誘導加熱回路の設計方法

この記事では、誘導調理台としても使用できる、独自の自家製の基本的な誘導加熱回路の設計に関するステップバイステップのチュートリアルについて説明します。

基本的な誘導加熱器の概念

オンラインで多くのDIY誘導加熱回路に出くわしたかもしれませんが、完璧で成功した誘導加熱器の設計を実装する背後にある決定的な秘密に誰も取り組んでいないようです。この秘密を知る前に、誘導加熱器の基本的な動作概念を知ることが重要です。

誘導加熱器は実際には非常に「非効率的な」形式の変圧器であり、この非効率性がその主な利点になります。

電気変圧器では、コアは誘導周波数と互換性がある必要があり、周波数と変圧器のコア材料の間に非互換性があると、熱が発生することがわかっています。

基本的に、鉄心変圧器は50〜100Hz付近のより低い周波数範囲を必要とし、この周波数が増加するにつれて、コアは比例して熱くなる傾向を示す可能性があります。つまり、周波数をはるかに高いレベルに上げると、100kHzを超える可能性があり、コア内で極端な熱が発生する可能性があります。

はい、これはまさに、クックトップがコアのように機能し、したがって鉄材料でできている誘導加熱システムで起こることです。そして、誘導コイルは高周波にさらされ、これが一緒になって、容器に比例して強い量の熱が発生します。周波数は非常に高いレベルで最適化されているため、金属に最大限の熱を与えることができます。

それでは、先に進んで、技術的に正しい誘導加熱回路を設計するために必要となる可能性のある重要な側面を学びましょう。以下の詳細でこれを説明します。

必要なもの

誘導調理器具を構築するために必要な2つの基本的なことは次のとおりです。

1）バイファイラーコイル。

2）調整可能な周波数発生器回路

私はすでにこのウェブサイトでいくつかの誘導加熱回路について議論しました、あなたはそれらを以下で読むことができます：

ソーラー誘導加熱回路

IGBTを使用した誘導加熱回路

シンプルな誘導加熱回路-ホットプレートクッカー回路

学校プロジェクト用の小型誘導加熱回路

上記のすべてのリンクには、上記の2つの共通点があります。つまり、ワークコイルとドライバーオシレーターステージがあります。

ワークコイルの設計

誘導調理器具を設計するために、作業コイルは本質的に平らであると想定されているため、以下に示すように、構成がバイファイラータイプである必要があります。

上に示したバイファイラーコイルタイプのデザインは、自家製の誘導調理器具を作るために効果的に実装できます。

コイル内の最適な応答と低発熱のために、バイファイラーコイルのワイヤーが単一の単線ではなく銅の多くの細いストランドを使用して作られていることを確認してください。

したがって、これは調理器具の作業コイルになります。次の図に示すように、このコイルの両端は、マッチングコンデンサと互換性のある周波数ドライバネットワークと統合する必要があります。

Hブリッジ直列共振ドライバ回路の設計

これまでのところ、簡単な誘導調理器具または誘導調理台の設計を構成する方法に関する情報がわかりましたが、設計の最も重要な部分は、コイルコンデンサネットワーク（タンク回路）を最適な範囲に共振させる方法です。回路は最も効率的なレベルで動作します。

コイル/コンデンサタンク回路（LC回路）を共振レベルで動作させるには、コイルのインダクタンスとコンデンサの静電容量を完全に一致させる必要があります。

これは、対応する両方のリアクタンスが同じである場合、つまりコイル（インダクタ）とコンデンサのリアクタンスがほぼ同じである場合にのみ発生する可能性があります。

これが修正されると、タンク回路がその固有周波数で動作し、LCネットワークが共振点に到達することが期待できます。これは完全に調整されたLC回路と呼ばれます。

これで、基本的な誘導加熱回路の設計手順は終わりです。

LC回路の共振とは何か疑問に思われるかもしれません。そして、特定の誘導加熱器の設計を完了するために、これをどのように迅速に計算できるでしょうか？これについては、次のセクションで包括的に説明します。

上記の段落では、家庭で低コストで効果的な誘導クックトップを開発する背後にある基本的な秘密を説明しました。次の説明では、調整されたLC回路の共振やの正しい寸法などの重要なパラメータを具体的に計算することによってこれを実装する方法を説明します。最適な電流処理能力を確保するためのコイルワイヤ。

誘導加熱器LC回路の共振とは

調整されたLC回路内のコンデンサが瞬間的に充電されると、コンデンサはコイル上に蓄積された電荷を放電およびダンプしようとし、コイルは電荷を受け入れ、磁場の形で電荷を蓄積します。しかし、コンデンサがその過程で放電するとすぐに、コイルは磁場の形でほぼ同等の量の電荷を発生し、極性は逆ですが、これをコンデンサの内部に押し戻そうとします。

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コンデンサは再び強制的に充電されますが、今回は反対方向になり、完全に充電されるとすぐに、コイル全体で再び空になります。これにより、次の形で電荷が前後に共有されます。 LCネットワーク全体の振動電流。

この発振電流の周波数が、同調LC回路の共振周波数になります。

しかし、固有の損失のために、上記の振動は時間の経過とともに最終的に消滅し、周波数、電荷はすべてしばらくして終了します。

しかし、同じ共振レベルで調整された外部周波数入力を介して周波数を維持できる場合は、LC回路全体に永続的な共振効果が誘導されることを保証できます。

共振周波数では、LC回路で発振する電圧の振幅が最大レベルになり、最も効率的な誘導が得られると期待できます。

したがって、誘導加熱器の設計のためにLCネットワーク内に完全な共振を実装するには、次の重要なパラメータを確保する必要があることを意味します。

1）調整されたLC回路

2）そしてLC回路の共振を維持するためのマッチング周波数。

これは、次の簡単な式を使用して計算できます。

F = 1÷ 2π バツ √LC

ここで、Lはヘンリーにあり、Cはファラッドにあります

コイルLCタンクの共振を式で計算する手間をかけたくない場合は、次のソフトウェアを使用する方がはるかに簡単です。

LC共振周波数計算機

または、これを作成することもできます グリッドディップメータ 共振周波数を特定して設定するため。

共振周波数が特定されたら、RtおよびCtタイミングコンポーネントを適切に選択して、この共振周波数でフルブリッジICを設定します。これは、実際の測定、または次の式による試行錯誤によって行うことができます。

Rt / Ctの値の計算には、次の式を使用できます。

f = 1 / 1.453 x Rt x Ctここで、Rtはオーム、Ctはファラッドです。

直列共振の使用

この投稿で説明する誘導加熱器の概念は、直列共振回路を使用しています。

直列共振LC回路を使用する場合、次の図に示すように、インダクタ（L）とコンデンサ（C）が直列に接続されます。

総電圧 V 直列LCに印加されるのは、インダクタLの両端の電圧とコンデンサCの両端の電圧の合計です。システムを流れる電流は、LおよびCコンポーネントを流れる電流と等しくなります。

V = VL + VC

I = IL = IC

印加電圧の周波数は、インダクタとコンデンサのリアクタンスに影響を与えます。周波数が最小値から高い値に増加すると、インダクタの誘導性リアクタンスXLは比例して増加しますが、容量性リアクタンスであるXCは減少します。

ただし、周波数が増加している間、誘導性リアクタンスと容量性リアクタンスの大きさがちょうど等しくなる特定のインスタンスまたはしきい値があります。このインスタンスは直列LCの共振点になり、周波数を共振周波数として設定できます。

したがって、直列共振回路では、次の場合に共振が発生します。

XL = XC

または、ωL= 1 /ωC

ここで、ω=角周波数。

ωの値を評価すると、次のようになります。

ω=ωo= 1 /√LC、これは共振角周波数として定義されます。

これを前の式に代入し、角周波数（ラジアン/秒）を周波数（Hz）に変換すると、最終的に次のようになります。

fo =ωo/2π= 1 /2π√LC

fo = 1 /2π√LC

誘導加熱器の作業コイルのワイヤサイズの計算

誘導加熱器のタンク回路のLとCの最適値を計算し、ドライバー回路の正確な互換周波数を評価したら、次に、ワークコイルとコンデンサーの電流処理能力を計算して固定します。

誘導加熱器の設計に含まれる電流はかなり大きくなる可能性があるため、このパラメータは無視できず、LC回路に正しく割り当てる必要があります。

誘導ワイヤサイズのワイヤサイズを計算するための式を使用することは、特に初心者にとっては少し難しいかもしれません。そのため、このサイトでは同じための特別なソフトウェアが有効になっており、興味のある愛好家なら誰でも使用できます。 適切なサイズのワイヤーの寸法 あなたの誘導クックトップ回路のために。