IGBT半桥定频硬开关1.2KW感应加热实验(已提升至2.4KW)
ehco 2010-11-21电子技术
看了坛子里slof等大神的杰作,心潮澎湃,趁着自己最近研究桥类功率变换,进行了一番感应加热实验.
本人从未作过类似东西,因此恶补了几天的基础知识.
学习是件快乐的事!
以下是实验电路主要参数:
1、    半桥管:IGBT GT80J101 (600V 80A 200W)
2、    续流二极管(飞轮二极管):RHRG75120 (1200V 75A 85nS)
3、    桥臂储能电容:330u/200V
4、    驱动芯片:SG3525
5、    半桥驱动:EXB841
6、    阻抗匹配变压器:EE85磁芯,初级0.33mm线10线并绕20T;次级0.33线24线并绕5T再并上10平方多股铜芯线5T。
7、    负载线圈:6mm空调铜管在直径8cm圆棒上绕5T 并轴向拉长至5cm,电感量2uH
8、    负载电容:多个电磁炉谐振电容并联
9、    谐振频率36.5KHz,驱动频率,37.5KHz
10、    供电:220V市电全波整流5uF滤波
11、    冷电流5.7A约1200W
12、    热电流4A约900W


调试过程中,烧了N只IGBT后,有以下心得与大家分享.有错漏之处敬请指正.

1、    半桥驱动厚膜EXB841的过流VCE检测电压阈值过高,约为7.3V.大多数管子开通时在这个VCE下已经损坏。所以基本起不了保护作用,在不改变EXB841其它外围的情况下,在6脚与快恢复二极管之间反向串联一个3.6V稳压管(负极接EXB841的6脚),这样,保护阈值就能降到7.3-3.6=3.7V。这样能保证灵敏地进行保护。其次,841进行保护后并未锁死14,15脚的PWM信号,不能彻底关断IGBT二是造成一个振荡。我之前一直没注意这个问题,在调试过程中经常因输出变压器匝数不够造成饱和而烧管,如上改动后,就再没问题。输出短路都无妨。 IMG_4958.jpg
2、    EXB841的工作频率标称是40KHz,实际工作在70KHz都正常。
3、    坛子里盛行的这个ZVS自激电路做为中小功率DC-DC变换真的很好,要是光用来拉弧就浪费了。由于初级回路处于谐振,漏感造成的匝比不等于变比问题不复存在,因此为匝数设计带来了便利。EC42磁芯轻松做到700W功率,最主要的是高效率,无发热,布线调试都简单。
4、    加热线圈一定要处于谐振,用谐振电容来补偿纯电感的无功功率,使电流与电压同相位,获得最高的输出功率。可以是串联或并联谐振。
5、    负载线圈,用铜管无疑是上佳选择,有着优良的电导率,并且可水冷。线圈不宜绕得过大,如并联谐振时Z=L/RC,电感量越大,总阻抗也就越大,而且铜管本身的铜损也越大,不利于功率的提高。做实验用的,最好控制在1-2uH。上传一个软件,计算值很准确,无LC表的朋友可用这个计算空心线圈电感量。
attachment icon 经验修正电感量计算.rar 167.00KB RAR 151次下载
6、    谐振电容,最好使用专门的高频无感谐振电容,我是采用电磁炉谐振电容,物美价廉。采用多个并联的方式,能有效分担电流负荷。谐振电容尽量靠近线圈安装。以减小槽路串联等效电阻。
7、    ☆重点:阻抗匹配,不管是单管还是推挽,全桥还是半桥,输出阻抗都不可能与负载线圈槽路阻抗相一致,一般都是输出阻抗大于槽路阻抗。在这个应用中,阻抗失配造成的不止是功率大减,若阻抗远小于输出阻抗时会造成重载而使开关管炸掉。因此必须采用某种阻抗匹配手段来实现最高功率传递。通常采用的是变压器匹配和L型匹配。L型匹配是最佳的方式,因为不需要磁芯变压器,而且通过的是高压侧有功功率,电流较小,发热也小。但是匹配电感的数值很难计算和确定,给DIY造成难度。因此我采用传统的变压器匹配方式,变压器油阻抗变换功能,阻抗变换比例等于匝比的平方。电路中采用的是EE85磁芯,初级20T,次级5T。阻抗变换比为16:1。上一篇阻抗匹配的论文,做为基础知识储备。
attachment icon 感应加热负载匹配方案.pdf 211.00KB PDF 298次下载 预览
8、    在调试阻抗匹配的过程中,应固定初级匝数不变,改变次级匝数,同时配合调整谐振电容大小和驱动频率。使在谐振点电流谷值时有较高的空载电流。
9、    并联谐振回路的谐振点很好找,万用表检测市电电流,从高到低缓慢调节驱动频率,找到一个最低电流点,然后稍微增加一点频率,如谐振点在40K,则驱动在42K比较合适,使负载成弱感性,起到一定的限流作用,防止炸管。
IMG_4963.jpg
   IMG_4980.jpg IMG_4979.jpg
IMG_4973.jpg
IMG_4984.jpg
IMG_4976.jpg
IMG_4974.jpg
IMG_4983.jpg
IMG_4972.jpg
IMG_4985.jpg
IMG_4981.jpg
IMG_4982.jpg
+500  科创币    black   2010-11-21   优秀文章
+500  科创币    虎哥   2010-11-24   宝贵经验
+1  科创币    沉默的羔羊   2011-12-04   优秀的作品
来自:电子与无线电 / 电子技术
 
2
ehco 作者
10年8个月前
1楼
这里是电路图和PCB的99SE全文件
attachment icon EXB841半桥驱动器.rar 304.00KB RAR 197次下载
忘说了一点,第一次是用9匝3uH的感应线圈,工作频率50KHz,阻抗变压器匝比15:1。最大功率才800W左右

后来换成5匝2uH的线圈,增加8uF的谐振电容,频率降到36KHz,变压器匝数20:5,功率提升至1200W。
应该还没到最佳状态。改天再调节了。 IMG_4955.jpg
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ry7740kptv
10年8个月前
2楼
不错嘛!顶一个![s:251][s:252][s:92]
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周小星
10年8个月前
3楼
这个得顶顶[s:251][s:251][s:251][s:251]
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ehco作者
10年8个月前
4楼
接着试验,现将感应线圈减小到4T,谐振电容增大2.5uF,频率提高到39KHz
冷态加热电流已经达到7A,折合功率约1550瓦。 IMG_4990.jpg
IMG_4986.jpg
IMG_4988.jpg
IMG_4989.jpg
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ehco作者
10年8个月前
5楼
继续增加功率,将谐振电容再增加2.5uF,频率降到32KHz,工件换为较大直径的
工作电流再次提升到11A,功率接近2400W IMG_4992.jpg
IMG_4993.jpg
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fgtzjl
10年8个月前
6楼
Re:IGBT半桥定频硬开关1.2KW感应加热实验
牛逼啊  定一个
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ltl
10年8个月前
7楼
被加热体偏色严重,看来你的相机在红外波段表现不错
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周小星
10年8个月前
8楼
IGBT没加散热片?[s:94]
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ehco作者
10年8个月前
9楼
引用第7楼ltl于2010-11-21 15:18发表的  :
被加热体偏色严重,看来你的相机在红外波段表现不错

不懂,就是一般DC而已
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ehco作者
10年8个月前
10楼
引用第8楼周小星于2010-11-21 15:34发表的  :
IGBT没加散热片?[s:94]

怎么可能嘛,硬开关呢,虽然温度不高,没散热不行的。
下面的就是一大块散热器 37_3525_0638cf8a02b8783.jpg
+10
科创币
wanghailan9
2011-12-01
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fgtzjl
10年8个月前
11楼
以前找到的全桥感应加热,效果不错
http://bbs.5imx.com/bbs/viewthread.php?tid=348997&extra=page%3D1
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虎哥
10年8个月前
12楼
准备耐火材料坩埚,大炼钢铁。
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xj198398xujing
10年8个月前
13楼
不错啊
呵呵
要能在在发热体上弄上点保温估计温度会更高
不知道LZ的有没有出现居里点的现象?
我的坩埚加了一小层硅酸铝棉2200W的时候温度差不多到1200了
化30多G的盐只要15秒
图像000.jpg
图像001.jpg
图像002.jpg
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周小星
10年8个月前
14楼
楼主第一张变压器旁两支管子是IGBT吗?看着也不像RHRG75120啊
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joyeep
10年8个月前
15楼
据我试过一些材料,加热铁件最佳加热频率是19~22KHZ 之间,不宜太高,

我没有用铜管,用的多股铜线,外包耐高温玻璃纤维,

LZ 频率有点过高了,

旋转 1002_150330.jpg

这个波形走的非常漂亮,没有一点毛糙
旋转 1002_150336.jpg
这台是12KW 的加热电源。3相供电。里面其实有4台电源。~~
管子是600V 80A 的IGBT塑料管,半桥输出,没有接阻抗匹配变压器,
不是定频,

LZ 要是买非晶磁环做阻抗匹配变压器,铁定好,铁氧体看饱和能力差,损耗大,储能也差~

我那个电源的厄流圈是非晶,开始用铁氧体或铁粉,但是发热严重

输出串有一个取样电感,可以自行检测负载和居里点。

其实上面也没有用很多电容,也是一般的MPKH 电容,工作很长时间摸了,也是温热,

声明:我不是做这个工作的,只是被临时调到硬件部门充当人数搞了一段时间这个
+400
科创币
虎哥
2010-11-24
有用的经验
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ry7740kptv
10年8个月前
16楼
330uF的储能电容就能做出1.2kW的功率???
半桥的输出功率和桥臂电容之间的关系是什么?怎么计算?
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ry7740kptv
10年8个月前
17楼
呃。。。 我知道滤波电容该怎么算了。。。刚问了Y2K大虾~
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火神机关炮
10年0个月前
18楼
13L,莫非你要电解熔融的氯化钠制钠??
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power_rdx
10年0个月前
19楼
没搞错吧,2400W铜管无散热?用不了多久就会融化的
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卡文龙
10年0个月前
20楼
半桥电容如何计算输出功率
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WZB616
10年0个月前
21楼
不错!很好。同行啊
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xukaiming
9年10个月前
22楼
这个太牛了,目前只能惊叹啊
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chutian2009
9年9个月前
23楼
我前来顶贴了
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46437419zsy
9年9个月前
24楼
值得学习··
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greensyz
9年8个月前
25楼
楼主这个能实时调功吗?
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bga201
9年8个月前
26楼
为什么 都没电路图啊。
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ty7294
9年8个月前
27楼
为什么 都没电路图啊。 ?
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sndnvaps
9年8个月前
28楼
楼主,来一张电路图,让我们这些,菜鸟也学习一下。
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020411317
9年8个月前
29楼
楼主,EC42W变压器的初次级按照你的匝数比缠好后,输入端电流大于5A,变压器不工作,想问一下楼主的变压器初次级线圈的线径和圈数,万分感谢!
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ehco作者
9年8个月前
30楼
无语了,电路图和PCB就放在1楼第一行,为啥总是有人看不到呢。
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haiou
9年8个月前
31楼
楼主怎样联系啊   有套件可出吗
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020411317
9年8个月前
32楼
回 29楼(020411317) 的帖子
19V直流电源的功率多大?我用19V5A的电源好像带不动呀!
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020411317
9年8个月前
33楼
楼主的这根线是连接到SG3525的调频率电位器上了吗? 12.jpg
+100
科创币
ehco
2011-12-02
观察仔细
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haiou
9年8个月前
34楼
楼主的QQ是多少啊
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020411317
9年7个月前
35楼
回 29楼(020411317) 的帖子
我今天按照楼主的匝数比绕制的变压器接电后变压器吱吱的想,楼主变压器输入端的电感是45uH还是45mH?如果是45uH,那我在30mm的磁环上绕3圈就可以达到要求啦!但是如果这样连接变压器后直接过流短路,希望楼主给点建议和意见,谢谢!
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020411317
9年7个月前
36楼
楼主说在6脚与快恢复二极管之间反向串联一个3.6V稳压管,但电路原理图中并没有这个二极管,是不是忘记画了? P1.jpg
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沉默的羔羊
9年7个月前
37楼
好  很有用的经验
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kcltxinshou
9年7个月前
38楼
楼主的电路能调节频率吗?大工件用工频加热较好。
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ehco作者
9年7个月前
39楼
引用第38楼kcltxinshou于2011-12-13 12:17发表的  :
楼主的电路能调节频率吗?大工件用工频加热较好。

可调频,小工件应用
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235264194
9年7个月前
40楼
EC42W变压器的初次级线圈的线径和圈数是多少?
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kingseacjh
9年7个月前
41楼
学习学习!!!!!!
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rudolf
9年5个月前
42楼
回 楼主(ehco) 的帖子
010101.jpg
第九条,对于并联谐振而言,驱动频率高于固有频率时,应该在容性条件吧?
对于楼主的并联谐振而言,阻抗Z=L/RC,R是毫欧数量级的,算起来阻抗是KΩ级别的了,需要阻抗变换吗?
还有并联谐振时,我看资料上说这时候因为阻抗最大,所以电流最小,请问您测的10多A的电流就是谐振时的电流吗?那不在谐振点的电流会有多大?
其实关于恒流源我听不理解的,谐振时LC系统的阻抗很大,可能是KΩ级别,而电流也不小,10A级别的,而电源只有220V,是怎么做到的?

减小加热线圈电感会导致阻抗变小,Q值变小,这样做不是会降低加热效果吗?
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sundley
9年5个月前
43楼
很想造一个.  可没技术.
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王秋冬
3年7个月前
44楼
经验修正电感量计算rar,下载后提示有病毒。帮忙看看是撒子情况 嘛,谢谢版主。
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王秋冬
2年7个月前
45楼

厉害啊

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我是个宝宝吧
2年7个月前
46楼

没测功率因数,估计很低的样子

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