Neste post, discutimos de forma abrangente como construir um circuito de aquecedor de indução de alta potência de 1000 watts usando IGBTs que são considerados os dispositivos de comutação mais versáteis e poderosos, até superiores aos mosfets.
Princípio de funcionamento do aquecedor por indução
O princípio sobre o qual funciona o aquecimento por indução é muito simples de entender.
Um campo magnético de alta frequência é produzido pela bobina presente no aquecedor de indução e assim, por sua vez, correntes parasitas são induzidas sobre o objeto metálico (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 que a corrente de excitação. O circuito IR2153 é utilizado para possibilitar o funcionamento do circuito como “dupla meia ponte” juntamente com os quatro IGBT STGW30NC60W controlados.
Uma quantidade igual de energia é fornecida pela meia-ponte dupla em relação à ponte completa, mas o driver de porta no caso da primeira é mais simples.
IGBT STGW30NC60W
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.
Caso você use os diodos embutidos do IGBT, como STGW30NC60WD, não será necessário usar os diodos menores ou os diodos duplos grandes. Um potenciômetro é usado para sintonizar a frequência de operação em ressonância.
Um dos melhores indicadores da ressonância é o brilho mais alto do LED. Você certamente pode criar drivers mais sofisticados, dependendo de sua necessidade.
Você também pode usar a sintonia automática que é uma das melhores coisas a se 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 cai 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 14-15V de tensão auxiliar que é necessária no circuito de controle.
O transformador de isolamento
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 design do núcleo de ar.
Por um lado, onde um indutor consiste em 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 compostas por cabo de fio duplo (como mostrado na figura abaixo) .
Mesmo quando a potência de saída atinge uma escala de 1600W, você descobrirá que ainda há muito espaço para melhorias.
A bobina de trabalho do aquecedor por indução IGBT proposto é composta por um fio de 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 maneira fácil e eficaz ao resfriamento a água.
A bobina é composta por seis voltas juntamente com as dimensões de 23 mm de altura e 24 mm de diâmetro. A bobina pode ficar quente caso seja submetida a operação prolongada.
O capacitor de ressonância é composto e consiste em 23 peças de capacitores de pequeno tamanho que tem uma capacidade total de 2u3. Você também pode usar capacitores de 100nF nos projetos como o polipropileno Classe X2 e 275V MKP.
Você pode usá-los para esse fim, mesmo quando eles basicamente não são destinados ou feitos para esses fins.
A frequência de ressonância é de 160 kHz. O filtro EMI é sempre recomendado para ser usado. Uma partida suave pode ser usada para substituir o variac.
Eu sempre recomendo que você use um limitador conectado em série com a rede elétrica, como lâmpadas halógenas e aquecedores de aproximadamente 1 kW, quando estiver sendo ligado pela primeira vez.
Atenção: o circuito de aquecimento por indução utilizado está ligado à rede e contém tensão de nível elevado e pode ser letal.
Para evitar qualquer acidente devido a isso, você deve usar um potenciômetro que tenha um eixo de plástico. Os campos eletromagnéticos de alta frequência são sempre nocivos e podem causar danos aos meios de armazenamento e aos 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 conta e risco e a responsabilidade recairá sobre você e eu não serei responsável por qualquer tipo de dano que venha a ocorrer na realização deste processo.
Diagrama de circuito
Circuito retificador de ponte de 220V AC a 220V DC com lâmpada de segurança
O Estrangulamento L1
O design do estrangulador 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 23cm de diâmetro, usando qualquer cabo grosso de um único fio.
A imagem a seguir mostra a bobina dupla de ar com núcleo projeto de transformador de isolamento:
Você pode construir isso enrolando 12 voltas com um diâmetro de 14 cm, usando qualquer cabo com fio duplo grosso.
A bobina de trabalho pode ser construída de acordo com a seguinte instrução
Observe que, se a bobina estiver bem enrolada, apenas 5 voltas podem ser necessárias. Se forem usadas seis voltas, você pode tentar esticar a bobina levemente para obter ressonância e eficiência ideais.
ATUALIZAR
Adicionando um Limite de Corrente
O diagrama a seguir sugere como um recurso simples de limitação de corrente pode ser adicionado ao projeto do aquecedor por indução explicado acima.
Detalhes da pinagem do optoacoplador TIL111
Aqui, o resistor próximo a L1 (vamos chamá-lo de Rx) torna-se o resistor sensor de corrente, que desenvolve uma pequena tensão através de si mesmo até o ponto desejado quando a corrente começa a exceder os limites seguros.
Essa tensão em Rx é usada para acionar o LED dentro do optoacoplador conectado. O transistor de saída dentro do opto responde ao acionamento do LED e conduz rapidamente o aterramento do Ct, pino 3 do driver principal IC IR2153.
O IC desliga imediatamente, proibindo qualquer aumento 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 uma 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 predeterminados.
Rx = 2/Limite Atual
Feedback de um dos leitores dedicados:
Caro senhor, eu fiz com sucesso o aquecedor de indução 1/2 ponte com 4 IGBTs e quero saber se a lâmpada do aquecedor de 1000 watts que foi sugerida deve ser permanentemente conectada ao circuito ou apenas testar pela 1ª vez.
As imagens do resultado do teste estão incluídas aqui em:
Aguardando sua resposta o quanto antes. Atenciosamente – Manish.
Resolvendo a consulta de circuito
Prezado Manish,
Ao operar o aquecedor de indução, você vê algum brilho na lâmpada da série?
Se sim, provavelmente não pode ser removida, se a lâmpada estiver no estado não iluminado e completamente “fria” (sinta-a segurando-a), ela poderá ser removida.
Cumprimentos
Feedback do Sr. Saeed Mahdavi
Caro Swagatam:
Finalmente consegui fazer meu circuito funcionar novamente depois de muitas tentativas. E eu gravei o vídeo com o parafuso em brasa.
Espero que possa ser útil para os interessados em aquecedores de indução. Você poderia por favor me dizer como aumentar o calor para que o parafuso atinja 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 senoidal.
No meu protótipo, adicionei algumas voltas ao indutor 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 obter mais e calor. Muito obrigado
Saeed Mahdavi
Videoclipe:
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FONTE
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