Крутое освещение комнаты светодиодной лентой

Как сделать светодиодное освещение в квартире

Когда мечты о новом дизайне начинают реализовываться, нужно определиться — насколько оправдано использование светодиодного освещения в квартире, действительно ли экономия в процессе работы перекрывает повышенные начальные затраты. О выгодах различных вариантов применения, надежности эксплуатации и других интересных нюансах можно узнать из этой статьи.

  1. Особенности светодиодного освещения
  2. Где используются
  3. Преимущества
  4. Недостатки
  5. Сколько времени прослужат светодиоды
  6. Классификация
  7. Сферы применения
  8. Типы используемых светодиодов
  9. Виды светодиодных источников света
  10. Точечные
  11. Встраиваемые потолочные
  12. Линейные
  13. Лампы
  14. Ленты
  15. Критерии выбора светодиодной лампы
  16. Как рассчитать необходимую освещенность и нормы
  17. Управление светом
  18. Использование в декорации интерьера
  19. Как сделать своими руками
  20. Подбор блока питания для ленты
  21. Расчет количества светильников
  22. Схема расположения
  23. Крепление
  24. Подключение светильников
  25. Видео

Особенности светодиодного освещения

Многообразие компоновок полупроводниковых приборов (LED-светильников) зависит от габаритов, назначения комнат, интерьера, высоты потолков, вкуса владельцев.

Где используются

Светодиоды — универсальный инструмент дизайнера, превращающий привычную домашнюю обстановку в сказку наяву.

Основные цели использования в квартире:

  • общее освещение;
  • ночные светильники;
  • зонирование комнаты;
  • подсветка элементов интерьера.

Для общего освещения комнаты подойдут точечные лампы с ровным светом нейтральной тональности.

Подсветка плинтусов и ступенек служит дежурным освещением в вечернем полумраке.

Пучками света точечных ламп выделяются места для работы (письменный стол), релакса (диваны, кресла), обеденную зону, кухонные столешницы.

Комбинируя освещение, получите неповторимый дизайн комнаты. Подсветка фрагментов стен, пола, потолков, книжной полки, статуэтки создает индивидуальную атмосферу.

Преимущества

После качественного монтажа, ни в каком обслуживании, кроме протирки пыли, освещение в ближайшее десятилетие не нуждается.

Популярность светодиодов оправдана множеством преимуществ над традиционными источниками света:

  1. Качественные светодиоды служат десятки лет.
  2. Пожарная безопасность — тепловыделение в 7-8 раз меньше, чем у ламп накаливания (ЛН).
  3. Нет ультрафиолетового излучения.
  4. Отсутствуют ртутные пары.
  5. Широкий цветовой спектр позволяет создавать оригинальный дизайн.
  6. Комбинация разных светильников визуально меняет объем помещения.
  7. Плавно регулируется интенсивность освещения.
  8. Автоматически включается при комплектации с датчиками движения.
  9. Работает на постоянном токе, поэтому нет вредных пульсаций светового потока, как у ЛН.
  10. Напряжение 12 вольт безопасно при повышенной влажности в ванных комнатах, оранжереях, рядом с мойкой или умывальником.
  11. Простой монтаж можно сделать своими руками.
  12. Гибкость лент позволяет подчеркнуть любые криволинейные поверхности интерьера.
  13. Малая толщина диодных панелей расширяет возможности дизайна помещений с низкими потолками.
  14. Выдерживают скачки напряжения электросети от 80 до 230 вольт.
  15. Энергопотребление в 8 раз меньше, чем у других типов освещения. Это позволяет существенно экономить на оплате электричества.

Недостатки

Часто применяют последовательную схему подключения к источнику питания. Если выходит из строя один светодиод, то остальные тоже не работают. Это характерно для линейных и ленточных изделий. Точечные светильники надо подключать по независимой параллельной схеме.

Стоимость светодиодов достаточно высока. Качественные изделия стоят около 2000 рублей. Можно найти варианты за 100 рублей, но они будут китайского производства. Возможно, что они не будут плохими. Массовое производство сильно удешевляет даже традиционно дорогие изделия.

Для получения мягкого света нужны фильтры. Например, натяжной потолок, а он также стоит недешево. Тогда лампы или ленты монтируют в карнизах. Вниз через пленку льется мягкий свет, отраженный от потолка.

Необходимость специальных фильтров возникает при неправильном выборе ламп. Чтобы избежать ошибки, обращайте внимание на световую температуру, указанную на упаковке.

При 2700 К (kelvin) получим привычное теплое свечение, как у Солнца или обычной лампы накаливания. Это оптимальный выбор, не требующий никаких дополнительных фильтров.

При световой температуре 4200 К получим белый свет, который используют профессиональные фотографы в студии. При длительном воздействии жестких лучей глаза устают. Такой поток света стоит пропустить через фильтр, чтобы получить мягкие оттенки.

Голубоватый оттенок при 6400 К в домашней обстановке используется редко.

Продолжительное воздействие жестких лучей вредит глазам, особенно детским.

Сколько времени прослужат светодиоды

Срок службы от 25000 до 100000 часов непрерывной работы. В среднем, за сутки освещение работает 6 часов, поэтому менять лампы придется один раз в 10 лет. А самые качественные могут прослужить до 40 лет, если верить обещаниям производителей.

«Живучесть» и мизерное энергопотребление делает светодиоды лидером среди осветительных приборов. Высокая стартовая стоимость окупается максимум за два года даже при стабильных тарифах на электроэнергию.

Если учесть, что цена электричества со временем только растет, то начальные затраты на led-светильники превращаются в выгодное капиталовложение. Тем более, что производители дают гарантию на срок от 1 до 5 лет.

Читайте также:
Самодельный усилитель для наушников

Классификация

В зависимости от параметров квартиры (площадь комнат, высота потолков, размеры оконных и дверных проемов) применяют разные модификации ламп.

Сферы применения

Способы использования светодиодов в квартире многочисленны и постоянно дополняются.

Варианты применения в квартире:

  • встроенные;
  • потолочные;
  • настенные;
  • подвесные;
  • консольные;
  • настольные.

Бесчисленные градации полутонов в сочетании с креативным дизайном порождают настоящее искусство.

Миниатюрные габариты светодиодов позволяют делать подсветку:

  • полок в шкафу;
  • кухонных столешниц;
  • арочных проемов;
  • плинтусов;
  • ступенек;
  • дверных ручек;
  • зеркал.

Типы используемых светодиодов

Только несколько технологий получили применение в массовом производстве.

Существуют 3 вида диодов для освещения:

  1. SMD — распространенный тип для бытовых светильников с длительным сроком эксплуатации.
  2. COB — отличается надежностью и регулируемым светораспределением. Несколько кристаллов смонтированы на одной плате. Каждый индивидуально управляется контроллером. Достигнутый максимум — 128 совместно работающих светодиодов.
  3. Filament-светодиоды — последнее поколение led-светильников. Изготавливаются мощностью от 10 до 100 Ватт. Обладают самой эффективной светоотдачей.

По способу фиксации светодиоды различаются в зависимости от конструкции. Линейные и ленточные крепятся двусторонним скотчем, клеем, скобами.

Цоколь ламп адаптирован к условиям эксплуатации:

  • резьбовой — аналогичен привычным ЛН, имеет разный диаметр;
  • штырьковый — применяется в потолочных светильниках;
  • штифтовый — для работы в условиях повышенной вибрации.

Виды светодиодных источников света

В настоящее время для освещения и дизайна квартир применяют 5 типов.

Точечные

Устанавливаются в мебельных нишах, подвесных потолках, освещают рабочие поверхности.

Встраиваемые потолочные

LED-панели прямоугольной или округлой формы удобно встраиваются в подвесные потолки из-за малой толщины (до 1,5 см).

Линейные

Имеют длину до 60 см. Применяются для общего и зонального освещения.

Лампы

Плавное изменение силы свечения и цвета раскрывает новые возможности применения привычных люстр, бра и плафонов. Лампы имеют разную форму, размеры, типы цоколей.

Ленты

Кроме освещения светодиодной лентой в квартире, это идеальный вариант для подсветки любых криволинейных поверхностей. Лента очень гибкая и повторит любые повороты на поверхности мебели, потолка, стен.

Критерии выбора светодиодной лампы

Лампы для жилых помещений должны быть со «световой температурой» в пределах 2700—3200 К. Тогда излучаемый свет будет безвредным, мягким для глаз.

Изделия китайского производства считаются низкокачественными. При этом следует ориентироваться на стоимость. Хорошее редко бывает дешевым.

При одинаковой электрической мощности светодиоды и лампы накаливания имеют в среднем 8-кратную разницу яркости свечения. Вместо 75-ваттной «лампочки Ильича» подойдет 10-ваттный led-светильник.

Как рассчитать необходимую освещенность и нормы

Для предварительного расчета за основу можно принять нормы строительного ГОСТа.

Освещенность измеряется в люксах (Лк) на 1 метр квадратный площади помещения:

  • гостиная, спальня — 150;
  • детская — 200;
  • кабинет — 300;
  • гардеробная — 75;
  • прихожая — 50.

Теперь достаточно умножить площадь комнаты на нормативную освещенность. Полученная цифра — это необходимый минимум. Например, площадь детской комнаты 20 м², тогда нужно 4000 Лк.
На упаковке светодиодной лампы указана величина светового потока, измеряемая в люменах (Лм). Обычно принимают, что 1 Лм=1 Лк. Итоговая цифра может быть сильно скорректирована особенностями дизайна и личными предпочтениями владельцев, проживающих в квартире.

Управление светом

Разноцветные ленты управляются контроллером. По заданной программе он меняет яркость свечения, цвет, порядок и очередность включения. Яркость свечения и включение разных групп светильников может управляться дистанционным пультом.

Светодиодные светильники могут комплектоваться датчиками движения, реагирующими на присутствие человека.

Использование в декорации интерьера

Благодаря малой энергозатратности, миниатюрным размерам, пожаробезопасности, влагозащищенности, led-светильники применяются практически в любом месте квартиры.
Например, возможна декоративная подсветка струи воды из смесителя.

Картины или фотографии.

Как сделать своими руками

Технология монтажа светодиодного освещения предельно проста. Потребуется стандартный набор инструментов и минимальные навыки.

Подбор блока питания для ленты

LED-ленты работают на постоянном токе напряжением 12 вольт. К обычной сети 220В их нельзя подключать. Для выбора блока питания допустим, что общая длина ленты составляет 15 метров.

На упаковке написана удельная потребляемая мощность. Например, 5 Вт/м (ватт на метр). Тогда энергопотребление будет 75 ватт.

Надо добавить к этому коэффициент запаса 20 %. Итого, блок питания должен дать на выходе минимум 90 ватт.

Расчет количества светильников

Как указано выше, определите уровень освещенности. Например, для спальни — 150 Лк/м кв. Если ее площадь 25 м кв., то общий световой поток должен быть не ниже 3750 Лм.

Если освещение обеспечивается пятирожковой люстрой, то каждая лампа должна быть минимум на 750 Лм. Эта характеристика указана на упаковке.

Читайте также:
Фотореле День-Ночь своими руками

Схема расположения

Присоединяя LED-светильники к блоку питания учтите, что на выходе у него постоянный ток. Поэтому оптимальная схема — параллельное подключение.

Ленту целесообразно делить на короткие отрезки до 5 метров. Их тоже надо присоединять параллельно. Если длина будет большей, то из-за повышенного сопротивления электрической цепи последние светодиоды будут менее яркими, чем ближайшие к блоку питания.

Крепление

Приступая к монтажу, убедитесь в исправности led-светильников и лент простым подключением питания.

Для ровной подсветки натяжного потолка лампы крепятся скрытно внутри карнизов. В случае дизайнерского рисунка, например, звездного неба, на потолок наклеиваются и подключаются ленты. Затем натягивается пленка.

LED-панели монтируются одновременно с подвесным потолком или на кронштейнах (консолях).

Подключение светильников

Теперь соедините осветительную систему с блоком питания и контроллером. Для проводки подойдет многожильный медный провод сечением 1,5 мм².

Обжимаем оголенные концы проводов контактными наконечниками. Подключаем, строго соблюдая полярность.

Видео

Пошаговая инструкция установки светодиодного освещения своими руками у себя дома показана в видео.

Кухтецкий С.В. – Способы подстройки частоты лабораторного инвертора

В данной статье описана схема инвертора напряжения с мостовой топологией на базе генератора UC3825. Мощность инвертора составляет около 2 кВт продолжительной нагрузки. Устройство может применяться в различных лабораторных приложениях, в том числе и для индукционного нагрева металлов (без АПЧ). Вся конструкция инвертора состоит из двух блоков – блока управления и силового блока.

Блок управления

Рисунок 1 – Схема блока управления мостом

Принципиальная схема блока управления аналогична схеме из “Полумоста на UC3825”, с основным отличием в количестве линий управления ключами инвертора. Регулировка выходной мощности производится изменением длительности импульсов при помощи резистора R6. Регулировку схемы ограничения тока КЗ можно производить на готовом устройстве с использованием мощной активной нагрузки, при пониженном напряжении силовой цепи. В разрыв питания силовой цепи включается амперметр, подстроечник R13 устанавливается на минимум, подается пониженное питание. С изменением сопротивления подстроечника R13 должны меняться показания амперметра, он показывает ток, при котором будет действовать ограничение. Величина уставки устанавливается в зависимости от того, на какой максимальный ток рассчитаны транзисторы инвертора. Генератором в блоке управления является микросхема UC3825, которая имеет два выхода для управления ключами двухтактного преобразователя. Выходные каскады данной микросхемы способны управлять с приемлемым быстродействием полевыми транзисторами с небольшим зарядом затвора (Ciss), но не могут быть задействованы для управления силовыми ключами. У ключей инвертора, как правило, величина заряда затвора велика, поэтому для достижения достаточно короткого времени заряда затворов, на них необходимо подавать импульсы с пиками тока обычно не менее 2А. А если задействовано параллельное соединение нескольких транзисторов в качестве одного ключа, то требуются ещё более мощный драйвер. Поэтому применен драйвер на MOSFETах VT3/VT4. Применение полевых транзисторов IRF530 в драйвере с относительно малым зарядом затвора и с относительно малым сопротивлением открытого канала (Rds_on), позволяет добиться минимальных задержек импульсов, требуемой их мощности, при довольно малых потерях в транзисторах драйвера (нагреве). На вторичной стороне трансформатора GDT задействованы цепи разряда затвора, применение которых позволяет существенно сократить время разряда и несколько снизить нагрузку на драйвер. Транзистор (VT1, VT2, VT5, VT6) в цепи разряда запирается при следовании с обмотки GDT положительного импульса (относительно истока), и отпирается при снятии управляющего импульса за счет наличия на затворе положительного потенциала (пока он заряжен) и “подтяжки” базы к коллектору резистором 470 Ом. При необходимости дальнейшего сокращения длительности фронтов управляющих импульсов, возможно включение диодов параллельно затворным резисторам и применение схем разряда на полевых транзисторах. Но в данном случае схема дает приемлемые длительности фронтов. Резисторы по 1кОм параллельно затворам здесь применены не столько для ускорения разряда (с этим справляется схема разряда), сколько для защиты от сохранения заряда затвора при случайном обрыве цепей управления (применен разъем). На выходе плата генерирует четыре однополярных управляющих сигнила. Осциллограмма (Рис. 2 а) снята, с двух линий управления без подключенных ключей, на ней видны два сигнала и мертвое время. На осциллограмме (Рис. 2 б) изображен один из управляющих сигналов, непосредственно на ногах одного из силовых транзисторов. При тестировании драйверов с нагрузкой по 5.1Ом + 10нФ на каждый канал одновременно, длительности фронтов составляли не более 200нс. “Иглы” сразу после переднего фронта на затворах не превышают 15-16В и обусловлены применением GDT (индуктивности обмоток) и подавляются снижением сопротивления резисторов, параллельных вторичным обмоткам, но при этом будет возрастать средний ток питания драйвера. Т.к. затворы силовых транзисторов могут пробиться уже при напряжении 20В и выше, их желательно защищать TVS-диодами (например, P6KE18), хотя, иногда успешно применяются стабилитроны (например, КС515, КС518), как и сделано в данном устройстве.

Читайте также:
Самодельный дамский электрошокер своими руками

Рисунок 2 – Осциллограммы управляющих сигналов (частота 140 кГц)

Рисунок 3 – Изображение платы управления

Driver_PCB_r1.lay (160 кб) – плата управления в формате SprintLayout

Силовой блок

Рисунок 4 – Схема силового блока

В силовой блок входят сам инвертор, выпрямитель сетевого напряжения, трансформатор тока, схема питания кулера и индикации его перегрева. Транзисторы моста обвязаны стабилитронами, возвратными диодами и RC-снабберами. При закрытии ключей одного из плеч происходит быстрое изменение тока в нагрузке. Если нагрузка имеет индуктивный характер, то в моменты коммутации могут возникать индуктивные выбросы (ЭДС самоиндукции), амплитуда которых пропорциональна величине индуктивности и скорости изменения тока. Такие переходные процессы могут вывести ключи из строя. RC-снабберы рассеивают энергию коммутационных выбросов на резисторах. Супрессор VD8 защищает элементы силовой цепи от перенапряжений свыше 400В. Для охлаждения ключей моста использован кулер для CPU компьютера. В завершенном устройстве, перед подачей питания на мост, необходимо проверить формы управляющих сигналов непосредственно на затворах (см. Рис. 2 б). При стабильной работе длительность фронта/спада может быть порядка 200-250 нс, амплитуда импульсов 12-14 В, dead-time не менее 0,8 мкс (для IGBT оно было бы больше). Инвертор испытан на нагрузке в 2кВт. Для повышения мощности можно использовать более мощные транзисторы и лучшую систему охлаждения.

Рисунок 5 – Изображение силового блока

Индукционный нагрев

В качестве выходного контура использован последовательный LC-контур с согласующим трансформатором. Индуктор изготовлен из медной трубки диаметром 6 мм, имеет диаметр 42 мм, высоту 60 мм, количество витков – 7. Батарея конденсаторов набрана из 16 шт. CBB81 0,1мкФ*2000В, общая емкость составляет 1,6 мкФ. Согласующий трансформатор намотан на сердечнике из трех колец М2000НМ К45x28x8, имеет 25 витков первичной обмотки. Фактическая резонансная частота контура составляет 146 кГц.

Рисунок 6 – Схема выходного контура

При резонансе напряжений в идеальном последовательном LC-контуре, ток ограничивается только активным сопротивлением контура. Следовательно, если частота инвертора равна резонансной частоте контура, индуктор пустой (без нагрузки) и не принято никаких мер по избежанию работы в таком режиме, то инвертор будет работать практически на КЗ. Избежать такого режима можно несколькими способами. Один из них – постоянная работа с графитовым тиглем. Второй способ – включение с уже нагруженным индуктором (с заготовкой). При внесении заготовки в индуктор, меняется его индуктивность и резонансная частота контура. При внесении в индуктор ферромагнетиков (сталь, железо), резонансная частота сдвигается вниз, а при внесении диамагнетиков (медь) – частота сдигается вверх. Насколько сильно изменится частота, зависит от массы и материала заготовки (его магнитной проницаемости). Кроме того, резонансная частота меняется по мере нагрева заготовки, поскольку магнитные свойства материала зависят от его температуры. Мощность, передаваемая на нагрев заготовки максимальна только на резонансной частоте. Поэтому при фиксированной частоте генератора нельзя добиться полной отдачи мощности на нагрев при разных массах, материалах и при разных степенях нагрева заготовок. Есть несколько способов подстройки частоты генератора в резонанс с LC-контуром: Первый (канонический) – с помощью осциллографа, по отсутствию сдвига фаз между током в контуре напряжением на нем. Второй способ – поиск частоты, при которой амплитуда напряжения на L или C элементах контура достигает наибольших значений (форма напряжения при этом синусоидальная). На элементах контура амплитуда напряжения может во много раз превышать напряжение питания, поэтому указанную процедуру необходимо проводить при пониженном напряжении питания инвертора и с делителем напряжения. Третий и наиболее простой способ – отслеживание тока, потребляемого инвертором в процессе регулирования частоты генератора (R9). Частота, при которой потребляемый ток наибольший, является резонансной. Следующий график показывает приблизительную зависимость потребляемого контуром тока от частоты инвертора, со стальной заготовкой в индукторе, и без нее.

Рисунок 7 – Изменение резонансной кривой при внесении стальной заготовки

Фотоархив

Видео

Power Electronics

Текущее время: 17-01, 00:48

Часовой пояс: UTC + 4 часа

Индукционный нагрев на основе инвертора

Всем поклон.
Всех поздравляю со всеми минувшими и всеми грядущими праздниками.

Мой вопрос таков: Сделан ли кем-либо из читателей форума обсуждаемый источник для индукционной печки кроме как уважаемым sser’ом? В работоспособном варианте со всеми прелестями, описанными на американских страницах.

Читайте также:
Самодельный бумбокс аля 90-е

Готова ли эта схема к копированию?

Заранее благодарю за ответы.

Уважаемый sser, какова мощность создаваемого Вами индукционного нагревателя?

По данным американского сайта это 10 кВт при 240 Вольтах, ток из 1 фазной сети 50 Ампер. Не многовато ли?

напряжение 0-50в .
Очень сложно поймать резонанс ,который сопровождается шумом и помехами -нет стабильной синусоиды (220в напр. пит.)
сгорело уже 4 транзистора . при настройке частота сваливается в пару килогерц и аут.
попытался укоротить провода и экранировать плату управления стало чуть лучше, но не намного .

Осцилограмма тока треугольная.(снять пока не могу нет ключей)
. да вот ключ почему-то сгорает верхний Higt
имхо все из-за управы ,ztx -сы викину поставлю транс как у Негуляева. ну нет ztx751 ни где

Автор Кухтецкий С.В.

Довольно длинная цитата но написано внятно и конкретно как мне кажется:

“Для АПЧ инверторов в настоящее время существуют хорошо известные и отработанные решения. В основе этих решений обычно лежит фазовая автоподстройка частоты (ФАПЧ). ФАПЧ включает в себя фазовый детектор (ФД) и генератор, управляемый напряжение (ГУН). ГУН используется как задающий генератор для инвертора. Его частота определяется управляющим напряжением, которое выдается фазовым детектором. Это напряжение пропорционально сдвигу фазы между сигналами тока и напряжения контура индуктора (при резонансе этот сдвиг равен нулю).

К сожалению, для инверторов, в которых мощность регулируется при помощи PDM, этот стандартный и «обкатанный» подход может не сработать. Причина заключается в том, что при низких мощностях и низкодобротных нагрузках происходит быстрое затухание колебаний в нагрузке. В результате появляются паузы, в течение которых колебаний тока в контуре нет. В этом случае обычный фазовый детектор уже не сможет работать.

Для того, чтобы почувствовать важность АПЧ для задач индукционного нагрева и проиллюстрировать возможные проблемы использования ФАПЧ, было проведено несколько очень простых, «учебных» экспериментов, результаты которых сведены вместе на рис.22. На этом рисунке справа приведены осциллограммы тока в нагрузках, фотографии которых приведены слева. Мощность инвертора составляла 5%, т.е. на каждые 20 тактов генератора меандра в нагрузку пропускался только один импульс, с длительностью, равной половине периода свободных колебаний контура. Момент подачи импульсов можно видеть на каждой осциллограмме снизу (желтые прямоугольные импульсы). В индуктор помещались цилиндрические образцы различных материалов (латунь, графит, сталь и немагнитная нержавеющая сталь). По осциллограммам определялась частота собственных колебаний контура и добротность. Эти данные приведены на соответствующих фотографиях сверху.

Фото можно посмотреть по ссылке.

Рис.22. Осциллограммы тока при различных нагрузках.

Из рисунка видно, что в пустом индукторе классическая ФАПЧ была бы вполне работоспособна даже при 5% мощности и ниже. Но для латуни или нержавеющей стали ФАПЧ (особенно при наличии шума) скорее всего ФАПЧ будет сбиваться. Что же касается графита и тем более обычной стали, то здесь ФАПЧ просто не будет работать по причине отсутствия сигналов на детекторе в течении сравнительно больших промежутков времени.

Из этого же рисунка легко видеть, что резонансная частота контура существенно зависит от образца, помещенного в индуктор. Действительно, для достаточно хорошо проводящих материалов (латунь и немагнитная нержавеющая сталь) сдвиг частоты вверх достигает почти 20% от резонансной частоты контура с пустым индуктором. Этот эффект (увеличение частоты) легко понять, если принять во внимание, что внесение хорошо проводящего образца в индуктор приводит к уменьшению поля внутри индуктора за счет вихревых токов. Это эквивалентно уменьшению объема пространства, занятого электромагнитным полем. А это, в конечном счете, эквивалентно уменьшению индуктивности индуктора и повышению резонансной частоты контура. В противоположность этим металлам, для сравнительно плохо проводящего графита вытеснение поля мало. Поэтому резонансная частота при внесении в индуктор графита почти не изменяется.

Интересен в этом смысле эксперимент с ферромагнитным материалом (сталь). На рис.22 мы видим, что резонансная частота контура при внесении в индуктор стального болта практически не изменилась. Здесь удачно скомпенсировались два противоположных эффекта: уменьшение индуктивности индуктора за счет вытеснения поля проводящим образцом и противоположный эффект – увеличение индуктивности за счет внесения материала с высокой магнитной проницаемостью. Если мы теперь нагреем образец выше точки Кюри, то второй фактор (ферромагнетик) исчезнет, а резонансная частота контура резко возрастет. Это обстоятельство служит еще одним аргументом в пользу АПЧ в инверторах, используемых для плавки черных металлов.

Итак, мы видим, что АПЧ в инверторах для индукционного нагрева необходима, но реализовать ее при помощи стандартных решений (типа ФАПЧ) вряд ли удастся. Т.е. в инверторах с PDM придется применять какие-то более сложные схемы АПЧ. Этим вопросам будет посвящена следующие, заключительные статьи данного цикла.”

Читайте также:
Отпугиватель собак

Кухтецкий С.В. – Способы подстройки частоты лабораторного инвертора

stalker68, ВОТ-ВОТ. Сам грешу на это. У меня даже этот кондер и цепочка RC уже впаяны (на фотке сразу перед транзисторами). Но я решил, что она необходима, только при подключении самого колебательного контура, так как и указана на отдельной схеме. При этом лампочка, не такая уж и мощная (100Вт), казалось бы, что она может сделать этим транзисторам.

Провод уже перепаял на конец всей цепочки, но тестировать все-равно буду теперь от 24V.

Добавлено (07.03.2016, 22:57)
———————————————
Fazotron, эта и есть проверенная схема. И выложена она на сайте Института Химии научным сотрудником Кухтецким С.В. Как раз для того, чтобы мелкие лаборатории и “нуждающиеся”, могли собрать из дешевых компонентов лабораторный индукционный нагреватель, который в том числе и плавит несколько сотен грамм цветного металла.

Вопрос в том, что у одних запускается без граблей, а у других “мелкие неприятности”, вот так и бегают по форумам, а потом “бах” и сама заработала.

Pavel4126, да, с резисторами я уже понял, что 2Вт маленькие.
С “dead time” как раз все нормально, как у Кухтецкого – 400-500нс.
Я уже сам пожалел, что выбрал вариант с самоподстройкой частоты и PDM – она то как раз и не настраивается.

Синяя линия: выходы с силового контура на переходной трансформатор
Желтая: показания с трансформатора тока на компенсатор задержек
PDM 20%

Так вот эти иглы и сбивают всю настройку. Начинаешь добавлять мощности и частота слетает аж в раза 2. На графике творится ужас.
На трансформатор тока намотал, где-то 4 витка, чтоб соответствовало реальному рабочему напряжению (310V), сейчас где-то 70.
Т.е. компенсатор в принципе живой и что-то пытается настроить, по крайне мере с 54кГц перестраивается ближе к 60-ти. Как раз при этом видно, что следующий ключ попадает в резонанс с контуром.
Вот откуда берутся иглы и как от них избавиться?!

Pavel4126,
так сейчас они уже и не греются, грелись только когда 310V подключал и лампу.
Сейчас подключаю колебательный контур.
Пробовал где-то при 150V (точно не знаю – набором лампочек подбирал) гаечный ключ нагревать, тоже вроде все нормально, но опять-же не могу всю мощность запустить.
Думаю надо какой-нибудь высокочастотный фильтр на токовый трансформатор.

Кстати проблема описана и в статье Кухтецкого, только у меня почему-то с этим дифференциальным трансформатором беда.
Вот цитата из статьи (http://www.icct.ru/node/88):
Дифференциальный трансформатор тока
Здесь необходимо обсудить еще один нюанс. Сигнал положительной обратной связи, который мы будем подавать на вход компенсатора задержек, пропорционален току, текущему через нагрузку. Как правило, в качестве датчика тока используются трансформаторы тока. Обычно с ними нет никаких проблем, но для лабораторных задач инверторы должны иметь широкий диапазон регулировки мощности. Фактически от 0 до максимально возможного. А это уже создает определенные проблемы при малых уровнях мощности. Характерные высокочастотные наводки, совпадающие по времени с моментами переключения ключей, по амплитуде становятся сопоставимы с самим сигналом тока. Пример таких наводок можно посмотреть на рис.26 справа, где они выделены красным. Эти наводки могут приводить к сбоям ФАПЧ компенсатора задержек и в результате – к невозможности работы всей системы.
Рис.26. Пример высокочастотных наводок на сигнале тока и схема дифференциального трансформатора тока.

Характерные частоты этих наводок много выше рабочих частот инвертора и составляют десятки мегагерц. Поэтому они сравнительно просто отфильтровать. В данной работе для этой цели используется дифференциальный трансформатор тока, схема которого приведена на рис.26 справа. Вторичные обмотки мотаются бифилярно. Затем конец одной соединяется с началом другой и делается отвод. Высокочастотные наводки с двух вторичных обмоток взаимно компенсируются. Такой трансформатор позволяет существенно снизить уровень помех и повысить надежность работы АПЧ.
Конец цитаты.

Помойму нашел проблему “иголок” с дифференциальным трансформатором и сбоя в работе компенсатора задержек.
Переходной транс, я делал разборный Ш-образный, на случай замены колебательного контура (под разные задачи).

Так вот сделал его, аж из четырех половинок. При этом, стянут он у меня плохо. При включении инвертора, аж посвистывает.

Читайте также:
Проходной выключатель (схема, фото) или немножко про электричество...

Собрал генератор на макетке, все работает – частота регулируется вручную Attiny2313. Настраиваю примерно под резонансную частоту.
Как только подаю питание на нагрузку, генератор слетает, даже хуже чем компенсатор (вероятно кучка торчащих проводков). Короче, скорее всего, транс этот безумно фонит – микросхемы находящиеся рядом, просто перестают нормально функционировать. Причем я это заметил и на PDM-регуляторе (вылетает экран), там стоят аж две Attiny2313.

А еще смешнее было с компом на этой неделе с экспериментами:
вылетела мышка, отсоединил-присоединил USB – нихрена не работает
перезагрузил комп – черный экран ( при этом инвертор и нагрузка были включены )
выключил инвертор – комп загрузился.

Вот такие дела, даже не думал, что могут быть такие бешеные помехи.

Лабораторный инвертор для индукционной плавки металлов

Комментарии ( 62 )

  • valio
  • 16 июля 2013, 19:19
  • valio
  • 18 июля 2013, 00:37
  • zubb
  • 16 июля 2013, 19:56
  • Satellite
  • 16 июля 2013, 12:17
  • EW1UA
  • 16 июля 2013, 16:25
  • antonluba
  • 16 июля 2013, 16:36
  • EW1UA
  • 17 июля 2013, 00:15
  • EW1UA
  • 17 июля 2013, 00:38
  • EW1UA
  • 17 июля 2013, 01:32
  • kalik
  • 16 июля 2013, 15:48
  • bomond
  • 16 июля 2013, 13:43
  • antonluba
  • 16 июля 2013, 17:20
  • antonluba
  • 16 июля 2013, 17:31
  • antonluba
  • 16 июля 2013, 18:20
  • Vga
  • 16 июля 2013, 17:53
  • Vga
  • 16 июля 2013, 18:01

На досуге попробуйте подобрать пару транзисторов под эту задачу. Думаю, вы будете неприятно удивлены, как плохо сочетается более-менее нормальный импульсный ток, разумные размеры и короткое время восстановления. Это если говорить о биполярах. С полевиками ситуация еще хуже — их самих надо от сквозного тока защищать.

Кстати, многие драйвера у TI имеют совмещенный выходной каскад — стоят и биполяры и полевики. Что, как бы, намекает, что все отнюдь не так просто, как кажется на первый взгляд.

  • evsi
  • 16 июля 2013, 18:34
  • evsi
  • 16 июля 2013, 18:30
  • kalik
  • 17 июля 2013, 00:32
  • evsi
  • 17 июля 2013, 08:01
  • antonluba
  • 17 июля 2013, 09:24
  • bomond
  • 17 июля 2013, 10:27
  • evsi
  • 17 июля 2013, 12:44
  • kalik
  • 17 июля 2013, 11:20
  • bomond
  • 17 июля 2013, 12:36
  • kalik
  • 17 июля 2013, 15:59
  • zubb
  • 17 июля 2013, 16:27
  • evsi
  • 17 июля 2013, 21:04
  • kalik
  • 17 июля 2013, 21:28
  • evsi
  • 17 июля 2013, 21:58
  • zubb
  • 17 июля 2013, 22:14
  • evsi
  • 17 июля 2013, 22:19

для тех задач где она применяется (маломощные асинхронники, MOSFET/IGBT на 6..20А) большой ток и не нужен — емкость затвора небольшая, и частота ШИМа тоже — до 8..20 кГц.

а в схемке из статьи, как уже выше писал, хватит и одной 2153, только выходы умощнить комплементарными парами NPN-PNP или NMOS/PMOS (см.аппноты IRF).

  • zubb
  • 17 июля 2013, 22:10

для тех задач где она применяется (маломощные асинхронники, MOSFET/IGBT на 6..20А) большой ток и не нужен — емкость затвора небольшая, и частота ШИМа тоже — до 8..20 кГц.

Я предпочитаю оперировать зарядом затвора, а не емкостью (значение которой справедливо только для тех условий, в которых она замерялась). А полный заряд затвора бывает достаточно большим. Впрочем, даже если он маленький, а частота преобразования небольшая, это вовсе не повод не переключать его быстро. Фактически в жестком режиме переключения от драйвера напрямую зависят потери на ключах (см. ниже).

а в схемке из статьи, как уже выше писал, хватит и одной 2153, только выходы умощнить комплементарными парами NPN-PNP или NMOS/PMOS (см.аппноты IRF).

  • evsi
  • 17 июля 2013, 23:08

порядка 4Вт потерь на каждом транзисторе

Индукционный нагрев металлов 2.

To kibernaz

1. Конечно, печатная плата, которую Вы привели в конце предыдущей страницы не соответствует приведенной там же схеме. То что на схеме красненькое – на печатке нет. В архиве к статье схема (из архива) соответствует печатке из того же архива.Поэтому мой ответ на Ваше письмо был соответствующим.

Читайте также:
Вечная электролампочка

Красненькие элементы полезно ввести. Иначе на некоторых чипах переходные процессы становится мучительно длительными и немонотонными. R5 – ограничивает частоту ГУН снизу для более быстрой зарядки C6. Резистор R6 вносит дополнительное затухание в цепь ОС по частоте.В результате частота на выходе ГУН перестраивается монотонно при изменении входной частоты. Эти элементы легко “прилепить” не изменяя плату, поэтому я и не стал ее переделывать.

2. Ваша проблема со срабатыванием защиты при переходе точки Кюри связана не уходом частоты (для 8 мм болтика в 20 мм индукторе уход частоты будет слишком мал), а с резким увеличением добротности нагрузки. Т.к. выше точки Кюри исчезает магнитная составляющая индукционного нагрева. Здесь (впрочем, как и во многих других задачах ИН) Вам гораздо важнее автоматическая регулировка мощности, чем частоты.

To vassabi
Аббревиатура “ФАПЧ”, конечно красивая, но не стОит называть ФАПЧ, любое устройство, содержащее внутри себя “систему ФАПЧ”. Дело, конечно, хозяйское, но вряд ли это способствует лучшему понимаю работы этого устройства. В ноуте, на котором я сейчас пишу этот текст, наверное тоже есть умножители/синтезаторы частоты, основанные на принципе ФАПЧ. Но вряд-ли кому-нибудь придет в голову назвать ноут ФАПЧем.

Назначение и суть обсуждаемого “компенсатора задержки” – отрицательный сдвиг фазы сигнала обратной связи автогенератора. Т.е. в этой схеме выходной сигнал компенсатора задержки как бы опережает входной сигнал. Это нужно для того, чтобы автоген работал на резонансной частоте нагрузки. Без компенсатора задержки автоген (из-за задержек в драйвере и ключах) будет генерить на более высокой частоте, чем резонансная. А цепочка R3C3 способна делать только положительный сдвиг фазы и сама по себе ничего скомпенсировать не сможет.

Для синусоидальных сигналов можно использовать более простые схемы с пассивными RC-элементами.Так часто делают. А вот для несинусоидальных указанная схема компенсатора пока единственная известная мне схема, которая это делает. Причем, сдвиг не зависит от частоты входного сигнала. У схемы есть один серьезный недостаток – сравнительно большая постоянная времени при изменении входной частоты. Для ИН это не критично, а вот для ультразвуковых задач эта схема, к сожалению, не подошла.

Кстати, предельно популярно все это описано в статье “Способы подстройки частоты лабораторного инвертора”, которую я написал еще на заре своего увлечения инверторами. Когда мы здесь разбирались со всеми этими нюансами. Увы, но, похоже, некоторые вопросы до сих пор так и остались актуальными.

Был бы очень признателен, если бы кто-нибудь выложил схему, выполняющую отрицательный сдвиг фазы периодического несинусоидального сигнала. Причем, сдвиг независящий от частоты сигнала. Мне, к сожалению, пока не удалось такой схемы найти. Или придумать. А компенсатор задержек, о котором шла речь чуть выше, для некоторых задач реагирует слишком медленно.

Т.е. нужен отрицательный, независящий от частоты, “фазосдвигатель” несинусоидальных периодических сигналов со временем реакции порядка периода колебаний входного сигнала.

У меня нет защиты по току, мощность я регулирую ЛАТРом, болт М8 в 20 мм индукторе. Сначала я подстараивал частоту вручную, потом автоматически. И вот что выяснил (работа все время велась в резонансе). Когда засовываешь холодный болтик в индуктор, потребляемый ток резко падает в несколько раз. Поддаешь напряжение ЛАТРом, и болт начинает греться. Пока он краснеет, ток плавно возрастает в несколько раз(наверное, после перехода точки Кюри возрастает добротность индуктора). При дальнейшем нагреве ток продолжает расти (наверное, потому, что сопротивление болтика увеличивается), а болтик приобретает “цвет солнца” и начинает разбрасывать искорки и плавно стекать вниз. Ток при этом еще растет. А дальше у меня бабахали транзисторы полумоста.
Я думаю (но не проверял), что если при пустом индукторе дать напряжение питания 220-250В (при котором я работал с болтом), то транзисторы сразу взорвутся.

Как я понял, когда болт покраснеет, ток по-любому возрастет в несколько раз, и надо быть готовым, что он возрастет еще раза в 2, пока болт “дозреет”. А если ограничить ток на той величине, на которой болт покраснел, он так и будет стоять стыдливо-розового цвета сколько угодно, не греясь дальше (а такое состояние болта, естественно, дико раздражает!)

Кухтецкий С.В. – Способы подстройки частоты лабораторного инвертора

Библиографическая ссылка на статью:
Матвеев С.Д., Черкасов М.М. Повышение эффективности электроводонагревательных устройств для отопления вспомогательных помещений на животноводческих фермах // Современная техника и технологии. 2017. № 5 [Электронный ресурс]. URL: https://technology.snauka.ru/2017/05/13344 (дата обращения: 16.01.2022).

Читайте также:
Акустическое реле (схема, монтажная плата)

Одним из перспективных и основных путей развития животноводства является путь индустриализации, концентрации и специализации производства. Данное развитие идет в направлении совершенствования технологических процессов и повышения общей культуры ведения животноводства. В этих условиях проблема энергосбережения в отраслях сельского хозяйства требует особого внимания [1]. Она наиболее актуальна для таких энергоемких устройств как электрические водонагреватели. Применяемые в настоящее время в сельскохозяйственном производстве электродные и элементные нагреватели жидкости обладают рядом существенных недостатков. Наиболее важными из них являются: повышенная опасность поражения людей и животных электрическим током (электродные нагреватели) и небольшой срок службы ТЭНов (элементные нагреватели) [2]. Элементные водонагреватели являются более безопасными и распространенными электронагревательными устройствами, поэтому рассмотрим особенности их эксплуатации подробнее.

Как известно, принцип работы таких устройств основан на тепловом действии тока при протекании его по проводнику с относительно большим удельным сопротивлением и последующей передаче выделившегося тепла от рабочего элемента теплоносителю. Такие устройства достаточно просты в конструктивном исполнении, надежны и неприхотливы в эксплуатации, не требуют дорогостоящего технического обслуживания. Однако в процессе работы часто происходит нарушение нормальных условий эксплуатации, вследствие чего эффективность работы ТЭНов водонагревательных приборов постепенно снижается, и они преждевременно выходят из строя. Такими нарушениями являются образование отложений на теплообменной поверхности нагревательного элемента, агрессивность среды теплоносителя, повышение напряжения питания ТЭНа. Например, первичная накипь, образующаяся на оболочках ТЭНов, в 3-5 раз уменьшает срок их службы. Особенно серьезные проблемы с первичной накипью возникают при непрерывном нагреве и кипячении жесткой проточной воды, когда скорость ее образования на оболочках ТЭНов достигает 0,2-0,4 мм в сутки, а срок их службы не превышает одного месяца [3]. Чаще всего, подобные условия эксплуатации приводят к перегреву нихромовой спирали ТЭНа, её быстрому разрушению и электрическому обрыву, что требует частой замены ТЭНов.

Продлить срок службы водонагревательного устройства можно несколькими способами. Например, периодической очисткой или заменой теплоносителя, для поддержания его физико-химических свойств на должном уровне, однако это не всегда эффективно, особенно если такое обслуживание требует остановки отопительной системы. Также можно регулировать напряжение питания ТЭНа, снижать его при достижении температуры теплоносителя определенного порога, а затем использовать ТЭН на неполной мощности. Но в этом случае потребуется дополнительная модернизация всей системы: установка температурных датчиков, регуляторов мощности и т. п., что не всегда возможно эффективно реализовать на определённой конструктивно законченной отопительной системе.

Предлагается применить в отопительной системе проточный нагревательный модуль со встроенным тепловым элементом, нагреваемым индукционным способом, посредством токов высокой частоты. Основными преимуществами такого нагрева являются возможность передачи электрической энергии бесконтактным способом и выделение тепла непосредственно в нагреваемом объекте. В результате чего использование электроэнергии оказывается более эффективным, а скорость нагрева рабочего элемента значительно увеличивается по сравнению с ТЭНами.

Для проведения предварительных испытаний, исследования рабочих характеристик и оценки эффективности отопительной системы такого типа предполагается построить испытательный макет. Его примерная блок-схема приведена на рисунке 1.

Рис. 1. Блок-схема макета отопительной системы с нагревателем индукционного типа. Цифрами обозначены: 1 –инвертор со встроенным амперметром, 2 – индуктор, 3 – нагревательный модуль, 4 – трубопровод с теплоносителем, 5 – радиатор отопления, 6 – циркуляционный насос, 7 – датчики температуры теплоносителя, 8 – блок управления инвертором.

Макет отопительной системы представляет собой замкнутый трубопроводный контур (4), в котором с помощью насоса (6) осуществляется циркуляция теплоносителя. Нагрев последнего происходит в нагревательном модуле (3), отвод тепла в окружающую среду обеспечивается радиатором (5). Контроль температуры теплоносителя осуществляется с помощью датчиков (7). Блок питания индуктора – инвертор (1) представляет собой мощный импульсный преобразователь частоты и служит для возбуждения высокочастотных колебаний в индукторе. По встроенному амперметру осуществляется контроль тока, потребляемого индуктором в различных режимах работы. Основой блока управления инвертором (8) является генератор импульсов с регулируемыми параметрами, позволяющий менять рабочие режимы инвертора в зависимости от поставленной экспериментальной задачи. Из литературы известны конструкции проточных водонагревателей, представляющие собой многослойный трубчатый змеевик, на который наложена тороидальная обмотка индуктора. Нагрев воды в них осуществляется при прохождении последней по змеевику. Однако их основным недостатком является большая удельная металлоемкость до 10 и более кг/кВт, значительное рассеяние магнитных потоков и, как следствие, большие потери тепла [4]. В предложенном макете отопительной системы используется иная конструкция нагревательного модуля (рисунок 2). Конструктивно он представляет собой диэлектрическую трубу (емкость), через которую циркулирует жидкий теплоноситель (вода, масло). Поверх трубы навивается индукционная катушка, а внутрь помещается система из металлических трубок (тепловых элементов), расположенных вдоль потока теплоносителя. Индукционная катушка при работе может достаточно сильно разогреваться, поэтому выполнена из тонкостенной медной трубки, через которую дополнительным маломощным насосом прокачивается охлаждающая жидкость.

Читайте также:
Прибор ночного видения

Рис. 2. Конструкция нагревательного модуля. Цифрами обозначены: 1 – диэлектрическая трубка, 2 – тепловые элементы – металлические тонкостенные трубки, 3 – индуктор из медной трубки, 4 – вход холодного теплоносителя, 5 – выход нагретого теплоносителя.

Принцип действия индукционного нагрева заключается в преобразовании энергии электромагнитного поля, поглощаемой электропроводным нагреваемым объектом, в тепловую энергию [5, с. 150]. Через катушку индуктора пропускается переменный электрический ток, в результате чего вокруг неё создается изменяющееся во времени переменное электромагнитное поле. Электромагнитное поле наводит в находящихся внутри индуктора металлических трубках (тепловых элементах) вихревые токи (токи Фуко), которые и разогревают их под действием выделяющегося в проводнике джоулева тепла. Теплоноситель, омывая тепловые элементы, охлаждает их, при этом увеличивает свою температуру.

Подобная система «индуктор – тепловой элемент» представляет собой трансформатор без сердечника, где катушка индуктора является первичной, а тепловой элемент – вторичной обмоткой, замкнутой накоротко. Магнитный поток между обмотками замыкается по воздуху.

Питание индуктора осуществляется переменным током повышенной частоты, порядка 100 кГц. В этом случае вихревые токи, наводимые в тепловых элементах, вытесняются собственным магнитным полем в тонкие поверхностные слои металла, где их плотность достигает наибольшего значения, что ведет к интенсивному разогреву поверхности тепловых элементов. Более глубокие внутренние слои теплового элемента, где плотность вихревых токов на порядки меньше, прогреваются за счёт теплопроводности. Такое неоднородное распределение плотности высокочастотного переменного тока по сечению проводников является следствием проявления поверхностного эффекта или скин-эффекта [6, с. 24], представляющего собой явление затухания электромагнитных волн по мере проникновения их в проводящую среду. Глубина скин-слоя в основном зависит от частоты питающего тока и относительной магнитной проницаемости материала теплового элемента. При очень больших частотах ток практически существует только в тонком поверхностном слое проводника [7, с. 2]. Таким образом, увеличивая частоту тока, питающего индуктор, можно добиться увеличения плотности тока на поверхности тепловых элементов и тем самым поднять их рабочую температуру без значительного увеличения электрической мощности, потребляемой устройством. На рисунке 3 представлена примерная электрическая блок схема инвертора.

Рис. 3. Электрическая блок-схема инвертора.

Схема состоит из двух модулей – управляющего и силового. В состав модуля управления входит задающий генератор и схема ограничения потребляемого тока. Силовой модуль содержит выпрямитель, модуль силовых ключей и собственно нагрузку.

Схема функционирует следующим образом. Переменное сетевое напряжение выпрямляется и подается на накопительный конденсатор Cн, соединенный с модулем силовых ключей. Силовой модуль выполнен по классической полумостовой схеме и состоит из двух полупроводниковых ключей (К1 и К2) и конденсаторного делителя (C1 и C2). Нагрузка подключается к общим точкам соединения ключей и конденсаторам делителя[8, с. 251]. Задающий генератор в составе модуля управления формирует управляющие импульсы с заданной частотой и скважностью и попеременно открывает и закрывает силовые ключи. Таким образом, верхний (по схеме) вывод нагрузки подключается то к положительной, то к отрицательной шине питания. В результате на нагрузке формируется переменное напряжение с амплитудой равной половине напряжения питания. Нагрузка инвертора представляет собой колебательный LC контур, образованный индуктором L и блоком конденсаторов Cx и подключается к силовому модулю через согласующий трансформатор Tr[9]. Эквивалентная схема нагрузки приведена на рисунке 4.

Рис. 4. Схема нагрузки инвертора.

Эквивалент теплового элемента (обозначен пунктиром), нагреваемого вихревыми токами высокой частоты, изображен в виде последовательно соединенного витка катушки и резистора. Таким образом, подразумевается индуктивное и активное сопротивление нагреваемого материала.

Быстродействующая схема ограничения тока блокирует работу задающего генератора и закрывает оба силовых ключа при превышении установленного порогового значения тока, питающего индуктор.

Электрическая принципиальная схема силовой части инвертора представлена на рисунке 5. За её основу с минимальными изменениями взята схема от лабораторного инверторного индукционного нагревателя, предназначенного для плавки металлов. [10]. Управляющие импульсы от задающего генератора поступают на входы PDMC+ и PDMC− микросхемы оптической развязки IC1. Логический элемент D1 инвертирует сигнал после прохождения оптической развязки, а также формирует инверсный сигнал для управления нижним ключом VT2.

Рис.5. Принципиальная электрическая схема силового модуля инвертора.

Элемент D2 введён для формирования задержек (т. н. «мертвого времени»), для предотвращения сквозных токов через выходные силовые транзисторы. Длительность вышеупомянутых задержек определяется резисторами R3, R4 и конденсаторами C2, C3 и с указанными на схеме номиналами элементов составляет около 0,5 мкс. На рисунке 6 представлен примерный вид осциллограмм управляющих импульсов для транзисторов верхнего и нижнего плеча полумоста.

Читайте также:
Полочная трехполосная акустическая система своими руками

Рис.6. Осциллограммы управляющих импульсов для ключевых транзисторов.

В качестве драйвера ключей VT1, VT2 используется широко распространенная микросхема IR2110, включенная по стандартной схеме, приведенной в технической документации на эту микросхему. Силовая часть выполнена по полумостовой схеме с несимметричным включением нагрузки. В качестве силовых ключей применяются мощные IGBT-транзисторы со встроенными внутренними «сверхбыстрыми» диодами. Их обвязка является стандартной для подобных схем включения. Резисторы R5, R6 ограничивают максимальный ток заряда и разряда затвора, R7, R8 выполняют защитные функции. Конденсаторы C7, C8, C9, играют роль простейших ёмкостных снабберов и служат для устранения выбросов на ключах, вызванных паразитными индуктивностями цепей питания инвертора, а также индуктивным характером его нагрузки. Нагрузка подключается непосредственно к выходам Out+ и Out−.

На логических элементах D1.3, D1.4 и транзисторе T1 собрана схема быстродействующей токовой защиты, срабатывающей при превышении порогового значения тока, потребляемого силовой частью схемы. Порог срабатывания устанавливается резистором R14. После срабатывания защиты перевод схемы в рабочий режим производится кнопкой «Перегрузка – Сброс».

Постоянное напряжение HV+, HV− с амплитудой порядка 310В. формируется из сетевого однофазного напряжения выпрямительным диодным мостом KBPC3510 и сглаживается электролитическим конденсатором большой емкости C16. Напряжение +15В. необходимо для питания микросхемы драйвера ключей, и подается от отдельного источника питания с максимальным током нагрузки не менее 0,5 А. Из этого же напряжения с помощью линейного стабилизатора 7805 формируется напряжение 5В. для питания логических элементов, оптической развязки и схемы защиты.

В качестве задающего генератора возможно применение любого универсального генератора сигналов, способного формировать импульсы прямоугольной формы с частотой 30…150 кГц, скважностью ≥ 2 и амплитудой порядка 5В.

Максимальная потребляемая мощность данной индукционной водонагревательной системы составляет порядка 2 кВт. Предусматривается её регулировка, как с помощью изменения скважности импульсов на определенной фиксированной частоте, так и регулировкой частоты, для перехода в резонансный режим работы. Такой подход позволяет экспериментальным способом подобрать наилучший материал проводника для изготовления тепловых элементов и получить от них максимальную теплоотдачу.

Подобные индукционные водонагревательные устройства можно использовать в системах отопления не только как основной нагреватель, но и совместно с ТЭНами (работающими на пониженной мощности), в качестве дополнительного проточного подогревателя, доводящего температуру теплоносителя до установленного нормативами значения. Таким образом, снижается тепловая нагрузка на штатные ТЭНы и значительно продлевается срок их эксплуатации.

Библиографический список

  1. Матвеев С. Д. Исследование и разработка коронно-разрядного озонатора для непрерывной дезинфекции яиц в инкубаторе – Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, 05.20.02., – ЧГАУ, 2009. – 108 с.
  2. Русинов В. А. Разработка проточных индукционных нагревателей жидкости пониженной металлоемкости для сельскохозяйственного производства – Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, 05.20.02., – ЧГАУ, 2004. – 225 с.
  3. Мордвинов Ю. А. Патент 2385552 C1. Тэн с защитой от первичной накипи/ Ю.А. Мордвинов, М.Ю. Мордвинов, Н.Ю. Силина.
  4. Котов В.А. Патент RU 2400944. Вихревой индукционный нагреватель и устройство обогрева для помещения / В.А. Котов, А.В. Слободян. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.findpatent.ru/patent/240/2400944.html
  5. Егоров А.В. Электрические печи для производства сталей / А.В. Егоров, А.Ф. Моржин – М.: “Металлургия”, 1975 – 352 с.
  6. Глуханов .Н.П. Физические основы высокочастотного нагрева / Н.П. Глуханов – М.: “Машиностроение”, 1965 – 80 с.
  7. Буханов В.М. Скин эффект – Лабораторный практикум по общей физике (электричество и магнетизм) / В.М. Буханов, Т.М. Глушкова, А.В. Матюнин, А.М. Салецкий, Д.Э. Харабадзе – МГУ им. М.В.Ломоносова, физический факультет, кафедра общей физики – МГУ, 2011 – 12 с.
  8. Семенов Б.Ю. Силовая электроника: от простого к сложному / Б.Ю. Семенов – М.: СОЛОН-Пресс, 2005. – 416 с.
  9. Кухтецкий С.В. Простой лабораторный инвертор для индукционного нагрева [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.icct.ru/Practicality/Papers/30-03-2010/Invertor-01.php
  10. Кухтецкий С.В. Простой лабораторный инвертор для индукционного нагрева. Часть 3. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.icct.ru/sites/default/files/Invertor-07.pdf

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: