Calentamiento por inducción

Introducción

El calentamiento por inducción es un proceso de calentamiento sin contacto. Se utiliza electricidad de alta frecuencia para calentar materiales que son eléctricamente conductor. Dado que es de no contacto, el proceso de calentamiento no contamina el material que está siendo calentado. También es muy eficiente ya que el calor se genera realmente el interior de la pieza de trabajo. Esto se puede contrastar con otros métodos de calentamiento donde se genera calor en una llama o calentamiento elemento, que se aplica luego a la pieza de trabajo. Por estas razones calentamiento por inducción se presta a algunas aplicaciones únicas en la industria.

¿Cómo funciona la calefacción de inducción?

(Aunque el calentamiento debido a las corrientes de Foucault es deseable en esta aplicación, es interesante observar que los fabricantes de transformadores hacen todo lo posible para evitar este fenómeno en sus transformadores. Núcleos de los transformadores laminado, núcleos de polvo de hierro y ferritas se usan para evitar que las corrientes de Foucault fluya dentro de núcleos de transformador. dentro de un transformador el paso de corrientes de Foucault es altamente indeseable debido a que causa el calentamiento del núcleo magnético y representa el poder que se desperdicia.)

Y para los metales ferrosos?

Para los metales ferrosos como el hierro y algunos tipos de acero, hay un mecanismo de calentamiento adicional que tiene lugar al mismo tiempo que las corrientes de Foucault antes mencionados. El intenso campo magnético alterno dentro de la bobina de trabajo repetidamente magnetiza y-magnetiza De los cristales de hierro. Este rápido flipping de los dominios magnéticos provoca una fricción considerable y calefacción en el interior del material. Calefacción Debido a este mecanismo se conoce como pérdida de histéresis, y es mayor para materiales que tienen una gran área dentro de su curva BH. Esto puede ser un gran factor que contribuye a que el calor generado durante el calentamiento por inducción, pero sólo tiene lugar dentro de los materiales ferrosos. Por esta razón, los materiales ferrosos se prestan más fácilmente a un calentamiento por inducción de materiales no ferrosos.

Es interesante observar que el acero pierde sus propiedades magnéticas cuando se calientan por encima de aproximadamente 700 ° C. Esta temperatura es conocida como la temperatura de Curie. Esto significa que por encima de 700 ° C no puede haber calentamiento del material debido a las pérdidas de histéresis. Cualquier calentamiento adicional del material debe ser debido a corrientes de Foucault inducidas por sí solos. Esto hace de acero calentamiento por encima de 700 ° C más de un desafío para los sistemas de calentamiento por inducción. El hecho de que el cobre y el aluminio son los dos conductores eléctricos no magnéticos y muy buenos, también puede hacer que estos materiales un reto para calentar eficientemente. (Veremos que el mejor curso de acción para estos materiales es la frecuencia a exagerar las pérdidas debido al efecto de la piel.)

¿Qué es el calentamiento por inducción se utiliza?

El calentamiento por inducción se puede utilizar para cualquier aplicación donde queremos para calentar un material eléctricamente conductor de una manera limpia, eficiente y controlada.

Una de las aplicaciones más comunes es para sellar las juntas anti-manipulación indebida que se pegan a la parte superior de la medicina y botellas de bebidas. Un sello de aluminio recubierto con "pegamento de fusión en caliente" se inserta en la tapa de plástico y se atornilla sobre la parte superior de cada botella durante la fabricación. Estos sellos de papel de aluminio se calientan rápidamente a medida que pasan las botellas bajo un calentador de inducción en la línea de producción. El calor generado funde el pegamento y sella el papel de aluminio sobre la parte superior de la botella. Cuando se quita la tapa, la lámina se mantiene proporcionando un sello hermético y la prevención de cualquier alteración o contaminación del contenido de la botella hasta que el cliente atraviesa la lámina.

Otra aplicación común es "cocción getter" para eliminar la suciedad de tubos de vacío, tales como los tubos de imagen de televisión, los tubos de vacío, y varias lámparas de descarga de gas. Un anillo de material conductor llamado un "getter" se coloca dentro del recipiente de vidrio evacuado. Desde calentamiento por inducción es un proceso sin contacto se puede utilizar para calentar el getter que ya está sellado dentro de un recipiente. Una bobina de trabajo de inducción está situado cerca del getter en la parte exterior del tubo de vacío y la fuente de CA está activada. En cuestión de segundos de iniciar el calentador de inducción, el getter se calienta al rojo vivo, y los productos químicos en su recubrimiento reaccione con cualquier gas en el vacío. El resultado es que el getter absorbe cualquier últimas trazas restantes de gas dentro del tubo de vacío y aumenta la pureza del vacío.

Sin embargo, otra aplicación común para calentamiento por inducción es un proceso llamado purificación zona utilizada en la industria de fabricación de semiconductores. Este es un proceso en el que se purifica de silicio por medio de una zona de movimiento de material fundido. Una búsqueda en Internet es seguro para subir más detalles sobre este proceso que sé muy poco.

Otras aplicaciones incluyen la fusión, soldadura y soldadura fuerte o metales. La inducción fogones y ollas arroceras. el endurecimiento de metal de municiones, dentado, hojas de sierra y ejes de transmisión, etc, son también las aplicaciones más comunes debido a que el proceso de inducción calienta la superficie del metal con gran rapidez. Por lo tanto, se puede utilizar para el endurecimiento de la superficie, y el endurecimiento de las zonas localizadas de piezas metálicas por "dejando atrás" la conducción térmica de calor más profundamente en la pieza o a las áreas circundantes. La naturaleza no contacto de calentamiento por inducción también significa que puede ser utilizado para calentar materiales en aplicaciones analíticas y sin riesgo de contaminación de la muestra. Análogamente, los instrumentos médicos de metal pueden ser esterilizados por calentamiento a altas temperaturas, mientras que todavía están sellados dentro de un ambiente estéril conocido, con el fin de matar los gérmenes.

Lo que se requiere para el calentamiento por inducción?

En teoría sólo 3 cosas son esenciales para poner en práctica el calentamiento por inducción:

1. Una fuente de energía eléctrica de alta frecuencia,

2. Una bobina de trabajo para generar el campo magnético alterno,

3. Una pieza de trabajo eléctricamente conductora a calentar,

Habiendo dicho esto, los sistemas de calentamiento por inducción práctica suelen ser un poco más complejo. Por ejemplo, a menudo se requiere una red de adaptación de impedancia entre la fuente de frecuencia alta y la bobina de trabajo con el fin de asegurar una buena transferencia de energía. sistemas de refrigeración de agua son también comunes en calentadores de inducción de alta potencia para eliminar el calor residual de la bobina de trabajo, su red de adaptación y la electrónica de potencia. Finalmente algo de electrónica de control se suele utilizar para controlar la intensidad de la acción de calentamiento, y el tiempo del ciclo de calentamiento para asegurar resultados consistentes. La electrónica de control también protege el sistema de ser dañado por un número de condiciones de funcionamiento adversas. Sin embargo, el principio básico de funcionamiento de cualquier calentador de inducción sigue siendo el mismo que el descrito anteriormente.

Implementación práctica

En la práctica la bobina de trabajo generalmente se incorpora en un circuito tanque resonante. Esto tiene una serie de ventajas. En primer lugar, hace que sea la actual o la forma de onda de tensión senoidal convertido. Esto minimiza las pérdidas en el inversor por lo que le permite beneficiarse de cero de voltaje de conmutación o de corriente de conmutación de cero en función de la disposición exacta elegida. La forma de onda sinusoidal a la bobina de trabajo también representa una señal más pura y produce menos interferencias de radio frecuencia a los equipos cercanos. Este punto más adelante llegando a ser muy importante en los sistemas de alta potencia. Veremos que hay una serie de esquemas de resonancia que el diseñador de un calentador de inducción puede elegir para la bobina de trabajo:

Serie circuito tanque resonante

La bobina de trabajo se hace para resonar a la frecuencia de funcionamiento prevista por medio de un condensador colocado en serie con él. Esto hace que la corriente a través de la bobina de trabajo para ser sinusoidal. La resonancia en serie también aumenta la tensión a través de la bobina de trabajo, mucho más alto que el voltaje de salida del inversor solo. El inversor ve una corriente de carga sinusoidal sino que debe llevar la corriente total que fluye en la bobina de trabajo. Por esta razón la bobina de trabajo a menudo se compone de muchas vueltas de alambre con sólo unos pocos amperios o decenas de amperios que fluyen. potencia de calentamiento significativo se consigue permitiendo que el incremento de tensión resonante a través de la bobina de trabajo en la disposición resonante en serie, mientras que mantener la corriente a través de la bobina (y el inversor) a un nivel razonable.

Esta disposición se utiliza comúnmente en cosas como ollas arroceras, donde el nivel de potencia es baja, y el inversor se encuentra junto al objeto a calentar. Los principales inconvenientes de la disposición resonante en serie son que el inversor debe llevar la misma corriente que fluye en la bobina de trabajo. Además de este aumento de la tensión debido a la resonancia en serie puede ser muy pronunciado si no hay una pieza de trabajo de tamaño significativamente presentes en la bobina de trabajo para amortiguar el circuito. Este no es un problema en aplicaciones como ollas arroceras, donde la pieza de trabajo es siempre el mismo recipiente de cocción, y sus propiedades son bien conocidos en el momento de diseñar el sistema.

El condensador tanque está típicamente clasificada para un voltaje alto a causa de la subida de la tensión resonante con experiencia en el circuito resonante en serie sintonizado. También debe llevar toda la corriente transportada por la bobina de trabajo, aunque esto no suele ser un problema en aplicaciones de baja potencia.

circuito tanque resonante paralelo

La bobina de trabajo se hace para resonar a la frecuencia de funcionamiento prevista por medio de un condensador colocado en paralelo con ella. Esto hace que la corriente a través de la bobina de trabajo para ser sinusoidal. La resonancia en paralelo también aumenta la corriente a través de la bobina de trabajo, mucho más alta que la capacidad de corriente de salida del inversor solo. El inversor ve una corriente de carga sinusoidal. Sin embargo, en este caso sólo tiene que llevar la parte de la corriente de carga que realmente hace el trabajo real. El inversor no tiene que llevar la corriente que circula completo en la bobina de trabajo. Esto es muy significativo ya que los factores de potencia en aplicaciones de calentamiento por inducción son típicamente bajas. Esta propiedad del circuito resonante paralelo puede hacer una reducción de diez veces en la corriente que debe ser soportada por el inversor y los cables de conexión a la bobina de trabajo. pérdidas de conducción son típicamente proporcional a la corriente al cuadrado, por lo que una reducción de diez veces en la corriente de carga representa un ahorro significativo en pérdidas de conducción en el inversor y el cableado asociado. Esto significa que la bobina de trabajo se puede colocar en una ubicación remota desde el inversor sin incurrir en pérdidas masivas en los cables de alimentación.

bobinas de trabajo utilizando esta técnica a menudo consisten en sólo unas pocas vueltas de un conductor de cobre de espesor pero con grandes corrientes de muchos cientos o miles de amperios que fluyen. (Esto es necesario para obtener el Ampere requerida se vuelve a hacer el calentamiento por inducción.) De enfriamiento de agua es común para todos, pero el más pequeño de los sistemas. Esto es necesario para eliminar el exceso de calor generado por el paso de la corriente de alta frecuencia grande a través de la bobina de trabajo y su condensador del tanque asociado.

En el circuito tanque resonante paralelo la bobina de trabajo puede ser pensado como una carga inductiva con un condensador de "corrección de factor de potencia" conectado a través de ella. El condensador PFC proporciona un flujo de corriente reactiva igual y opuesta a la gran corriente inductiva dibujado por la bobina de trabajo. La clave para recordar es que esta enorme corriente se localiza en la bobina de trabajo y su condensador, y representa meramente potencia reactiva chapoteo de ida y vuelta entre los dos. Por lo tanto la única verdadera flujo de corriente desde el inversor es la relativamente pequeña cantidad requerida para superar las pérdidas en el condensador de "PFC" y la bobina de trabajo. Siempre hay algo de pérdida en este circuito tanque debido a la pérdida dieléctrica en el efecto condensador y la piel causando pérdidas resistivas en la bobina de condensador y el trabajo. Por lo tanto una pequeña corriente siempre se extrae del inversor incluso sin pieza de trabajo presente. Cuando se inserta una pieza de trabajo con pérdidas en la bobina de trabajo, esto amortigua el circuito resonante en paralelo mediante la introducción de una pérdida adicional en el sistema. Por lo tanto la corriente consumida por los aumentos de circuito tanque resonante paralelo cuando se introduce una pieza de trabajo en la bobina.

adaptación de impedancia

O simplemente "Coincidencia". Esto se refiere a la electrónica que se encuentra entre la fuente de potencia de alta frecuencia y la bobina de trabajo que estamos utilizando para la calefacción. Con el fin de calentar una pieza sólida de metal a través de calentamiento por inducción que necesitamos para provocar una corriente TREMENDA fluya en la superficie del metal. Sin embargo esto puede ser contrastado con el inversor que genera la potencia de alta frecuencia. El inversor trabaja generalmente mejor (y el diseño es algo más fácil) si se opera a tensión bastante alta, pero una corriente baja. (Por lo general se encuentran problemas en la electrónica de potencia cuando tratamos de cambiar grandes corrientes de encendido y apagado en tiempos muy cortos.) El aumento de la tensión y la disminución de la corriente permite interruptor común MOSFET o IGBT (modo rápido) que se utilizarán. Las corrientes relativamente bajas hacen que el inversor sea menos sensible a problemas de diseño y la inductancia parásita. Es el trabajo de la red de adaptación y la bobina de trabajo en sí para transformar la alta tensión / baja corriente desde el inversor a la baja tensión / alta corriente requerida para calentar la pieza de trabajo de manera eficiente.

Cuando se maneja en la resonancia de la corriente consumida por el condensador del tanque y la bobina de trabajo son iguales en magnitud y opuesta en fase y por lo tanto se anulan entre sí en cuanto a la fuente de energía se refiere. Esto significa que la única carga vista por la fuente de energía a la frecuencia resonante es la resistencia de pérdida a través del circuito tanque. (Tenga en cuenta que, cuando se maneja cada lado de la frecuencia de resonancia, hay un adicional "fuera de fase" componente a la corriente causada por la cancelación incompleta de la corriente de la bobina de trabajo y la corriente del condensador tanque. Esta corriente reactiva aumenta la magnitud total de de la corriente cuando se extrae de la fuente, pero no contribuye a ningún calentamiento útil en la pieza de trabajo.)

El trabajo de la red de adaptación es simplemente transformar esta resistencia relativamente grande pérdida través del circuito tanque hasta un valor menor que mejor se adapte al inversor intentando hacerlo funcionar. Hay muchas maneras diferentes para lograr esta transformación de impedancia incluyendo tocando la bobina de trabajo, utilizando un transformador de ferrita, un divisor capacitivo en lugar del condensador del tanque, o un circuito de adaptación, tales como una red L-partido.

La red L-partido tiene varias propiedades muy deseables en esta aplicación. El inductor en la entrada a la red L-partido presenta una reactancia inductiva creciente progresivamente a todas las frecuencias superiores a la frecuencia de resonancia del circuito tanque. Esto es muy importante cuando la bobina de trabajo ha de ser alimentada a partir de un inversor de tensión de fuente que genera una salida de voltaje de onda cuadrada. He aquí una explicación de por qué esto es así ...

La tensión de onda cuadrada generada por la mayoría de los circuitos de medio puente y puente completo es rica en armónicos de alta frecuencia, así como la frecuencia fundamental querido. La conexión directa de una fuente tal voltaje a un circuito resonante paralelo causaría excesivas corrientes fluyan en todos los armónicos de la frecuencia de activación! Esto es porque el condensador del tanque en el circuito resonante paralelo presentaría una reactancia capacitiva progresivamente menor a frecuencias crecientes. Esto es potencialmente muy perjudicial para un inversor de tensión de fuente. Es el resultado de grandes picos de corriente en las transiciones de conmutación como el inversor intenta cargar rápidamente y descargar el condensador tanque en aumento y la caída bordes de la onda cuadrada. La inclusión de la red L-partido entre el inversor y el circuito tanque niega este problema. Ahora la salida del inversor ve la reactancia inductiva de Lm en la red de adaptación en primer lugar, y todos los armónicos de la forma de onda de impulsión ver una impedancia inductiva aumentando gradualmente. Esto significa que los flujos de corriente máxima en la frecuencia prevista solamente y pequeños flujos de corriente armónica, haciendo que la corriente de carga del inversor en una forma de onda suave.

Por último, con ajuste correcto de la red L-partido es capaz de proporcionar una ligera carga inductiva al inversor. Esta corriente de carga del convertidor ligeramente retraso puede facilitar Zero-Tensión-Switching (ZVS) de los MOSFETs en el puente inversor. Esto reduce significativamente el encendido de conmutación de pérdidas debido a la capacitancia de salida del dispositivo en MOSFETs trabajan con tensiones elevadas. El resultado global es menor calentamiento en los semiconductores y mayor vida útil.

En resumen, la inclusión de una red L-partido entre el inversor y el circuito tanque resonante paralelo se consiguen dos cosas.

1. Adaptación de impedancia de modo que la cantidad requerida de energía puede ser suministrada desde el inversor a la pieza de trabajo,

2. Presentación de una reactancia inductiva aumento de armónicos de alta frecuencia para mantener el inversor seguro y feliz.

La bobina de trabajo LCLR

Esta disposición incorpora la bobina de trabajo en un circuito resonante paralelo y utiliza la red L-partido entre el circuito tanque y el inversor. La red de adaptación se utiliza para hacer el circuito tanque aparece como una carga más adecuada para el inversor, y su derivación se discute en la sección anterior.

La bobina de trabajo LCLR tiene una serie de propiedades deseables:

1. Un enorme corriente fluye en la bobina de trabajo, pero el inversor tiene que suministrar una corriente baja. La gran corriente circulante se limita a la bobina de trabajo y su condensador en paralelo, que normalmente se encuentra muy cerca uno del otro.

2. Solamente los flujos de corriente relativamente bajas a lo largo de la línea de transmisión desde el inversor al circuito tanque, por lo que este puede utilizar cable deber más ligero.

3. Cualquier inductancia parásita de la línea de transmisión se convierte simplemente en parte de la inductancia de red de adaptación (Lm.) Por lo tanto la estación de calor puede estar situado lejos del inversor.

4. El inversor ve una corriente de carga sinusoidal para que pueda beneficiarse de ZCS o ZVS para reducir sus pérdidas de conmutación y por lo tanto funcionar a menor temperatura.

5. El inductor en serie a juego puede ser alterado para atender a diferentes cargas colocadas dentro de la bobina de trabajo.

6. El circuito tanque puede ser alimentado a través de varios inductores coincidentes de muchos inversores para llegar a los niveles de potencia por encima de las que se obtienen con un único inversor. Los inductores coincidentes proporcionan intercambio inherente de la corriente de carga entre los inversores y también hacen que el sistema tolerante a algún desajuste en los instantes de conmutación de los inversores en paralelo.

Para obtener más información sobre el comportamiento de la red resonante LCLR ver la nueva sección de debajo con el nombre "respuesta de frecuencia de red LCLR."

Otra ventaja de la disposición de bobina de trabajo LCLR es que no requiere un transformador de alta frecuencia para proporcionar la función de adaptación de impedancia. transformadores de ferrita capaces de manejar varios kilovatios son grandes, pesados ​​y bastante caro. Además de esto, el transformador debe ser enfriado para eliminar el exceso calor generado por las elevadas corrientes que fluyen en sus conductores. La incorporación de la red L-partido en la disposición de bobina de trabajo LCLR elimina la necesidad de un transformador para que coincida con el inversor a la bobina de trabajo, ahorro de costes y la simplificación del diseño. Sin embargo, el diseñador debe apreciar que un 1: todavía puede ser necesaria transformador de aislamiento 1 entre el inversor y la entrada a la disposición de bobina de trabajo LCLR si el aislamiento eléctrico es necesario desde el suministro de la red. Esto depende de si el aislamiento es importante, y si la fuente de alimentación principal en el calentador de inducción ya proporciona suficiente aislamiento eléctrico para cumplir con estos requisitos de seguridad.

esquemática conceptual

El esquema del sistema muestra belows el inversor simple conducir su disposición bobina de trabajo LCLR.

Tenga en cuenta que este esquema NO MUESTRA El sistema de circuitos y electrónica de control MOSFET de accionamiento de puerta!

El inversor en este prototipo de demostración era un simple medio-puente que consta de dos MTW14N50 MOSFETs hizo que mi On-semiconductor (anteriormente Motorola.) Se alimenta a partir de una alimentación de CC alisado con condensador de desacoplamiento a través de los carriles para soportar las demandas actuales de CA del inversor . Sin embargo, debe tenerse en cuenta que la calidad y la regulación de la fuente de alimentación para aplicaciones de calentamiento por inducción no es crítica. Rectificada de onda completa (pero un-suavizadas) de red puede funcionar tan bien como suavizan y regulados DC cuando se trata de calentar el metal, pero corrientes de pico son mayores para la misma potencia de calefacción medio. Hay muchos argumentos para mantener el tamaño del condensador del bus de CC a un mínimo. En particular, se mejora el factor de potencia de corriente extraída de la red eléctrica a través de un rectificador, y que también minimiza la energía almacenada en caso de condiciones de fallo dentro del inversor.

El condensador DC de bloqueo se utiliza simplemente para detener la salida de CC del inversor de medio puente de causar el flujo de corriente a través de la bobina de trabajo. Se está dimensionado suficientemente grande para que no toma parte en la adaptación de impedancia, y no afecta negativamente al funcionamiento de la disposición de bobina de trabajo LCLR.

En los diseños de alta potencia que es común el uso de un puente completo (puente H) de 4 o más dispositivos de conmutación. En tales diseños la inductancia coincidente generalmente se divide por igual entre las dos patas del puente de modo que las formas de onda de tensión de accionamiento están equilibrados con respecto a tierra. El condensador de CC-bloqueo también puede ser eliminado si se utiliza el control modo corriente para asegurar que ningún DC flujos netos entre las piernas del puente. (Si ambas patas del puente H se pueden controlar independientemente entonces existe la posibilidad de controlar el rendimiento de corriente mediante el control de desplazamiento de fase. Véase el punto 6 en la sección de abajo sobre "métodos de control de potencia" para más detalles).

En potencias todavía mayores es posible utilizar varios convertidores separados conectados de manera efectiva en paralelo para satisfacer las altas demandas de carga actuales. Sin embargo, los inversores separadas no están directamente ligados en paralelo a los terminales de salida de sus puentes de H. Cada uno de los inversores distribuidos está conectada a la bobina de trabajo remota a través de su propio par de búsqueda de inductores que aseguran que la carga total se distribuye uniformemente entre todos los inversores.

Estos inductores juego también proporcionan una serie de beneficios adicionales cuando los inversores están en paralelo de esta manera. En primer lugar, la impedancia entre cualquier par de salidas del inversor es igual a dos veces el valor de la inductancia coincidente. Esta impedancia inductiva limita la "disparar entre" la corriente que fluye entre inversores en paralelo si sus instantes de conmutación no están perfectamente sincronizados. En segundo lugar, esta misma reactancia inductiva entre inversores limita la velocidad a la que se eleva la corriente de falla si uno de los inversores presenta un fallo del dispositivo, eliminando potencialmente fracaso de otros dispositivos. Finalmente, dado que todos los inversores distribuidos ya están conectados a través de inductores, cualquier inductancia adicional entre los inversores simplemente se suma a esta impedancia y sólo tiene el efecto de degradar ligeramente distribución de corriente. Por lo tanto los inversores distribuidos para el calentamiento por inducción no tiene necesariamente que estar físicamente localizados cerca uno del otro. Si los transformadores de aislamiento están incluidas en los diseños a continuación, no es necesario que incluso funcionan de la misma fuente!

La tolerancia a fallos

La disposición de bobina de trabajo LCLR se comporta muy bien bajo una variedad de posibles condiciones de fallo.

1. bobina de trabajo de circuito abierto.

2. bobina de trabajo de cortocircuito, (o condensador tanque.)

3. espira en corto en la bobina de trabajo.

4. condensador tanque de circuito abierto.

Todas estas fallas resultan en un aumento en la impedancia que se presenta en el inversor y por lo tanto una caída correspondiente en la corriente extraída del inversor. El autor ha utilizado personalmente un destornillador para cortocircuito entre espiras de una bobina de trabajo que llevan varios cientos de amperios. A pesar de chispas en el lugar de la corriente de cortocircuito aplicado, la carga en el convertidor se reduce y el sistema sobrevive este tratamiento con facilidad.

Lo peor que puede ocurrir es que el circuito tanque se convierte en desafinada tal que su frecuencia de resonancia natural es justo por encima de la frecuencia de funcionamiento del inversor. Puesto que la frecuencia de accionamiento es todavía cerca de la resonancia todavía hay considerable flujo de corriente fuera del inversor. Sin embargo, el factor de potencia se reduce debido a la desafinación, y el inversor de corriente de carga comienza a conducir la tensión. Esta situación no es deseable porque la corriente de carga visto por el inversor cambia de dirección antes de que los cambios de voltaje aplicadas. El resultado de esto es que la corriente es entre los diodos de rueda libre y el MOSFET de oposición cada vez que el MOSFET se enciende conmutación forzada. Esto provoca una recuperación inversa forzada de los diodos de rueda libre, mientras que ya se están llevando a corriente directa significativa. Esto se traduce en un gran impulso de corriente a través tanto del diodo y el MOSFET de oposición que se enciende.

Aunque no es un problema para los rectificadores especiales de recuperación rápida, esta recuperación forzada puede causar problemas si los MOSFETs diodos intrínsecos del cuerpo se utilizan para proporcionar la función de diodo de rueda libre. Estas grandes picos de corriente todavía representan una pérdida de energía como un amenaza para la fiabilidad. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que el control adecuado de la frecuencia de funcionamiento del inversor debe garantizar que hace un seguimiento de la frecuencia de resonancia del circuito tanque. Por lo tanto, la condición de factor de potencia, lo ideal sería no surge, y desde luego no debe persistir durante cualquier periodo de tiempo. La frecuencia de resonancia debe ser rastreado hasta su límite, entonces el sistema de cierre de abajo si se ha desviado fuera de un rango de frecuencia aceptable.

métodos de control de potencia

A menudo es deseable controlar la cantidad de potencia de procesado por un calentador de inducción. Esto determina la velocidad a la que la energía térmica se transfiere a la pieza de trabajo. El ajuste de la potencia de este tipo de calentador de inducción puede ser controlado en un número de diferentes maneras:

1. La variación de la tensión del circuito intermedio.

La energía de procesado por el inversor se puede disminuir mediante la reducción de la tensión de alimentación para el inversor. Esto se puede hacer mediante la ejecución del inversor a partir de una alimentación de corriente continua de tensión variable, tal como un rectificador controlado usando tiristores para variar la tensión de alimentación DC derivada de la alimentación de red. La impedancia presentada al inversor es en gran medida constante con diferentes nivel de potencia, por lo que el rendimiento de potencia del inversor es aproximadamente proporcional al cuadrado de la tensión de alimentación. La variación de la tensión del circuito intermedio permite un control total de la potencia de 0% a 100%.

Cabe señalar sin embargo, que el rendimiento de potencia exacta en kilovatios depende no sólo de la tensión de alimentación de CC al inversor, sino también de la impedancia de carga que la bobina de trabajo presenta al inversor a través de la red de adaptación. Por lo tanto si se requiere control de potencia precisa la potencia de calentamiento por inducción real debe ser medida, en comparación con el "ajuste de potencia" solicitada al operador y una señal de error alimentada de nuevo a ajustar continuamente la tensión del circuito DC de una manera en bucle cerrado para minimizar el error . Esto es necesario para mantener la potencia constante porque la resistencia de la pieza de trabajo cambia considerablemente cuando se calienta. (Este argumento para el control de potencia en bucle cerrado también se aplica a todos los métodos que siguen a continuación).

2. La variación de la relación de trabajo de los dispositivos en el inversor.

La energía de procesado por el inversor se puede disminuir mediante la reducción del tiempo de encendido de los interruptores en el inversor. El poder sólo se transmite a la bobina de trabajo en el momento en que los dispositivos estén encendidos. La corriente de carga se deja entonces en rueda libre a través de los diodos dispositivos cuerpo durante el tiempo muerto cuando ambos dispositivos están apagados. La variación de la relación de trabajo de los conmutadores permite un control total de la potencia de 0% a 100%. Sin embargo, un inconveniente importante de este método es la conmutación de corrientes pesadas entre los dispositivos activos y sus diodos de rueda libre. Forzado de recuperación inversa de los diodos de rueda libre que pueden ocurrir cuando la relación de trabajo se reduce considerablemente. Por esta razón el control de relación de trabajo no se utiliza por lo general en alta potencia inversores de calentamiento por inducción.

3. La variación de la frecuencia de funcionamiento del inversor.

La potencia suministrada por el inversor a la bobina de trabajo se puede reducir por desafinación el inversor de la frecuencia de resonancia natural del circuito tanque que incorpora la bobina de trabajo. A medida que la frecuencia de funcionamiento del inversor se mueve lejos de la frquency de resonancia del circuito tanque, hay aumento de menos de resonancia en el circuito tanque, y la corriente en los disminuye bobina de trabajo. Por lo tanto se induce corriente menos que circula en la pieza de trabajo y el efecto de calentamiento se reduce.

Con el fin de reducir el rendimiento de potencia del inversor es normalmente detuned en la parte alta de la circuitos tanque frecuencia de resonancia natural. Esto hace que la reactancia inductiva en la entrada del circuito de adaptación para convertirse en cada vez más dominante como la frecuencia aumenta. Por lo tanto la corriente consumida desde el inversor por la red de adaptación comienza a retrasarse en fase y disminuir en amplitud. Ambos factores contribuyen a una reducción en la producción de potencia real. Además de esto el factor de potencia en retraso asegura que los dispositivos en el inversor todavía se encienden con tensión cero a través de ellos, y no hay problemas de recuperación de diodo de rueda libre. (Esto se puede contrastar con la situación que se produciría si el inversor se desafinada en el lado bajo de la frecuencia de resonancia de la bobina de trabajo. ZVS se pierde, y los diodos de rueda libre ver forzado inverso de recuperación, mientras que lleva corriente de carga significativa.)

Este método de controlar el nivel de potencia por desintonización es muy simple ya que la mayoría calentadores de inducción ya tienen control sobre la frecuencia de funcionamiento del inversor con el fin de atender a diferentes piezas de trabajo y las bobinas de trabajo. La desventaja es que sólo proporciona una gama limitada de control, ya que hay un límite en cuanto se pueden hacer semiconductores de potencia rápidos para cambiar. Esto es particularmente cierto en aplicaciones de alta potencia, donde los dispositivos ya pueden estar ejecutando cerca de las velocidades de conmutación máxima. sistemas de alta potencia que utilizan este método de control de potencia requieren un análisis térmico detallado de los resultados de las pérdidas de conmutación en diferentes niveles de potencia para asegurar temperaturas dispositivo siempre se mantienen dentro de límites tolerables.

Para obtener información más detallada acerca de control de potencia por desafinación ver la nueva sección de debajo con el nombre "respuesta de frecuencia de red LCLR."

4. Variando el valor del inductor en la red de adaptación.

La potencia suministrada por el inversor a la bobina de trabajo se puede variar alterando el valor de los componentes de la red coincidente. La red L-partido entre el inversor y el circuito tanque técnicamente consiste en un inductivo y una parte capacitiva. Pero la parte capacitiva está en paralelo con el condensador propio tanque de la bobina de trabajo, y en la práctica por lo general son una y la misma parte. Por lo tanto, la única parte de la red de adaptación que está disponible para ajustar es el inductor.

La red de adaptación se encarga de transformar la impedancia de carga de la workcoil a una impedancia de carga adecuado para ser accionado por el inversor. La alteración de la inductancia del inductor a juego ajusta el valor al que se traduce la impedancia de carga. En general, la disminución de la inductancia del inductor a juego hace que la impedancia de la bobina de trabajo para ser transformado a una impedancia más baja. Esta impedancia de carga inferior de ser presentado al inversor causa más potencia a ser de origen del inversor. A la inversa, el aumento de la inductancia del inductor coincidencia provoca una impedancia de carga más alta que se presentará al inversor. Este encendedor resultados de la carga en un flujo de potencia inferior desde el inversor a la bobina de trabajo.

El grado de control de potencia achieveable alterando el inductor de adaptación es moderado. Hay también un cambio en la frecuencia de resonancia del sistema global - Este es el precio a pagar por la combinación de la capacitancia L-partido y la capacidad del tanque en una sola unidad. La red L-partido toma prestado esencialmente algunos de la capacitancia del condensador del tanque para realizar la operación de coincidencia, dejando así el circuito tanque para resonar a una frecuencia más alta. Por esta razón el inductor de adaptación es generalmente fija o ajustar en pasos gruesas para adaptarse a la pieza de trabajo destinado a ser calentado, en lugar de proporcionar al usuario un ajuste de potencia totalmente ajustable.

5. Adaptación de impedancia del transformador.

La potencia suministrada por el inversor a la bobina de trabajo se puede variar en pasos secundarios mediante el uso de un transformador de potencia RF marcado para realizar la conversión de impedancia. Aunque la mayor parte del beneficio de la disposición LCLR es en la eliminación de un transformador de potencia de ferrita voluminosos y caros, que pueden albergar grandes cambios en los parámetros del sistema en una forma que no es dependiente de la frecuencia. El transformador de potencia de ferrita también puede proporcionar aislamiento eléctrico así como deber transformación de impedancia rendimiento para ajustar el rendimiento de potencia.

Además, si el transformador de potencia de ferrita se coloca entre la salida del inversor y la entrada al circuito L-partido de sus limitaciones de diseño están relajados de muchas maneras. En primer lugar, la localización del transformador en esta posición significa que las impedancias en los dos devanados son relativamente altos. es decir, tensiones son altas y corrientes son comparativamente pequeña. Es más fácil diseñar un transformador de potencia de ferrita convencional para estas condiciones. La corriente masiva que circula en la bobina de trabajo se mantiene fuera del transformador de ferrita reduciendo en gran medida los problemas de refrigeración. En segundo lugar, aunque el transformador ve la tensión de salida de onda cuadrada del inversor, es devanados transportan corrientes que son sinusoidal. La falta de armónicos de alta frecuencia reduce el calentamiento en el transformador debido al efecto de la piel y el efecto de proximidad dentro de los conductores.

Por último, el diseño del transformador debe ser optimizado para la capacitancia de carga automática entre mínimo y un buen aislamiento a expensas de una mayor inductancia de fuga. La razón de esto es que cualquier inductancia de fuga exhibida por un transformador situado en esta posición sólo se complementan a la inductancia coincidente en la entrada al circuito L-partido. Por lo tanto la inductancia de fuga en el transformador no es tan perjudicial para el rendimiento como la capacitancia de cuerda inter.

6. Control de desplazamiento de fase de H-puente.

Cuando la bobina de trabajo es accionado por un inversor alimentado en voltaje de puente completo (puente H) allí todavía es otro método para lograr control de potencia. Si los instantes de conmutación de las dos piernas de puente pueden ser controlados de forma independiente y luego se abre la posibilidad de controlar el rendimiento de energía ajustando el desplazamiento de fase entre las dos patas del puente.

Cuando ambas piernas puente de interruptores exactamente en fase, que tanto la producción del mismo voltaje. Esto significa que no hay tensión a través de la disposición de bobina de trabajo y no fluye corriente a través de la bobina de trabajo. A la inversa, cuando el interruptor de ambas piernas puente en anti-fase máxima corriente fluye a través de la bobina de trabajo y se consigue calentamiento máximo. Los niveles de potencia entre 0% y 100% se pueden lograr mediante la variación del desplazamiento de fase de la motricidad de un medio del puente entre 0 grados y 180 grados, en comparación con el accionamiento de la otra pierna puente.

Esta técnica es muy eficaz como control de potencia se puede conseguir en el lado inferior de control de potencia. El factor de potencia visto por el inversor permanece siempre bien porque el convertidor no es desafinada de la frecuencia resonante de la bobina de trabajo, por lo tanto el flujo de corriente reactiva a través de los diodos de rueda libre se reduce al mínimo.

Los condensadores de calentamiento por inducción

Los requisitos para los condensadores utilizados en el calentamiento por inducción de alta potencia son quizás los más exigentes de cualquier tipo de condensador. El banco de condensadores utilizados en el circuito tanque de un calentador de inducción debe transportar la corriente total que fluye en la bobina de trabajo durante períodos prolongados de tiempo. Esta corriente es típicamente varios cientos de amperios a muchas decenas o cientos de kilohercios. También están expuestos a repetidas inversión de tensión 100% en esta misma frecuencia y ver toda la tensión desarrollada a través de la bobina de trabajo. La alta frecuencia de trabajo causa pérdidas significativas debido al calentamiento dieléctrico y debido al efecto de la piel en los conductores. Finalmente inductancia parásita debe mantenerse a un mínimo absoluto para que el capacitor aparece como un elemento de circuito interna despreciable en comparación con el razonablemente baja inductancia de la bobina de trabajo se conecta a.

La elección correcta de los dieléctricos y técnicas de construcción extendido de lámina metálica se utilizan para minimizar la cantidad de calor generado y mantener eficaz-series-inductancia a un mínimo. Sin embargo, incluso con estas técnicas de inducción condensadores de calefacción todavía exhiben disipación de potencia significativa debido a las enormes corrientes de RF que deben llevar. Por lo tanto un factor importante en su diseño está permitiendo la eliminación eficaz de calor desde el interior del condensador para extender la vida del dieléctrico.

Los siguientes fabricantes producen componentes de propósito construido:

High Energy Corp. (Reino Unido distribuidor es AMS Technologies.)

Componentes Vishay.

Celem condensadores de potencia. con sede en Israel.

Gama de condensadores de alta potencia de calentamiento por inducción de alta Energy Corp.

Conducción de alta potencia enfrió condensador mica de Celem Condensadores de potencia. Celem 

(Fotos cortesía de Steve Conner )

Tenga en cuenta la gran área superficial de las placas de conexión de los componentes de la conducción refrigerado ÇELEM y la potencia reactiva (KVAR) impresas en la etiqueta de clasificación. unidades de potencia más altos foto de arriba en los casos de aluminio tienen conexiones para agua mangueras de refrigeración para eliminar el calor generado internamente.

respuesta de frecuencia de la red LCLR

La red LCLR es un sistema resonante tercera orden que consta de dos inductores, un condensador y una resistencia. El diagrama de Bode de abajo muestra la forma en que se altera algunos de los voltajes y corrientes dentro del cambio de red como la frecuencia de accionamiento. Las huellas verdes representan la corriente que pasa a través del inductor de coincidencia, y por lo tanto la corriente de carga vista por el inversor. Las huellas rojas representan la tensión a través del condensador del tanque, que es el mismo que el voltaje a través de la bobina de inducción trabajo de calefacción. El gráfico superior muestra las magnitudes de corriente alterna de estas dos cantidades, mientras que la gráfica inferior muestra la fase relativa de las señales en relación con la tensión de salida de CA del inversor.

De la parte de amplitud de la diagrama de Bode se puede observar que la máxima tensión se desarrolla a través de la bobina de trabajo (parte superior trazo rojo) en una sola frecuencia. En esta corriente de frecuencia a través de la bobina de trabajo también es máxima y el efecto de calentamiento más grande se desarrolla en esta frecuencia. Se puede observar que esta frecuencia corresponde a la corriente de carga máxima dibujado desde el inversor (traza superior verde). Es digno de mención que la magnitud de la corriente de carga inversor tiene un nulo a una frecuencia ligeramente inferior a la que da calentamiento máximo . Este gráfico muestra la importancia de la afinación precisa en una aplicación de calentamiento por inducción. Para sistemas de alto Q estas dos frecuencias son muy próximos entre sí. La diferencia entre la potencia máxima y la potencia mínima puede ser sólo unos pocos kilohercios.

A partir del gráfico inferior podemos ver que para frecuencias por debajo del punto de máxima potencia, el voltaje de bobina de trabajo (verde) es en fase con la tensión de salida del inversor. Como la frecuencia de funcionamiento aumenta el ángulo de fase de los cambios de voltaje de bobina de trabajo abruptamente a través de 180 grados (inversión de fase) a la derecha en el punto donde se está procesando la máxima potencia. El ángulo de fase de la tensión de bobina de trabajo a continuación, permanece desplazada en 180 grados de la tensión de salida del inversor para todas las frecuencias por encima del punto de máxima potencia.

De la gráfica inferior también podemos ver que la corriente de carga a partir de las exposiciones inversor no uno sino dos cambios de fase abruptos como la frecuencia de funcionamiento se incrementa progresivamente. corriente de carga del inversor se queda inicialmente la tensión de salida del inversor 90 grados a bajas frecuencias. La corriente de carga se reorienta bruscamente a través de 180 grados a un avance de fase de 90 grados, como la frecuencia de funcionamiento pasa a través de la "frecuencia nula" de la red. corriente del inversor permanece líder de 90 grados hasta que se alcanza el punto de máxima potencia, donde de nuevo bruscamente reorienta a través de 180 grados y vuelve a la fase de retraso de 90 grados una vez más.

Si tenemos en cuenta que sólo la corriente del inversor que está en fase con la tensión de salida contribuye a la transferencia de poder real, podemos ver que estas transiciones abruptas desde -90 grados a +90 grados claramente necesitan un examen más detallado ...

El diagrama de Bode de arriba muestra el área de interés alrededor de la frecuencia nula y el punto de máxima potencia en más detalle. También muestra una familia de curvas que representan el comportamiento del circuito tanque de calentamiento por inducción con una variedad de diferentes piezas de trabajo presentes. Esto nos permite tener una idea de cómo la red se comporta con una gran pieza de trabajo con pérdida a no tener ninguna pieza de trabajo presente en todos, y todas las cargas en el medio.

Sin pieza de trabajo instalado, las pérdidas son bajas y el factor Q es alta. Esto da lugar a las corrientes bruscamente en horas pico y tensiones en el gráfico superior, y los abruptamente cambiantes desplazamientos de fase en el gráfico inferior. A medida que se introduce una pieza de trabajo con pérdida del factor general de Q de la red LCLR cae. Esto provoca aumento menos resonante en la corriente de carga inversor y el voltaje a través de la bobina de trabajo. Los picos de resonancia se hacen menos alto y más amplio como el factor Q cae. Del mismo modo la fase de la forma de onda de corriente del inversor y la gran cantidad de tensión bobina de trabajo menos rápidamente por factores Q inferiores.

A partir de estos gráficos podemos deducir algunas implicaciones para cualquier sistema de control que debe realizar un seguimiento de la frecuencia de resonancia de la disposición LCLR y controlar el rendimiento de potencia. En primer lugar hay aumento más resonante en la red LCLR cuando no hay pieza de trabajo presente. Por lo tanto la corriente suministrada desde el inversor debe reducirse para evitar que las corrientes de bobina de trabajo y el tanque de condensadores cielo-disparado en ausencia de cualquier pérdida significativa en el sistema. En segundo lugar, la corriente de carga del inversor sin carga debe ser rastreado con mucha precisión si el inversor es no ver ya sea una corriente de ataque o retraso de carga, ya que reorienta tan rápidamente a través de cero grados.

A la inversa se puede decir que con una pieza de trabajo grande presente con pérdida, no habrá aumento de menos de resonancia inherente en la disposición LCLR y el inversor tendrá que suministrar más corriente de carga a fin de lograr el nivel requerido de la corriente en la bobina de trabajo. Sin embargo, la electrónica de control ya no es necesario realizar un seguimiento de la frecuencia de resonancia tan de cerca ya que la disminución de Q da una corriente de carga que se desplaza la fase de una manera más pausada.

Por último, un número de puntos son dignos de consideración de la trama anterior cuando se considera una stratergy control automático para rastrear la frecuencia de resonancia de un calentador de inducción LCLR. Para los materiales muy con pérdida de piezas de trabajo, (o grandes volúmenes de metal que introducen una pérdida general significativo), podemos ver que la fase de la corriente de carga del convertidor (parte inferior trama verde) a veces no logra cruzar siempre a través de cero grados a líder de fase. Esto significa que la corriente de carga inversor con grandes cargas de trabajo no puede ser en fase y siempre se está quedando por una cierta cantidad. Además, la corriente de carga inversor no es monótona como es barrido de frecuencia. Por lo tanto, la retroalimentación directa de un transformador de corriente (CT) en la salida del inversor no es una opción viable. Aunque puede parecer que funciona bien sin pieza de trabajo equipada o sólo las cargas de calefacción moderadas, que no hace un seguimiento de la frecuencia de resonancia correcta y dejará de funcionar de manera satisfactoria a medida que aumenta la carga de trabajo y la red Q cae! (Retroalimentación directa de la corriente de salida del inversor utilizando un CT para formar un resultado de funcionamiento libre oscilador de potencia en un diseño que oscila a baja carga, pero cae de auto-oscilación cuando se aumenta la carga de trabajo.)

En contraste, podemos ver que la fase de tensión de trabajo de la bobina (y tensión del condensador tanque) (parte inferior trama rojo) es monótona al aumentar la frecuencia. Además, pasa constantemente a través del punto -90 grado de retardo de fase exactamente en la frecuencia que da la máxima potencia independientemente de la forma en gran medida que se carga la bobina de trabajo. Estas dos ventajas hacen que la tensión del condensador tanque de forma de onda de una variable de control excelente. En conclusión, el convertidor de frecuencia debe ser controlada a fin de lograr un consistente retraso de 90 grados entre la tensión del condensador tanque y la tensión de salida del inversor con el fin de conseguir el máximo rendimiento de potencia. Ahora podemos etiquetar algunas áreas de interés en el diagrama diagrama de Bode a continuación.

La línea vertical blanca indica la frecuencia a la que la tensión del condensador tanque (y también el voltaje de la bobina de trabajo) quedan el voltaje de salida del inversor 90 grados. Este es también el punto en el que se desarrolla la máxima tensión a través de la bobina de trabajo y de los flujos máximos de corriente a través de él. La línea blanca es la que desea ser desarrollar el efecto de calentamiento máximo posible en la pieza de trabajo. Si nos fijamos en la actual fase de carga del convertidor (abajo a la trama verde) podemos ver que esto es siempre entre 0 grados y -90 grados cuando cruza la línea blanca no importa cómo de repente o lentamente se reorienta. Esto significa que el inversor siempre ve una corriente de carga que es ya sea en fase o en el peor ligeramente el revestimiento en el factor de potencia. Tal situación es ideal para apoyar ZVS suave-conmutación en el inversor y la prevención de diodo de rueda libre problemas de recuperación inversa.

Mirando a la derecha de la línea blanca que hemos el área sombreada en azul etiqueta "región de carga inductiva." Como la frecuencia de funcionamiento se incrementa por encima del punto de máxima potencia, el voltaje a través de las disminuciones bobina de trabajo y menos efecto de calentamiento se genera en la pieza de trabajo. La corriente de carga del inversor también cae y comienza a retrasarse en fase con relación a la tensión de salida del inversor. Estas propiedades hacen que el sombreado región azul el lugar ideal para operar con el fin de lograr el control de potencia de calentamiento por inducción. Por desafinación la frecuencia de accionamiento del inversor en el lado de alta del punto de máxima potencia, el rendimiento de energía se puede reducir y el inversor siempre ve un factor de potencia en retraso.

Por el contrario, a la izquierda de la línea blanca tenemos una banda de frecuencias con la etiqueta "región de carga capacitiva." Como la frecuencia de funcionamiento se reduce por debajo del punto de máxima potencia, el voltaje de bobina de trabajo también cae y menos efecto de calentamiento se lleva a cabo. Sin embargo, esto se acompaña de la corriente de carga inversor posiblemente de giro a un ángulo de fase delantero cuando las pérdidas en la pieza de trabajo son bajos y el factor Q es alto. Esto no es deseable para muchos inversores de estado sólido como la corriente de carga principales causas de pérdida de ZVS y conduce a forzado inversa de recuperación de los diodos de rueda libre incurrir en pérdidas de conmutación elevadas y tensión sobrepasa. Por lo tanto la región de carga capacitiva no se recomienda para lograr el control del rendimiento de potencia.

La línea púrpura vertical marca el otro extremo de la región de carga capacitiva, donde las transiciones de corriente de carga inversor de nuevo para quedando corriente de carga "inductivo". Esta segunda región inductivo es de poco interés, ya que no alcanza el rendimiento de potencia significativa, y no puede ser alcanzado sin pasar a través de la región de carga capacitiva potencialmente perjudicial de todos modos. Cuando la red LCLR es impulsado a partir de una tensión del inversor de onda cuadrada también existe un riesgo de flujo de corriente significativo a un armónico de la frecuencia de accionamiento. Está marcado en el diagrama aquí sólo para la integridad.

Nota: La fase de la tensión del condensador tanque se sugirió como una variable de control y discutió extensamente en las parcelas anteriores. Esto se debe a esta tensión se puede detectar fácilmente utilizando un transformador de tensión de alta frecuencia y proporciona toda la información de control necesaria. Mientras que exhibe un desplazamiento de fase de 90 grados respecto a la tensión de salida del inversor (que puede parecer a primera vista no deseable) todavía es una variable de control mejor que tratar de detectar la corriente del condensador tanque. Aunque la corriente del condensador tanque está en fase con la salida del inversor esta corriente puede ser de muchos cientos de amperios que hacen de núcleo cerrado CTs ferrita poco práctico. Además, el desplazamiento de fase de 90 grados de la forma de onda de tensión del condensador tanque significa que es cruces por cero se desplazan intencionadamente en tiempo lejos de los instantes de conmutación potencialmente ruidosos del inversor. Este cambio de fase -90 grados de la señal de realimentación de tensión puede ser permitido en el diseño de la electrónica de control y es un pequeño precio a pagar por la detección aliviado y una mayor inmunidad al ruido ganado.

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Las formas de onda

Esto muestra la forma de onda de corriente de salida del inversor cuando se conduce la disposición bobina de trabajo LCLR cerca de su frecuencia de resonancia. Este punto corresponde al rendimiento máximo de potencia y el efecto por lo tanto de calentamiento máxima. Nótese cómo la corriente de carga del convertidor es casi una sinusoide pura.

Esto muestra la forma de onda de corriente de salida del inversor cuando se conduce la disposición bobina de trabajo LCLR sustancialmente por encima de su frecuencia de resonancia natural. Este punto de funcionamiento da reducida rendimiento de energía y la disminución de efecto de calentamiento. A frecuencias por encima de la frecuencia de resonancia natural de la disposición de bobina de trabajo LCLR la reactancia inductiva de la red de adaptación domina y la corriente de carga del inversor se retrasa respecto al voltaje aplicado. Note la corriente de carga triangular causada por la carga inductiva integración de la salida de voltaje de onda cuadrada del inversor con el tiempo.

Esto muestra la tensión a través de la bobina de trabajo bajo la operación normal cuando se maneja cerca de resonancia. Tenga en cuenta que la forma de onda de tensión es una sinusoide pura en forma. Esto también es cierto para la forma de onda de corriente y minimiza la radiación armónica y la interferencia de RF. En este caso el voltaje a través de la bobina de trabajo es también mayor que la tensión del bus de CC suministrada al inversor. Ambas propiedades se atribuyen al factor de alta Q del circuito tanque de calentamiento por inducción.

Esto muestra la tensión de salida del inversor cuando se desajustado a una frecuencia que es inferior a la frecuencia de resonancia natural de la bobina de trabajo. Observe los tiempos de subida y caída muy rápida de la onda cuadrada acompañado por exceso de tensión excesiva y sonar. Estos son todos los atribuyen a la inversa de recuperación forzada de los diodos de cuerpo MOSFET mientras soportando este modo de funcionamiento indeseable. (Overshoot y de timbre se debe a la corriente inversa de recuperación de los picos de inductancia parásita de choque emocionante en la disposición de inversor en oscilación parásita.)

Esto muestra la tensión de salida del inversor cuando se sintoniza muy ligeramente por encima de la frecuencia de resonancia natural de la bobina de trabajo. Tenga en cuenta que los tiempos de subida y caída de la onda cuadrada son más controlados, y hay relativamente poca exceso o zumbido. Esto es debido a la conmutación de tensión cero (ZVS) que tiene lugar cuando el convertidor funciona en este modo de funcionamiento favorable.

Esto muestra la tensión de salida del inversor cuando se sintoniza exactamente a la frecuencia de resonancia de la bobina de trabajo. A pesar de esta situación de hecho alcanza el rendimiento máximo de potencia, que no acaba de conseguir la conmutación de voltaje cero de los MOSFETs. Fíjese en las pequeñas muescas en los bordes de subida y bajada de la onda de tensión. Esto ocurre debido a que el punto medio de la pierna puente no ha sido totalmente conmutado al carril opuesto de suministro durante el tiempo muerto antes de la próxima MOSFET se enciende. En la práctica, una pequeña cantidad de reactancia inductiva presentado al inversor ayuda a proporcionar el requerido conmutación actual y lograr ZVS. Por esta razón, la situación descrita para la fotografía anterior es preferible a estar en sintonía con precisión.