كيفية تصميم دائرة سخان التعريفي

تشرح المقالة درسًا تعليميًا خطوة بخطوة فيما يتعلق بتصميم دارة التسخين التعريفي الأساسية الخاصة بك ، والتي يمكن استخدامها أيضًا كموقد الحث.

مفهوم السخان الحثي الأساسي

ربما تكون قد صادفت العديد من دوائر التسخين التعريفي DIY عبر الإنترنت ولكن لا يبدو أن أحدًا قد تناول السر الحاسم وراء تنفيذ تصميم سخان حثي مثالي وناجح. قبل معرفة هذا السر ، سيكون من المهم معرفة مفهوم العمل الأساسي للسخان التعريفي.

السخان الحثي هو في الواقع شكل 'غير فعال' للغاية من المحولات الكهربائية ، وهذا عدم الكفاءة يصبح الميزة الرئيسية له.

نحن نعلم أنه في المحول الكهربائي ، يجب أن يكون القلب متوافقًا مع التردد المستحث ، وعندما يكون هناك عدم توافق بين التردد والمادة الأساسية في المحول ، فإنه ينتج عنه توليد حرارة.

في الأساس ، سيتطلب المحول ذو القلب الحديدي نطاقًا أقل من التردد يتراوح من 50 إلى 100 هرتز ، ومع زيادة هذا التردد ، قد يظهر اللب ميلًا إلى أن يصبح أكثر سخونة بالتناسب. هذا يعني أنه إذا تم زيادة التردد إلى مستوى أعلى بكثير فقد يكون أكثر من 100 كيلو هرتز سيؤدي إلى توليد حرارة شديدة داخل القلب.

نعم ، هذا هو بالضبط ما يحدث مع نظام التسخين بالحث حيث يعمل الموقد مثل القلب وبالتالي فهو مصنوع من مادة الحديد. ويتعرض ملف الحث لتردد عالٍ ، ينتج عن ذلك معًا توليد كمية شديدة نسبيًا من الحرارة على الوعاء. نظرًا لأنه تم تحسين التردد على مستوى عالٍ بشكل ملحوظ ، فإنه يضمن أقصى حرارة ممكنة على المعدن.

الآن دعنا ننتقل ونتعرف على الجوانب المهمة التي قد تكون مطلوبة لتصميم دائرة تسخين التعريفي ناجحة وصحيحة تقنيًا ستوضح التفاصيل التالية هذا:

ما سوف تحتاجه

الشيئان الأساسيان المطلوبان لبناء أي أواني طهي التعريفي هما:

1) ملف بيفيلار.

2) دائرة مولد تردد قابل للتعديل

لقد ناقشت بالفعل بعض دوائر التسخين التعريفي في هذا الموقع ، يمكنك قراءتها أدناه:

دائرة سخان الحث الشمسي

دائرة سخان الحث باستخدام IGBT

دائرة سخان الحث البسيط - دائرة طباخ اللوح الساخن

دائرة سخان الحث الصغير لمشروع المدرسة

تشترك جميع الروابط أعلاه في شيئين مشتركين أعلاه ، أي أنها تحتوي على ملف عمل ومرحلة مذبذب للسائق.

تصميم ملف العمل

لتصميم أواني الطهي التعريفي ، من المفترض أن يكون ملف العمل مسطحًا بطبيعته ، لذلك يجب أن يكون من النوع الثنائي بتكوينه ، كما هو موضح أدناه:

يمكن تنفيذ تصميم نوع الملف الثنائي الموضح أعلاه بشكل فعال لصنع أواني الطهي التعريفي محلية الصنع.

للاستجابة المثلى وتوليد الحرارة المنخفضة داخل الملف ، تأكد من أن سلك الملف ثنائي الطور مصنوع باستخدام العديد من خيوط النحاس الرفيعة بدلاً من سلك صلب واحد.

وبالتالي ، يصبح هذا هو ملف عمل أواني الطهي ، والآن تحتاج أطراف هذا الملف ببساطة إلى التكامل مع مكثف مطابق وشبكة تشغيل تردد متوافقة ، كما هو موضح في الشكل التالي:

تصميم دائرة تشغيل الرنين من سلسلة H-Bridge

حتى الآن ، يجب أن تكون المعلومات قد أخطرتك فيما يتعلق بكيفية تكوين أواني طهي بسيطة أو تصميم موقد الحث ، ولكن الجزء الأكثر أهمية في التصميم هو كيفية صدى شبكة مكثف الملف (دائرة الخزان) في النطاق الأمثل بحيث الدائرة تعمل على المستوى الأكثر كفاءة.

إن تمكين دارة خزان الملف / المكثف (دائرة LC) للعمل عند مستوى الرنين الخاص بها يتطلب محاثة الملف وسعة المكثف لتكون مطابقة تمامًا.

يمكن أن يحدث هذا فقط عندما تكون مفاعلة كلا النظيرين متطابقة ، أي تفاعل الملف (المحرِّض) وكذلك المكثف متماثلان تقريبًا.

بمجرد إصلاح ذلك ، يمكنك أن تتوقع أن تعمل دائرة الخزان بترددها الطبيعي وأن تصل شبكة LC إلى نقطة الرنين. وهذا ما يسمى بدائرة LC المضبوطة تمامًا.

هذا يخلص الإجراءات الأساسية لتصميم دائرة سخان الحث

قد تتساءل عن ما هو صدى دائرة LC. ؟؟ وكيف يمكن حساب ذلك بسرعة لاستكمال تصميم سخان حثي معين؟ سنناقش هذا بشكل شامل في الأقسام التالية.

أوضحت الفقرات أعلاه الأسرار الأساسية وراء تطوير موقد حثي منخفض التكلفة وفعال في المنزل ، في الأوصاف التالية سنرى كيف يمكن تنفيذ ذلك من خلال حساب معلماته الحاسمة على وجه التحديد مثل رنين دائرة LC المضبوطة والبعد الصحيح سلك الملف لضمان قدرة معالجة التيار المثلى.

ما هو الرنين في دارة LC للسخان التعريفي

عندما يتم شحن المكثف داخل دائرة LC المضبوطة مؤقتًا ، يحاول المكثف تفريغ وتفريغ الشحنة المتراكمة على الملف ، يقبل الملف الشحنة ويخزن الشحنة في شكل مجال مغناطيسي. ولكن بمجرد تفريغ المكثف في هذه العملية ، يطور الملف مقدارًا مكافئًا تقريبًا من الشحنة على شكل مجال مغناطيسي ويحاول الآن إعادة هذا داخل المكثف ، على الرغم من وجود قطبية معاكسة.

الصورة مجاملة:

ويكيبيديا

يتم إجبار المكثف على الشحن مرة أخرى ولكن هذه المرة في الاتجاه المعاكس ، وبمجرد شحنه بالكامل ، يحاول مرة أخرى إفراغ نفسه عبر الملف ، وينتج عن ذلك مشاركة شحنة ذهابًا وإيابًا في شكل تتأرجح التيار عبر شبكة LC.

يصبح تردد هذا التيار المتذبذب هو تردد الرنين لدائرة LC المضبوطة.

ومع ذلك ، بسبب الخسائر الكامنة ، فإن التذبذبات المذكورة أعلاه تختفي في نهاية المطاف مع مرور الوقت ، والتردد ، وتنتهي الشحنة بعد وقت ما.

ولكن إذا تم السماح للتردد بالاستمرار من خلال إدخال تردد خارجي ، مضبوط على نفس مستوى الرنين ، فيمكن أن يضمن ذلك تأثير رنين دائم يتم إحداثه عبر دائرة LC.

عند تردد الرنين ، يمكننا أن نتوقع أن يكون اتساع الجهد المتذبذب عبر دائرة LC عند المستوى الأقصى ، مما يؤدي إلى الحث الأكثر كفاءة.

لذلك يمكننا أن نفترض أنه ، لتنفيذ صدى مثالي داخل شبكة LC لتصميم سخان الحث ، نحتاج إلى ضمان المعلمات الحاسمة التالية:

1) دائرة LC مضبوطة

2) وتردد مطابق للحفاظ على صدى دارة LC.

يمكن حساب ذلك باستخدام الصيغة البسيطة التالية:

F = 1 ÷ 2π x √LC

حيث L في Henry و C في Farad

إذا كنت لا ترغب في تجاوز متاعب حساب صدى خزان ملف LC من خلال الصيغة ، فقد يكون الخيار الأبسط بكثير هو استخدام البرنامج التالي:

LC الرنين حاسبة التردد

أو يمكنك أيضًا بناء هذا مقياس تراجع الشبكة لتحديد وتعيين تردد الرنين.

بمجرد تحديد تردد الرنين ، حان الوقت لتعيين IC كامل الجسر مع تردد الرنين هذا عن طريق الاختيار المناسب لمكونات توقيت Rt و Ct. يمكن القيام بذلك عن طريق بعض التجارب والخطأ من خلال القياسات العملية ، أو من خلال الصيغة التالية:

يمكن استخدام الصيغة التالية لحساب قيم Rt / Ct:

f = 1 / 1.453 x Rt x Ct حيث Rt في أوم و Ct في Farads.

باستخدام سلسلة الرنين

يستخدم مفهوم سخان الحث الذي تمت مناقشته في هذا المنشور دائرة طنين متسلسلة.

عندما يتم استخدام دارة LC طنين متسلسلة ، يكون لدينا مغو (L) ومكثف (C) متصلان على التوالي ، كما هو موضح في الرسم البياني التالي.

الجهد الكلي الخامس المطبق عبر سلسلة LC سيكون مجموع الجهد عبر المحث L والجهد عبر المكثف ج. سيكون التيار المتدفق عبر النظام مساويًا للتيار المتدفق عبر المكونين L و C.

V = VL + VC

أنا = IL = IC

يؤثر تردد الجهد المطبق على تفاعلات المحرِّض والمكثف. مع زيادة التردد من قيمة دنيا إلى قيمة أعلى ، فإن المفاعلة الحثية XL للمحث ستزداد بشكل متناسب ، لكن XC وهو التفاعل السعوي سينخفض.

ومع ذلك ، أثناء زيادة التردد ، سيكون هناك مثال أو عتبة معينة عندما تكون مقادير التفاعل الحثي والمفاعلة السعوية متساوية تمامًا. سيكون هذا المثال هو نقطة الطنين للسلسلة LC ، ويمكن ضبط التردد على أنه تردد الطنين.

لذلك ، في دارة طنين متسلسلة ، سيحدث الرنين عندما

XL = XC

أو ، L = 1 / C

حيث ω = التردد الزاوي.

يمنحنا تقدير قيمة ω:

ω = ωo = 1 / √ LC ، والذي يُعرَّف بأنه التردد الزاوي الرنان.

باستبدال هذا في المعادلة السابقة وأيضًا تحويل التردد الزاوي (بالراديان في الثانية) إلى تردد (هرتز) ، نحصل أخيرًا على:

fo = ωo / 2π = 1/2 LC

fo = 1/2 LC

حساب حجم السلك لملف عمل سخان الحث

بمجرد حساب القيم المثلى لـ L و C لدائرة الخزان للسخان التعريفي وتقييم التردد المتوافق الدقيق لدائرة السائق ، فقد حان الوقت لحساب وإصلاح قدرة المعالجة الحالية لملف العمل والمكثف.

نظرًا لأن التيار المتضمن في تصميم سخان الحث يمكن أن يكون كبيرًا إلى حد كبير ، فلا يمكن تجاهل هذه المعلمة ويجب تخصيصها بشكل صحيح لدائرة LC.

قد يكون استخدام الصيغ لحساب أحجام الأسلاك لحجم سلك الحث أمرًا صعبًا بعض الشيء خاصة بالنسبة للقادمين الجدد ، وهذا هو بالضبط سبب تمكين برنامج خاص لنفسه في هذا الموقع ، والذي يمكن لأي هواة مهتم استخدامه البعد السلك الحجم الصحيح لدائرة الموقد التعريفي.