INDUCTION HEATING

Добрый всем вечер! Решил открыть новую тему. Собственно она будет продолжением темы " ТВЧ 2 кВт", но название старой темы уже не соответствует действительности. Решился все же сделать новый индукционный инвертор, но мощнее. Сначала хотел сделать все в новом корпусе, но прикинул и решил , что в старом все вполне уместится. Суть нового инвертора та же, просто поставлю два сердечника Е65 20/28 и по паре ключей в параллель. Ключи будут управляться каждый своим драйвером.Ну и еще кое какие не значительные изменения. Старый аппарат исчерпал свои возможности в плане увеличения мощности, похоже сердечник уже входил в насыщение, да и ключи работали на пределе.Чтобы как то закрепить свое авторство, назвал его "Феникс". Вот что удалось сделать за пару дней.

Это старый инвертор.
Трансформатор в разобранном виде.

Транс в зборе.

Радиатор транзисторов, также будет с водяным охлаждением, пришлось его немного увеличить под четыре ключа.

Как размещается все все вкорпусе

Планирую увеличить емкость фильтра и ток диодного моста. Все прекрасно вписывается в существующий корпус, и сохраняется хорошая ремонтоспособность. Через неделю, думаю запустить.

Это конечно интересно, но хотелось бы взглянуть на схему. Как то не рационально сделали радиатор для охлаждения. Я бы сделал по другому. Ведь все равно термопрокладку ставить надо, вот так не компактнее будет? А массивная пластина. это расход материала, и лишний ход для тепла.
Возможно нужна масса, для медленного охлаждения, то это совершенно лишнее,ведь вода имеет теплоемкость в 11 раз больше меди. соотв 50г воды в трубках соответствуют 550г меди по тепловой инерции, а учитывая укороченный ход для тепла, то такая конструкция будет эффективнее.

Вы по этой схеме делаете?
viewtopic.php?p=18470#p18470

Я бы все-таки советовал бы мост.
Во первых, чем ниже напряжение на первичке у транса, тем он менее эффективно работает.
Во вторых, нужно меньше толщина провода.
В третьих, 2 ключа в параллель, это хуже, чем по одному ключу, ведь перекос по току в ключах будет. А это потеря процентов 30 в мощности. . Да и рабочий ток в 2 раза меньше. При той же мощности.
Схема в принципе не усложняется, а даже упрощается.
Не надо конденсаторы С2 и С3 (по Вашей ссылке), и снаббера на открытие (для устранение сквозных токов) достаточно одного, только С1 нужно поболее емкость, тогда выброса обратного тока будут приемлимы, а индуктивность L1 поменьше, что бы в момент dT ток намагниченности L1 поменял направление, и диод D1 закрылся. Хотя, можно и 2 снаббера поставить, в каждую диагональ, это не слишком и усложнит схему. Зато легче в настройке. Вот, на схеме силовая часть.

Схема почти та же. В этой применена диффзащита о которой я писал в ТВЧ 2кВт. сейчас будут стоять дросселя по схеме предложенной вами, только с не насыщающимся дросселем.
Радиаторы ваши конечно же эффективней , но сложны в изготовлении, мой вариант уже проверен.
Про мост я долго думал, там возникают проблемы с высоким напряжением. Они в принципе решаемы, но потребуют дополнительных вложений (сердечники с большим окном). Кстати у меня есть резонансный сварочный мост, там я тоже добавил вашу схему, точно как на схеме, но без сердечника.

Насчет сердечника и без, по модели получается одинаковая эффективность, мгновенная мощность в момент переключения одинакова. . А вот, без дросселя мгновенная мощность ключей резко растет. (не обращать внимание на уменьшение частоты. это в модели стоит обычный дроссель, с насыщающимся такой эффект отсутствует).
А чего сложного в изготовлении радиатора? Все на пайке. Хотя и Ваш будет работать, но это не экономично, столько меди использовать.

Кстати, а как частота регулируется? В ручную, используя R2? А не целесообразнее поставить GS3525? и подавать синхроимпульсы для переключения, есть у этой микросхемы входы синхронизации, ведь точку перехода через нуль можно преобразовать с синхроимпульс? Тогда частоту (точнее фазу момента выключения) тут будет держать жестко и лучше , чем с CD4046.
А используя регулировку длительности импульса по "мягкому" старту легко регулировать ШИМом мощность.

Вот, обвязка SG3525 (3527 для Р канальных), микросхема уже со встроенным драйвером для управления полевиками, то пушпул легче собирать. Тут надо подобрать только Rt, Ct и резистор настройки dT, остальные номиналы не трогать.
микросхема по стоимости одного порядка с TL494.

Недостаток: частота мах по даташиту -400кгц, но это указана в даташите частота осциллятора, она в 2 раза выше выходной, т.е указано 100гц-400гц. Значит рабочая частота - 50гц-200кгц. Но для 50гц вполне хватает. И по осциллографу на 300кгц импульсы не красивые, и уже греется микросхема.
При 220кгц импульсы нормальные. 400 ма я понял, средний ток, у меня работало без проблем в импульсе до 2А (момент переключения).
Я в свое время микросхему тестировал.

Вот, смоделировал схему получения синхроимпульсов. L1, L2, L3 имитирует ТТ со средним выводом, остальное все остается по схеме.
Тогда выключение ключа вообще без потребления тока (для IGBT, полевик перейдет на работу паразитного диода), т.к. ток пойдет уже через рекуперационный диод, а включение через дроссель, так же не большие мгновенные мощности. Синхроимпульсы подаются прямо на SG3525, а CD4046 уже излишне. Схема в общем проще выходит, и значительно более точно держит фазу, чем с частотой выше резонансной на CD4046. Вот, только надо регулировку мощности.
Только надо быстродействующие операционники, тогда общая задержка будет незначительная. Тут задержка операционником по модели 340нсек. что и дало 5А тока в момент выключения. А быстродействующие операционники, или быстродействующие компараторы, дают меньше 100нсек.

Спасибо за совет, подумаю над ним. Как говорится на переправе коней не меняют, поэтому задача сделать пока как задумал.
В моей схеме не возникает потребность регулировать частоту, возможна подстройка ,при смене индуктора и то я этого не делаю. В пред идущей схеме возможен был перескок через резонанс, при максимальной нагрузке. В новом думаю будет хороший запас мощности , возможно этого удастся избежать, посмотрим.
Еще я заметил,что перескок происходит при просадке напряжения сети, аппарат работает стабильней чем стабильней и выше напряжение на фильтре. Испытывал его на работе , прямо в щитовой. До подстанции 100 м. и кабель 185 мм2 - не какого перескока, а дома сеть слабенькая при большой нагрузке просаживается.

Решил отказаться от емкостного делителя, в своем полумосте. Но возникает проблема- как быть с дросселями гасящими сквозные токи. С делителем, они работают семметрично в каждом плече, а без делителя, боюсь будет асимметрия сигнала на трансформаторе, из за дросселей. Рассматриваю три варианта включения. Подскажите какой лучше.

у тебя дроссель на верхнем транзисторе стоит в цепи коллектора - работает...
значит и в нижнем транзисторе дроссель должен стоять в цепи коллектора нижнего транзистора!!
но не в цепи эмиттера...

Меня интересует вопрос асимметрии, а не куда поставить.

Похоже ни кто к роме фулюгана не подскажет про асимметрию. Буду методом тыка пробовать. Слава богу, задел на платах сделал под любую схему, только два провода перепаять. Вот что вечерами настругал.







Думаю в воскресенье будет уже работать.

асиметричность у тебя для данной схемы будет полюбому - это проблема схемотехники данной схемы
нужен кондер электролит ощщщ большой емкости + большой емкости пленка последовательно с трансом
если поставить только пленку на резонанс - вообще будет фигня
а еще хуже если меньше резонанса....
там синусоида довольно сильно искривляется....
кароче - есть желание пополнить жизненный опыт и есть возможность поэкспериментировать - полный вперед!
но то что схемы с проблемами и малой отдачей .........

В эмиттер дроссель не ставить!
Или управление перенести непосредственно затвор-эмиттер. (может быть..)

А какая разница? Вот 2 варианта, найдите различие в работе, я их не вижу. ИМХО надо ставить так, как удобнее для монтажа. Это вариант для двухполярного (+15:-5)в. Конденсаторы и защитные элементы (двусторонний стабилитрон на затвор-исток, конденсаторы в параллель питания и проч) на схеме не указаны.

Не верно, данная схема вполне симметрично работает, по переменке то у нас конденсатор питания эквивалентен КЗ, да и с опыта знаю, работают такие схемы без проблем. Ну если надо симметрии, то делайте так: Питание на конденсатор тут одна полуволна выше на 300в, нужно учитывать при подборе конденсаторов по мах допустимому напряжению.


Кстати, в моей схеме разделительный конденсатор так и стоит, с двух половинок емкостей. Хоть и схема т не с резонансом в первичке, но принцип один.

Схема без емкостного делителя прекрасно работает, это я знаю, первый мой ИН был именно по такой схеме, но там не было дросселей. Если рассматривать схему №3 (каторая идентична схеме 1). Грубо говоря верхний ключ заряжает Срез, а нижний ключ разряжает.Если в цепи коллектора верхнего, стоит дроссель, то время зарядки будет затягиваться, а время разрядки( дросселя вцепи нет + потери) будет меньше. Вот,что меня смущает.

У Вас дроссель емкость всего 1 мкГн, кроме того с емкостном делителем проходит такой процесс: конденсатор заряжается по постоянке на 2-5, мож чуть больше, у него возникает небольшой перекос по переменке,( положительная полуволна -155в, отрицательная 150в), который компенсирует перекос по ключам (этот перекос без делителя обязательно привел бы к насыщению сердечника, из за чего пуш пул редко используют в сварочниках, только с компенсацией перекоса). Даже есть схема, промышленная, где за счет этого эффекта (разная длительность импульса и паузы, соотв и растет амплитуда) регулируется напряжение. Это я знаю точно. Попался раз или телевизор, или усилитель, с таким блоком питания. Пока не нашли описания не могли понять принцип работы. Я одно время работал в радиоателье радиомехаником, ремонтировал бытовую аппаратуру, и была такая схема. Регулировка не большая. но процентов 10 была. Так мы всем ателье еле разобрались. Это единственный случай промышленной схемы, а вообще то я неоднократно встречал схемы с разной длительностью верхней и нижней полуволны.


Но, я бы все равно 3 схему не делал, тут будет повышена мгновенная мощность в момент открытия нижнего ключа. Могу объяснить, но разберитесь сами.

Спасибо за совет. Буду делать с делителем.

С емкостным делителем? А зачем? Это нет смысла, разве что разделить С рез на 2 группы.

понадобится два одинаковых Срез. Это минус. Но токовая нагрузка на каждый уменьшится вдвое. Это плюс

Я уже повторял, такая схема себя компенсирует, то если конденсатор один, то ставьте без делителя, разницы не заметите. У меня сделана куча таких БП, где так и стоит. А делитель, это лишние детали, но , конечно, это Ваше дело. А два одинаковых? погрешность в 10% вообще не заметите.

Сегодня испытал свой "Феникс". Все сразу заработало, но возникла потребность увеличить емкость Срез, и по своей невнимательности( забыл вытащить вилку из розетки) лишился двух драйверов, и КРЕНки. Каротнул корпусом паяльника, среднюю точку делителя и стабилизатора. Но слава богу, драйвера и стабилизатор были в запасе. Но потерял пару часов времени. В итоге вот что получилось: Напряжение на индукторе сделал 85 В, но это не предел. Больше пока воздержусь, но видно ,что есть запас- до пика резонанса еще далеко, можно вольт до 100 поднять.Частота 45кГц. Ток из сети 10А в холостую, 19А под нагрузкой.Под нагрузкой ток моментально падает, так как образец d 20мм быстро нагревается. Так как есть запас по мощности, перескока через резонанс не наблюдается. Померил токи, как derba учил. ТТ 10 витков нагруженный на резистор 2.7 Ом, с учетом индуктивности резистора, получилось 2,9 Ома, плюс еще он сильно греется, так что 3 Ом. в общем 1В / 3,3 А. В плюсовом проводе ток=66А, вобмотке трансформатора тоже 66.
Вот синус на индукторе

Цена клетки 20 В, так что вся не укладывается.
Ток в плюсе.

Как видно, сквозные токи немного превышают рабочий.Одна клетка 10В
Ток в цепи трансформатора.

Амплитуда тока такая же.
Под нагрузкой, высокочастотные токи не удобно фотографировать, одной рукой надо держать болванку,другой фотоаппарат, да еще смотреть сразу в две точки. Токи падают в 2-2,5 раза. В общем я доволен, но есть еще над чем поработать по мелочам. Прошел год как я в первый раз по настоящему решил заняться ИН, прошел не в пустую.

ТТ можно и 30 витков, тогда греться резистор меньше будет, больше 50 витков уже не стоит мотать, будут паразитные колебания проявляться. Еще в первичке далеко от синусоиды, хотя на индукторе синусоида.

Когда совсем близко к резонансу, ток выглядит ка узкие длинные пики, округлые в верху.
Доделал вроде бы все мелочи, попытал его немного. Честно скажу -не совсем оправдал мои ожидания. В холостую напряжение заметно поднялось, но под хорошей нагрузкой падает до тех же 60В, но резонанс не перескакивает.Падает напряжение из за просадки сети, все же 19А! Зато мелкие детали стал греть лутше. Мелочь мало оказывает на индуктор влияния и напряжение остается 85 В. Рассчитывал, что частота резонанса упадет,за счет большей индуктивности трансформатора, ан нет наоборот выросла.Пришлось в С рез добавить еще кондюк, в итоге С=0,3мкФ. А частота 45кГц. "Супер" не получился, но я думаю вырос запас прочности, время покажет.


Набит плотно, но до всего можно легко добраться, самые ответственные узлы вообще все на руже.
Как индуктор соединяется с трансформатором

Вот снял видео с инвертором ,параметры которого изложены выше. Индуктор деаметром 28 мм, четыре витка. https://www.youtube.com/watch?v=qMLz114l7Hw

Решил изменить индуктор, увеличить индуктивность. Намотал пять витков,внутренний диаметр-38мм. Получились вот такие параметры инвертора: токХХ из сети 3 А, под нагрузкой (D32мм)-9А. частоту понизил до 33 кГц, Напряжение на индукторе 90 В. Высокочастотные токи не мерил, но надо думать они тоже уменьшились.В принципе неплохо греет, но время нагрева немного увеличилось. Думаю надо сделать 4 витка, померить индуктивность, и сделать еще индуктора: меньшего диаметра и Архимедову спираль. Это будет самый оптимальный вариант . А пока видио с большим индуктором. https://www.youtube.com/watch?v=9adC44-NV78

Немного наврал, измерительные клещи стояли на приделе 25А, значит токи соответственно 6/18 А. Шкала не линейная....

Доброго времени, Феникс!
Посмотрел видео, не плохо.
А на пустом индукторе у Вас частота генератора ниже или выше резонанса контура?
Транзюки наверное работают в жёстком режиме?
Какая температура транзисторов?
Какие транзисторы?

Частота всегда чуть ниже резонанса, под нагрузкой чуть ближе к резонансу. Режим открытия ключей жесткий , как видно из осциллограм и если верить измерениям~ 80A. Транзистор G4PC50UD выдерживает в импульсе 220А. Сквозной ток гасят дросселя по питанию, без них ток был бы ампер 300-350. Но даже такие токи транзюки выдерживают, первый мой инвертор был без дросселей и работал. К стати, под нагрузкой сквозняков не наблюдается. Температура транзисторов ровна охлаждающей жидкости. Но даже с воздушным охлаждением( впервом И) температура была вполне приемлема градусов 50.

Феникс, что из себя конструктивно представляют дроссели?

5 витков провода,d 1,5 мм на оправке 15 мм. В итоге внутренний диаметр получится 16-17мм. Витки немного растянуть друг от друга, и не в коем случае не чем не заливать, так как дросселя прилично греются. Наилучший вариант чтобы они обдувались, или хотя бы немного воздух циркулировал. У меня конструктивно получилось так, один в обдуве- все ОК, а другой греется, но в общем в допустимых приделах. Вот такие дросселя.viewtopic.php?p=18716#p18716
Резисторы тоже греются, у меня два двухватных по 10 Ом в параллель. Кондюки К 78-2 , диоды желательно ампер на 10 быстрые или ультро.

А Вы не пробовали для дросселей использовать литцендрат и увеличить сечение, ведь токи то у Вас не малые, 1,5 мм маловато для такого тока. А литцендрат расширит скин слой.

Хорошая идея, надо попробывать.

Вот схема.

Решил показать еще одно видео, как я сделал индукторы , и как агрегат работает при смене индукторов. https://www.youtube.com/watch?v=gUflv-Abmj0

Не контролируете потребление из сети в различные моменты нагрева? Есть такое наблюдение, что при внесении детали потребление сначала не самое большое, около 4А. По мере нагрева потребление растет до 10 и более. ВИдимо, деталь проходит точку Кюри и теряет ферромагнитные свойства. И для индуктора это равнозначно внесению медной болванки, т.е. индуктивность его падает, поэтому и растет ток потребления.

Почему то все уперлись в эту точку Кюри. По моим наблюдениям она ни какого влияния не оказывает. Переход через ТК должен быть резким, и что то должно резко поменяться, но не чего такого я никогда не наблюдал. Я уважаю ваш агрегат (единственный который я видел в работе), но у меня все немного иначе. Есть ток ХХ около 8 А из сети. При внесении в индуктор образца ток может увеличиться до 18 А , в зависимости от размера образца( чем больше- тем больше ток), в тоже время ток в первичке уменьшается. Когда деталь нагревается , все параметры плавно возвращаются приблизительно к ХХ. От сюда я делаю вывод, что магнитные свойства материала, конечно не могу не оказывать влияния, на токи и частоту резонанса, но преобладает все же сопротивление короткозамкнутого витка ,по которому замыкаются наведенные токи . При холодном образце сопротивление минимально, нагрузка на индуктор максимальна, соответственно индуктивность его уменьшается, при нагревании понятно что происходит. Это мои наблюдения и выводы, могу и ошибаться.

А я наблюдал, эффект красивый. При изменении проницаемости образца резкий толчок энергии, у меня конденсаторы стреляли, и фольга летала, как конфетти. После точки Кюри резко падает отдача. Кстати, я тут и свое видео выкладывал, еще с периода монтажа.
Хотя, если предмет длинный. то перехода через точку Кюри действительно не наблюдается. вот пример, днище реактора уже расплавилось, а горловина до точки Кюри не дошла. Это реактор получения калия, вытеснением калия алюминием. Тут не было такого эффекта.

Все может быть, но дело в том, что у нас разные аппараты, и совсем в разных режимах работают. Хотя в индукторе, все же должно происходить одно и тоже.

Решил переделать свой "Феникс" в мост. Собственно не чего сверх естественного от него не жду, уменьшаться токи, но увеличится напряжение на резонансных конденсаторах. выдержат ли? Перемотал первичную обмотку в 17 витков( больше не влезло), сделал новый блок питания и драйвера.



Все будет на старом шасси. Хотел и генератор с делать на плате драйверов, но не стал. В процессе эволюции приходится что то менять, лучше когда все раздельно. При монтаже оказалось что, не хватает 15 вольтовых стабилитронов, чтобы сделать симметричные, но есть 12 вольтовые, но тоже мало. Пришлось спаять 15 и 12 вольтовые. На прямое напряжение 15, а на обратное 12В. Я думаю на работе это не как не отразится. На снаберы поставил коммунистические конденсаторы К31-11-3 по 2n. Это слюдяные кодюки, кстати Tg потерь ~ 0,0005, так что не стоит ими брезговать, если они есть.

Слюдяные конденсаторы очень даже не плохие. У них практически не меняются параметры со временем.

Вот, нашел , как стреляют конденсаторы при переходе точки Кюри, пропиленовые. До точки Кюри работало в штатном режиме.

К вечеру все поменял: первичку, драйвера и БП. Все спаял, осталось подать питание и настроить.Как запорожец - в обед разобрал мотор, к вечеру поехал. Но ответственные моменты придется отложить, так как я сегодня немного бухнул.

Сегодня запускал свой мостовой. К сожалению мои опасения подтвердились, резонансные конденсаторы потрескивают, а это значит не держат напряжение. К тому же частота резонанса понизилась. Что делать? Увеличивать батарею конденсаторов- нет места. Или возвращаться к полумосту. Создал себе проблем.

страшно подумать, какое напряжение на них в мостовой схеме. Как они включены? Надо киловольт на 5, с хорошим запасом

Конденсаторы 0,1 мкФ 2000в, включены просто в паралель. Надо бы последовательно-поралельно, но тагда надо как минимум 6 штук, конденсаторы есть -нет места. Ломаю голову.

Конечно 2кВ никуда не годится. Это они по постоянке 2кВ, а на ВЧ кривая допустимого напряжения сильно клонится вниз....
Сомнительно, что во всем аппарате нет места для доп. конденсаторов. Их же не обязательно лепить в кучу, можно распределить по доступному объему, это же не индукторная цепь с сотнями ампер.