indüksiyon ısıtıcılardaki tank devresi

harun

Yeni Üye
Katılım
9 Haziran 2020
Mesajlar
3
İndüksiyonlu ısıtıcı bobinleriyle ile ilgili bir sorum var.
İndüksiyon ısıtıcılarda çıkış ucunda manyetik ısıtma için bobin kullanılıyor. Bu bobine paralel kondansatör(ler) var.
Yani çıkış ucunda tank devresi kullanılıyor. Bu sayede kutuplar sürekli değişiyor.
Devre tank devresine göre paralel rezonansta çalışırsa daha verimli çalışıyor.
Paralel rezonanstaki amaç yüksek empedans ve minimum akım değil mi? Bu durumda rezonans anında Tank devresindeki ısıtıcı bobinden düşük akım geçmesi gerekmiyor mu? Nasıl olur da yüksek akım geçiyor? Ben nerde hatalı düşünüyorum?
 
Bobinden +1000A akarken kondansatorden -1000A akıyor.
Akımların ani değerlerinin toplamı her zaman sıfır ediyor. Bu da sonsuz empedans demek.
 
Son düzenleme:
Bobin ve kapasitör ikilisinin karakterleri birbirine terstir.
Birisi dinamik diğeri statik karakterlidir.
Bobine aktardığın enerji eğer sekonder tarafta emilmezse bobinin kendisi gerilim üretmeye başlarki bunu kapasitöre depolar.
Depolama işlemi bittiğinde bu defa akım tersine döner kapasitördeki depolanan enerji bobine aktarılır.
Böylece sürekli ver bana al sana mantığıyla akım gezinir durur.
Güç kaynağına düşen iş ise kayıp enerji ve sekonder taraftaki tüketilen kadarını bu salınım devresine aktarmaktır.

Salıncak ve sallanan yükün aynısı modelleme.
Kapasitör potansiyel enerji bobin kinetik enerjiye karşılık gelir.
Salıncağı sallayan ise güç kaynağıdır.
Sallayan sadece salıncağın yavaşladığı kadar kuvvet uygularsa aynı şiddette salınmaya devam eder..
Eğer kayıptan daha fazlasını salıncağa aktarırsa salıncak gittikçe daha yükseğe çıkmaya çalışır ve zararlı boyutlarda hasarlara sebep olur.

Rezonans devresindede tıpkısının aynısıdır.

Simulasyonu aşağıdaki linkte görebilirsin.
Kayıplar direnç üzerindedir.
Rezonans devresi
 
Son düzenleme:
Bobin ve kapasitör ikilisinin karakterleri birbirine terstir.
Birisi dinamik diğeri statik karakterlidir.
Bobine aktardığın enerji eğer sekonder tarafta emilmezse bobinin kendisi gerilim üretmeye başlarki bunu kapasitöre depolar.
Depolama işlemi bittiğinde bu defa akım tersine döner kapasitördeki depolanan enerji bobine aktarılır.
Böylece sürek ver bana al sana mantığıyla akım gezinir durur.
Güç kaynağına düşen iş ise kayıp enerji ve sekonder taraftaki tüketilen kadarını bu salınım devresine aktarmaktır.

Salıncak ve sallanan yükün aynısı modelleme.
Kapasitör potansiyel enerji bobin kinetik enerjiye karşılık gelir.
Salıncağı sallayan ise güç kaynağıdır.
Sallayan sadece salıncağın yavaşladığı kadar kuvvet uygularsa aynı şiddette salınmaya devam eder..
Eğer kayıptan daha fazlasını salıncağa aktarırsa salıncak gittikçe daha yükseğe çıkmaya çalışır ve zararlı boyutlarda hasarlara sebep olur.

Rezonans devresindede tıpkısının aynısıdır.

Simulasyonu aşağıdaki linkte görebilirsin.
Kayıplar direnç üzerindedir.
Rezonans devresi
hocam, aslında sormak istediğim indüksiyon ısıtıcılarda neden seri rezonans yerine paralel rezonanstan yararlanılıyor?
Diyelim ki çıkış uçlarında 100 kHz frekansında +10V-10V gerilim üreten devremiz var.
Bu çıkış uçlara bir adet ısıtma bobini takıyoruz. Bobindeki indüktif reaktansı gidermek için ise bir adet kondansatör takılıyor.
sonuçta 100kHz frekansına uygun reaktanslar Xc=XL olmalı ki rezonans olsun.
Diyelim ki bobinimiz 10 uH ise kondansatörümüz ise 253 nF olmalı ki 100kHz'e uygun rezonans olsun.
bobin ve kondansatör birbirine seri de olsa paralel de olsa bu formül aynen geçerli. Buraya kadar tamam.
Peki bu kondansatörümüz bobine paralel mi yoksa seri mi takılmalı?
Eğer Kondansatör, bobine paralel takılırsa paralel rezonansta--> maksimum empedans, minimum akım var.
Eğer kondansatör, bobine seri takılırsa seri rezonansta --> minimum empedans, maksimum akım var.
Bizim istediğimiz ise bobinden maksimum akım geçirmek.
Bu durumda indüksiyonun ısıtıcı bobininden daha çok akım geçmesi için "seri rezonans" devresi olması gerekmez miydi? Neden minimum akımı olan paralel rezonans devresi takılıyor?
İnternette gördüğüm indüktif ısıtıcı devrelerinde hep paralel rezonans kullanılmış? Neden seri rezonans değiller?
 
Son düzenleme:
hocam, aslında sormak istediğim indüksiyon ısıtıcılarda neden seri rezonans yerine paralel rezonanstan yararlanılıyor?
Diyelim ki çıkış uçlarında 100 kHz frekansında +10V-10V gerilim üreten devremiz var.
Bu çıkış uçlara bir adet ısıtma bobini takıyoruz. Bobindeki indüktif reaktansı gidermek için ise bir adet kondansatör takılıyor.
sonuçta 100kHz frekansına uygun reaktanslar Xc=XL olmalı ki rezonans olsun.
Diyelim ki bobinimiz 10 uH ise kondansatörümüz ise 253 nF olmalı ki 100kHz'e uygun rezonans olsun.
bobin ve kondansatör birbirine seri de olsa paralel de olsa bu formül aynen geçerli. Buraya kadar tamam.
Peki bu kondansatörümüz bobine paralel mi yoksa seri mi takılmalı?
Eğer Kondansatör, bobine paralel takılırsa paralel rezonansta--> maksimum empedans, minimum akım var.
Eğer kondansatör, bobine seri takılırsa seri rezonansta --> minimum empedans, maksimum akım var.
Bizim istediğimiz ise bobinden maksimum akım geçirmek.
Bu durumda indüksiyonun ısıtıcı bobininden daha çok akım geçmesi için "seri rezonans" devresi olması gerekmez miydi? Neden minimum akımı olan paralel rezonans devresi takılıyor?
İnternette gördüğüm indüktif ısıtıcı devrelerinde hep paralel rezonans kullanılmış? Neden seri rezonans değiller?
Aslında mantığında bir sıkıntı war.
Bir kaç noktada açıkmlamaya ihtiyaç duyacaksın..
Paralelde verilen enerji az ama bobin ile kondansatör arasındaki akım en yüksek seviyededir.<
kaynaktan az akım çekilir ve kapasitör voltajı bobin voltajına eşit hemde aynı akım ikisinin arasında çalkalanır.

Seri rezonansta aynı akımı geçirebilmek için daha yüksek voltaj uygulamak zorunda kalırsınız ve aynı akım kaynak üzerinden dönmek zorunda kalır. Dolayısıyla bobin akımı kapasitör akımına eşit ama kaynak gerilimi oparalele göre yüksek olmasıyula birlikte kapasitör ve bobin voltajı kaynaktan çok çok daha yüksek olurki yüksek voltajın kontrolü daha zor olduğu gibi yüksek voltajlı kapasitör bulmanın maliyeti ve zorluğunu da hesaplamak gerekir.
Paralel rezonans kimseyi yormaz kolayca çalışır. Ama seri rezonans epeyce problemli ve denetimi biraz sıkıntılıdır.
simulasyon yaparsan dediğimi rahat anlayacaksın.
Proteusta uygulayabilirsin.
Paralelde XC ve XL Kaynağa paraleldir.
Seride XC ve XL kaynağa seridir.
Kaynak akımı hangisinde daha fazla olur kafadanda hesaplayabilirsin.
 
1717883145259.png


Bir ara bu 3 devreyi analiz edelim.

(a) devresinde C ve Transformatorun L1 miknatislama bobini paralel rezonans devresi olusturuyor. R direnci C'ye paralel ve n'e bagli olarak yansiyacak.

(b) devresinde C ve Transformatorun L1 miknatislama bobini seri rezonans devresi olusturuyor. R direnci L1 enduktansina paralel olarak n'e bagli olarak yansiyacak.

(c) devresi ise bence dogrusu bu L1 ve C rezonans devresi. R n'e bagli olarak C' ye paralel gelecek.

Analiz sonucuna gore yorumlariz artik.
 
Son düzenleme:
Bülent Kardeş İndüksiyon ocaklarında durum epey karışık. Yük saf direnç değil birici olarak.
Yükün sıcaklığı yükün karakterini tepetaklak eden bir unsur ikincisi.
Yük manyetik özellikli değil ise biraz daha farklı bir durum oluşuyor ve saf bobin olabiliyor yük. Tabiiki gene yükün sıcaklığı ile bağlantılı karakter değişimi oluyor.
Üstelik ocak bobinini de trafo gibi modelleyemiyorsun güç transfer yapısı komplex.
Bizde paralel rezonans trafodan sonrasındadır. R yerine ocak bobini koy ve paraleline kapasitör bağla.
Bir kaç tür topoloji war müsait olduğumda çizmeye çalışırım.
 
Son düzenleme:
Imalatci degilim fakat induksiyon ocaklari hakkinda az bucuk bilgim var.

Benim modellememde transformator olarak gosterdigim kisimda primer bobin, induksiyon isitici bobinin kendisi oluyor.

Isitilmak istenen kisa devreye yakin (R) davranan metal is parcasi da sekonder kisim oluyor.

Sekonderde isiya neden olan kisim da R olarak gosterildi.

Bu sartlar altinda bu uc devre analiz edildiginde her sey ortaya cikacak.

Miknatislama bobinine paralel gelen direnc devrenin karakterini degistirir. Direncin de degeri sicaklikla degistigi icin sistemin davranisinin sicaklikla kaymasi cok normal.
 
Son düzenleme:
Besleme frekansını değiştirmek daha kolay.
potanın tank devresine kondansator bağlayıp çıkartmak zor olur.
 
Her ikisine de ihtiyac olur. Cekirdege yakin kisimlari da isitmak istersen rezonans frekansini dusurmen gerekir.
Cok yuzeysel isitmak istiyorsan bu kez rezonans frekansini artirman gerekir. Bunu da saglamanin en kolay yolu C ile oynamak.

Tek basina sinyal jenaratorunden sinyal uygulayarak guc katina sinyal verip frekansla oynayamazsin. Sistemin rezanansta tutabilmek icin akim yada gerilimi izlemen gerekir. Boylece isinan parcanin degisen R sine senkron olur ve sistem rezonansda kalacak sekilde guc katindaki anahtarlama elemanlarinin atesleme fazi-frekansi ile oynayabilir.

Tek bir frekansa akortlu sistem isitmaya basladiginda hemen rezonansdan cikar.
Yani sistemin tamaminin kendi basina osilator gibi davranmasi gerekir.
 
Besleme frekansını değiştirmek daha kolay.
potanın tank devresine kondansator bağlayıp çıkartmak zor olur.
Genelde sistemin ısıtacağı yada ergiteceği yapı belli plduğundan frekansı da ona göre tasarlanır ve o frekansta çalışacak rezonans devresi inşa edilir. Bu sistemlerde çoalışma sırasında çevresel yada yapısal nedenlere dayalı rezonans frekansında kaymalar olursa sistem otomatik PWM çıkışlarını o frekansa uydurur.
değişik frekanslarda çalışma zırt pırt yapılan şey değildir endüstriyel uygulamalarda.
Isıtma için bir örnek: (Bu bizim ABD li rakip firmamızdan biri. Dünya çapında indüksiyon gurubu)
Ergitmede zaten ocak boyutu ve bobin yapısı değişmez.
Ama zaman içinde bobin ısınıp soğuma kaynaklı boy uzamasına uğradığından çapı genişler bu sebeple empedansı yükselir. Frekansta çok fazla kaymalara sebep olmadığı gibi sistem dinamik rezonans frekans takibinde olduğundan problem oluşmaz.
Örnek: 2.5 metre yüksekliğinde bir ocak bobini. Tamir öncesi ve sonrası
1717930540879.jpeg
 
Son düzenleme:
Açıkçası ocak yada ısıtma sistemini simulasyon programları tam anlamıyla modelleyemiyor.
Ne PSIM ne de Matlab ta akademisyen arkadaşlarla yaptığımız çalışmalarda bunu başaramadık.
Çünkü direnç ve bobin olayının ötesinde yükün kendisinin manyetik olup olmaması çok şeyi değiştiriyor.
500 dereceden sonra ancak manyetik özelliği ortadan kalkıp saf direnç haline dönüşüyor yük.
Yani zamana/ısıya bağlı değişim. Karşılaştığım grafikler osilaskop hafızasında kaldığından burada paylaşamıyorum.

Ancak seri rezonansta şunu söyleyebilirimki (Tristör anahtarlamalı olmak zorunda yüksek gerilim ve akım sebebiyle)
Başlangıçta tristörden geçen akım 100 ise bunun 70-80 kadarı tekrar paralel diyot üzerinden geriye döner. bu sebeple rezonans frekansının altında çalışmak zorunda kalırsınız. Kısacası diyodun çalıştığı alan daha fazladır yüksek ısıya nazaran. Metal ısındıkça diyot akımı azalır, süresi kısalır ve daha yüksek rezonans frekansına geçmek mümkün olur. maximum frekans ta bile rezonansın altında çalışılmak zorundadır SCR seri rezonansta.

IGBT ile daha kolay yapılabilir olmasına karşılık IGBT Akım ve gerilim sınırları SCR nin altında kaldığından istenilen hedefe ulaşılamaz.
Ayrıca IGBT SCR ye göre üfürükten kıl kapan bir sistem olması sebebiyle ısıtma dışında tercih edilmez. Isıtmada da devasa güçler zaten gerekmez.
 
1717883145259-png.34376


Simdi yavas yavas hesaplamalara gecelim.

Tamamen sallayarak;

n=5 (1/n=0.2)
R=0.01 Ohm
F=20Khz
L1=100uH olsun.
Sistem 100v ile beslensin.

(a) icin konusursak

C yi hesaplarsak C=630 nF
primer tarafa yansiyan direnc Rp=5*5*0.01=0.25 Ohm

XL1=2*3.14*20000*100E-6=12.566j
CX=1/(2*pi*20000*630E-9)=-12.63j

Kapasitorden gecen akim 100/12= Yaklasik 8A. Fakat sistem salinirken akim 400A'e ulasacak.

Hesaplarda yuvarlama yaptigimiz icin bu kadar farklilik normal.

Z=0.25 saf omik.

100v ile besledigimizde 400A cekecek. C ve L1 cinlama devresi olusturdu. Devreye 20Khz periyodda 100v dortgen voltaj darbeleri verirsek sinusel akimlar akitabiliriz. Akimi duty ile belirleyebiliriz. Primer taraftan 400A efektif degerde akim akitmak istersek bu sartlarda voltaj darbelerinin genligini ve suresini artirmamiz gerekir. Yani akim basitce duty ile ayarlanabilir.

Keza sekonder tarafta 400*5=2000A akacak.

Tek ya da cift beslemeli voltaj darbesi kesildiginde soldaki taraftaki surucu katinin tamamen acik devre davranmasi gerekir. Bu elektronik devre acisindan bir zorluk getirir.

----------------------------------------------------------------------------------

(b) icin hesaplayalim.

Gene Z=0.25 + 0j olacak.

Ayni sekilde bu devreye de dortgen voltaj darbeleri verilirse paralel rezonans devresindeki gibi cinlayacak.

Kapasitorden gecen akim 400A .

(c) icin hesaplayalim

Z = XL + XC//XL1//0.25

XL=jwL
XL1=jwL1
XC=1/(jwC)

[math] Z=jwL + \frac{\frac{\frac{jwL1}{(jwC)}}{jwL1+\frac{1}{jwC}}*R}{\frac{\frac{jwL1}{(jwC)}}{jwL1+\frac{1}{jwC}}+R}[/math]
[math]Z=jwL+\frac{R*\frac{jwL1}{-w^2L1C+1}}{\frac{jwL1}{-w^2L1C+1}+R}[/math]
[math]Z=jwL+R\frac{jwL1}{jwL1+(-w^2L1C+1)*R}[/math]
[math]Z=jwL+R\frac{jwL1}{-w^2RL1C+jwL1+R}[/math]
[math]Z=jwL+R\frac{jwL1\frac{1}{RL1C}}{-w^2+\frac{jwL1}{RL1C}+\frac{R}{RL1C}}[/math]
[math]Z=jwL-\frac{\frac{jw}{C}}{w^2-\frac{jw}{RC}-\frac{1}{L1C}}[/math]
[math]Z=jwL-\frac{J\frac{w}{C}}{(w^2-\frac{1}{L1C})-j\frac{w}{RC}}[/math]
w=L1C frekansinda isler ilginc olacak.

[math]Z=R+jwL[/math]
Hata yapmaya musait bolca ara islem var. Dogru olup olmadigina bakmamiz lazim.

Eger C ve transformatorun miknatislama bobini rezonansa getirilirse kaynaktan gorulen empedans R ve L den ibaret oluyor.

Yalniz R yerine N^2 R yazmamiz gerekirdi geriye donuk duzeltmemiz gerekecek fakat buna usenip sonucu

[math]Z=RN^2+jwL[/math] olarak yazacagim.

Tamam hata gorunmuyor.

Simdi tahmin ettigim gibi en avantajli yapi (c) devresi. Transformator tarafi C ile rezonanasa getirilince
akim L enduktansi ile dizginlenebiliyor. Bu da devreyi PWM ile surmede cok kolaylik saglayacak.

Hatirlarsaniz (a) devresi icin elektronik zorluktan bahsetmistim. (c)'de bu zorluk ortadan kalkti.

Devreye voltaj uygulandiginda akim tirmanir istenen degere gelince voltaj sifir yapilir. Bu esnada sag taraf cinlamaya baslar.

Duty ile guc istendigi gibi degistirilir.

a devresi 400A ile baslarken c devresi sifir akimla baslatilabiliyor.
 
Son düzenleme:
C de L Seri C ve L1 Paralel C birbirine eşit olmadığı sürece tuhaflaşır.
Rezonansa gelmesi zorlaşır. Ki bu kullandığımız bir yöntem hiç olmadı.
Bu pratiğe uygun bir devre değil.
Tam tersine LLC devresi olarak DC DC inverterlerde kullanılan detaylı olarak şu kaynakta belirlenmiştir.
İndüksiyon ocaklarına gene uymaz. Değişken yük ve yük karakteri nedeniyle çarpık sonuçlar çıkar.
LLC DC DC İnverterler
 
1717955739001.png


Simple dedigine ve push pull olduguna bakma.

Bu devrelerin hepsi (c) olarak isimlendirdigim yapi bire bir ayni.

Asagidaki de ayni.

1717955832596.png


Bu da ayni. Bakma 30uF seri baglandigina. Ordaki amac baska.

1717955899586.png
 
Okurken niye bu sektörden çıktığımı tekrar anladım, yaşadıklarım aklıma geldi de iyi ömür tüketmeden kaçmışım :D

Quassi resonant yapı uymuyor mu size @Dede? Şu ara çok popüler bütün beyaz eşya grubunda.
 
Okurken niye bu sektörden çıktığımı tekrar anladım, yaşadıklarım aklıma geldi de iyi ömür tüketmeden kaçmışım :D

Quassi resonant yapı uymuyor mu size @Dede? Şu ara çok popüler bütün beyaz eşya grubunda.
Bizim için anlam ifade etmiyor.
Yarım köprü yada tam küprü minimum ürünümüz 100KW 3KHz den başlar 10MW 60 Hz e kadar değişebilir. Isıtmalar istisna.
Ama tamamını kontrol eden tek bir tek bir kontrol kartımız wardır.
Seri Paralel rezonans yada sadece kapasitörsüz bobin üzerinde kare dalga ve Sinüs PWM. Tamamını tek kart destekler.
Flayback bizim alanımızda değil.
1717971358433.png
 
Simple dedigine ve push pull olduguna bakma.

Bu devrelerin hepsi (c) olarak isimlendirdigim yapi bire bir ayni.

Asagidaki de ayni.



Bu da ayni. Bakma 30uF seri baglandigina. Ordaki amac baska.
Kapasitörlerimiz pek 30µF gibi değil.
25.000~100.000 µF 3000Volt gibi
Aşağıdaki değerler Test amaçlı girilmiş olup gerçek değerler değildir. Ancak Yarım köprü topoloji bu şekildedir.
1717972385847.png
:sinsi1:
1717971985635.jpeg
1717971947839.jpeg
 
Son düzenleme:
Bi sefer doldursan omur boyu yeter evde :gulus2:
 
1717973092190.png

Buda simulasyon çıktısı 160Hz yarı rezonans altı çalışma.
1717973323280.png

Rezonans altı 60Hz
 

Forum istatistikleri

Konular
6,733
Mesajlar
114,817
Üyeler
2,756
Son üye
Sagankam

Son kaynaklar

Son profil mesajları

hakan8470 wrote on Dede's profile.
1717172721760.png
Dedecim bu gul mu karanfil mi? Gerci ne farkeder onu da anlamam. Gerci bunun anlamini da bilmem :gulus2:
Lyewor_ wrote on hakan8470's profile.
Takip edilmeye başlanmışım :D ❤️
Merhaba elektronik tutsakları...
Lyewor_ wrote on taydin's profile.
Merhabalar. Elektrik laboratuvarınız varsa bunun hakkında bir konunuz var mı acaba? Sizin laboratuvarınızı merak ettim de :)
Back
Top