Circuito del calentador de inducción con IGBT (probado)

Circuito del calentador de inducción con IGBT (probado)

En esta publicación, discutimos exhaustivamente cómo construir un circuito de calentador de inducción de 1000 vatios de alta potencia utilizando IGBT, que se consideran los dispositivos de conmutación más versátiles y potentes, incluso superiores a los mosfets.



Principio de funcionamiento del calentador de inducción

El principio sobre el que funciona el calentamiento por inducción es muy sencillo de comprender.

Un campo magnético de alta frecuencia es producido por la bobina presente en el calentador de inducción y así, a su vez, se inducen corrientes parásitas sobre el objeto metálico (magnético) que está presente en el medio de la bobina y lo calienta.





Para compensar la naturaleza inductiva de la bobina, se coloca una capacidad de resonancia en paralelo a la bobina.

La frecuencia de resonancia es la frecuencia a la que debe activarse el circuito de resonancia (también conocido como condensador de bobina).



La corriente que fluye a través de la bobina es siempre mucho mayor que la corriente de excitación. El circuito IR2153 se utiliza para permitir el funcionamiento del circuito como un 'medio puente doble' junto con los cuatro IGBT STGW30NC60W controlados.

El medio puente doble proporciona la misma cantidad de energía que el puente completo, pero el controlador de puerta en el caso del primero es más simple.

IGBT STGW30NC60W

Configuración de pines de imagen IGBT STGW30NC60W Calentador de inducción detalles de distribución de pines IGBT

Usando diodos anti-paralelo

Los diodos dobles de gran tamaño STTH200L06TV1 (2x 120A) se utilizan en forma de diodos antiparalelos. Incluso si los diodos más pequeños de tamaño 30A serán suficientes para esto.

STMicroelectronics STTH200L06TV1 Módulo de diodo doble, aislado, 600 V 120 A

En caso de que utilice los diodos incorporados de IGBT como STGW30NC60WD, no será necesario que utilice diodos más pequeños o diodos dobles grandes. Se utiliza un potenciómetro para sintonizar la frecuencia de funcionamiento en resonancia.

Uno de los mejores indicadores de la resonancia es el brillo más alto del LED. Sin duda, puede crear controladores que sean más sofisticados en función de sus necesidades.

También se puede utilizar la sintonización automática que es una de las mejores cosas para hacer, que es el rumbo adoptado en los calentadores profesionales pero hay un inconveniente que la simplicidad del circuito se perderá en este proceso.

Puede controlar la frecuencia que cae en el rango de aproximadamente 110 a 210 kHz. Se utiliza un adaptador de pequeño tamaño que puede ser de tipo transformador o smps para proporcionar 14-15V de voltaje auxiliar que se requiere en el circuito de control.

El transformador aislante

Un transformador de aislamiento y un Choke L1 correspondiente son los equipos eléctricos que se utilizan para conectar la salida al circuito de trabajo.

Ambos inductores están presentes en el diseño de núcleo de aire.

Por un lado, cuando un estrangulador consta de 4 vueltas en un diámetro de 23 cm, el transformador de aislamiento por otro lado consta de 12 vueltas en un diámetro de 14 cm y estas vueltas están formadas por un cable de doble hilo (como se muestra en la figura a continuación) .

Incluso cuando la potencia de salida alcanza una escala de 1600 W, encontrará que todavía hay mucho margen de mejora.

La bobina de trabajo del calentador de inducción IGBT propuesto está formada por un cable de 3,3 mm de diámetro.

Usando cobre para la bobina

Un alambre de cobre se considera más adecuado para hacer la bobina de trabajo, ya que se puede conectar fácil y eficazmente al enfriamiento por agua.

La bobina consta de seis vueltas junto con las dimensiones de 23 mm de altura y 24 mm de diámetro. La bobina puede calentarse si se somete a un funcionamiento prolongado.

El condensador de resonancia está compuesto por 23 piezas de condensadores de pequeño tamaño que tienen una capacidad total de 2u3. También puede utilizar condensadores de 100nF en diseños como el polipropileno Clase X2 y MKP de 275V.

Puede usarlos para este propósito incluso cuando básicamente no estén destinados o no estén hechos para tales fines.

La frecuencia de resonancia es de 160 kHz. Siempre se recomienda utilizar un filtro EMI. Se puede utilizar un arranque suave para reemplazar el variac.

Siempre le recomendaría encarecidamente que utilice un limitador que esté conectado en serie con la red, como lámparas halógenas y calentadores de aproximadamente 1 kW cuando se encienda por primera vez.

Advertencia: el circuito de calentamiento por inducción que se está utilizando está conectado a la red y contiene voltaje de alto nivel y puede ser letal.

Para evitar cualquier accidente debido a esto, debe usar un potenciómetro que tenga un eje de plástico. Los campos electromagnéticos de alta frecuencia son siempre dañinos y pueden tener un efecto dañino en los medios de almacenamiento y los dispositivos electrónicos.

El circuito provoca un nivel significativo de interferencia electromagnética y esto, a su vez, también puede provocar descargas eléctricas, incendios o quemaduras.

Cada tarea o proceso que lleve a cabo es bajo su propio riesgo y la responsabilidad será de usted y yo no seré responsable de ningún tipo de daño que surja en la realización de este proceso.

Diagrama de circuito

Circuito de calentador de inducción de 1000 vatios basado en IGBT

Circuito rectificador de puente de 220 V CA a 220 V CC con lámpara de seguridad

El estrangulador L1

El diseño del estrangulador L1 utilizado en el circuito del calentador de inducción IGBT de puente completo anterior se puede ver en la siguiente imagen:

Puede hacer esto enrollando 4 vueltas con 23 cm de diámetro, utilizando cualquier cable de un solo núcleo grueso.

La siguiente imagen muestra el núcleo de aire de doble bobina diseño de transformador de aislamiento :

Puede construir esto enrollando 12 vueltas con un diámetro de 14 cm, utilizando cualquier cable de doble alambre grueso.

bobina de aislamiento para calentador de inducción igbt

La bobina de trabajo se puede construir según las siguientes instrucciones

construcción de bobina de trabajo

Tenga en cuenta que si la bobina está bien enrollada, solo se necesitarán 5 vueltas. Si se utilizan seis vueltas, puede intentar estirar ligeramente la bobina para lograr una resonancia y una eficiencia óptimas.

ACTUALIZAR

Agregar un límite de corriente

El siguiente diagrama sugiere cómo se puede agregar una característica de limitación de corriente simple al diseño del calentador de inducción explicado anteriormente.

Circuito calefactor de inducción de 1 kva con control de corriente

Detalles de los pines del optoacoplador TIL111

Detalles de los pines del optoacoplador TIL111

Aquí, la resistencia cerca de L1 (llamémosla Rx) se convierte en la resistencia de detección de corriente, que desarrolla un pequeño voltaje a través de sí misma hasta el punto deseado cuando la corriente comienza a exceder los límites seguros.

Este voltaje en Rx se utiliza para activar el LED dentro del optoacoplador adjunto. El transistor de salida dentro del opto responde a la activación del LED y rápidamente conecta a tierra el Ct, pin # 3 del controlador principal IC IR2153.

El IC se apaga inmediatamente prohibiendo cualquier aumento adicional de corriente. Cuando esto sucede, la corriente cae, lo que a su vez elimina el voltaje en Rx, apagando así el LED óptico. Esto revierte la situación hacia una situación normal anterior, y el IC comienza a oscilar nuevamente. Este ciclo ahora se repite rápidamente asegurando un consumo de corriente constante para la carga, dentro de los límites de seguridad predeterminados.

Rx = 2 / Límite de corriente

Comentarios de uno de los lectores dedicados:

Estimado señor: He hecho con éxito el puente 1/2 del calentador de inducción con 4 IGBT y quiero saber que la lámpara del calentador de 1000 vatios que se ha sugerido debe estar conectada permanentemente al circuito o solo hasta la prueba por primera vez.

Las imágenes del resultado de la prueba se adjuntan a continuación:

Esperando su respuesta lo antes posible. Saludos - Manish.

Resolver la consulta del circuito

Querido Manish,
Mientras opera el calentador de inducción, ¿ve algún brillo en la lámpara de la serie?
Si es así, probablemente no se pueda quitar, si la lámpara está en el estado no iluminado y completamente 'fría' (siéntela sosteniéndola), entonces se puede quitar.
Saludos

Comentarios del Sr. Saeed Mahdavi

Estimado Swagatam:

Por fin pude hacer que mi circuito funcionara nuevamente después de muchos más intentos. Y grabé el video con el perno al rojo vivo.

Espero que pueda ser útil para aquellos interesados ​​en calentadores de inducción. ¿Podría decirme cómo aumentar el calor para que el perno alcance el punto de fusión?

El voltaje en la red eléctrica es de 194 voltios y la corriente consumida por el circuito es de solo 5 amperios y la forma de onda en el osciloscopio es bastante sinusoidal.

En mi prototipo agregué algunas vueltas al estrangulador RFC para obtener más voltaje en la bobina de trabajo y consumir menos amperios.

Los IGBT funcionaron con bastante normalidad sin mucho calentamiento durante el período de funcionamiento. ¿Podría decirme qué debo hacer para conseguir más y calentar? Muchas gracias

Saeed Mahdavi

Clip de vídeo:




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