2 circuitos aquecedores de indução simples - fogões de placa quente

Neste artigo, aprendemos 2 circuitos de aquecedor de indução fáceis de construir que funcionam com princípios de indução magnética de alta frequência para gerar magnitude substancial de calor em um pequeno raio especificado.

Os circuitos do fogão de indução discutidos são realmente simples e usam apenas alguns componentes comuns ativos e passivos para as ações necessárias.

Atualizar: Você também pode querer aprender como projetar seu próprio fogão de aquecimento por indução personalizado:
Projetando um circuito de aquecimento por indução - Tutorial

Princípio de funcionamento do aquecedor de indução

Um aquecedor de indução é um dispositivo que usa um campo magnético de alta frequência para aquecer uma carga de ferro ou qualquer metal ferromagnético por meio de corrente parasita.

Durante esse processo, os elétrons dentro do ferro são incapazes de se mover tão rápido quanto a frequência, e isso dá origem a uma corrente reversa no metal, denominada corrente parasita. Este desenvolvimento de alta corrente parasita faz com que o ferro aqueça.

O calor gerado é proporcional a atual^dois x resistência do metal. Como o metal de carga deve ser feito de ferro, consideramos a resistência R para o ferro metálico.

Calor = I^doisx R (ferro)

A resistividade do ferro é: 97 nΩ · m

O calor acima também é diretamente proporcional à frequência induzida e é por isso que os transformadores estampados de ferro comum não são usados ​​em aplicações de chaveamento de alta frequência, em vez disso, materiais de ferrite são usados ​​como núcleos.

No entanto, aqui a desvantagem acima é explorada para adquirir calor de indução magnética de alta frequência.

Referindo-se aos circuitos do aquecedor de indução propostos abaixo, encontramos o conceito que utiliza o ZVS ou tecnologia de comutação de tensão zero para o acionamento necessário dos MOSFETs.

A tecnologia garante um aquecimento mínimo dos dispositivos tornando a operação muito eficiente e eficaz.

Além disso, o circuito sendo auto-ressonante por natureza obtém automaticamente conjuntos na frequência ressonante da bobina e do capacitor anexados bastante idênticos a um circuito tanque.

Usando Royer Oscillator

O circuito faz uso fundamentalmente de um oscilador Royer que é caracterizado pela simplicidade e princípio de operação auto-ressonante.

O funcionamento do circuito pode ser entendido com os seguintes pontos:

1. Quando a energia é ligada, a corrente positiva começa a fluir das duas metades da bobina de trabalho em direção aos drenos dos mosfets.
2. Ao mesmo tempo, a tensão de alimentação também atinge as portas dos mosfets ligando-os.
3. No entanto, devido ao fato de que dois mosfets ou quaisquer dispositivos eletrônicos não podem ter especificações de condução exatamente semelhantes, ambos os mosfets não ligam juntos, em vez disso, um deles liga primeiro.
4. Vamos imaginar que T1 ligue primeiro. Quando isso acontece, devido à forte corrente fluindo através de T1, sua tensão de dreno tende a cair para zero, que por sua vez suga a tensão de porta do outro mosfet T2 através do diodo Schottky conectado.
5. Aqui, pode parecer que T1 pode continuar a se conduzir e se destruir.
6. No entanto, este é o momento em que o circuito tanque L1C1 entra em ação e desempenha um papel crucial. A condução súbita de T1 faz com que um pulso senoidal aumente e colapse no dreno de T2. Quando o pulso senoidal entra em colapso, ele seca a tensão de porta de T1 e a desliga. Isso resulta em um aumento na tensão no dreno de T1, o que permite que uma tensão de porta seja restaurada para T2. Agora é a vez de T2 conduzir, T2 agora conduz, desencadeando um tipo de repetição semelhante ao que ocorreu para T1.
7. Este ciclo agora continua rapidamente fazendo com que o circuito oscile na frequência de ressonância do circuito tanque LC. A ressonância se ajusta automaticamente a um ponto ideal, dependendo de quão bem os valores LC são combinados.

No entanto, a principal desvantagem do projeto é que ele emprega uma bobina com derivação central como transformador, o que torna a implementação do enrolamento um pouco mais complicada. No entanto, a derivação central permite um efeito push pull eficiente sobre a bobina por meio de apenas alguns dispositivos ativos, como mosfets.

Como pode ser visto, há recuperação rápida ou diodos de comutação de alta velocidade conectados ao portão / fonte de cada mosfet.

Esses diodos desempenham a importante função de descarregar a capacitância da porta dos respectivos mosfets durante seus estados não condutores, tornando assim a operação de comutação rápida e rápida.

Como funciona o ZVS

Como discutimos anteriormente, este circuito do aquecedor por indução funciona usando a tecnologia ZVS.

ZVS significa comutação de voltagem zero, ou seja, os mosfets no circuito ligam quando eles têm o mínimo ou quantidade de corrente ou corrente zero em seus drenos, já aprendemos isso com a explicação acima.

Isso realmente ajuda os mosfets a ligarem com segurança e, portanto, esse recurso se torna muito vantajoso para os dispositivos.

Esse recurso pode ser comparado com a condução de cruzamento zero para triacs em circuitos de alimentação CA.

Devido a esta propriedade, os mosfets em circuitos auto-ressonantes ZVS como este requerem dissipadores de calor muito menores e podem funcionar mesmo com cargas massivas de até 1 kva.

Sendo ressonante por natureza, a frequência do circuito é diretamente dependente da indutância da bobina de trabalho L1 e do capacitor C1.

A frequência pode ser calculada usando a seguinte fórmula:

f = 1 / (2π * √ [ eu * C] )

Onde f é a frequência, calculada em Hertz
L é a indutância da Bobina de Aquecimento Principal L1, apresentada em Henries
e C é a capacitância do capacitor C1 em Farads

Os MOSFETs

Você pode usar IRF540 como os mosfets que são avaliados em bons 110V, 33 ampères. Dissipadores de calor poderiam ser usados ​​para eles, embora o calor gerado não seja a nenhum nível preocupante, mesmo assim é melhor reforçá-los com metais absorventes de calor. No entanto, qualquer outro MOSFET de canal N apropriadamente classificado pode ser usado, não há restrições específicas para isso.

O indutor ou indutores associados à bobina do aquecedor principal (bobina de trabalho) é uma espécie de indutor que ajuda a eliminar qualquer possível entrada de conteúdo de alta frequência na fonte de alimentação e também para restringir a corrente a limites seguros.

O valor deste indutor deve ser muito maior em comparação com a bobina de trabalho. Geralmente, 2mH é suficiente para esse propósito. No entanto, deve ser construído com fios de bitola alta para facilitar uma faixa de alta corrente através dele com segurança.

O circuito do tanque

C1 e L1 constituem o circuito tanque aqui para o travamento de alta frequência ressonante pretendido. Novamente, estes também devem ser avaliados para suportar altas magnitudes de corrente e calor.

Aqui podemos ver a incorporação de capacitores de PP metalizado 330nF / 400V.

1) Aquecedor de indução potente usando um conceito de driver Mazzilli

O primeiro projeto explicado abaixo é um conceito de indução ZVS altamente eficiente baseado na popular teoria do driver Mazilli.

Ele usa uma única bobina de trabalho e duas bobinas limitadoras de corrente. A configuração evita a necessidade de uma derivação central da bobina de trabalho principal tornando o sistema extremamente eficaz e rápido aquecimento da carga com dimensões formidáveis. A bobina de aquecimento aquece a carga por meio de uma ação push pull de ponte completa

O módulo está disponível online e pode ser facilmente comprado a um custo bastante razoável.

O diagrama do circuito para este projeto pode ser visto abaixo:

O diagrama original pode ser testemunhado na seguinte imagem:

O princípio de funcionamento é a mesma tecnologia ZVS, usando dois MOSFETs de alta potência. A entrada de alimentação pode ser qualquer coisa entre 5 V e 12 V, e corrente de 5 amperes a 20 amperes dependendo da carga usada.

Potência da saída

A saída de energia do projeto acima pode ser tão alta quanto 1200 watts, quando a tensão de entrada é elevada para 48 V e a corrente até 25 amperes.

Nesse nível, o calor gerado pela bobina de trabalho pode ser alto o suficiente para derreter um parafuso de 1 cm de espessura em um minuto.

Dimensões da bobina de trabalho

Demonstração de vídeo

2) Aquecedor de indução usando uma bobina de trabalho de torneira central

Este segundo conceito também é um aquecedor de indução ZVS, mas usa uma bifurcação central para a bobina de trabalho, que pode ser um pouco menos eficiente em comparação com o projeto anterior. O L1, que é o elemento mais importante de todo o circuito. Deve ser construído com fios de cobre extremamente grossos para que suporte as altas temperaturas durante as operações de indução.

O capacitor, conforme discutido acima, deve ser idealmente conectado o mais próximo possível dos terminais L1. Isso é importante para manter a frequência ressonante na frequência especificada de 200kHz.

Especificações da bobina de trabalho primária

Para a bobina do aquecedor de indução L1, muitos fios de cobre de 1 mm podem ser enrolados em paralelo ou de maneira bifilar, a fim de dissipar a corrente de forma mais eficaz, causando menor geração de calor na bobina.

Mesmo depois disso, a bobina pode estar sujeita a temperaturas extremas e pode ficar deformada devido a isso, portanto, um método alternativo de enrolamento pode ser tentado.

Neste método, nós o enrolamos na forma de duas bobinas separadas unidas no centro para adquirir a derivação central necessária.

Neste método, espiras menores podem ser tentadas para reduzir a impedância da bobina e, por sua vez, aumentar sua capacidade de manuseio de corrente.

A capacitância para este arranjo pode ser aumentada em contraste, a fim de puxar para baixo a frequência ressonante proporcionalmente.

Capacitores de tanque:

Ao todo, 330nF x 6 poderia ser usado para adquirir aproximadamente uma capacitância líquida de 2uF.

Como conectar o capacitor à bobina de indução

A imagem a seguir mostra o método preciso de anexar os capacitores em paralelo com os terminais terminais da bobina de cobre, de preferência através de um PCB bem dimensionado.

Lista de peças para o circuito do aquecedor de indução ou circuito da placa quente de indução acima

• R1, R2 = 330 ohms 1/2 watt
• D1, D2 = FR107 ou BA159

• T1, T2 = IRF540
• C1 = 10.000uF / 25V
• C2 = 2uF / 400V feito conectando as tampas 6nos 330nF / 400V mostradas abaixo em paralelo

• D3 ---- D6 = diodos de 25 amp
• IC1 = 7812
• L1 = tubo de latão de 2 mm enrolado como mostrado nas fotos a seguir, o diâmetro pode ser em qualquer lugar perto de 30 mm (diâmetro interno das bobinas)
• L2 = bloqueador de 2mH feito enrolando fio magnético de 2 mm em qualquer haste de ferrite adequada
• TR1 = 0-15V / 20 ampères
• FONTE DE ALIMENTAÇÃO: Use uma fonte de alimentação regulada de 15 V 20 A DC.

Usando transistores BC547 no lugar de diodos de alta velocidade

No diagrama do circuito do aquecedor de indução acima, podemos ver as portas dos MOSFETs consistindo em diodos de recuperação rápida, que podem ser difíceis de obter em algumas partes do país.

Uma alternativa simples para isso pode ser na forma de transistores BC547 conectados em vez de diodos como mostrado no diagrama a seguir.

Os transistores desempenhariam a mesma função que os diodos, já que o BC547 pode operar bem em frequências de 1Mhz.

Outro projeto DIY simples

O esquema a seguir mostra outro projeto simples, semelhante ao anterior, que pode ser construído rapidamente em casa para a implementação de um sistema de aquecimento por indução pessoal.

Lista de Peças

• R1, R4 = 1K 1/4 watt MFR 1%
• R2, R3 = 10K 1/4 watt MFR 1%
• D1, D2 = BA159 ou FR107
• Z1, Z2 = 12V, diodos zener de 1/2 watt
• Q1, Q2 = IRFZ44n mosfet no dissipador de calor
• C1 = 0,33uF / 400V ou 3 nos 0,1uF / 400V em paralelo
• L1, L2, conforme mostrado nas seguintes imagens:
• L2 é recuperado de qualquer fonte de alimentação ATX antiga.

Como L2 é construído

Modificando em uma panela de chapa quente

As seções acima nos ajudaram a aprender um circuito simples de aquecedor por indução usando uma bobina em forma de mola; no entanto, essa bobina não pode ser usada para cozinhar alimentos e precisa de algumas modificações sérias.

A seção seguinte do artigo explica como a ideia acima pode ser modificada e usada como um circuito de aquecedor de panelas de indução pequeno simples ou um circuito de kadai de indução.

O design é de baixa tecnologia e baixo consumo de energia e pode não corresponder às unidades convencionais. O circuito foi solicitado pelo Sr. Dipesh Gupta

Especificações técnicas

Senhor,

Eu li o nosso artigo Circuito do Aquecedor Simples por Indução - Circuito do Fogão E fiquei muito feliz em descobrir que existem pessoas prontas para ajudar jovens como nós a fazer algo ....

Senhor, estou tentando entender o funcionamento e tentando desenvolver um kadai de indução para mim ... Senhor, por favor, ajude-me a entender o projeto, pois sou tão bom em eletrônica

Eu quero desenvolver uma indução para aquecer um kadai de dia 20 polegadas com freqüência de 10 khz a um custo muito baixo !!!

Eu vi seus diagramas e artigo, mas estava um pouco confuso sobre

• 1. Transformador usado
• 2. Como fazer L2
• 3. E quaisquer outras mudanças no circuito para frequência de 10 a 20 kHz com corrente de 25ams

Por favor me ajude senhor o mais rápido possível .. Será de grande ajuda se você puder fornecer os detalhes exatos dos componentes necessários .. PlzzE por último, você mencionou para usar a fonte de alimentação: Use fonte de alimentação regulada 15V 20 amp DC. Onde é usado ....

Obrigado

Dipesh Gupta

O design

O projeto do circuito kadai de indução proposto aqui apresentado é apenas para fins experimentais e pode não servir como as unidades convencionais. Pode ser usado para fazer uma xícara de chá ou cozinhar uma omelete rapidamente e nada mais deve ser esperado.

O referido circuito foi originalmente projetado para aquecer objetos semelhantes a barras de ferro, como a cabeça de um parafuso. uma chave de fenda de metal etc., porém com algumas modificações o mesmo circuito pode ser aplicado para aquecer panelas de metal ou recipientes com base convexa como um 'kadai'.

Para implementar o acima exposto, o circuito original não precisaria de nenhuma modificação, exceto a bobina principal de trabalho, que precisará ser ajustada um pouco para formar uma espiral plana em vez do arranjo em forma de mola.

Por exemplo, a fim de converter o design em uma panela de indução para que ele suporte recipientes com um fundo convexo, como um kadai, a bobina deve ser fabricada em uma forma esférica-helicoidal conforme mostrado na figura abaixo:

O esquema seria o mesmo explicado na seção acima, que é basicamente um design baseado em Royer, conforme mostrado aqui:

Projetando a Bobina Helicoidal de Trabalho

L1 é feito usando 5 a 6 voltas de tubo de cobre de 8 mm em uma forma esférica-helicoidal, conforme mostrado acima, a fim de acomodar uma pequena tigela de aço no meio.

A bobina também pode ser comprimida em forma de espiral se uma pequena panela de aço se destinar a ser usada como panela, conforme mostrado abaixo:

Projetando a Bobina Limitadora Atual

L2 pode ser construído enrolando um fio de cobre superesmaltado de 3 mm de espessura sobre uma haste de ferrite espessa, o número de voltas deve ser experimentado até que um valor de 2 mH seja alcançado em seus terminais.

TR1 pode ser um transformador de 20 V 30 amperes ou uma fonte de alimentação SMPS.

O circuito do aquecedor de indução real é bastante básico com seu design e não precisa de muita explicação, as poucas coisas que precisam ser atendidas são as seguintes:

O capacitor de ressonância deve estar relativamente mais próximo da bobina de trabalho principal L1 e deve ser feito conectando cerca de 10nos de 0,22uF / 400V em paralelo. Os capacitores devem ser estritamente não polares e do tipo poliéster metalizado.

Embora o design possa parecer bastante simples, encontrar a derivação central dentro do projeto enrolado em espiral pode causar alguma dor de cabeça, porque uma bobina espiral teria um layout assimétrico tornando difícil localizar a derivação central exata para o circuito.

Isso pode ser feito por tentativa e erro ou usando um medidor LC.

Uma derivação central mal localizada pode forçar o circuito a funcionar de forma anormal ou produzir aquecimento desigual dos mosfets, ou o circuito inteiro pode simplesmente falhar em oscilar na pior situação.

Referência: Wikipedia