2 circuitos de calentadores de inducción simples: cocinas de placa caliente

2 circuitos de calentadores de inducción simples: cocinas de placa caliente

En esta publicación, aprendemos 2 circuitos de calentador de inducción fáciles de construir que funcionan con principios de inducción magnética de alta frecuencia para generar una magnitud sustancial de calor en un radio específico pequeño.

Los circuitos de cocina de inducción discutidos son realmente simples y utilizan solo unos pocos componentes ordinarios activos y pasivos para las acciones requeridas.




Actualizar: También es posible que desee aprender a diseñar su propia placa de cocción con calentador de inducción personalizado:
Diseño de un circuito de calentador de inducción - Tutorial




Principio de funcionamiento del calentador de inducción

Un calentador de inducción es un dispositivo que utiliza un campo magnético de alta frecuencia para calentar una carga de hierro o cualquier metal ferromagnético a través de corrientes parásitas.

Durante este proceso, los electrones dentro del hierro no pueden moverse tan rápido como la frecuencia, y esto da lugar a una corriente inversa en el metal denominada corriente parásita. Este desarrollo de corrientes de Foucault elevadas finalmente hace que el hierro se caliente.



El calor generado es proporcional a Actual2 x resistencia del metal. Dado que se supone que el metal de carga está formado por hierro, consideramos la resistencia R para el hierro metálico.

Calor = yo2x R (Hierro)

La resistividad del hierro es: 97 nΩ · m



El calor anterior también es directamente proporcional a la frecuencia inducida y es por eso que los transformadores estampados de hierro ordinarios no se utilizan en aplicaciones de conmutación de alta frecuencia, sino que se utilizan materiales de ferrita como núcleos.

Sin embargo, aquí se aprovecha el inconveniente anterior para adquirir calor a partir de la inducción magnética de alta frecuencia.

Refiriéndonos a los circuitos de calentadores de inducción propuestos a continuación, encontramos el concepto que utiliza el ZVS o la tecnología de conmutación de voltaje cero para el disparo requerido de los MOSFET.

La tecnología asegura un calentamiento mínimo de los dispositivos, lo que hace que la operación sea muy eficiente y efectiva.

Además, el circuito, que es auto-resonante por naturaleza, se establece automáticamente en la frecuencia de resonancia de la bobina y el condensador adjuntos, bastante idénticos a los de un circuito de tanque.

Usando el oscilador Royer

El circuito hace uso fundamentalmente de un oscilador Royer que se caracteriza por la simplicidad y el principio de funcionamiento autorresonante.

El funcionamiento del circuito podría entenderse con los siguientes puntos:

  1. Cuando se enciende la energía, la corriente positiva comienza a fluir desde las dos mitades de la bobina de trabajo hacia los desagües de los mosfets.
  2. Al mismo tiempo, la tensión de alimentación también llega a las puertas de los mosfets encendiéndolos.
  3. Sin embargo, debido al hecho de que no hay dos mosfets ni ningún dispositivo electrónico que pueda tener especificaciones de conducción exactamente similares, ambos mosfets no se encienden juntos, sino que uno de ellos se enciende primero.
  4. Imaginemos que T1 se enciende primero. Cuando esto sucede, debido a la fuerte corriente que fluye a través de T1, su voltaje de drenaje tiende a caer a cero, lo que a su vez absorbe el voltaje de puerta del otro mosfet T2 a través del diodo schottky adjunto.
  5. Aquí, puede parecer que T1 podría continuar conduciéndose y destruyéndose a sí mismo.
  6. Sin embargo, este es el momento en que el circuito del tanque L1C1 entra en acción y juega un papel crucial. La conducción repentina de T1 hace que un pulso sinusoidal aumente y colapse en el drenaje de T2. Cuando el pulso sinusoidal colapsa, se seca el voltaje de puerta de T1 y lo apaga. Esto da como resultado un aumento de voltaje en el drenaje de T1, lo que permite que se restablezca un voltaje de puerta para T2. Ahora, es el turno de T2 para conducir, T2 ahora conduce, desencadenando un tipo similar de repetición que ocurrió para T1.
  7. Este ciclo ahora continúa rápidamente haciendo que el circuito oscile a la frecuencia resonante del circuito del tanque LC. La resonancia se ajusta automáticamente a un punto óptimo dependiendo de qué tan bien coincidan los valores de LC.

Sin embargo, la principal desventaja del diseño es que emplea una bobina con toma central como transformador, lo que hace que la implementación del devanado sea un poco más complicada. Sin embargo, el grifo central permite un efecto de empuje y tracción eficiente sobre la bobina a través de solo un par de dispositivos activos, como mosfets.

Como se puede ver, hay diodos de conmutación de alta velocidad o de recuperación rápida conectados a través de la puerta / fuente de cada mosfet.

Estos diodos realizan la importante función de descargar la capacidad de la puerta de los respectivos mosfets durante sus estados no conductores, lo que hace que la operación de conmutación sea rápida y ágil.

Cómo funciona ZVS

Como comentamos anteriormente, este circuito de calentador de inducción funciona con la tecnología ZVS.

ZVS significa conmutación de voltaje cero, es decir, los mosfets en el circuito se encienden cuando tienen un mínimo o una cantidad de corriente o corriente cero en sus drenajes, ya lo hemos aprendido de la explicación anterior.

Esto realmente ayuda a que los mosfets se enciendan de manera segura y, por lo tanto, esta característica se vuelve muy ventajosa para los dispositivos.

Esta característica podría compararse con la conducción de cruce por cero para triacs en circuitos de red de CA.

Debido a esta propiedad, los mosfets en circuitos auto resonantes ZVS como este requieren disipadores de calor mucho más pequeños y pueden funcionar incluso con cargas masivas de hasta 1 kva.

Al ser resonante por naturaleza, la frecuencia del circuito depende directamente de la inductancia de la bobina de trabajo L1 y el condensador C1.

La frecuencia se puede calcular utilizando la siguiente fórmula:

F = 1 / (2π * √ [ L * C] )

Dónde F es la frecuencia, calculada en Hertz
L es la inductancia de la bobina de calentamiento principal L1, presentada en Henries
y C es la capacitancia del condensador C1 en Faradios

Los MOSFET

Puedes usar IRF540 como los mosfets que tienen una potencia nominal de 110 V, 33 amperios. Se podrían usar disipadores de calor para ellos, aunque el calor generado no es preocupante, aún así es mejor reforzarlos en metales que absorben el calor. Sin embargo, se puede utilizar cualquier otro MOSFET de canal N con clasificación adecuada, no hay restricciones específicas para esto.

El inductor o inductores asociados con la bobina del calentador principal (bobina de trabajo) es una especie de estrangulador que ayuda a eliminar cualquier posible entrada del contenido de alta frecuencia en la fuente de alimentación y también a restringir la corriente a límites seguros.

El valor de este inductor debería ser mucho mayor en comparación con la bobina de trabajo. Generalmente, 2mH es suficiente para este propósito. Sin embargo, debe construirse utilizando cables de alto calibre para facilitar un alto rango de corriente a través de él de manera segura.

El circuito del tanque

C1 y L1 constituyen aquí el circuito del tanque para el enclavamiento de alta frecuencia resonante previsto. Una vez más, estos también deben estar clasificados para soportar altas magnitudes de corriente y calor.

Aquí podemos ver la incorporación de unos condensadores PP metalizados 330nF / 400V.

1) Potente calentador de inducción con un concepto de controlador Mazzilli

El primer diseño que se explica a continuación es un concepto de inducción ZVS altamente eficiente basado en la popular teoría del conductor Mazilli.

Utiliza una sola bobina de trabajo y dos bobinas limitadoras de corriente. La configuración evita la necesidad de un grifo central desde la bobina de trabajo principal, lo que hace que el sistema sea extremadamente efectivo y un calentamiento rápido de la carga con dimensiones formidables. La bobina de calentamiento calienta la carga a través de una acción de empuje y tracción de puente completo

El módulo está disponible en línea y se puede comprar fácilmente a un costo muy razonable.

El diagrama de circuito para este diseño se puede ver a continuación:

El diagrama original se puede ver en la siguiente imagen:

Calentador de inducción de 1200 vatios de diseño simple

El principio de funcionamiento es la misma tecnología ZVS, utilizando dos MOSFET de alta potencia. La entrada de suministro puede ser cualquier valor entre 5 V y 12 V, y una corriente de 5 amperios a 20 amperios, según la carga utilizada.

Salida de potencia

La potencia de salida del diseño anterior puede llegar a 1200 vatios, cuando el voltaje de entrada se eleva a 48 V y la corriente a 25 amperios.

En este nivel, el calor generado por la bobina de trabajo puede ser lo suficientemente alto como para derretir un perno de 1 cm de espesor en un minuto.

Dimensiones de la bobina de trabajo

Video de demostración

https://youtu.be/WvV0m8iA6bM

2) Calentador de inducción con una bobina de trabajo de grifo central

Este segundo concepto también es un calentador de inducción ZVS, pero utiliza una bifurcación central para la bobina de trabajo, que puede ser un poco menos eficiente en comparación con el diseño anterior. La L1, que es el elemento más crucial de todo el circuito. Debe construirse con alambres de cobre extremadamente gruesos para que aguante las altas temperaturas durante las operaciones de inducción.

circuito de calentador de inducción simple usando 2 mosfets

El capacitor como se discutió anteriormente debe estar idealmente conectado lo más cerca posible de los terminales L1. Esto es importante para mantener la frecuencia resonante en la frecuencia especificada de 200 kHz.

Especificaciones de la bobina de trabajo principal

Para la bobina del calentador de inducción L1, se pueden enrollar muchos cables de cobre de 1 mm en paralelo o de manera bifilar para disipar la corriente de manera más eficaz, provocando una menor generación de calor en la bobina.

Incluso después de esto, la bobina podría estar sujeta a temperaturas extremas y podría deformarse debido a ello, por lo que se puede probar un método alternativo de bobinado.

En este método lo enrollamos en forma de dos bobinas separadas unidas en el centro para adquirir el grifo central requerido.

En este método se pueden probar giros menores para reducir la impedancia de la bobina y, a su vez, aumentar su capacidad de manejo de corriente.

En contraste, la capacitancia para esta disposición puede aumentarse para reducir proporcionalmente la frecuencia resonante.

Condensadores de tanque:

En total, 330nF x 6 podría usarse para adquirir una capacitancia neta de 2uF aproximadamente.

cómo ensamblar la bobina de trabajo principal para el calentador de inducción simple

Cómo conectar el condensador a la bobina de trabajo de inducción

La siguiente imagen muestra el método preciso de conectar los condensadores en paralelo con los terminales terminales de la bobina de cobre, preferiblemente a través de una PCB bien dimensionada.

diámetro de la bobina del calentador de inducción y detalles del condensador

Lista de piezas para el circuito de calentador de inducción o el circuito de placa calefactora de inducción anterior

  • R1, R2 = 330 ohmios 1/2 vatio
  • D1, D2 = FR107 o BA159
Diodos de recuperación rápida FR107
  • T1, T2 = IRF540
  • C1 = 10,000 uF / 25 V
  • C2 = 2uF / 400V hecho conectando las tapas 6nos 330nF / 400V que se muestran a continuación en paralelo
0.33uF / 400V condensador MKT metalizado poliéster
  • D3 ---- D6 = diodos de 25 amperios
  • IC1 = 7812
  • L1 = tubo de latón de 2 mm enrollado como se muestra en las siguientes imágenes, el diámetro puede estar cerca de 30 mm (diámetro interno de las bobinas)
  • L2 = Estrangulador de 2 mH hecho enrollando un cable magnético de 2 mm en cualquier varilla de ferrita adecuada
  • TR1 = 0-15 V / 20 amperios
  • FUENTE DE ALIMENTACIÓN: Utilice una fuente de alimentación CC regulada de 15 V y 20 amperios.

Usando transistores BC547 en lugar de diodos de alta velocidad

En el diagrama del circuito del calentador de inducción anterior, podemos ver las puertas MOSFET que consisten en diodos de recuperación rápida, que pueden ser difíciles de obtener en algunas partes del país.

Una alternativa simple a esto puede ser en forma de transistores BC547 conectados en lugar de los diodos como se muestra en el siguiente diagrama.

Los transistores realizarían la misma función que los diodos ya que el BC547 puede funcionar bien alrededor de frecuencias de 1Mhz.

Otro diseño simple de bricolaje

El siguiente esquema muestra otro diseño simple, similar al anterior, que se puede construir rápidamente en casa para implementar un sistema de calentamiento por inducción personal.

segundo diseño de un calentador de inducción de bricolaje con componentes mínimos

Lista de partes

  • R1, R4 = 1K 1/4 vatio MFR 1%
  • R2, R3 = 10K 1/4 vatio MFR 1%
  • D1, D2 = BA159 o FR107
  • Z1, Z2 = 12V, diodos Zener de 1/2 vatio
  • Q1, Q2 = IRFZ44n mosfet en disipador de calor
  • C1 = 0.33uF / 400V o 3 nos 0.1uF / 400V en paralelo
  • L1, L2, como se muestra en las siguientes imágenes:
  • L2 se recupera de cualquier fuente de alimentación de computadora ATX antigua.
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Cómo se construye L2

Conversión en una olla de placa caliente

Las secciones anteriores nos ayudaron a aprender un circuito de calentador de inducción simple que usa una bobina similar a un resorte, sin embargo, esta bobina no se puede usar para cocinar alimentos y necesita algunas modificaciones serias.

La siguiente sección del artículo explica cómo la idea anterior se puede modificar y utilizar como un circuito de calentador de utensilios de cocina de inducción pequeño simple o un circuito kadai de inducción.

El diseño es de baja tecnología y bajo consumo, y puede que no esté a la altura de las unidades convencionales. El circuito fue solicitado por el Sr. Dipesh Gupta

Especificaciones técnicas

Señor,

He leído nuestro artículo Circuito de calentador de inducción simple - Circuito de cocina de placa caliente Y me alegró mucho descubrir que hay personas dispuestas a ayudar a los jóvenes como nosotros a hacer algo ...

Señor, estoy tratando de entender el funcionamiento y estoy tratando de desarrollar un kadai de inducción para mí mismo ... Señor, por favor ayúdeme a comprender el diseño, ya que no soy tan bueno en electrónica.

Quiero desarrollar una inducción para calentar un kadai de 20 pulgadas de diámetro con una frecuencia de 10 kHz a un costo muy bajo.

Vi tus diagramas y artículo, pero estaba un poco confundido

  • 1. Transformador utilizado
  • 2. Cómo hacer L2
  • 3. Y cualquier otro cambio en el circuito para una frecuencia de 10 a 20 kHz con una corriente de 25 am

Por favor, ayúdeme, señor, tan pronto como sea posible. Sería de gran ayuda si pudiera proporcionar los detalles exactos de los componentes necesarios. Dónde se usa ...

Gracias

Dipesh gupta

El diseño

El diseño de circuito kadai de inducción propuesto que se presenta aquí es solo para fines experimentales y puede que no sirva como las unidades convencionales. Puede usarse para hacer una taza de té o cocinar una tortilla rápidamente y no se debe esperar nada más.

El circuito referido fue diseñado originalmente para calentar objetos como varillas de hierro, como la cabeza de un perno. un destornillador de metal, etc., sin embargo, con algunas modificaciones, el mismo circuito se puede aplicar para calentar recipientes o recipientes de metal con base convexa como un 'kadai'.

Para implementar lo anterior, el circuito original no necesitaría ninguna modificación, excepto la bobina de trabajo principal, que deberá ajustarse un poco para formar una espiral plana en lugar de la disposición tipo resorte.

Como ejemplo, para convertir el diseño en un utensilio de cocina de inducción para que soporte recipientes con un fondo convexo como un kadai, la bobina debe fabricarse en una forma esférica-helicoidal como se muestra en la siguiente figura:

El esquema sería el mismo que se explica en mi sección anterior, que es básicamente un diseño basado en Royer, como se muestra aquí:

Diseño de la bobina de trabajo helicoidal

L1 se fabrica utilizando de 5 a 6 vueltas de tubo de cobre de 8 mm en una forma esférica-helicoidal como se muestra arriba para acomodar un pequeño cuenco de acero en el medio.

El serpentín también se puede comprimir en forma plana en forma de espiral si se pretende usar una sartén de acero pequeña como utensilios de cocina como se muestra a continuación:

ejemplo práctico de una estufa con calentador de inducción de bobina para panqueques

Diseño de la bobina limitadora de corriente

L2 se puede construir enrollando un alambre de cobre súper esmaltado de 3 mm de espesor sobre una varilla de ferrita gruesa, el número de vueltas debe experimentarse hasta que se logre un valor de 2 mH en sus terminales.

TR1 podría ser un transformador de 20 V 30 amperios o una fuente de alimentación SMPS.

El circuito del calentador de inducción real es bastante básico con su diseño y no necesita mucha explicación, las pocas cosas que deben tenerse en cuenta son las siguientes:

El condensador de resonancia debe estar relativamente más cerca de la bobina de trabajo principal L1 y debe hacerse conectando alrededor de 10nos de 0.22uF / 400V en paralelo. Los condensadores deben ser de tipo poliéster estrictamente no polar y metalizado.

Aunque el diseño puede parecer bastante sencillo, encontrar el grifo central dentro del diseño enrollado en espiral podría suponer un dolor de cabeza porque una bobina en espiral tendría un diseño asimétrico que dificultaría la ubicación del grifo central exacto para el circuito.

Puede hacerse mediante ensayo y error o utilizando un medidor LC.

Una toma central mal ubicada podría obligar al circuito a funcionar de manera anormal o producir un calentamiento desigual de los mosfets, o es posible que todo el circuito no oscile en la peor situación.

Referencia: Wikipedia




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