Détails de base du chauffage d'Induction haute fréquence

Introduction

Chauffage par induction est un procédé de chauffage sans contact. Il utilise l'électricité haute fréquence aux matériaux de chaleur qui sont conducteurs d'électricité. Puisqu'il est sans contact, le processus de chauffage ne contamine pas le matériau à chauffer. Il est également très efficace car la chaleur est en fait générée à l'intérieur de la pièce. Cela peut être comparée avec d'autres méthodes où la chaleur est générée dans une flamme de chauffage ou de l'élément chauffant, qui est ensuite appliqué à la pièce. Pour ces raisons Induction chauffage se prête à certaines applications uniques dans l'industrie.

Comment fonctionne le chauffage d'Induction ?

Une source d'énergie haute fréquence est utilisée pour exciter un grand courant alternatif dans un serpentin. Cette bobine est connue comme la bobine de travail. Voir la photo ci-contre. Le passage d'un courant à travers cette bobine génère un champ magnétique très intense et rapide évolution dans l'espace au sein de la bobine de travail. La pièce à chauffer est placée dans ce champs magnétique intense. Selon la nature de la matière de la pièce, un certain nombre de choses se produire...

Le champ magnétique alternatif induit un courant dans la pièce conductrice. L'arrangement de l'enroulement de travail et la pièce peut être considéré comme un transformateur électrique. La bobine de travail ressemble à la primaire où l'énergie électrique est alimenté en, et la pièce ressemble à un seul tour secondaire qui est court-circuité. Cela provoque d'énormes courants de circuler à travers la pièce. Ils sont appelés courants de Foucault. En outre, la haute fréquence utilisée dans les applications de chauffage par induction donne lieu à un phénomène appelé effet de peau. Cet effet de peau oblige le courant alternatif à couler en fine couche sur la surface de la pièce. L'effet de la peau augmente la résistance effective du métal pour le passage du grand courant. Par conséquent, il augmente considérablement l'effet thermique provoquée par le courant induit dans la pièce.

(Bien que le chauffage en raison de courants de Foucault est souhaitable dans cette application, il est intéressant de noter que les fabricants de transformateur font de grands efforts pour éviter ce phénomène dans les transformateurs. Noyaux de transformateur feuilleté, noyaux de fer en poudre et ferrites sont utilisés pour empêcher les courants de Foucault de s'écouler à l'intérieur des noyaux de transformateur. À l'intérieur d'un transformateur le passage des courants de Foucault est hautement indésirable car elle provoque un échauffement du noyau magnétique et représente le pouvoir qui est perdu.)

Et pour les ferreux métaux ?

Pour les métaux ferreux comme le fer et certains types d'acier, il y a un mécanisme de chauffage additionnel qui se déroule en même temps que les courants de Foucault mentionnés ci-dessus. Le champ magnétique alternatif intense à l'intérieur de la bobine de travail magnétise et de-magnetises les cristaux de fer à plusieurs reprises. Ce retournement rapide des domaines magnétiques provoque des frictions considérables et chauffage à l'intérieur du matériau. Chauffage en raison de ce mécanisme est connu comme la perte de l'hystérésis et est le plus important pour les matériaux qui ont une grande surface à l'intérieur de leur courbe de B-H. Cela peut être un grand facteur contribuant à la chaleur produite pendant le chauffage par induction, mais s'effectue seulement à l'intérieur des matériaux ferreux. C'est pourquoi les matériaux ferreux se prêtent plus facilement à chauffage par induction que les matériaux non ferreux.

Il est intéressant de noter que l'acier perd ses propriétés magnétiques lorsqu'il est chauffé au-dessus de 700 ° c environ. Cette température est appelée la température de Curie. Cela signifie qu'il n'y pas de chauffage de la matière en raison de pertes d'hystérésis au-dessus de 700 ° C. Toute surchauffage du matériau doit être due à des courants de Foucault induits seuls. Cela rend l'acier chauffage au-dessus de 700 ° C plus d'un défi pour les systèmes de chauffage par induction. Le fait que le cuivre et l'Aluminium sont des conducteurs électriques non magnétiques et de très bonnes, peut aussi rendre ces matériaux un défi pour chauffer efficacement. (Nous verrons que le meilleur plan d'action de ces matériaux est à la hausse de la fréquence pour exagérer les pertes dues à l'effet de peau).

À quoi sert l'Induction chauffage pour ?

Chauffage par induction peut être utilisée pour n'importe quelle application où nous voulons un matériau conducteur de chaleur d'une façon propre, efficace et contrôlée.

Une des applications plus courantes est pour sceller les joints anti-sabotage bloqués au sommet des bouteilles de boissons et de la médecine. Un opercule recouvert de « colle hot-melt » est inséré dans le capuchon en plastique et vissé sur le dessus de chaque bouteille pendant la fabrication. Ces joints sont chauffés puis rapidement comme les bouteilles passent sous un chauffage par induction sur la ligne de production une feuille. La chaleur fait fondre la colle et scelle le papier d'aluminium sur le dessus de la bouteille. Lorsque le bouchon est retiré, le papier reste fournissant un joint étanche et empêcher toute falsification ou la contamination du contenu de la bouteille jusqu'à ce que le client perce le papier d'aluminium.

p style = "text-tiret : 0px;"> Une autre application courante est le « tir de l'accesseur Get » pour enlever la contamination des tubes évacués, tels que TV tubes cathodiques, tubes à vide et diverses lampes à décharge de gaz. Un anneau de matériau conducteur appelé un « getter » est placé à l'intérieur du récipient en verre sous vide. Étant donné que le chauffage par induction est un procédé sans contact, qu'il peut être utilisé pour chauffer l'accesseur Get qui est déjà scellé à l'intérieur d'un navire. Un inducteur de travail est situé à proximité de l'accesseur Get à l'extérieur du tube et la source est activée. Quelques secondes de démarrage du chauffage par induction, l'accesseur get est chauffée chauffé à blanc et les produits chimiques dans son revêtement de réagir avec n'importe quel gaz dans le vide. Il en résulte que l'accesseur Get absorbe toute dernières traces restantes du gaz à l'intérieur du tube à vide et augmente la pureté du vide.

Encore une autre application courante pour le chauffage par induction est un procédé appelé purification de Zone utilisée dans l'industrie de fabrication des semi-conducteurs. Il s'agit d'un processus dans lequel le silicium est purifiée au moyen d'une zone de déplacement de matière en fusion. Une recherche sur Internet est de veiller à mettre en place plus de détails sur ce processus que je connais peu de choses.

D'autres applications comprennent la fusion, soudage et brasage ou métaux. Cuisson induction et cuiseurs à riz. Durcissement des munitions en métal, dents d'engrenage, scie à lames et arbres de transmission, etc. sont également des applications communes parce que le processus d'induction chauffe la surface du métal très rapidement. Par conséquent, il peut être utilisé pour surface de durcissement et le durcissement des zones localisées de pièces métalliques par la « police » la conduction thermique de chaleur plus profondément dans la partie ou aux environs. La nature sans contact d'induction chauffage aussi signifie qu'il peut être utilisé à des matériaux de la chaleur dans des applications analytiques sans risque de contamination de l'échantillon. Similiarly, métal, instruments médicaux peuvent être stérilisés en les chauffant à une température élevée, alors qu'ils sont encore scellés à l'intérieur d'un environnement stérile connu, afin de tuer les germes.

Ce qui est nécessaire pour le chauffage d'Induction ?

En théorie seulement 3 choses sont essentielles pour mettre en oeuvre un chauffage par induction :

1. Une source d'alimentation électrique de haute fréquence,
2. Une bobine de travail pour générer le champ magnétique alternatif,
3. Une pièce conductrice à chauffer,

Cela dit, les systèmes de chauffage pratiques induction sont généralement un peu plus complexes. Par exemple, un réseau d'adaptation d'impédance est souvent requis entre la source de haute fréquence et de la bobine de travail afin d'assurer le transfert de la bonne puissance. Systèmes de refroidissement de l'eau sont également fréquents dans les chauffages induction haute puissance pour enlever la chaleur résiduelle de la bobine du travail, de son réseau de correspondant et de l'électronique de puissance. Enfin une électronique de contrôle est généralement utilisée pour contrôler l'intensité de l'action de chauffage et le temps du cycle de chauffage pour garantir des résultats cohérents. L'électronique de commande protège aussi le système ne soit endommagé par un certain nombre de conditions d'exploitation défavorables. Toutefois, le principe de fonctionnement d'un chauffage par induction reste identique à celui décrit plus haut.

Mise en œuvre pratique

Dans la pratique la bobine de travail est généralement incorporée dans un circuit résonnant de réservoir. Cela a un certain nombre d'avantages. Tout d'abord, il rend le courant ou la forme d'onde de tension deviennent sinusoïdale. Cela minimise les pertes de l'onduleur en lui permettant de bénéficier de commutation de tension-zéro ou zéro-courant-commutation selon l'arrangement exact choisi. Aussi, la forme d'onde sinusoïdale à l'enroulement de travail représente un signal plus pur et provoque moins d'interférences Radio fréquence pour les équipements à proximité. Ce point plus tard devient très important dans les systèmes de forte puissants. Nous verrons qu'il existe un certain nombre de régimes de résonance que le concepteur d'un chauffage par induction peut choisir pour les bobines de travail :

Circuit résonant réservoir série

La bobine de travail faite pour résonner à la fréquence de fonctionnement prévue au moyen d'un condensateur placé en série avec elle. Cela provoque le courant dans la bobine du travail d'être sinusoïdale. La résonance série augmente également la tension sur le serpentin du travail, nettement supérieur à la tension de sortie de l'onduleur seul. L'onduleur voit un courant de charge sinusoïdale, mais il doit transporter le plein courant qui circule dans le serpentin de travail. Pour cette raison la bobine de travail se compose souvent de nombreux tours de fil avec seulement quelques ampères ou dizaines d'ampères qui coule. Puissance de chauffe importante est obtenu en élévation de tension résonnant sur le serpentin du travail dans l'arrangement résonant série tout en gardant le courant dans la bobine (et l'onduleur) à un niveau raisonnable.

Cet arrangement est couramment utilisé dans des choses comme les cuiseurs à riz où le niveau de puissance est faible, et l'inverseur est situé à côté de l'objet à chauffer. Les principaux inconvénients de l'arrangement de résonance série sont que l'onduleur doit porter le même courant qui circule dans le serpentin de travail. De plus, l'élévation de tension en raison de la résonance série peut devenir très prononcée s'il n'y a pas une pièce de taille nettement présente dans la bobine du travail de l'humidité du circuit. Ce n'est pas un problème dans les applications comme les cuiseurs à riz où la pièce est toujours le même récipient, et ses propriétés sont bien connues au moment de la conception du système.

Le condensateur réservoir est généralement évalué pour une haute tension à cause de l'élévation de tension résonnant expérimentée dans le circuit résonnant série à l'écoute. Il doit aussi porter l'autorité de certification complet actuellebobine de rried par le travail, même si ce n'est généralement pas un problème dans les applications de faible puissance.

Circuit résonnant de résonance parallèle

La bobine de travail faite pour résonner à la destinée, fréquence de fonctionnement au moyen d'un condensateur placé en parallèle avec elle. Cela provoque le courant dans la bobine du travail d'être sinusoïdale. La résonance parallèle amplifie également le courant traversant la bobine de travail, beaucoup plus élevé que la capacité de courant de sortie de l'onduleur seul. L'onduleur voit un courant de charge sinusoïdal. Toutefois, dans ce cas il seulement doit la partie du courant charge qui effectivement fonctionne réel. L'onduleur n'a pas à effectuer le plein courant dans la bobine du travail de circulation. C'est très important, puisque les facteurs de puissance dans les applications de chauffage par induction sont généralement faibles. Cette propriété du circuit résonnant parallèle peut faire une réduction de dix fois dans le courant qui doit être soutenu par l'onduleur et les fils à brancher sur la bobine de travail. Les pertes de conduction sont généralement proportionnelles au courant au carré, donc une réduction de dix fois dans le courant de charge représente une économie significative des pertes de conduction dans l'onduleur et associés de câblage. Cela signifie que la bobine de travail peut être placée à un endroit éloigné de l'onduleur sans encourir des pertes massives dans les fils d'alimentation.

Bobines de travail à l'aide de cette technique souvent composent de seulement quelques tours d'un fil de cuivre épais, mais avec des courants importants de plusieurs centaines ou milliers d'ampères qui coule. (Ceci est nécessaire pour obtenir l'intensité requise se transforme pour faire du chauffage par induction). L'eau de refroidissement est commun pour tous, mais le plus petit des systèmes. Ceci est nécessaire pour enlever l'excès de chaleur générée par le passage de la grande haute fréquence courant dans la bobine de le œuvre et son condensateur réservoir associé.

Dans le circuit de réservoir de résonance parallèle la bobine de travail peut être considérée comme une charge inductive avec « power factor correction » condensateur connecté à travers elle. Le condensateur de PFC fournit réactif courant égale et opposée le grand courant inductif dessiné par la bobine de travail. L'essentiel à retenir est que ce grand courant est localisé à l'enroulement de travail et son condensateur et représente simplement la puissance réactive ballottement arrière-et-vient entre les deux. Le seul véritable courant flux de l'onduleur est donc le montant relativement faible pour surmonter les pertes dans le condensateur « PFC » et la bobine de travail. Il y a toujours des pertes dans le circuit du réservoir en raison de pertes diélectriques dans le condensateur et l'effet de peau qui entraînent des pertes résistives dans le serpentin du condensateur et de travail. Donc un courant faible est toujours tiré de l'onduleur, même avec aucune pièce actuelle. Lorsqu'une pièce avec perte est insérée dans la bobine de travail, il amortit le circuit résonnant parallèle en introduisant une nouvelle perte dans le système. Par conséquent, le courant consommé par le circuit parallèle réservoir résonnant augmente quand une pièce est entrée dans la bobine.

Adaptation d'impédance

Ou tout simplement « Matching ». Il s'agit de l'électronique qui se trouve entre la source d'énergie de haute fréquence et de la bobine du travail que nous utilisons pour le chauffage. Afin de chauffer une pièce en métal par chauffage par induction, nous avons besoin de provoquer un courant d'énormes s'écouler à la surface du métal. Toutefois, cela peut être comparée avec l'onduleur qui génère la puissance haute fréquence. L'onduleur fonctionne généralement mieux (et le design est un peu plus facile) si il fonctionne sur une tension relativement élevée mais une faible courant. (Généralement problèmes sont rencontrés en électronique de puissance lorsque nous essayons de commuter des courants importants sur et en dehors dans des temps très courts.) Augmentation de la tension et la diminution du courant permettent commune interrupteur mode MOSFET (ou fast IGBT) à utiliser. Les courants relativement faibles font l'onduleur moins sensibles aux questions de mise en page et l'inductance parasite. C'est le travail du réseau correspondant et la bobine de travail se transformer de la haute-tension/faible courant de l'onduleur à la basse-tension/haute-courant nécessaire pour chauffer la pièce à travailler efficacement.

Nous pouvons penser le circuit résonnant incorporant la bobine de travail (Lw) et son condensateur (Cw) comme un circuit résonnant parallèle. Il a une résistance (R) en raison de la pièce avec perte couplée dans la bobine de travail en raison du couplage magnétique entre les deux conducteurs. Voir le schéma ci-contre.

Dans la pratique la résistance de l'ouvrage en spirale, la résistance du condensateur réservoir, et la résistance réfléchie de la pièce tout introduire une perte dans le circuit résonnant et humide de la résonance. C'est pourquoi il est utile de combiner toutes ces pertes en un seul « résistance de perte ». Dans le cas d'un circuit résonnant parallèle cette résistance de perte s'affiche directement dans le circuit résonnant dans notre modèle. Cette résistance représente le seul composant qui peut consommer la puissance réelle, et donc nous pouvons penser de cette résistance de perte comme la charge que nous essayons de puissance d'entraînement en de manière efficace.

Quand il est piloté à la résonance le courant consommé par le condensateur de réservoir et la bobine de travail correspondent à magnitude et opposé en phase et par conséquent annulent pour ce qui est la source d'énergie est. Cela signifie que la seule charge vue par la source de courant à la fréquence de résonance est la résistance de perte dans le circuit résonnant. (Notez que, lorsque la conduite de part et d'autre de la fréquence de résonance, il y a une composante « hors phase » supplémentaire du courant provoquée par l'annulation incomplète du courant de bobine de travail et le courant de condensateur réservoir. Ce courant réactif augmente l'ampleur totale du courant étant demandée par la source, mais ne contribue pas à tout système de chauffage utile dans la pièce.)

Le travail du réseau correspondant est simplement de transformer cette résistance relativement grande perte sur le circuit du réservoir jusqu'à une valeur inférieure qui convient mieux à l'onduleur, tenter de le conduire. Il y a différentes manières de réaliser cette transformation d'impédance y compris tapant la bobine de travail, à l'aide d'un transformateur de ferrite, un diviseur capacitif de remplacer le condensateur de réservoir ou d'un circuit correspondant tel qu'un réseau L-match.

Dans le cas d'un réseau de L-match, elle peut transformer la résistance de charge relativement élevée du circuit réservoir vers le bas pour quelque chose autour de 10 ohms qui convient le mieux à l'onduleur. Ce chiffre est typique pour permettre l'onduleur à courir, à quelques centaines de volts, tout en gardant des courants jusqu'à un niveau moyen, afin que les MOSFET à découpage standard peuvent être utilisés pour exécuter l'opération de commutation. Le réseau L-match se compose de composants Lm et Cm ci-contre.

Le réseau L-match possède plusieurs propriétés hautement souhaitables dans cette application. L'inducteur à l'entrée dans le réseau L-match présente une réactance inductive progressivement croissante à toutes les fréquences supérieures à la fréquence de résonance du circuit réservoir. C'est très important lorsque la bobine de travail doit être alimentée par un onduleur de tension-source qui génère une tension de sortie de carrés. Voici une explication de pourquoi c'est ainsi...

La tension de carrés générée par les circuits plus demi-pont et pont complet est riche en harmoniques de haute fréquence ainsi que la fréquence fondamentale recherchée. La connexion directe d'une telle source de tension d'un circuit résonnant parallèle provoquerait des courants excessifs à couler à toutes les harmoniques de la fréquence d'entraînement ! C'est parce que le condensateur de réservoir dans le circuit résonnant parallèle présenterait une réactance capacitive progressivement inférieure à l'augmentation des fréquences. C'est potentiellement très dommageable à un onduleur de tension-source. Il en résulte en gros épis actuels à des transitions de commutation comme l'onduleur tente de charger et de décharger le condensateur réservoir sur les fronts montants et descendants des bords de la carrés rapidement. L'inclusion du réseau L-match entre l'onduleur et le circuit résonnant nie ce problème. La sortie de l'onduleur voit maintenant la réactance inductive de Lm dans le réseau de correspondant tout d'abord, et toutes les harmoniques de l'onde en voiture voir une impédance inductive progressivement croissante. Cela signifie que les flux courant maximale à la fréquence envisagée seulement et peu harmoniques flux actuels, rendant la charge de l'onduleur actuel dans une forme d'onde lisse.

Enfin, avec un réglage correct, le réseau de L-match est en mesure de fournir une charge inductive légère à l'onduleur. Ce légèrement en retard onduleur charge courant peut faciliter-commutation de tension zéro (ZVS) des MOSFET dans le pont de l'onduleur. Cela réduit considérablement les pertes de commutation mise sous tension en raison de la capacité de sortie périphérique à MOSFET fonctionné à des tensions élevées. Le résultat global est inférieur de chauffage dans les semi-conducteurs et la durée de vie accrue.

En résumé, l'inclusion d'un réseau de L-match entre l'onduleur et le circuit de réservoir de résonance parallèle permet d'obtenir deux choses.

1. Impédance correspondant de sorte que la quantité nécessaire de pouvoir peut être fournie par l'onduleur à la pièce,
2. Présentation d'une réactance inductive montante aux harmoniques de haute fréquence pour garder l'onduleur sûr et heureux.

Dans le schéma précédent ci-dessus nous pouvez voir que le condensateur dans le réseau de correspondant (Cm) et le condensateur réservoir (Cw) sont à la fois en parallèle. Dans la pratique, ces deux fonctions sont habituellement accomplis par un condensateur de puissance unique spécialement conçu. La plus grande partie de sa capacité peut être considéré comme étant en résonance parallèle avec la bobine de travail, avec une petite quantité fournissant l'action d'adaptation d'impédance avec l'inducteur correspondant (Lm.) ces deux capacités de peignage en un seul conduit à arriver à la modèle de LCLR pour l'arrangement de bobine de travail, qui est couramment utilisé dans l'industrie du chauffage par induction.

La bobine de travail LCLR

Cette disposition incorpore un circuit résonnant parallèle de la bobine de travail et utilise le réseau L-match entre le circuit de réservoir et de l'onduleur. Le réseau correspondant est utilisé pour afficher le circuit résonnant comme une charge plus appropriée à l'onduleur, et sa dérivation est discutée dans la section ci-dessus.

La bobine de travail LCLRa un certain nombre de propriétés souhaitables :

1. Un énorme flux courant dans la bobine de travail, mais l'onduleur doit seulement fournir un courant faible. Le courant de circulation grande se limite à l'enroulement de travail et son condensateur parallèle, qui sont généralement situés très proches entre eux.
2. Seulement relativement faibles flux actuels le long de la ligne de transmission de l'onduleur au circuit de réservoir, donc cela peut utiliser le câble droit pour allume-cigare.
3. Toute inductance parasite de la ligne de transmission devient tout simplement partie de l'inductance de réseau correspondant (Lm.) donc la station thermique peut être éloignée de l'onduleur.
4. L'onduleur voit une charge sinusoïdale actuelle auxquels il peut bénéficier de ZCS ou ZVS à réduire ses pertes de commutation et donc exécuter refroidisseur.
5. L'inductance correspondant de série peut être modifiée pour répondre aux différentes charges placées à l'intérieur de la bobine de travail.
6. Le circuit du réservoir peut être alimenté via plusieurs inducteurs correspondants de nombreux onduleurs pour atteindre des niveaux de puissance au-dessus de ces réalisables avec un seul onduleur. Les inducteurs correspondants fournissent inhérente de partage de la charge actuelle entre les onduleurs et également de rendre le système tolérant aux quelques asymétries dans les instants de commutation des onduleurs parallèles.

Pour plus d'informations sur le comportement du réseau résonant LCLR Voir le nouvel article ci-dessous étiqueté « LCLR réseau fréquence réponse. »

Un autre avantage de l'arrangement de bobine LCLR travail est qu'il ne nécessite pas de transformateur haute fréquence pour stimuler la fonction d'adaptation d'impédance. Transformateurs de ferrite capables de gérer plusieurs kilowatts sont grandes, lourdes et assez cher. En outre, le transformateur doit être refroidi pour enlever l'excès de chaleur générée par les forts courants circulant dans ses chefs. L'incorporation du réseau L-match dans les travaux LCLR en spirale arrangement élimine la nécessité d'un transformateur pour correspondre à l'onduleur à la bobine du travail, épargner des coûts et en simplifiant la conception. Toutefois, le concepteur devrait s'apprécier qu'un transformateur d'isolement 1:1 peut être encore nécessaire entre l'onduleur et l'entrée à l'arrangement de bobine de travail LCLR s'il faut une isolation électrique de l'alimentation électrique. Cela dépend si l'isolement est important, et si le bloc d'alimentation principale dans le chauffage par induction fournit déjà une isolation électrique suffisante pour répondre à ces exigences de sécurité.

Schéma conceptuel

Le belows schématique du système montre l'onduleur plus simple conduite son arrangement de bobine de travail LCLR.

Notez que ce schéma ne montre pas le MOSFET ouvre-portail circuits et contrôle électronique !

L'onduleur dans ce prototype de démonstration était un demi-pont simple consistant en deux MOSFET MTW14N50 fait mon sur-semiconductor (anciennement Motorola.) Il est alimenté par un contrôleur de domaine lissée avec condensateur le découplage entre les rails à l'appui de la demande actuelle de l'AC de l'onduleur. Toutefois, il devrait se rendre compte que la qualité et la régulation de l'alimentation pour les applications de chauffage par induction n'est pas critique. Pleine onde rectifiée (mais un-smoothed) secteur peut fonctionner ainsi que DC lissée et réglementé quand il s'agit de chauffer le métal, mais les courants sont plus élevés pour la même moyenne de puissance de chauffage. Il y a beaucoup d'arguments pour maintenir la taille du condensateur DC bus jusqu'à un minimum. En particulier, il améliore le facteur de puissance du courant tiré de l'alimentation électrique via un redresseur, et aussi, il minimise l'énergie accumulée en cas de fonctionnement anormal au sein de l'onduleur.

Le condensateur DC-blocage permet simplement d'arrêter le DC en sortie de l'onduleur demi-pont de causer le flux de courant dans la bobine de travail. Il est de taille suffisamment importante qu'elle ne participe pas à l'adaptation d'impédance et n'affecte pas négativement le fonctionnement de l'arrangement de bobine de travail LCLR.

Dans les conceptions de puissance élevée, il est courant d'utiliser un pont complet (pont en H) des dispositifs de commutation plus ou 4. Dans ces dessins l'inductance correspondant est généralement répartie à parts égales entre les jambes de deux pont afin que les formes d'onde de la tension en voiture sont symétriques par rapport à la terre. Le condensateur DC-blocage aussi peut être éliminé que si le contrôle de la mode actuelle est utilisé pour garantir qu'aucun net DC ne circule entre les jambes de pont. (Si les deux jambes du H-bridge peuvent être contrôlées indépendamment puis y prévoir contrôle débit d'alimentation à l'aide du contrôle de déphasage. Voir point 6 dans la section ci-dessous sur les "Méthodes de contrôle de puissance » pour plus de détails.)

À toujours des grossissements plus importants, il est possible d'utiliser plusieurs onduleurs séparés efficacement raccordés en parallèle pour répondre aux demandes de courant élevés. Toutefois, les onduleurs distincts ne sont pas directement liés en parallèle aux bornes de sortie de leurs ponts-H. Chacun des onduleurs distribués est reliée à la bobine de travail à distance par l'intermédiaire de sa propre paire d'inducteurs correspondants qui assurent que la charge totale est répartie uniformément entre tous les onduleurs.

Ces inducteurs correspondants fournissent également un certain nombre d'avantages supplémentaires lorsque les onduleurs sont en parallèle de cette façon. Tout d'abord, l'impédance entre les deux sorties de l'onduleur est égal à deux foisla valeur de l'inductance correspondant. Cette impédance inductive limite le courant « tirer entre » qui s'écoule entre onduleurs parallèles si leurs instants de commutation ne sont pas parfaitement synchronisées. Deuxièmement, cette même réactance inductive entre onduleurs limite le taux dont fautif courant augmente si l'un des onduleurs présente une défaillance du dispositif, potentiellement éliminer défaillance d'autres appareils. Enfin, étant donné que tous les onduleurs distribués sont déjà connectés via des inductances, toute inductance supplémentaire entre les onduleurs ne fait qu'ajoute à cette impédance et n'a pour effet de dégrader un peu le partage actuel. C'est pourquoi les onduleurs distribués pour le chauffage par induction ne doivent pas nécessairement être situés physiquement à proximité de l'autre. Si les transformateurs d'isolement sont inclus dans les dessins, alors ils ne doivent pas même fonctionner de la même source d'alimentation !

Tolérance aux pannes

L'arrangement de bobine LCLR travail est très bien comporté dans une variété de conditions d'erreur possibles.

1. Bobine de circuit ouvert de travail.
2. Court circuit travail bobine (ou condensateur réservoir.)
3. Tour de court-circuit dans la bobine de travail.
4. Condensateur de circuit ouvert de réservoir.

Tous ces échecs résultent en une augmentation de l'impédance étant présenté à l'onduleur et, par conséquent, une baisse correspondante dans le courant de l'onduleur. L'auteur a personnellement utilisé un tournevis pour court-circuit entre spires d'une bobine de travail transportant plusieurs centaines amplis. Malgré les étincelles à l'endroit où le court-circuit appliquée, la charge sur l'onduleur est réduite et le système survit à ce traitement en toute simplicité.

La pire chose qui puisse arriver est que le circuit résonnant devient désaccordé telle que sa fréquence de résonance naturelle est juste au-dessus de la fréquence de fonctionnement de l'onduleur. Étant donné que la fréquence d'entraînement est toujours proche de résonance il y a toujours d'actualite courant hors de l'onduleur. Mais le facteur de puissance est réduit en raison du désaccord, et le convertisseur de courant de charge commence à conduire la tension. Cette situation n'est pas souhaitable car le courant de charge vu par l'onduleur change de direction avant les modifications de la tension appliquée. Le résultat de ceci est que courant est force-commutated entre les diodes de roue libre et le MOSFET adverse chaque fois que le MOSFET est en marche. Cela provoque un recouvrement forcé inverse des diodes roue libre alors qu'ils exercent déjà courant significatif. Cela se traduit dans un grand élan actuel via la diode et le MOSFET adverse qui tourne sur.

Tandis que pas un problème pour les redresseurs spécial de récupération rapide, ce recouvrement forcé peut causer des problèmes si les diodes de corps intrinsèque des MOSFETs sont utilisés pour fournir la fonction diode de roue libre. Ces grandes pointes actuelles constituent encore une importante perte de puissance et de la menace pour la fiabilité. Toutefois, il devrait se rendre compte qu'un contrôle adéquat de l'inverseur de fréquence de fonctionnement devrait s'assurer qu'il suit la fréquence de résonance du circuit réservoir. Donc la condition de facteur de puissance principaux devrait idéalement pas et ne devrait certainement pas persister pendant un certain temps. La fréquence de résonance doit être suivie jusqu'à sa limite, puis le système de fermeture si elle a erré en dehors d'une plage de fréquence acceptable.

Méthodes de contrôle de puissance

Il est souvent souhaitable de contrôler la quantité d'énergie traitée par un chauffage par induction. Ceci détermine la vitesse à laquelle chaleur énergie est transmise à la pièce. Le réglage de la puissance de ce type de chauffage par induction peut être contrôlé dans un certain nombre de différentes manières :

1. Varier la tension du lien.

La puissance traitée par l'onduleur peut être diminuée en réduisant la tension d'alimentation de l'onduleur. Ceci est possible en reliant une source de tension variable DC comme un redresseur contrôlé à l'aide de thyristors pour faire varier la tension d'alimentation DC provenant de l'alimentation de l'onduleur. L'impédance présentée à l'onduleur est en grande partie constante avec niveau de puissance variable, donc le débit d'alimentation de l'onduleur est plus ou moins proportionnel au carré de la tension d'alimentation. Varier la tension du lien permet un contrôle total de la puissance de 0 % à 100 %.

Toutefois, il convient de noter que le débit de puissance exacte en kilowatts repose non seulement sur la tension d'alimentation CC à l'onduleur, mais aussi sur l'impédance de charge que la bobine de travail présente à l'onduleur via le réseau de correspondant. Donc si le contrôle de la puissance précise est nécessaire l'induction réelle puissance de chauffage doit être mesurée, par rapport à la « puissance désirée réglage » de l'opérateur et un signal d'erreur nourris à sans cesse ajuster la tension de lien dans un mode de boucle fermée afin de minimiser l'erreur. Ceci est nécessaire pour maintenir la puissance constante parce que la résistance de la pièce change considérablement car il réchauffe. (Cet argument pour la commande de puissance de boucle fermée s'applique également à toutes les méthodes qui suivent ci-dessous.)

2. Varier le ratio de devoir des périphériques dans l'onduleur.

La puissance traitée par l'onduleur peut être diminuée en réduisant la durée des interrupteurs de l'onduleur. Seulement provient de puissance sur le travail de la bobine au moment où les appareils sont allumés. Courant de charge est alors laissé pour roue libre à travers les diodes de corps périphériques pendant le deadtime lorsque les deux appareils sont éteints. Modifiant le ratio de devoir des interrupteurs permet un contrôle total de la puissance de 0 % à 100%. Cependant, un inconvénient important de cette méthode est la commutation de courants lourds entre dispositifs actifs et leurs diodes de roue libre. Forcé de recouvrement inverse des diodes de roue libre qui peut se produire lorsque le rapport d'obligation est considérablement réduit. Pour ce devoir de raison ratio control n'est pas habituellement utilisé dans les onduleurs de chauffage par induction haute puissance.

3. Varier la fréquence de fonctionnement de l'onduleur.

La puissance fournie par l'onduleur à la bobine de travail peut être réduite par le désaccord de l'onduleur de la fréquence de résonance naturelle du circuit réservoir intégrant la bobine de travail. Comme la fréquence de fonctionnement de l'onduleur est éloignée de la résonance contrai du circuit réservoir, il y a moins de résonance montée dans le circuit résonnant, et le courant dans la bobine de travail diminue. Par conséquent, moins courant de circulation est induit dans la pièce et l'effet de chauffage est réduite.

Afin de réduire le débit de puissance, l'onduleur est normalement désaccordée sur le côté haut de la fréquence de résonance naturelle des circuits de réservoir. Cela provoque la réactance inductive à l'entrée du circuit correspondant à devenir plus en plus dominante, augmentation de la fréquence. Donc le courant tiré de l'onduleur par le réseau correspondant commence à la traîne en phase et diminue en amplitude. Ces deux facteurs contribuent à une réduction du débit de puissance réelle. De plus le cos φ s'assure que les dispositifs dans le convertisseur allume toujours avec zéro tension à travers eux, et il n'y a aucun problème de récupération de diode de roue libre. (Cela peut être comparée avec la situation qui se produirait si l'onduleur était désaccordé sur le bas côté de la fréquence de résonance de la bobine de le œuvre. ZVS est perdu et les diodes de roue libre voir inverse-recouvrement forcé tout porteur de courant de charge importante).

Cette méthode de contrôle de niveau de puissance de désaccord est très simple, puisque la plupart chauffages à induction ont déjà un contrôle sur la fréquence de fonctionnement de l'onduleur afin de répondre à différentes pièces et bobines de travail. L'inconvénient est qu'il fournit seulement une gamme limitée de contrôle, comme il y a une limite à quelle vitesse semiconducteurs de puissance peuvent être faits pour passer. Cela est particulièrement vrai dans les applications de puissance élevée, où les dispositifs peuvent déjà être longeant des vitesses de commutation maximales. Les systèmes de haute puissance en utilisant cette méthode de contrôle de puissance nécessitent une analyse thermique détaillée des résultats des pertes à des niveaux différents pour assurer la température de l'appareil, toujours rester dans des limites tolérables de commutation.

Pour plus d'informations sur la commande de puissance de désaccord Voir le nouvel article ci-dessous étiqueté « LCLR réseau fréquence réponse. »

4. Varier la valeur de l'inductance dans le réseau de correspondant.

La puissance fournie par l'onduleur à la bobine de travail peut varier en modifiant la valeur des composants réseau correspondant. Le réseau L-match entre l'onduleur et le circuit résonnant consiste techniquement un inductif et capacitive partie. Mais la partie capacitive est en parallèle avec le condensateur réservoir de travail de la bobine et dans la pratique, que ce sont habituellement une seule et même partie. Par conséquent, la seule partie du réseau correspondant qui est disponible pour ajuster est l'inducteur.

Le réseau correspondant est chargé de transformer l'impédance de charge de la workcoil à une impédance de charge adapté pour la conduite par l'onduleur. Modifier l'inductance de la bobine correspondante ajuste la valeur à laquelle l'impédance de charge est traduit. En général, diminution de l'inductance de la bobine correspondante provoque l'impédance bobine de travail à transformer vers le bas pour une impédance inférieure. Cette basse impédance de charge étant présentée à l'onduleur provoque plus de puissance à provenir de l'onduleur. À l'inverse, augmentant l'inductance de la bobine correspondante provoque une impédance de charge plus élevée qui sera présenté à l'onduleur. Cette charge plus légère se traduit par un plus faible flux de puissance de l'onduleur sur le travail de la bobine.

Le degré de contrôle de l'alimentation possible en altérant l'inductance correspondant est modéré. Il y a aussi un changement dans la fréquence de résonance du système global - c'est le prix à payer pour la combinaison de la capacité de L-match et de la capacité du réservoir en une seule unité. Le réseau L-match essentiellement emprunte certains de la capacité du condensateur réservoir pour effectuer l'opération correspondante, laissant ainsi le circuit résonnant pour résonner à une fréquence plus élevée. Pour cette raison, l'inductance correspondant est généralement fixe ou réglé par incréments grossiers en fonction de la pièce prévue pour être chauffée, plutôt que de fournir à l'utilisateur avec un réglage de puissance totalement réglable.

5. Adaptation d'impédance transformateur.

La puissance fournie par l'onduleur à la bobine de travail peut varier en étapes grossières à l'aide d'un transformateur de puissance RF taraudé pour effectuer la conversion d'impédance. Bien que la plupart des avantages de l'arrangement de LCLR est l'élimination d'un transformateur de puissance de ferrite volumineux et coûteux, il peut accueillir des grands changements dans les paramètres du système d'une manière qui n'est pas dépendante de fréquence. Le transformateur d'alimentation de ferrite peut également fournir une isolation électrique comme accomplissant un service transformation impédance pour régler le débit de puissance.

En outre, si le transformateur de puissance de ferrite est placé entre la sortie de l'onduleur et l'entrée au circuit L-match ses contraintes de conception sont assouplies à bien des égards. Tout d'abord, localiser le transformateur dans cette position signifie que les impédances à deux enroulements sont relativement élevés. c'est-à-dire de tensionssont élevés et les courants sont relativement petites. Il est plus facile de concevoir un transformateur de puissance de ferrite classique pour ces conditions. Le courant dans la bobine du travail de circulation massive est maintenu hors du transformateur de ferrite réduisant considérablement les problèmes de refroidissement. Deuxièmement, bien que le transformateur voit la tension de sortie de l'onde carrée de l'onduleur, c' est les enroulements transportent des courants qui sont sinusoïdales. L'absence d'harmoniques de haute fréquence réduit le chauffage dans le transformateur due à l'effet de peau et effet de proximité dans les conducteurs.

Enfin, la conception du transformateur devrait être optimisée pour une capacité minimale d'inter-winding et bonne isolation au détriment de l'inductance de fuite accrue. La raison en est que toute inductance de fuite exposée par un transformateur situé dans cette position simplement ajoute à l'inductance correspondant à l'entrée du circuit L-match. Inductance de fuite du transformateur n'est donc pas aussi préjudiciable à la performance comme la capacité d'inter-winding.

6. Phase-commande du pont en H.

Lorsque la bobine de travail est pilotée par un variateur alimenté à la tension de (pont en H) pont complet il y a encore une autre méthode pour atteindre le contrôle de l'alimentation. Si les instants de commutation des deux jambes de pont peuvent être contrôlées indépendamment puis il ouvre la possibilité de contrôle débit d'alimentation en ajustant le déphasage entre les jambes de deux pont.

Lorsque les deux pont jambes interrupteur exactement en phase, ils ont tous deux la même tension de sortie. Autrement dit, il n'y a aucune tension aux bornes du

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