Comment concevoir un circuit de chauffage par induction

L'article explique un tutoriel étape par étape concernant la conception de votre propre circuit de chauffage à induction de base maison, qui peut également être utilisé comme table de cuisson à induction.

Concept de chauffage par induction de base

Vous avez peut-être rencontré de nombreux circuits de chauffage à induction de bricolage en ligne, mais personne ne semble avoir abordé le secret crucial derrière la mise en œuvre d'une conception de chauffage par induction parfaite et réussie. Avant de connaître ce secret, il serait important de connaître le concept de fonctionnement de base d'un appareil de chauffage à induction.

Un appareil de chauffage par induction est en fait une forme extrêmement «inefficace» de transformateur électrique, et cette inefficacité devient sa principale caractéristique avantageuse.

Nous savons que dans un transformateur électrique, le noyau doit être compatible avec la fréquence induite, et lorsqu'il y a une incompatibilité entre la fréquence et le matériau du noyau dans un transformateur, il en résulte une génération de chaleur.

Fondamentalement, un transformateur à noyau de fer nécessitera une plage de fréquences inférieure d'environ 50 à 100 Hz, et lorsque cette fréquence est augmentée, le noyau peut avoir tendance à devenir plus chaud proportionnellement. Cela implique que si la fréquence est augmentée à un niveau beaucoup plus élevé, elle peut dépasser 100 kHz entraînerait la génération d'une chaleur extrême à l'intérieur du cœur.

Oui, c'est exactement ce qui se passe avec un système de chauffage à induction où la table de cuisson agit comme le noyau et est donc composée de fer. Et la bobine d'induction est soumise à une fréquence élevée, ce qui entraîne ensemble la génération d'une quantité de chaleur proportionnellement intense sur le récipient. Étant donné que la fréquence est optimisée à un niveau considérablement élevé, elle garantit une chaleur maximale possible sur le métal.

Passons maintenant et apprenons les aspects importants qui peuvent être nécessaires pour concevoir un circuit de chauffage par induction réussi et techniquement correct. Les détails suivants l'expliqueront:

Ce dont vous allez avoir besoin

Les deux éléments de base nécessaires à la construction de toute batterie de cuisine à induction sont:

1) Une bobine bifilaire.

2) Un circuit générateur de fréquence réglable

J'ai déjà discuté de quelques circuits de chauffage par induction sur ce site Web, vous pouvez les lire ci-dessous:

Circuit de chauffage à induction solaire

Circuit de chauffage par induction utilisant IGBT

Circuit de chauffage à induction simple - Circuit de cuiseur à plaque chauffante

Petit circuit de chauffage par induction pour projet scolaire

Tous les liens ci-dessus ont les deux points communs ci-dessus, c'est-à-dire qu'ils ont une bobine de travail et un étage d'oscillateur pilote.

Conception de la bobine de travail

Pour la conception d'une batterie de cuisine à induction, la bobine de travail est censée être plate par nature, elle doit donc être de type bifilaire avec sa configuration, comme indiqué ci-dessous:

La conception de type bobine bifilaire illustrée ci-dessus peut être efficacement mise en œuvre pour fabriquer vos ustensiles de cuisine à induction faits maison.

Pour une réponse optimale et une faible production de chaleur dans la bobine, assurez-vous que le fil de la bobine bifilaire est fabriqué à l'aide de nombreux brins minces de cuivre au lieu d'un seul fil solide.

Ainsi, cela devient la bobine de travail de la batterie de cuisine, maintenant les extrémités de cette bobine doivent simplement être intégrées avec un condensateur d'adaptation et un réseau de pilote de fréquence compatible, comme le montre la figure suivante:

Conception du circuit de commande résonnant de la série H-Bridge

Jusqu'à présent, les informations devraient vous avoir éclairé sur la façon de configurer une batterie de cuisine à induction simple ou une conception de table de cuisson à induction, mais la partie la plus critique de la conception est de savoir comment faire résonner le réseau de condensateurs de bobine (le circuit du réservoir) dans la plage la plus optimale afin le circuit fonctionne au niveau le plus efficace.

Pour permettre au circuit de réservoir de bobine / condensateur (circuit LC) de fonctionner à leur niveau de résonance, l'inductance de la bobine et la capacité du condensateur doivent être parfaitement adaptées.

Cela ne peut se produire que lorsque la réactance des deux homologues est identique, c'est-à-dire que la réactance de la bobine (inductance) et du condensateur est approximativement la même.

Une fois ce problème résolu, vous pouvez vous attendre à ce que le circuit du réservoir fonctionne à sa fréquence naturelle et que le réseau LC atteigne le point de résonance. C'est ce qu'on appelle un circuit LC parfaitement réglé.

Ceci conclut les procédures de conception de base du circuit de chauffage par induction

Vous vous demandez peut-être ce qu'est la résonance d'un circuit LC. ?? Et comment cela peut-il être calculé rapidement pour compléter une conception de chauffage à induction spécifique? Nous en discuterons en détail dans les sections suivantes.

Les paragraphes ci-dessus ont expliqué les secrets fondamentaux derrière le développement d'une table de cuisson à induction à faible coût mais efficace à la maison, dans les descriptions suivantes, nous verrons comment cela peut être mis en œuvre en calculant spécifiquement ses paramètres cruciaux tels que la résonance de son circuit LC accordé et la dimension correcte de le fil de bobine pour assurer une capacité de traitement de courant optimale.

Quelle est la résonance dans le circuit LC du chauffage à induction

Lorsque le condensateur dans un circuit LC accordé est momentanément chargé, le condensateur tente de décharger et de décharger la charge accumulée sur la bobine, la bobine accepte la charge et stocke la charge sous forme de champ magnétique. Mais dès que le condensateur s'est déchargé dans le processus, la bobine développe une quantité presque équivalente de charge sous forme de champ magnétique et elle essaie maintenant de la refouler à l'intérieur du condensateur, bien qu'avec une polarité opposée.

Image courtoisie:

Wikipédia

Le condensateur est à nouveau forcé de se charger mais cette fois dans la direction opposée, et dès qu'il est complètement chargé, il essaie à nouveau de se vider à travers la bobine, ce qui se traduit par un partage de charge en va-et-vient sous la forme d'un courant oscillant à travers le réseau LC.

La fréquence de ce courant oscillant devient la fréquence de résonance du circuit LC accordé.

Cependant, en raison de pertes inhérentes, les oscillations ci-dessus finissent par s'éteindre avec le temps, et la fréquence, la charge prend fin après un certain temps.

Mais si la fréquence est autorisée à se maintenir via une entrée de fréquence externe, accordée au même niveau de résonance, cela pourrait garantir un effet de résonance permanent induit à travers le circuit LC.

À la fréquence de résonance, nous pouvons nous attendre à ce que l'amplitude de la tension oscillant à travers le circuit LC soit au niveau maximum, ce qui entraîne l'induction la plus efficace.

Par conséquent, nous pouvons impliquer que, pour mettre en œuvre une résonance parfaite dans un réseau LC pour une conception de chauffage par induction, nous devons garantir les paramètres cruciaux suivants:

1) Un circuit LC accordé

2) Et une fréquence correspondante pour maintenir la résonance du circuit LC.

Cela peut être calculé à l'aide de la formule simple suivante:

F = 1 ÷ 2π X √LC

où L est dans Henry et C est dans Farad

Si vous ne voulez pas vous soucier du calcul de la résonance du réservoir LC de la bobine grâce à la formule, une option beaucoup plus simple pourrait être d'utiliser le logiciel suivant:

Calculateur de fréquence de résonance LC

Ou vous pouvez également construire ceci Dip mètre de grille pour identifier et régler la fréquence de résonance.

Une fois la fréquence de résonance identifiée, il est temps de régler le circuit intégré à pont complet avec cette fréquence de résonance en sélectionnant convenablement les composants de synchronisation Rt et Ct. Cela peut être fait par essais et erreurs grâce à des mesures pratiques ou à l'aide de la formule suivante:

La formule suivante peut être utilisée pour calculer les valeurs de Rt / Ct:

f = 1 / 1,453 x Rt x Ct où Rt est en Ohms et Ct en Farads.

Utilisation de la résonance de série

Le concept de chauffage par induction discuté dans cet article utilise un circuit résonnant en série.

Lorsqu'un circuit LC résonnant en série est utilisé, nous avons une inductance (L) et un condensateur (C) connectés en série, comme indiqué dans le schéma suivant.

La tension totale V appliqué à travers la série LC sera la somme de la tension aux bornes de l'inductance L et de la tension aux bornes du condensateur C. Le courant traversant le système sera égal au courant qui circule à travers les composants L et C.

V = VL + VC

I = IL = IC

La fréquence de la tension appliquée affecte les réactances de l'inductance et du condensateur. Lorsque la fréquence est augmentée d'une valeur minimale à une valeur plus élevée, la réactance inductive XL de l'inducteur augmentera proportionnellement, mais XC qui est la réactance capacitive diminuera.

Cependant, pendant que la fréquence augmente, il y aura un cas ou un seuil particulier où les amplitudes de la réactance inductive et de la réactance capacitive seront juste égales. Cette instance sera le point de résonance de la série LC, et la fréquence peut être définie comme fréquence de résonance.

Par conséquent, dans un circuit résonnant en série, la résonance se produira lorsque

XL = XC

ou, ωL = 1 / ωC

où ω = fréquence angulaire.

L'évaluation de la valeur de ω nous donne:

ω = ωo = 1 / √ LC, qui est définie comme la fréquence angulaire de résonance.

En remplaçant cela dans l'équation précédente et en convertissant également la fréquence angulaire (en radians par seconde) en fréquence (Hz), nous obtenons finalement:

fo = ωo / 2π = 1 / 2π√ LC

fo = 1 / 2π√ LC

Calcul de la taille du fil pour la bobine de travail de chauffage par induction

Une fois que vous avez calculé les valeurs optimisées de L et C pour le circuit de réservoir du chauffage à induction et évalué la fréquence compatible exacte pour le circuit de commande, il est temps de calculer et de fixer la capacité de traitement du courant de la bobine de travail et du condensateur.

Étant donné que le courant impliqué dans une conception de chauffage par induction peut être substantiellement important, ce paramètre ne peut pas être ignoré et doit être correctement attribué au circuit LC.

L'utilisation de formules pour calculer les tailles de fil pour une taille de fil d'induction peut être un peu difficile, en particulier pour les nouveaux arrivants, et c'est exactement pourquoi un logiciel spécial pour le même a été activé sur ce site, que tout amateur intéressé peut utiliser pour dimensionner le fil de la bonne taille pour votre circuit de table de cuisson à induction.