Circuito do aquecedor de indução usando IGBT (testado)

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Neste artigo, discutimos de forma abrangente como construir um circuito aquecedor de indução de alta potência de 1000 watts usando IGBTs que são considerados os dispositivos de chaveamento mais versáteis e poderosos, até mesmo superiores aos mosfets.

Princípio de funcionamento do aquecedor de indução

O princípio de funcionamento do aquecimento por indução é muito simples de entender.



Um campo magnético de alta frequência é produzido pela bobina presente no aquecedor de indução e, portanto, por sua vez, correntes parasitas são induzidas sobre o objeto de metal (magnético) que está presente no meio da bobina e o aquece.

Para compensar a natureza indutiva da bobina, uma capacidade de ressonância é colocada em paralelo à bobina.



A frequência ressonante é a frequência na qual o circuito de ressonância (também conhecido como capacitor de bobina) precisa ser acionado.

A corrente que flui através da bobina é sempre muito maior do que a corrente de excitação. O circuito IR2153 é usado para permitir o funcionamento do circuito como uma “meia-ponte dupla” junto com os quatro IGBTs STGW30NC60W controlados.

Uma quantidade igual de energia é fornecida pela meia-ponte dupla e pela ponte completa, mas o acionador do portão no caso da primeira é mais simples.

IGBT STGW30NC60W

Pinagem de imagem IGBT STGW30NC60W detalhes de pinagem IGBT do aquecedor de indução

Usando Diodos Antiparalelos

Os diodos duplos de grande porte STTH200L06TV1 (2x 120A) são usados ​​na forma de diodos antiparalelos. Mesmo que os diodos menores de tamanho 30A sejam suficientes para isso.

STMicroelectronics STTH200L06TV1 Módulo de Diodo Duplo, Isolado, 600V 120A

Caso você use os diodos integrados do IGBT, como STGW30NC60WD, não será necessário usar os diodos menores ou os diodos duplos grandes. Um potenciômetro é usado para sintonizar a frequência operacional em ressonância.

Um dos melhores indicadores da ressonância é o brilho mais alto do LED. Você certamente pode construir drivers mais sofisticados, dependendo de suas necessidades.

Você também pode usar o ajuste automático que é uma das melhores coisas a fazer, que é o curso adotado nos aquecedores profissionais, mas há uma desvantagem que a simplicidade do circuito será perdida neste processo.

Você pode controlar a frequência que fica na faixa de aproximadamente 110 a 210 kHz. Um adaptador de pequeno tamanho que pode ser do tipo transformador ou smps é usado para fornecer 14-15 V de tensão auxiliar que é necessária no circuito de controle.

O transformador isolante

Um transformador de isolamento e um Choke L1 correspondente são os equipamentos elétricos usados ​​para conectar a saída ao circuito de trabalho.

Ambos os indutores estão presentes no projeto do núcleo de ar.

Por um lado, onde uma bobina consiste de 4 espiras em um diâmetro de 23 cm, o transformador de isolamento, por outro lado, consiste em 12 espiras em um diâmetro de 14 cm e essas espiras são constituídas por cabo de fio duplo (conforme mostrado na figura abaixo) .

Mesmo quando a potência de saída atinge uma escala de 1600 W, você descobrirá que ainda há muito espaço para melhorias.

A bobina de trabalho do aquecedor de indução IGBT proposto é composta de um fio com 3,3 mm de diâmetro.

Usando cobre para a bobina

Um fio de cobre é considerado mais adequado para fazer a bobina de trabalho, pois pode ser conectado de forma fácil e eficaz ao resfriamento a água.

A bobina consiste em seis voltas com as dimensões de 23 mm de altura e 24 mm de diâmetro. A bobina pode ficar quente caso seja submetida a um funcionamento prolongado.

O capacitor de ressonância é composto e consiste em 23 peças de capacitores de pequeno tamanho com uma capacidade total de 2u3. Você também pode usar capacitores de 100nF em projetos como polipropileno Classe X2 e 275V MKP.

Você pode usá-los para essa finalidade, mesmo quando basicamente não foram concebidos ou feitos para tais fins.

A frequência de ressonância é 160 kHz. O filtro EMI é sempre recomendado para ser usado. Uma partida suave pode ser usada para substituir o variac.

Sempre recomendo fortemente que você use um limitador conectado em série com a rede elétrica, como lâmpadas halógenas e aquecedores de aproximadamente 1 kW, quando for ligado pela primeira vez.

Aviso: o circuito de aquecimento por indução em uso está conectado à rede elétrica e contém tensão de alto nível e pode ser letal.

Para evitar qualquer acidente devido a isto deve-se utilizar um potenciômetro com haste de plástico. Os campos eletromagnéticos de alta frequência são sempre prejudiciais e podem ter um efeito danoso na mídia de armazenamento e nos dispositivos eletrônicos.

Um nível significativo de interferência eletromagnética é causado pelo circuito e isso, por sua vez, também pode causar choque elétrico, incêndio ou queimaduras.

Cada tarefa ou processo que você realizar é por sua própria conta e risco e a responsabilidade recairá sobre você e eu não serei responsável por qualquer tipo de dano que resulte na realização deste processo.

Diagrama de circuito

Circuito de aquecedor de indução baseado em IGBT de 1000 watts

Circuito retificador de ponte 220V AC a 220V DC com lâmpada de segurança

The Choke L1

O projeto do choke L1 usado no circuito do aquecedor de indução IGBT de ponte completa acima pode ser testemunhado na imagem abaixo:

Você pode fazer isso enrolando 4 voltas com 23 cm de diâmetro, usando qualquer cabo de núcleo único grosso.

A imagem a seguir mostra a dupla bobina de núcleo de ar projeto de transformador de isolamento :

Você pode construir isto enrolando 12 voltas com 14 cm de diâmetro, usando qualquer cabo duplo grosso.

bobina de isolamento para aquecedor de indução igbt

A bobina de trabalho pode ser construída de acordo com as seguintes instruções

construção da bobina de trabalho

Observe que se a bobina estiver bem enrolada, apenas 5 voltas podem ser necessárias. Se seis voltas forem usadas, você pode tentar esticar ligeiramente a bobina para obter uma ressonância e eficiência ideais.

ATUALIZAR

Adicionando um Limite Atual

O diagrama a seguir sugere como um recurso simples de limitação de corrente pode ser adicionado ao projeto do aquecedor de indução explicado acima.

Circuito do aquecedor de indução de 1 kva com controle de corrente

Detalhes da pinagem do optoacoplador TIL111

Detalhes da pinagem do optoacoplador TIL111

Aqui, o resistor próximo a L1 (vamos chamá-lo de Rx) se torna o resistor de detecção de corrente, que desenvolve uma pequena tensão através de si mesmo até o ponto desejado quando a corrente começa a exceder os limites de segurança.

Esta tensão em Rx é usada para acionar o LED dentro do opto-acoplador conectado. O transistor de saída dentro do opto responde ao acionamento do LED e rapidamente conduz o aterramento do Ct, pino 3 do driver principal IC IR2153.

O IC desliga imediatamente, proibindo qualquer aumento adicional na corrente. Quando isso acontece, a corrente cai, o que por sua vez elimina a tensão em Rx, desligando assim o LED opto. Isso reverte a situação para a situação normal anterior e o IC começa a oscilar novamente. Este ciclo agora se repete rapidamente garantindo um consumo de corrente constante para a carga, dentro dos limites de segurança pré-determinados.

Rx = 2 / Limite de corrente

Feedback de um dos leitores dedicados:

Caro senhor, fiz com sucesso uma ponte 1/2 do aquecedor de indução com 4 IGBTs e quero saber se a lâmpada do aquecedor de 1000 watts sugerida deve ser conectada permanentemente ao circuito ou apenas até o teste pela primeira vez.

As imagens do resultado do teste estão incluídas aqui em:

Aguardando sua resposta no mínimo. Atenciosamente - Manish.

Resolvendo a Consulta de Circuito

Caro Manish,
Ao operar o aquecedor de indução, você vê algum brilho na lâmpada da série?
Se sim, provavelmente ela não pode ser removida; se a lâmpada estiver no estado não iluminado e completamente 'fria' (sinta-a segurando-a), ela pode ser removida.
Cumprimentos

Feedback do Sr. Saeed Mahdavi

Caro Swagatam:

Por fim, consegui fazer meu circuito funcionar novamente, depois de muitas outras tentativas. E eu gravei o vídeo com o parafuso em brasa.

Espero que possa ser útil para aqueles interessados ​​em aquecedores por indução. Você poderia me dizer como aumentar o calor para que o parafuso alcance o ponto de fusão?

A tensão na rede elétrica é de 194 volts e a corrente consumida pelo circuito é de apenas 5 amperes e a forma de onda no osciloscópio é bastante sinusoidal.

No meu protótipo, adicionei algumas voltas ao choke RFC para obter mais tensão na bobina de trabalho e consumir menos amp.

Os IGBTs funcionaram normalmente sem muito aquecimento durante o período de operação. Você poderia, por favor, me dizer o que devo fazer para conseguir mais e aquecer. Muito obrigado

Saeed Mahdavi

Videoclipe:




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