КАРТА БЛОГА (содержание) , Online-построитель графиков .

суббота, 3 февраля 2018 г.

Индукционный нагреватель на ZVS генераторе

ZVS генератор используемый в индукционных нагревателях очень прост в изготовлении и имеет малое количество деталей из которых он состоит. Давайте рассмотрим схему:
Рисунок 1 - Индукционный нагреватель на ZVS генераторе

Индуктором являются катушки L1 и L3 которые являются одной катушкой со средним выводом который через дроссель L2 подключен к плюсу питания. Стабилитроны VD2 и VD4 нужны для защиты затворов транзисторов от высокого напряжения. Через диоды VD1 и VD3 осуществляются обратные связи которые необходимы для возникновения генерации. Индуктор (на катушках L1 и L3) и конденсатор C1 образуют колебательный LC контур в котором создаются синусоидальные колебания. Частоту можно рассчитать в программе на странице http://electe.blogspot.ru/2011/02/blog-post_13.html или по формуле на той странице. По осциллограммам, при проверке данного нагревателя, получилось выяснить частоты на которых работает данный генератор:
f1 = 80 кГц - частота без холодной железяки в индукторе,
f2 = 67 кГц - частота с холодной железякой в индукторе.
При помещении стального предмета внутрь индуктора, увеличивается индуктивность LC контура и следовательно уменьшается резонансная частота. Когда стальной предмет нагревается он теряет свои ферромагнитные свойства и индуктивность уменьшается а частота увеличивается. После того как стальной предмет нагревается до красна и его ферромагнитные свойства теряются, его нагрев замедляется и при низкой мощности нагревателя дальнейший нагрев не происходит (см. видео ниже).
Индукционный нагреватель на ZVS генераторе хорошо подходит для нагрева железных предметов до красна. Если нужно нагреть их до бела и расплавить или нужно нагреть другие металлы например медь, алюминий, олово и т.д. то такой генератор скорее всего не "потянет". Транзисторные ключи силовых преобразователей должны работать в ключевом режиме для уменьшения потерь. Обычно при рассмотрении работы схем с транзисторами работающими в ключевом режиме, эти транзисторы представляют как управляемые идеальные ключи:
Рисунок 2 - Идеальная модель zvs генератора

Но на самом деле данный генератор далёк от идеала т.к. полевые транзисторы имеют паразитные ёмкости, сопротивление в открытом состоянии, проводимость в закрытом и т.д. Наибольшую неидеальность в схему привносят паразитные ёмкости т.к. они достаточно большие для того чтобы помешать транзистору быстро коммутироваться. Обычно эти емкости измеряются пикофарадами но если транзистору надо открываться и закрываться например 80000 раз в секунду то с этими емкостями приходиться считаться. Схема более приближенная к реальности будет выглядеть примерно так:
Рисунок 3 - Неидеальная модель zvs генератора с паразитными емкостями и активным сопротивлением

Т.е. полевой MOSFET транзистор - это скорее переменный резистор с паразитными емкостями затвора нежели идеальный переключатель. Для управления такими транзисторами обычно используют специальные микросхемы - драйверы.
Рисунок 4 - Управление MOSFET транзистором через драйвер

 Но в схеме ZVS генератора таких нет, поэтому транзисторы в нём будут нагреваться сильнее чем если бы драйвера там были. В ZVS генераторе заряд емкости затвор - исток и разряд емкости затвор - сток происходит через резистор подключенный к плюсу питания:
Рисунок 5 - Заряд емкости затвор - исток и разряд емкости затвор - сток

Понятно что резисторы ограничивают ток и желательно чтобы их сопротивление было как можно меньше но в данной схеме обойти это ограничение не получиться если кардинально её не менять. С разрядом емкости затвор - исток и зарядом емкости затвор - сток ситуация такая:
Рисунок 6 - Разряд емкости затвор - исток и заряд емкости затвор - сток

Разряд емкости затвор - исток происходит через другой открытый транзистор и открытый диод обратной связи. Несмотря на эти недостатки, данный генератор можно собрать и найти ему применение!

Предыдущее видео по работе генератора https://youtu.be/XoV4T0r0V7o
Предыдущая статья по работе генератора https://electe.blogspot.ru/2018/01/lc.html?showComment=1517669681734#c2199538723359217471
Электродуговой нагреватель https://youtu.be/tWJkg8M7nCU
транзистор irf640 http://got.by/28ui15, http://got.by/28uibn

готовый индукционный нагреватель на zvs генераторе http://ali.pub/28uimc


КАРТА БЛОГА (содержание)

4 комментария:

  1. Интересное устройство, вот только где его применить на практике? Не плохо было бы обзор и про практическое применение сделать.

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Например можно жало в индуктор засунуть и получить индукционный паяльник, для химика можно сделать прибор для получения оксида железа (для термита например), нагреватель экструдера 3д принтера можно сделать (а то обычный слишком долго нагревается), ... думаю ещё много вариантов можно придумать. Плавильню, к сожалению, на таком генераторе делать не вариант из за низкой эффективности. Но если очень маленькие порции надо плавить то можно например сделать железный тигель и в него помещать легкоплавкие материалы.

      Удалить
    2. Разве железный (проводящий) тигель подойдёт? Тигель должен быть керамическим. Применять подобные нагреватели можно для закалки инструмента, для отпуска, отжига стали, в том числе для термообработки сердечников электромагнитных клапанов. Если добиться плавления в небольших количествах латуни, бронзы, - до 100г, - то нагреватель можно использовать для изготовления небольших деталей, (например, внутренних ручек дверей автомобилей, поделок (значков, солдатиков) и пр. Но, прежде всего, статья познавательная, толково изложены нюансы работы схемы. У меня вопрос - как вы, Сергей, так лихо устроили анимацию рисунков?

      Удалить