Тиристорный последовательный инвертор в индукционной плите

May 29, 2010 by admin Комментировать »

Явление индукционного нагрева металлов не ново; оно используется в десятках промышленных процессов, таких как закалка шестерен и дру­гих частей машины. До настоящего времени, однако, индукционный на­грев для приготовления пищи практически не применялся из-за высокой стоимости, больших габаритов и невысокой надежности. Такие преобра­зователи как вращающиеся машины, тиратроны, игнитроны или элект­ронные лампы могут устанавливаться и использоваться в промышленно­сти, но едва ли подходят для дома. А мощные транзисторы до сих пор остаются слишком дорогими для этой цели.

Схема индукционной печи, показанная на рис. 5.5, является экспе­риментальной, но пригодна для практических целей. С функциональной точки зрения ее можно представить в виде трех блоков. Первым являет­ся последовательный тиристорный инвертор, на тиристоре SCR2. При периодическом включении и выключении тиристора в последовательном колебательном контуре LIC4 возникают колебания ударного возбуждения. Колебание не продолжается непрерывно, а имеет вид однократных «вспышек» (как показано на рис. 5.6). Частота переключения тиристора, около 18 кГц, едва превышает порог слышимого звука. Резонансная час­тота колебательного контура L1C4 выбирается вблизи 35 кГц. Разность между частотой возбуждения и резонансной частотой LС-контура необ­ходима для того, чтобы обеспечить надежную коммутацию тиристора.

clip_image002

Рис. 5.5. Схема индукционной печи с тиристорным инвертором последовательного типа. International Rectifier Corp.

Катушка индуктивности L\ фактически является преобразователем. Она представляет собой медную спираль, индуктивность которой равна 6 мкГн. Металлическая кастрюля помещается над этой катушкой и нагре­вается вихревыми токами. Если кастрюля железная или стальная, то гис­терезис также вносит вклад в нагревание. Медные витки катушки остают­ся относительно холодными. Емкость конденсатора С4 выбрана равной 3,45 мкФ, чтобы с катушкой L\ получить резонанс на частоте 35 кГц.

На рис. 5.6 первая, или положительная, половина каждого отдельно­го цикла вызвана протеканием тока через резонансный LС-контур и ти­ристор SCR1, Однако как только ток изменяет направление, тиристор выключается. Продолжительность отрицательной части цикла определя­ется током, протекающим через C4/Z1 и диод RD1. Таким образом, SCR1 и RD1 вместе участвуют в формировании одного полного цикла. До по­явления следующего импульса запуска, тиристор имеет достаточное вре­мя для восстановления, что гарантирует надежную коммутацию. Имен­но поэтому, как видно на рис. 5.6, между двумя циклами имеется пауза.

clip_image004

10 мкс/деление

Рис. 5.6. Форма тока в колебательном контуре схемы, изображенной на рис. 5.5. International Rectifier Corp.

Резистор R4 и конденсатор С5 образуют демпфирующую цепь, кото­рая уменьшает скорость изменения напряжения на тиристоре. Это по­вышает надежность коммутации и предупреждает ложный запуск.

Второй блок индукционной плиты представляет собой генератор на однопереходном транзисторе. В его функции входит формирование пос­ледовательности запускающих импульсов, поступающих на управляющий электрод SCR2. Частота повторения импульсов равна примерно 18 кГц. Эту частоту можно получить, используя времязадающий конденсатор С7 емкостью 0,01 мкФ. Сопротивления резисторов /?7 и /?8 в этом случае бу­дут равны 10 Ом и 1 Ом соответственно. Эмиттерный повторитель на транзисторе Q\ обеспечивает усиление импульсов по току. Для этой цели подходят транзисторы общего применения типа 2N697 или 2N3565. Ис­точник питания для генератора импульсов состоит из 25-вольтового трансформатора накала 71 и однополупериодного выпрямителя, содер­жащего диод /?/)3, конденсатор фильтра С8 емкостью 1000 мкФ и стаби­литрон. Стабилитрон имеет следующие параметры: напряжение стабили­зации 25 В, рассеиваемая мощность 3 Вт. Проволочный резистор R9 имеет сопротивление 150 Ом и мощность рассеяния 5 Вт.

Третий блок индукционной печи ~ основной источник питания -представляет собой выпрямитель с фазовым управлением, который позво­ляет осуществлять плавное регулирование выходного напряжения практи­чески от нуля до 130 В. Таким образом, маломощным переменным резис­тором R2 можно регулировать количество тепла, выделяемого в кастрюле. Однополупериодное выпрямление и управление выходной мощностью вы­полняются тиристором SCR\, а однополярные выходные импульсы сгла­живаются конденсатором фильтра СЗ. Полученное таким образом посто­янное напряжение используется при ударном возбуждении резонансного контура. Применяемый выпрямитель с фазовым управлением использует схему запуска с двумя времязадающими /?С-цепями, чтобы гарантировать стабильность рабочих характеристик, предъявляемую к оборудованию для тепловой обработки продуктов. Например, печь должна быть свободна от раздражающего «гистерезиса», которым страдают схемы запуска с одной времязадающей цепью. (Ранее недорогие регуляторы силы света часто об­ладали этим свойством – установка регулятора в одно и тоже положение не всегда давала одну и ту же интенсивность света.) Кроме того, приме­нение «двойной постоянной времени» позволяет получить более широкий диапазон регулировки — почти от нуля до максимальной мощности.

Ради эксперимента можно применить двухполупериодный выпрями­тель вместе с регулируемым автотрансформатором. Применение такого устройства можно оправдать с точки зрения улучшения характеристик, но оно не будет конкурентоспособно с приведенной схемой по стоимости.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты