Información de base de Calefacción inducción de alta frecuencia

Introducción

Calentamiento por inducción es un proceso de calentamiento sin contacto. Usa electricidad de alta frecuencia para calentar los materiales eléctricamente conductores. Puesto que es sin contacto, el proceso de calentamiento no contamine el material que se está calentando. También es muy eficiente ya que el calor se genera realmente dentro de la pieza de trabajo. Esto puede compararse con otros métodos donde el calor se genera en una llama de la calefacción o el elemento de calefacción, que se aplica a la pieza de trabajo. Por estas razones la calefacción de inducción se presta a algunas aplicaciones en la industria.

¿Cómo funciona la calefacción de inducción?

Una fuente de electricidad de alta frecuencia se utiliza para conducir una gran corriente alterna a través de una bobina. Esta bobina es conocida como la bobina de trabajo. Ver la imagen opuesta. El paso de corriente a través de esta bobina genera un campo magnético muy intenso y cambiante en el espacio dentro de la bobina de trabajo. La pieza de trabajo a calentar se coloca dentro de este campo de magnético alterno intenso. Según la naturaleza del material de la pieza de trabajo, se sucede una serie de cosas...

El campo magnético alternante induce una corriente en la pieza de trabajo conductor. El arreglo de la bobina de trabajo y la pieza de trabajo puede ser considerado como un transformador eléctrico. La bobina de trabajo es como el principal donde se alimenta la energía eléctrica en, y la pieza de trabajo es como una sola vuelta secundaria que es cortocircuito. Esto causa enormes corrientes fluyendo a través de la pieza de trabajo. Éstos se conocen como corrientes de Foucault. Además de esto, el utilizado en aplicaciones de calentamiento por inducción de alta frecuencia da lugar a un fenómeno llamado efecto de piel. Este efecto de piel obliga la corriente alterna a fluir en una capa delgada hacia la superficie de la pieza de trabajo. El efecto de la piel aumenta la resistencia efectiva del metal al paso de la corriente grande. Por lo tanto incrementa el efecto de calentamiento causado por la corriente inducida en la pieza de trabajo.

(Aunque el calentamiento debido a las corrientes de Foucault es deseable en esta aplicación, es interesante notar que los fabricantes de transformadores hacer un gran esfuerzo para evitar este fenómeno en sus transformadores. Transformador laminado corazones, corazones de hierro en polvo y ferritas se utilizan para evitar que las corrientes de Foucault que fluye dentro de núcleos de transformadores. Dentro de un transformador el paso de corrientes de Foucault es altamente indeseable ya que provoca el calentamiento de la base magnética y representa la energía que se pierde).

¿Y para metales ferrosos metales?

Para metales ferrosos como hierro y algunos tipos de acero, hay un mecanismo de calentamiento adicional que ocurre al mismo tiempo como las corrientes de Foucault mencionados anteriormente. Intenso campo magnético alterno dentro de la bobina de trabajo repetidamente magnetiza y de-magnetises los cristales de hierro. Esta rápida de la fricción considerable de causas de dominios magnéticos y calefacción dentro del material. Calefacción debido a este mecanismo se conoce como pérdida de histéresis y es mayor para los materiales que tienen una gran área dentro de su curva B-H. Esto puede ser un gran factor que contribuye al calor generado durante el calentamiento por inducción, pero sólo se lleva a cabo dentro de materiales ferrosos. Por esta razón materiales ferrosos se prestan más fácilmente a la calefacción por inducción de materiales no ferrosos.

Es interesante notar que el acero pierde sus propiedades magnéticas cuando se calienta por encima de aproximadamente 700 ° C. Esta temperatura se conoce como la temperatura de Curie. Esto significa que más de 700 ° C no puede haber ninguna calefacción del material debido a las pérdidas de histéresis. Cualquier calefacción adicional del material debe ser debido a las corrientes de Foucault inducidas solamente. Esto hace que la calefacción acero superior a 700 ° C más de un desafío para los sistemas de calentamiento por inducción. El hecho de que cobre y el aluminio son conductores eléctricos tanto no magnéticos y muy buenos, también puede hacer que estos materiales un desafío para calentar eficientemente. (Veremos que es el mejor curso de acción para estos materiales a la frecuencia de exagerar las pérdidas por el efecto de piel).

¿Calefacción de inducción para qué sirve?

La calefacción de inducción puede utilizarse para cualquier aplicación donde queremos calentar un material eléctricamente conductor en una manera limpia, eficiente y controlada.

Una de las aplicaciones más comunes es para sellar los sellos inviolables que están pegados a la parte superior de las botellas de bebidas y medicina. Un sello de papel recubierto con "pegamento caliente" se inserta en la tapa de plástico y se atornillan en la parte superior de cada botella durante la fabricación. Estas láminas juntas entonces se calientan rápidamente como las botellas pasan por debajo de un calentador de inducción en la línea de producción. El calor generado derrite el pegamento y sellos de la hoja en la parte superior de la botella. Cuando se quita la tapa, la lámina sigue proporcionando un sello hermético y prevenir cualquier alteración o contaminación del contenido de la botella hasta que el cliente perfora la lámina.

p style = "text-Guión: 0px;"> Otra aplicación común es "leña getter" para eliminar la contaminación de los tubos evacuados tales como TV de tubos de imagen, tubos de vacío y varias lámparas de descarga de gas. Un anillo de material conductor llamado un "comprador" se coloca dentro de la nave de cristal evacuado. Puesto que el calentamiento por inducción es un proceso sin contacto que puede ser utilizado para calentar el comprador que ya está sellado dentro de un recipiente. Una bobina de inducción trabajo está situada cerca del comprador en el exterior del tubo vacío y se enciende la fuente de CA. Dentro de segundos de encender el calentador de inducción, el comprador es climatizada blanco caliente y productos químicos en su capa reaccionan con cualquier gases en el vacío. El resultado es que el comprador absorbe cualquier resto pasado de gas dentro del tubo de vacío y aumenta la pureza del vacío.

Sin embargo, otra aplicación común para la calefacción de inducción es un proceso llamado purificación zona utilizado en la industria de fabricación de semiconductores. Se trata de un proceso en el que el silicio se purifica por medio de una zona de movimiento de material fundido. Una búsqueda en Internet es segura que suba más detalles sobre este proceso que poco sabemos.

Otras aplicaciones incluyen la fusión, soldadura y soldadura fuerte o metales. Cocina de inducción y arroceras. Endurecimiento de municiones del metal, los dientes del engranaje, cuchillas y ejes de transmisión, etc. también son usos comunes porque el proceso de inducción calienta la superficie del metal muy rápidamente. Por lo tanto puede ser utilizado para superficie endurecimiento y endurecimiento de áreas localizadas de piezas metálicas por "vencer" la conducción térmica de calor profundo en la parte o alrededores. La naturaleza sin contacto de la calefacción de inducción también significa que puede ser utilizado para calentar los materiales en aplicaciones analíticas sin riesgo de contaminar a la muestra. Similarmente, metal instrumentos médicos pueden esterilizarse por calentarlos a altas temperaturas, mientras que todavía están sellados dentro de un entorno estéril conocido, con el fin de eliminar los gérmenes.

¿Qué se requiere para la calefacción de inducción?

En teoría sólo 3 cosas son esenciales para implementar el calentamiento por inducción:

1. Una fuente de energía eléctrica de alta frecuencia,
2. Una bobina de trabajo para generar el campo magnético alterno,
3. Una pieza conductora a calentar,

Dicho esto, sistemas de calefacción de inducción práctica son generalmente un poco más complejos. Por ejemplo, una red de impedancias a menudo se requiere entre la fuente de alta frecuencia y la bobina de trabajo para asegurar a la transferencia de buena energía. Sistemas de enfriamiento de agua también son comunes en los calentadores de inducción de alta potencia para eliminar el calor residual de la bobina de trabajo, su red de juego y la electrónica de potencia. Finalmente algunos electrónica de control se emplea generalmente para controlar la intensidad de la acción de la calefacción y el tiempo el ciclo de calentamiento para asegurar resultados consistentes. La electrónica de control también protege el sistema se dañe por un número de condiciones de funcionamiento adversas. Sin embargo, el principio básico de funcionamiento de cualquier calentador de inducción sigue siendo el mismo como se describió anteriormente.

Aplicación práctica

En la práctica la bobina de trabajo generalmente se incorpora un circuito tanque resonante. Esto tiene una serie de ventajas. En primer lugar, es la corriente o la forma de onda de voltaje sinusoidal a ser. Esto minimiza las pérdidas en el inversor por lo que le permite beneficiarse de la conmutación de tensión cero o cero-corriente-conmutación dependiendo de la instalación exacta elegida. La forma de onda sinusoidal en la bobina de trabajo también representa una señal más pura y provoca menos interferencia de Radio frecuencia con equipos cercanos. Este punto más adelante ser muy importante en sistemas de alta potencia. Vamos a ver que hay un número de esquemas resonantes que el diseñador de un calentador de inducción puede elegir para la bobina de trabajo:

Circuito tanque resonante en serie

La bobina de trabajo se hace a resonar en la frecuencia de funcionamiento prevista por medio de un condensador en serie con él. Esto hace que la corriente a través de la bobina de trabajo ser sinusoidal. La resonancia de serie también aumenta la tensión a través de la bobina de trabajo, mucho más alta que el voltaje de salida del inversor solo. El inversor considera una corriente de carga sinusoidal pero debe llevar la corriente completa que fluye en la bobina de trabajo. Por esta razón la bobina de trabajo consiste en a menudo muchas vueltas de alambre con sólo unos cuantos amperios o decenas de amperios que fluye. Potencia de calentamiento significativo se logra permitiendo subida de voltaje resonante a través de la bobina de trabajo en el arreglo resonante serie manteniendo la corriente a través de la bobina (y el inversor) a un nivel razonable.

Este arreglo se utiliza comúnmente en cosas como ollas arroceras donde el nivel de energía es bajo, y el inversor se encuentra junto al objeto a calentar. Los principales inconvenientes del arreglo resonante serie son que el inversor debe llevar la misma corriente que fluye en la bobina de trabajo. Además de esto el aumento de la tensión debido a la resonancia de serie puede llegar a ser muy pronunciado si no hay una pieza de trabajo significativamente tamaño presente en la bobina de trabajo para humedecer el circuito. Esto no es un problema en aplicaciones como arroceras donde la pieza de trabajo es siempre la misma olla, y sus propiedades son bien conocidas en el momento de diseñar el sistema.

El condensador de tanque normalmente está diseñado para un alto voltaje debido a la suba de resonante tensión experimentada en el circuito resonante de serie sintonizado. También debe llevar el ca completarried por el trabajo de la bobina, aunque por lo general no es un problema en aplicaciones de baja potencia.

Circuito tanque resonante paralelo

La bobina de trabajo se hace a resonar en la frecuencia de funcionamiento mediante un condensador en paralelo con lo previsto. Esto hace que la corriente a través de la bobina de trabajo ser sinusoidal. La resonancia paralela también aumenta la corriente a través de la bobina de trabajo, mucho más alta que la capacidad de corriente de salida del inversor solo. El inversor considera una corriente sinusoidal de la carga. Sin embargo, en este caso sólo tiene que llevar la parte de la corriente de carga que realmente trabajo real. El inversor no tiene que llevar la plena circulación de corriente en la bobina de trabajo. Esto es muy significativo ya que factores de potencia en aplicaciones de calentamiento por inducción son normalmente bajos. Esta propiedad del circuito resonante paralelo puede hacer una reducción de diez veces en la corriente que debe ser apoyada por el inversor y los cables que se conecta a la bobina de trabajo. Pérdidas de conducción son típicamente proporcionales a la corriente al cuadrado, por lo que una reducción de diez veces en la corriente de carga representa un importante ahorro en las pérdidas de conducción en el inversor y asociados cableado. Esto significa que la bobina de trabajo puede colocarse en un lugar remoto del inversor sin incurrir en grandes pérdidas en los cables de alimentación.

Bobinas de trabajo utilizando esta técnica a menudo consisten en sólo un par de vueltas de un conductor de cobre espesor pero con grandes corrientes de cientos o miles de amperios que fluye. (Esto es necesario para obtener el amperaje requerido se vuelve a hacer el calentamiento por inducción). Es común para todos pero el más pequeño de los sistemas de refrigeración por agua. Esto es necesario para eliminar el exceso de calor generado por el paso de la grande corriente a través de la bobina de trabajo y su condensador asociado tanque de alta frecuencia.

En el circuito del tanque resonante paralelo la bobina de trabajo puede ser considerada como una carga inductiva con un condensador de "corrección de factor de potencia" conectado a través de él. El condensador de PFC proporciona corriente reactiva igual y opuesta a la gran corriente inductiva dibujado por la bobina de trabajo. Lo importante a recordar es que esta enorme corriente se localiza a la bobina de trabajo y su condensador y representa simplemente la potencia reactiva chapotear y hacia atrás entre los dos. Por lo tanto el flujo sólo real actual del inversor es la relativamente pequeña cantidad necesaria para superar las pérdidas en el condensador "PFC" y la bobina de trabajo. Siempre hay algún tipo de pérdida en este circuito del tanque debido a la pérdida dieléctrica en el condensador y el efecto de la piel causando pérdidas resistivas en el serpentín del condensador y el trabajo. Por lo tanto una pequeña corriente procede siempre del inversor aún con ninguna pieza de trabajo actual. Cuando se inserta una pieza de trabajo con pérdidas en la bobina de trabajo, esto amortigua el circuito resonante paralelo al introducir una mayor pérdida en el sistema. Por lo tanto la corriente consumida por el circuito tanque resonante paralelo aumenta cuando una pieza de trabajo se introduce en la bobina.

Impedancias

O simplemente "Matching". Esto se refiere a la electrónica que se encuentra entre la fuente de alimentación de alta frecuencia y la bobina de trabajo que estamos utilizando para la calefacción. Con el fin de una pieza sólida de metal mediante el calentamiento por inducción de calor tenemos que causar un tremendo corriente fluyendo en la superficie del metal. Sin embargo esto puede compararse con el inversor que genera la energía de alta frecuencia. El inversor generalmente funciona mejor (y el diseño es algo más fácil) si funciona bastante alta tensión pero una corriente baja. (Por lo general son problemas en electrónica de potencia al intentar cambiar grandes corrientes y en muy corto tiempo.) Aumento de la tensión y la disminución de la corriente permiten común interruptor modo MOSFETs (o IGBTs rápidos) que se utilizarán. Las corrientes comparativamente bajas hacen el inversor menos sensible a cuestiones de diseño y callejero inductancia. Es el trabajo de la red que empareja y la bobina de trabajo para transformar el alto voltaje/bajo corriente del inversor a la baja tensión/alta-corriente necesaria para calentar la pieza de trabajo eficiente.

Podemos pensar en el circuito del tanque que incorpora la bobina de trabajo (Lw) y su condensador (Cw) como un circuito resonante paralelo. Esto tiene una resistencia (R) debido a la pieza de trabajo con pérdida junto a la bobina de trabajo debido al acoplamiento magnético entre los dos conductores. Ver el esquema opuesto.

En la práctica la resistencia del trabajo de la bobina, la resistencia del condensador tanque, y la resistencia reflejada de la pieza de trabajo todos introduce una pérdida en el circuito del tanque y húmedo de la resonancia. Por lo tanto es útil combinar todas estas pérdidas en un solo "resistencia de pérdida". En el caso de un circuito resonante paralelo esta resistencia pérdida aparece directamente en el circuito del tanque en nuestro modelo. Esta resistencia representa el único componente que puede consumir el poder real, y por lo tanto podemos pensar de esta resistencia de pérdida como la carga que estamos tratando de energía de la impulsión en de manera eficiente.

Cuando en resonancia la corriente consumida por el condensador del tanque y la bobina de trabajo son iguales en magnitude y contrario en fase y por lo tanto anulan mutuamente en cuanto se refiere a la fuente de alimentación. Esto significa que la carga sólo vista por la fuente de alimentación en la frecuencia de resonancia es la resistencia de pérdida en el circuito tanque. (Nota que, cuando por ambos lados de la frecuencia resonante, hay un componente de "fuera de fase" adicional a la corriente causada por cancelación incompleta de la corriente de la bobina de trabajo y la corriente del condensador de tanque. Esta corriente reactiva aumenta la magnitud total de la corriente absorbida de la fuente pero no contribuye a un calentamiento útil en la pieza de trabajo.)

El trabajo de la red de juego es simplemente transformar esta resistencia pérdida relativamente grande en el circuito del tanque hasta un valor menor que mejor se adapte al inversor intentar conducirlo. Hay muchas maneras diferentes para lograr esta transformación de impedancia incluyendo aprovechando la bobina de trabajo, utilizando un transformador de ferrita, un divisor capacitivo en lugar del condensador del tanque, o un circuito correspondiente como una red de L partido.

En el caso de una red de L partido puede transformar la resistencia de carga relativamente alta del circuito tanque hasta algo alrededor de 10 ohmios que mejor se adapte al inversor. Esta cifra es típica para permitir que el inversor ejecutar desde varios cientos voltios mientras que mantiene las corrientes hasta un nivel medio, de modo que los MOSFETs conmutada estándar pueden utilizarse para realizar la operación de conmutación. La red de L partido consta de componentes Lm y Cm se muestra opuesto.

La red de L partido tiene varias propiedades altamente deseables en esta aplicación. El inductor en la entrada a la red de L partido presenta una reactancia inductiva progresivamente creciente a todas las frecuencias superiores a la frecuencia de resonancia del circuito tanque. Esto es muy importante cuando la bobina de trabajo debe ser alimentada desde un inversor de la fuente de tensión que genera una salida de voltaje de squarewave. Aquí hay una explicación de por qué esto es así...

El voltaje de squarewave generado por circuitos más medio puente y puente completo es rico en armónicos de alta frecuencia, así como la frecuencia fundamental deseada. Conexión directa de una fuente de tensión a un circuito resonante paralelo causaría corrientes excesivas a fluir a los armónicos de la frecuencia de la unidad! Esto es porque el condensador del tanque en el circuito resonante paralelo presentaría una reactancia capacitiva progresivamente menor a frecuencias crecientes. Esto es potencialmente muy peligroso para un inversor de la fuente de tensión. Resulta en grandes espinas actuales en las transiciones de la conmutación como el inversor trata rápidamente cargar y descargar el condensador de tanque en bordes ascendente y descendente de la squarewave. La inclusión de la red de L partido entre el inversor y el circuito del tanque niega este problema. Ahora la salida del inversor ve la reactancia inductiva de Lm en la red que empareja primero, y todos los armónicos de la onda disco ve una impedancia inductiva gradualmente creciente. Esto significa los flujos actuales máxima en la frecuencia prevista sólo y poco los flujos actuales armónicos, haciendo que la carga del inversor actual en una forma de onda suave.

Finalmente, con afinación correcta la red L-partido es capaz de proporcionar una leve carga inductiva para el inversor. Esta corriente inversor ligeramente el revestimiento de la carga puede facilitar-cambio de voltaje cero (ZVS) de los MOSFETs en el puente del inversor. Esto reduce significativamente las pérdidas de conmutación encendido por capacitancia de salida del dispositivo en MOSFETs operado a altos voltajes. El resultado es menos calefacción en los semiconductores y mayor vida útil.

En Resumen, la inclusión de una red de L partido entre el inversor y el circuito del tanque resonante paralelo logra dos cosas.

1. Impedancia que empareja para que puede suministrar la cantidad necesaria de energía del inversor a la pieza de trabajo,
2. Presentación de una reactancia inductiva aumento a armónicos de alta frecuencia para mantener el inversor seguro y feliz.

Mirando el esquema anterior anteriormente podemos ver que el condensador en la red correspondiente (Cm) y el condensador de tanque (Cw) están en paralelo. En la práctica de estas funciones se logran generalmente por un capacitor de potencia solo propósito construido. La mayor parte de su capacitancia puede considerarse como en resonancia paralelo con la bobina de trabajo, con una pequeña cantidad de proporcionar la acción de impedancias con el inductor que empareja (Lm.) estos dos capacitancias para peinar en uno nos lleva a llegar en el modelo LCLR para el arreglo de la bobina de trabajo, que se utiliza comúnmente en la industria para calentamiento por inducción.

La bobina de trabajo LCLR

Este acuerdo incorpora un circuito resonante paralelo a la bobina de trabajo y utiliza la red de L partido entre el inversor y el circuito del tanque. La red que se utiliza para hacer el circuito tanque aparecen como una carga más conveniente para el inversor, y su derivación se discute en la sección anterior.

La bobina de trabajo LCLRtiene una serie de propiedades deseables:

1. Un enormes corrientes actuales en la bobina de trabajo, pero el inversor sólo tiene que suministrar una corriente baja. La gran circulación actual se limita a la bobina de trabajo y su condensador paralelo, que generalmente se encuentran muy cerca uno del otro.
2. Sólo comparativamente baja corriente fluye a lo largo de la línea de transmisión del convertidor para el circuito del tanque, así que esto puede usar cable de servicio ligero.
3. Cualquier inductancia callejero de la línea de transmisión simplemente pasa a formar parte de la inductancia de red correspondiente (Lm.) por lo tanto la estación de calor puede estar ubicada alejados del inversor.
4. El inversor considera una corriente sinusoidal de la carga para que puedan aprovechar de ZCS o ZVS para reducir las pérdidas de conmutación y por lo tanto ejecutar más fresco.
5. El inductor que empareja la serie puede ser modificado para atender a diferentes cargas dentro de la bobina de trabajo.
6. El circuito del tanque puede ser alimentado a través de varios inductores que empareja de muchos inversores para llegar a niveles de potencia por encima de las alcanzables con un solo inversor. Los inductores que empareja proporcionan intercambio inherente de la carga de corriente entre los inversores y también hacen el sistema tolerante para unir algunos mal en los instantes de conmutación de los inversores en paralelas.

Para obtener más información sobre el comportamiento de la red resonante LCLR ver la nueva sección a continuación con "LCLR red frecuencia respuesta."

Otra ventaja de la disposición de bobina de trabajo LCLR es que no requiere un transformador de alta frecuencia para proporcionar la función de impedancias. Capaces de manejar varios kilovatios de transformadores de ferrita son grandes, pesadas y bastante caro. Además de esto, el transformador debe refrigerarse para quitar el exceso de calor generado por las altas corrientes en sus conductores. La incorporación de la red de L-partido del trabajo LCLR bobina arreglo elimina la necesidad de un transformador para que coincida con el inversor a la bobina de trabajo, ahorro de costes y simplificar el diseño. Sin embargo, el diseñador debe apreciar que todavía puede requerir entre el inversor y la entrada para el arreglo de la bobina de trabajo LCLR un transformador de aislamiento de 1:1 si el aislamiento eléctrico es necesario de la red eléctrica. Esto depende si el aislamiento es importante, y si la fuente de alimentación principal en el calentador de inducción ya proporciona aislamiento eléctrico suficiente para cumplir estos requisitos de seguridad.

Esquema conceptual

La belows esquemático del sistema muestra el inversor más simple manejar su arreglo de bobina de trabajo LCLR.

Tenga en cuenta que este esquema no mostrará la electrónica de circuitos y el control de puerta-unidad MOSFET!

El inversor en este prototipo de demostración fue un simple medio puente consiste en dos MOSFETs de MTW14N50 hecho mi en-semiconductor (antes Motorola.) Se alimenta de un alisado DC fuente con disociación condensador a través de los carriles para apoyar las demandas de corriente AC del inversor. Sin embargo, debe cumplirse que la calidad y la regulación de la fuente de alimentación para aplicaciones de calefacción de inducción no es crítica. Red rectificado (pero no suavizado) de onda completa puede trabajar así como alisado y regulada DC cuando se trata de metal de la calefacción, pero las corrientes de pico son mayores para el mismo promedio de energía de la calefacción. Hay muchos argumentos para mantener el tamaño del condensador bus DC hasta un mínimo. En particular mejora el factor de potencia de corriente de la red eléctrica mediante un rectificador, y también minimiza la energía almacenada en caso de condiciones de falla en el inversor.

El condensador de bloqueo de DC se utiliza simplemente para detener el DC de salida del convertidor de medio puente de causando la corriente atraviesa la bobina de trabajo. Tiene un tamaño suficientemente grande que no participa en las impedancias y no afecta negativamente el funcionamiento de la disposición de bobina de trabajo LCLR.

En diseños de alta potencia es común utilizar un puente completo (puente H) de dispositivos de 4 o más conmutación. En estos diseños la inductancia que emparejan generalmente se divide igualmente entre las piernas de dos puente para que las formas de onda de voltaje de impulsión están equilibrados con respecto a tierra. El condensador de bloqueo de DC también puede eliminarse si control de modo actual se utiliza para asegurar que ningún DC red fluye entre las piernas del puente. (Si ambas piernas del H-puente pueden ser controlados de forma independiente entonces hay margen para controlar rendimiento de potencia con control de cambio de fase. Ver punto 6 de la sección sobre "Métodos de control de energía" para más detalles.)

En potencias mayores todavía es posible utilizar varios inversores independientes efectivamente conectados en paralelo para satisfacer las demandas de corriente de carga altas. Sin embargo, los inversores independientes no están vinculados directamente en paralelo en las terminales de salida de sus H-puentes. Cada uno de los inversores distribuidos está conectado a la bobina de trabajo remoto vía su propio par de inductores coincidentes que aseguran que la carga total se extiende uniformemente entre todos los inversores.

Estos inductores que empareja también proporcionan una serie de beneficios adicionales cuando los inversores están en paralelo de esta manera. En primer lugar, es igual a dos veces la impedancia entre cualquier dos salidas del inversorel valor de la inductancia que empareja. Esta impedancia inductiva limita la corriente de "disparar entre" que fluye entre inversores paralelas si sus instantes de conmutación no se sincronizan perfectamente. En segundo lugar, este misma reactancia inductiva entre inversores limita la tasa que culpa corriente aumenta si uno de los inversores exhibe un fallo, potencialmente eliminar más aparatos. Finalmente, puesto que todos los inversores distribuidos ya están conectados mediante inductores, cualquier inductancia adicional entre los inversores simplemente añada esta impedancia y sólo tiene el efecto de degradar un poco intercambio actual. Por lo tanto los inversores distribuidos para la calefacción de inducción no necesariamente necesitan ser situados físicamente cerca uno del otro. Si los transformadores de aislamiento están incluidos en los diseños, entonces no necesita ejecutar incluso desde la misma fuente de!

Tolerancia a fallos

El arreglo de la bobina de trabajo LCLR se porta muy bien bajo una variedad de condiciones de falla posible.

1. Bobina de trabajo de circuito abierto.
2. Corto circuito bobina, (o condensador de depósito.)
3. Vuelta en cortocircuito en la bobina de trabajo.
4. Condensador de tanque de circuito abierto.

Todas estas fallas resultan en un aumento de la impedancia se presenta para el inversor y por lo tanto una disminución correspondiente en la corriente del inversor. El autor ha utilizado personalmente un destornillador para cortocircuito entre vueltas de una bobina de trabajo llevando varios cientos amperios. A pesar de chispas en el lugar del cortocircuito aplicada, se reduce la carga del inversor y el sistema sobrevive este tratamiento con facilidad.

Lo peor que puede pasar es que el circuito del tanque se convierte desintonizado tal que su frecuencia resonante natural es justo por encima de la frecuencia de funcionamiento del inversor. La frecuencia de impulsión está todavía cerca de resonancia es todavía significativo flujo de corriente fuera del inversor. Pero el factor de potencia es reducido debido a la desintonización, y el inversor de corriente de carga comienza a llevar la tensión. Esta situación no es deseable porque la corriente de carga, vista por la dirección de cambios inversor antes de los cambios de voltaje aplicado. El resultado de esto es que corriente es fuerza-conmutación entre diodos de rueda libre y el MOSFET oposición cada vez que se enciende el MOSFET. Esto provoca una recuperación reversa forzada de los diodos de rueda libre mientras que ya llevan corriente directa significativa. Esto da lugar a una gran oleada actual a través del diodo y el MOSFET de oposición que se está convirtiendo en.

Mientras que no es un problema de rectificadores de rápida recuperación, esta recuperación forzada puede causar problemas si los diodos de MOSFETs intrínseca del cuerpo se utilizan para proporcionar la función del diodo de rueda libre. Estos grandes espinas actuales todavía representan un importante apagón y amenaza a la confiabilidad. Sin embargo, debe realizarse que un control adecuado del inversor frecuencia de funcionamiento debe asegurarse de que realiza un seguimiento de la frecuencia de resonancia del circuito tanque. Por lo tanto la condición de factor de potencia principal idealmente no surgiera y ciertamente no debe persistir durante cualquier período de tiempo. La frecuencia de resonancia debe ser rastreada hasta su límite, entonces el sistema apagado si ha vagado fuera de un rango de frecuencia aceptable.

Métodos de control de energía

A menudo es deseable para controlar la cantidad de energía procesada por un calentador de inducción. Esto determina la velocidad a que temperatura la energía se transfiere a la pieza de trabajo. El ajuste de la potencia de este tipo de calentador de inducción puede controlarse en un número de diferentes maneras:

1. Variando la tensión de enlace.

La potencia procesada por el inversor puede reducirse mediante la reducción de la tensión de alimentación del variador. Esto puede hacerse ejecutando el inversor de una fuente de voltaje variable DC como un rectificador controlado utilizando tiristores para variar la tensión de alimentación de DC derivada de la red eléctrica. La impedancia presentada al inversor es en gran parte constante con diferente nivel de potencia, por lo que el rendimiento de la potencia del inversor es aproximadamente proporcional al cuadrado de la tensión de alimentación. Variando la tensión de enlace permite un control total de la energía de 0% a 100%.

Sin embargo, cabe señalar que el rendimiento exacto de la potencia en kilovatios depende no sólo sobre la tensión de alimentación de DC del inversor, sino también de la impedancia de carga que la bobina de trabajo presenta al inversor a través de la red correspondiente. Por lo tanto, si se requiere control preciso de la energía se medirá la potencia de la calefacción de inducción real, en comparación con la solicitada "potencia" del operador y una señal de error alimentados a ajustar continuamente la tensión de enlace en forma de circuito cerrado para minimizar el error. Esto es necesario para mantener la potencia constante debido a la resistencia de la pieza de trabajo cambia considerablemente mientras se calienta para arriba. (Este argumento para control de circuito cerrado de energía también se aplica a todos los métodos que siguen a continuación).

2. Variando la proporción de deber de los dispositivos en el inversor.

La potencia procesada por el inversor puede reducirse al reducir el tiempo de los interruptores en el inversor. Poder proviene sólo a la bobina de trabajo en el momento en que los dispositivos estén encendidos. La corriente de carga se deja para rueda libre a través de los diodos de cuerpo de dispositivos durante la deadtime cuando ambos dispositivos están apagados. Variando la proporción de deber de los interruptores permite un control total de la energía de 0% a 100%. Sin embargo, una desventaja importante de este método es la conmutación de corrientes fuertes entre dispositivos activos y sus diodos de rueda libre. Forzado recuperación reversa de los diodos de rueda libre que puede ocurrir cuando la relación de trabajo se reduce considerablemente. Para este deber razón control de relación no se utiliza generalmente en inversores de calentamiento por inducción de alta potencia.

3. Variando la frecuencia de funcionamiento del inversor.

La energía suministrada por el inversor a la bobina de trabajo puede reducirse desintonización el inversor de la frecuencia resonante natural del circuito tanque incorporando la bobina de trabajo. Como la frecuencia de funcionamiento del inversor es alejada de la frecuencia resonante del circuito tanque, hay menos resonante aumento en el circuito del tanque, y la corriente en la bobina de trabajo disminuye. Por lo tanto menos circulación actual se induce en la pieza de trabajo y se reduce el efecto de calentamiento.

Con el fin de reducir el rendimiento de la energía, el inversor es desintonizado normalmente en la parte alta de la frecuencia resonante natural circuitos de tanque. Esto hace que la reactancia inductiva en la entrada del circuito correspondiente a ser cada vez más dominante a medida que aumenta la frecuencia. Por lo tanto la corriente consumida del inversor por la red correspondiente comienza a están en fase y disminuir en amplitud. Ambos de estos factores contribuyen a una reducción en el rendimiento de poder real. Además el factor de potencia de revestimiento garantiza que los dispositivos en el inversor sigue activa con cero voltaje a través de ellas, y no sin problemas de recuperación de diodo de rueda libre. (Esto puede compararse con la situación que se produciría si el inversor se desintoniza en la parte baja de la frecuencia resonante de la bobina de trabajo. ZVS se pierde y los diodos de rueda libre ver recuperación marcha forzada mientras circula corriente de carga significativa).

Este método de control de nivel de potencia de desintonización es muy simple, como calentadores de inducción la mayoría ya tienen control sobre la frecuencia de funcionamiento del inversor con el fin de atender a diferentes objetos y bobinas de trabajo. La desventaja es que sólo proporciona una gama limitada de control, ya que hay un límite que rapidez semiconductores de potencia se pueden hacer para cambiar. Esto es particularmente cierto en aplicaciones de alta potencia donde los dispositivos ya pueden ejecutarse cerca de velocidades máximas de conmutación. Sistemas de alta potencia usando este método de control de energía requieren un detallado análisis térmico de los resultados de las pérdidas diferentes niveles de potencia para temperaturas de dispositivo siempre mantendrán dentro de límites tolerables de conmutación.

Para obtener más información sobre el control de la alimentación por la desintonización ver la nueva sección a continuación con "LCLR red frecuencia respuesta."

4. Variando el valor del inductor en la red correspondiente.

La energía suministrada por el inversor a la bobina de trabajo puede variarse alterando el valor de los componentes de red correspondiente. La red de L partido entre el inversor y el circuito del tanque técnicamente consiste en un inductivo y capacitiva parte. Pero la parte capacitiva es en paralelo con el condensador de tanque de la bobina de trabajo y en la práctica son generalmente la misma parte. Por lo tanto la única parte de la red de juego que está disponible para ajustar es el inductor.

La red que es responsable de transformar la impedancia de carga de la workcoil a una impedancia de carga adecuado para ser conducida por el inversor. Alterar la inductancia de la coincidencia inductor ajusta el valor al que se traduce la impedancia de carga. En general, disminuir la inductancia de la coincidencia inductor hace que la impedancia de la bobina de trabajo a transformarse hacia una menor impedancia. Este menor impedancia de carga siendo presentada al inversor hace más poder para ser originario del inversor. Por el contrario, aumentar la inductancia de la coincidencia inductor provoca una mayor impedancia de carga ser presentado al inversor. Esta carga más ligera se traduce en un menor flujo de energía del inversor a la bobina de trabajo.

El grado de control de energía alcanzable alterando el inductor coincidente es moderado. Hay un también un cambio en la frecuencia de resonancia del sistema total - este es el precio a pagar para combinar la capacitancia de L partido y capacitancia del tanque en una unidad. La red de L partido esencialmente pide prestado algunos de la capacitancia del condensador tanque para realizar la operación correspondiente, dejando el circuito del tanque para resonar a una frecuencia más alta. Por esta razón el inductor coincidente es generalmente fija o ajustar en pasos gruesos para la pieza de trabajo previsto para calentarse, en lugar de proporcionar al usuario un ajuste de potencia totalmente ajustable.

5. Impedancia transformador.

La energía suministrada por el inversor a la bobina de trabajo puede variar en pasos gruesos utilizando un transformador de potencia de RF bsicos para realizar conversión de cuerpo. Aunque la mayor parte de los beneficios del acuerdo LCLR está en la eliminación de un transformador de ferrita voluminosos y caros, pueden atender a grandes cambios en los parámetros del sistema de manera que no es dependiente de la frecuencia. El transformador de ferrita también puede proporcionar aislamiento eléctrico así como realizar el servicio de transformación de impedancia para ajustar el rendimiento de la energía.

Además si el transformador de ferrita se coloca entre la salida del inversor y la entrada al circuito L-partido se relajan sus restricciones de diseño de muchas maneras. En primer lugar, ubicar el transformador en esta posición significa las impedancias en ambos devanados son relativamente altas. es decir, hijo altos voltajes y corrientes son pequeñas comparitively. Es más fácil diseñar un transformador convencional de ferrita para estas condiciones. La circulación masiva corriente en la bobina de trabajo se mantiene fuera del reducción de problemas de enfriamiento del transformador de la ferrita. En segundo lugar, aunque el transformador ve la tensión de salida de onda cuadrada del inversor, es bobinados llevan corrientes hijo sinusoidales. La falta de "" armónicos "" de alta frecuencia reducir la calefacción en el transformador debido al efecto de piel y efecto de proximidad en los conductores.

Finalmente el diseño del transformador debe ser optimizado para inter-winding mínima capacidad y buen aislamiento a expensas de la inductancia de fuga creciente. La razón de esto es cualquier inductancia de fuga exhibida por un transformador ubicado en esta posición sólo se agrega a la inductancia coincidente en la entrada al circuito L-partido. Por lo tanto no es inductancia de fugas en el transformador como perjudicial para el rendimiento como la capacidad de inter-winding.

6. Control de puente H en desplazamiento de fase.

Cuando la bobina de trabajo es conducida por un inversor de (puente H) alimentados con tensión de puente completo todavía hay otro método para lograr el control de la energía. Si los instantes de conmutación de ambas piernas de puente pueden ser controlados de forma independiente entonces se abre la posibilidad de rendimiento de energía controla ajustando el desplazamiento de fase entre las piernas del dos puente.

Cuando ambos puente interruptor piernas exactamente en fase, el mismo voltaje de la salida. Esto significa que no haya tensión en toda la

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