawi mnie jak mój promotor widzi temat przetwornic indukcyjnych, opowiadał mi o piecu pracującym kiedyś w przy lubelskiej hucie, o mocy paruset kilowatów, utrzymującym roztopiony przez piec łukowy metal, w stanie płynnym. Przez pewien czas ciekawiło mnie jak kiedyś uzyskiwało sie wysokie częstotliwości do zasilenia wzbudnika, otóż w lubelskiej hucie pracowały już przetworniki tyrystorowe, ale wcześniej używało sie przetworników mechanicznych, czyli jeden silnik napędzał drugi a różnica wirowania pola elektromagnetycznego była różnicą częstotliwości. Osobiście podejrzewałem lampy nadawcze, jak widzę niesłusznie.

[Mania-C]

Witam

Dalszy Ciąg testów

Tym razem zająłem się dopasowaniem sygnałów sterującym do wyjściowych tranzystorów mocy które poddają moc na wzbudnik. Dzień wcześniej w domq kombinowałem z rezystorami bramkowymi Ton i Toff według standardowej metody .Załączać wolno wyłączać szybko ale nie za szybko tak by wytworzyć zarazem dziurę w czasie przełączeń.

To wiec zaczynamy ... Odpalamy Oscyloskop ... Wpinamy się z sondami do bramek i odpływów tranzystorów o których wcześniej pisałem

Co widzimy 2 przebiegi na już po zabiegu dopasowania rezystorów na pozór zazębiających się w punkcie 0V

Wiec zwiększamy jednostkę czasu pomiaru na oscyloskopie i nakładamy ze sobą sygnały ...

Teraz widać ze tranzystory nie mają możliwości załączać się w tym samym momencie i tworzyć zwarć skrośnych. Jak wiadomo tranzystory pod obciążeniem mogą zachowywać się różnie w zależności od sytuacji/usterki z jakimi próbują pracować defakto te czasy ulegają wydłużeniu w szczególności jak przeciążamy je do granic ustalonego tzw progu bezpiecznej pracy (tzw proces wyciskania soków i efekt pocenia się tranzystorów ) . Zawsze lepiej zapobiegać przed i dodać te nS czasu martwego niż zastanawiać się co jest nie tak dokupując kolejne wiaderko mosfetów.

Powiększamy dalej...

Pomiar czasu martwego

Pomiar czasu Narastania (Trise)

Pomiar czasu Opadania (Tfall)

Jeśli całość wygląda dobrze możemy przejść do poddawania napięcia na mostek mocy.
Użyłem dość słabego źródła gdyż jest to zasilacz regulowany prądowo i napięciowo MAX 3A 30V wiec zbyt dużego pola do popisu niemam ale dobre i tyle do testów...

Przechodzimy dalej najpierw pokarzę L MATCH czyli po polskiemu cewkę dopasowania
Po coz ona jest a nuz spełnia bardzo ważna role w nagrzewnicach indukcyjnych
Ma za zadanie spowolnić proces rozładowania i ładowania olbrzymich pojemności wzbudnika oraz nie doprowadzać do przeciążeń klucz sterujących. Nasze tranzystory mocy za wszelką cenę chcą przełączać wzbudnik z sygnałem kwadratowym powodując przy tym potworne przeciążenia. Z tąd też L math poprzez swoją impedancję ma stożyć warunki w których swobodnie będzie mógł pracować mostek (riczard pisze coś o 10ohma'ch mi wyszło mniej i też działa) ... Cewka stanowi też barierę dla częstotliwości harmonicznych dla układu LC...
Jak dopasować ? ja zrobiłem to tak nawinąłem 20zw na trafo w którym zrobiłem przekładki z plastku tzw szczeliny ( to ważne by trafo nie mogło się nasycić ) następnie patrząc na przebiegi pod oscyloskopem odejmowałem zwoje. Co istotne: w pewnym momencie gdy już niewiele zwoi zostało na karkasie, po odjęciu choć 1 zwoju prąd pobraniowy wzrósł.
Przy obecnej konfiguracji zeskoku z 5zw na 4zw stopień poboru prądu na 5zw wynosił 0,68A przy 12V zaś przy 4zw już 1,4A czyli prawie 2krotnie ... Prąd i napięcie rezonansu również skoczyło znacznie do góry na wzbudniku ... Także radze stroić z rozsądkiem by nie wyciskać soków z tranzystorów.
Sugeruje ze przy mostku na większe napięcie mogło by to mieć znacznie bardziej krytyczne skutki ...

A wiec tak wygląda moje L match E39 na 2 kolumnach przekładki 1,2mm

Jak to mamy zestrojone to uruchamiamy poddajemy napięcie na most tranzystorów

Widzimy Rezonans sobie hula
Parametry zasilania 2,3A - 15V

Wydaje się bardzo malutko gdyż to jedynie 34,5W a wkładamy śrubokręt i już po 8sekundach ładnie świeci " ciepełkiem "

No to by chyba tyle było na dzisiaj testowania ważne ze działa ku radości zamysłu konstruktora

Pozdrawiam HVtowców

[o900]

Dzięki za wytłumaczenie sprawy z impedancją dopasowania. Fajne rezultaty przy 35W z zasilania.

[Mania-C]

Zwiększamy śmoc

Nowa część wzbudnika
jego sumaryczny koszt budowy to tylko jakieś 70zł

Poniżej objaśnienie jak by ktoś też chciał zbudować taki ...

Grzebienie 3F 9mod

Kondensatory 47nF - 1000V MKP10 ( najlepiej by były mkp10 , jego słabszy model mkp4 nie nadają się do tej konstrukcji )

Produkt finalny - Przez szyny o łącznym przekroju 24mm2 troszkę prądu może przepłynąć
Śruby łączące z mosiądzu głównie by zwiększyć efekt wizualny banku kondensatorów wzbudnika
łączna pojemność 2x19x47nF = 1786nF

Minimalny odstępy miedzy kondensatorami dodałem po to by zwiększyć przepływność powietrza które będzie je chłodzić


Pozdrawiam HVtowców

[Mania-C]

Kolejne testy i pierwsze niepowodzenie ...

Uruchomiłem wzbudnik , jego nowa częstotliwość pracy to 80khz .. jest to dość nisko i ilość prądu pobieranego przez zasilanie potrafi sięgać 16A przy 24V. Po chwili (gdzieś w granicach 30sekund)
poczułem zapach spalonej izolacji , co się okazało ze przy tych częstotliwościach i prądzie jakie zaczynają hulać Trafo dopasowania dostaje strasznie po tyłku i po prostu izolacja z przewodów się rozpuściła ... Na trafie było nawinięte 8zwoi linkom 2,5mm2 a skoro 2,5mm2 to mało wiec można sobie wyobrazić co dzieje się po stronie zasilania wzbudnika (wrońcu przełącza dużą pojemność 1786nF)
Dziwną rzeczą jest to ze izolacja z linki zaczęła się topić nie na całości tylko dokładnie w miejscu szczeliny. hmm czyżby szczelina wywoływała takie niebotyczne pola magnetyczne miedzy 2 połówkami rdzenia ? ...
Moze kluczem do tej konstrukcji jest rdzeń otwarty typu RW umieszczony w jakiejś kadzi z olejem ? hmm

Niezdążeniem zrobić zdjęć jak ładnie świeca imbusy w nowej nagrzewnicy ale jak naprawie Lmatch na pewno dam parę fotek , może filmik też

Poniżej zdjęcie 1 ofiary tej konstrukcji

[admin]

Co do szczeliny to fakt, na elektrodzie ludzie donosili o przepaleniach właśnie w tym miejscu. Jak temu zaradzić - nie wiem, trzeba by doczytać...

[R.M.]

Spróbuj użyć dławików toroidalnych ze sproszkowanego metalu (jak na foto) najczęściej stosowanych w dużych inwerterach, zasilaczach impulsowych, spawarkach .Mam takie dławiki w spawarce 200A pacuje na 70KHz .

[Mania-C]

Jakiś to pomysł jest. A tym czasem mam takie cudo ... Zawsze byłem ciekaw jak się takie coś spisuje

Na 2 obrócone przeciw sobie rdzenie z starych trafo powielaczy nawinięta linka 6mm2
Niema szczeliny nie ma problemu

[admin]

Myślałeś może nad plazmą indukcyjną? Masz sporą częstotliwość, nie wiem jak z mocą. Dodanie komory z np. rury kwarcowej, odpowiednie podawanie gazu (można spróbować z powietrzem), wstępny zapłon i może coś by z tego wyszło

[Mania-C]

hvman ... powiem tak nie myślałem nad tym , jeszcze ... musiał bym się wgłębić w technikę działania tego cudaka o którym piszesz , znaleźć jakieś materiały dydaktyczne skąd mógłbym poczytać na ten temat bo chwilowo mimo ze chciałbym z Tobą pogadać na ten temat to nie mam pojęcia jakby to miało działać ...
Częstotliwość mogę wyśrubować nawet pod 500khz wiec to nie problem . Pytasz jak z mocą ... obecnie zatrzymałem się na 800W z jasnej przyczyny ... kondensatory hamujące stałą DC nie wytrzymują tych prądów jakie płyną w obwodzie - 22A (36V zasilania) Dlatego tez czekam na podzespoły filtrujące kądziołki po to by stworzyć nowy blok zasilania , bardziej wytrzymały napięciowo oraz prądowo... A obecna częstotliwość pracy to 86khz...

Aha co do Induktora z zdjęcia powyżej , Działa i to bezbłędnie , choć ilość zwoi na nim znacznie się uszczupliła do 3 Wniosek szczelina w tej konstrukcji to błędne koło

[o900]

Co do induktora, na tym filmie 1:50 http://www.youtube.com/watch?v=mKuZx0SJ ... re=related
widać dość spory, jak twórca przyznaje "Extreme oversized matching inductor"
Wygląda brutalnie ale w krótkim czasie topi metal.
Swoją drogą ciekawe rozwiązanie jako tygiel uformowana i wydrążona cegła żaroodporna po co tracic 40 zł na tygiel z allegro jak starczy cegła

[Mania-C]

o900 duża indukcyjność = mniejszy prąd dostarczony przez falownik do wzbudnika generalnie o to w tym chodzi ... co ciekawe przy dostrajaniu i zmniejszaniu zwoi poniżej pewnej ilości przesuwa się czas z jaką musi się synchronizować PLL choć sam wzbudnik dalej pracuje na tej samej częstotliwości jeśli to zgramy ze sobą zmniejszając zwoje to prąd w wzbudniku będzie wzrastał w miarę przesuwania się czasu synchronizacji , jeśli nie to prąd pobraniowy wzrośnie a prąd wzbudnika spadnie
Z tąd tez ja mam zalednie na induktorze 4zwoje ...

Nowy blok zasilania który ma właśnie sobie poradzić z tymi potworami płynącymi w przewodach
Całość przewodów opiera sie na łączeniu śrubowym ... Przewody Zasilające i Blokady DC 10mm2

Pozdrawiam HVtowcow