Projetos de circuito eletrônicoMini Projetos2 Circuitos de Aquecedores por Indução

Relacionados

Relacionados

2 Circuitos de Aquecedores por Indução

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

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

Princípio de funcionamento do aquecedor por 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 através de correntes parasitas.

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 de Foucault faz com que o ferro aqueça.

O calor gerado é proporcional à corrente 2 x resistência do metal. Como o metal de carga deve ser feito de ferro, consideramos a resistência R para o ferro metálico.

Calor = I  x 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 transformadores estampados de ferro comuns não são usados ​​em aplicações de comutação de alta frequência, em vez disso, materiais de ferrite são usados ​​como núcleos.

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

Referindo-se aos circuitos de aquecedor de indução propostos abaixo, encontramos o conceito utilizando a tecnologia ZVS ou 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 de tanque.

Usando o oscilador Royer

O circuito fundamentalmente faz uso de um oscilador Royer que é marcado pela simplicidade e pelo 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 dispositivos eletrônicos não podem ter especificações de condução exatamente semelhantes, ambos os mosfets não ligam juntos, mas um deles liga primeiro.
  4. Vamos imaginar que T1 liga primeiro. Quando isso acontece, devido à corrente pesada que flui através de T1, sua tensão de dreno tende a cair para zero, o que, por sua vez, suga a tensão da 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 do tanque L1C1 entra em ação e desempenha um papel crucial. A condução repentina de T1 faz com que um pulso senoidal aumente e colapse no dreno de T2. Quando o pulso senoidal colapsa, ele seca a tensão da 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 ressonante do circuito do tanque LC. A ressonância se ajusta automaticamente a um ponto ideal dependendo de quão bem os valores de 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 torneira central permite um efeito push pull eficiente sobre a bobina através de apenas alguns dispositivos ativos, como mosfets.

Como pode ser visto, há recuperação rápida ou diodos de comutação de alta velocidade conectados através da porta/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 a operação de comutação rápida e rápida.

Como funciona o ZVS

Como discutimos anteriormente, este circuito de aquecimento por indução funciona usando a tecnologia ZVS.

ZVS significa comutação de tensão zero, ou seja, os mosfets no circuito ligam quando eles têm corrente mínima 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.

Este recurso pode ser comparado com a condução de cruzamento zero para triacs em circuitos de rede 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 depende diretamente da indutância da bobina de trabalho L1 e do capacitor C1.

A frequência pode ser calculada usando a seguinte fórmula:

f  = 1 / (2π * √[ L  *  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 o IRF540 como os mosfets classificados em bons 110V, 33amps. Dissipadores de calor podem ser usados ​​para eles, embora o calor gerado não seja preocupante, mas ainda assim é melhor reforçá-los em metais absorventes de calor. No entanto, quaisquer outros MOSFETs de canal N com classificação adequada podem ser usados, não há restrições específicas para isso.

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

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

O Circuito do Tanque

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

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

1) Poderoso aquecedor de indução 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 tomada central da bobina de trabalho principal tornando o sistema extremamente eficaz e rápido aquecimento de carga com dimensões formidáveis. A bobina de aquecimento aquece a carga através de uma ação push pull de ponte completa

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

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

PODEROSO AQUECEDOR DE INDUCAO USANDO UM CONCEITO DE DRIVER MAZZILLI.2

O diagrama original pode ser testemunhado na imagem a seguir:

2 CIRCUITOS DE AQUECEDORES POR INDUCAO

2 CIRCUITOS DE AQUECEDORES POR INDUCAO 2

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

Potência da saída

A potência de saída do design acima pode ser tão alta quanto 1200 watts, quando a tensão de entrada é aumentada para 48V 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

DIMENSOES DA BOBINA DE TRABALHO

DIMENSOES DA BOBINA DE TRABALHO 2

Demonstração de vídeo

YouTube video

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

Este segundo conceito também é um aquecedor por 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 crucial de todo o circuito. Deve ser construído com fios de cobre extremamente grossos para suportar as altas temperaturas durante as operações de indução.

AQUECEDOR DE INDUCAO USANDO UMA BOBINA DE TRABALHO DE TORNEIRA CENTRAL

O capacitor como discutido acima deve ser conectado idealmente o mais próximo possível dos terminais L1. isso é importante para sustentar 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 para dissipar a corrente de forma mais eficaz, causando menor geração de calor na bobina.

Mesmo depois disso, a bobina pode ser submetida a calor extremo e pode ser deformada devido a isso, portanto, um método alternativo de enrolamento pode ser tentado.

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

Neste método, voltas 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, em contraste, ser aumentada para diminuir a frequência de ressonância proporcionalmente.

Capacitores:

Ao todo, 330nF x 6 podem ser usados ​​para adquirir uma capacitância líquida de aproximadamente 2uF.

CAPACITORES BOBINAS

Como conectar o capacitor à bobina de trabalho de indução

A imagem a seguir mostra o método preciso de conectar os capacitores em paralelo com os terminais da bobina de cobre, preferencialmente através de uma placa de circuito impresso bem dimensionada.

COMO CONECTAR O CAPACITOR A BOBINA DE TRABALHO DE INDUCAO

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

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

D1 D2 FR107 OU BA159

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

2UF 400V FEITO ANEXANDO 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 estar próximo de 30 mm (diâmetro interno das bobinas)
  • L2 = estrangulamento de 2mH feito enrolando fio magnético de 2mm em qualquer haste de ferrite adequada
  • TR1 = 0-15V/20amps
  • FONTE DE ALIMENTAÇÃO: Use fonte de alimentação CC regulada de 15V 20 amp.

Usando transistores BC547 no lugar de diodos de alta velocidade

No diagrama do circuito do aquecedor de indução acima, podemos ver as portas 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 dos diodos, conforme mostrado no diagrama a seguir.

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

USANDO TRANSISTORES BC547 NO LUGAR DE DIODOS DE ALTA VELOCIDADE

Outro design DIY simples

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

OUTRO DESIGN DIY SIMPLES

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 = mosfet IRFZ44n no dissipador de calor
  • C1 = 0,33uF/400V ou 3 nos 0,1uF/400V em paralelo
  • L1, L2, conforme mostrado nas imagens a seguir:
  • L2 é recuperado de qualquer fonte de alimentação de computador ATX antiga.

L1 L2 CONFORME MOSTRADO NAS IMAGENS A SEGUIR

L1 L2 CONFORME MOSTRADO NAS IMAGENS A SEGUIR 2

L1 L2 CONFORME MOSTRADO NAS IMAGENS A SEGUIR 3

L1 L2 CONFORME MOSTRADO NAS IMAGENS A SEGUIR 4

Como L2 é Construído

COMO L2 E CONSTRUIDO

Modificando em uma panela de prato quente

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

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

O design é de baixa tecnologia e baixo consumo de energia e pode não estar no mesmo nível das unidades convencionais. O circuito foi solicitado pelo Sr. Dipesh Gupta

Especificações técnicas

Senhor,

Eu li seu artigo Circuito de Aquecedor de Indução Simples – Circuito de Fogão de Placa Quente 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 design, pois não sou tão bom em eletrônica

Quero desenvolver uma indução para aquecer um kadai de dia 20 polegadas com frequência de 10khz 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 alterações no circuito para frequência de 10 a 20 kHz com corrente de 25 ams

Por favor, ajude-me senhor o mais rápido possível .. Será uma ajuda completa se você puder fornecer os detalhes exatos dos componentes necessários .. PlzzE por último você mencionou usar FONTE DE ALIMENTAÇÃO: Use fonte de alimentação CC regulada de 15V 20 amp. Onde é usado….

Obrigado

Dipesh Gupta

O design

O projeto de 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 do tipo barra de ferro, como cabeça de parafuso. uma chave de fenda de metal etc, porém com algumas modificações o mesmo circuito pode ser aplicado para aquecimento de panelas de metal ou recipientes com base convexa como um “kadai”.

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

Como exemplo, a fim de converter o projeto em uma panela de indução para que ela suporte recipientes com fundo convexo, como um kadai, a bobina deve ser fabricada em formato esférico-helicoidal, conforme indicado na figura abaixo:

MODIFICANDO EM UMA PANELA DE PRATO QUENTE

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

DESIGN BASEADO EM ROYER

Projetando a bobina de trabalho helicoidal

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

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

PROJETANDO A BOBINA DE TRABALHO HELICOIDAL

PROJETANDO A BOBINA DE TRABALHO HELICOIDAL 2

Projetando a bobina limitadora de corrente

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

TR1 pode ser um transformador de 20V 30amp 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 cuidadas são as seguintes:

O capacitor de ressonância deve estar relativamente mais próximo da bobina principal de trabalho 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 projeto 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, dificultando a localização exata da derivação central para o circuito.

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

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

Referência: Wikipedia

Hashtags: #AquecedoresporIndução


FONTE

Nota: Este conteúdo foi traduzido do Inglês para português (auto)
Pode conter erros de tradução

Olá, se tiver algum erro de tradução (AUTO), falta de link para download etc…
Veja na FONTE até ser revisado o conteúdo.
Status (Ok Até agora)

Se tiver algum erro coloque nos comentários

Mas se gostou compartilhe!!!

Relacionados