自制市电手持式感应加热

最近在朋友圈经常看到一个视频,手持式感应设备焊接冰箱空调铜管。这段时间工作比较轻闲时间充裕,于是对其了解了一番,找来找去都是一些ZVS等低压感应加热资料

经过两个晚上的搜索,终于找到一个效果不错的帖子,而且好几个论坛都有同样的资料,可惜都很模糊。于是想到前两年玩DRSSTC 时也是大功率市电谐振,并且

前两年曾经试过用DR驱动输出接64非晶环经过粗略的匹配,成功吧一枚螺丝加热至发光差点就融化了,用时15秒。可惜测试多两次就炸桥了。经过那次后我的TC就没玩了。

DR加热刀片.mp4 点击下载  

这个是以前拍的视频,加热的磁场很强,震动的声音是灭弧声。

DR加热螺丝.mp4 点击下载  


加热这个螺丝后就炸管了 用的是50UG全桥

言归正转,

网上广了两晚找到的资料要么是学位论文太深看不懂 ,要么就是简单的帖子制作资料很不全。只有一篇CD4046+4001+358的帖子比较全当时好像在电源网看到的。可惜电路图片不清。

后来在科创坛找到原贴,而且说明非常的详细,电路元件直接下载。经过一个晚上的理论学习开始动手制作


IMG_4382.jpg

 


能用贴片的都用贴片尽量减少体积


IMG_4386.jpg

控制板已经焊接完成,牌板布局还算满意。


IMG_4387.jpg

460全桥


IMG_4437.jpg

 

调谐后上市电,呵呵直接炸桥。。。。。

于是拿出珍藏


2.jpg

 

1.jpg

 


 低压测试表明模块反映太慢根本输出不了功率,,


于是灵机一动,逆变焊机有MOS全桥,MOS比IGBT反映速度比较快适合高频,刚好我修焊机时有一张旧的12管全桥

拆掉原板GDT 装上CD4069驱动板,

IMG_4484.jpg

 

IMG_4482.jpg

 


由于网购的EE85收到就有问题于是就用非晶环代替


IMG_4420.jpg

 初级用1.7的漆包线绕了35T,次级0.75T 直接铜管穿入


先来烧一下过过瘾先,这次没那么笨了,翻出以前的调压器。

由于全桥板没有合适的散热器故不能长时间通电

经过调试已经可以很快红刀片了

  CD4069加热刀片.mp4 点击下载  

这时调压器整流后DC电压只有50V 

观察波形幅度变化很大,调节示波器观察,原来滤波电容太小了只有470U

后来找到两个50V10000U的并联使用,

这次波形很稳了加热速度快了不少。

由于这设备做来是为了焊接铜管的于是拿了节铜管测试

铜管竟然一点都不升温,加大调压器电压至100V 才两秒不到感应线圈冒烟了

果然不通水不行, 这时被加热铜管有一点点暖。

这个效果不是我想要的结果。加热铁等材料随便都可以做到可是铜铝等不导磁材料加热要求高得多

于是我又花了几个晚上去研究那些高深博士论文,想象都头疼一个没上过高中的看一大堆公式推导

杀死我N多脑细胞,不过还真的收获不少,虽然很多公式搞不动但我却搞懂了整个影响感应加热的

问题

我的文化水平不是很好都是实践出来的不是很会表达 所以去掉文绉绉的东西,下面我讲讲我的见解和重点

感应加热其实就是一个大功率逆变器,感应加热不是简单的通入高频电流就可以发热的,因为感应线圈是一个感性负载

根据电工基础理论 P=UI 而在感性负载面前电流永远泄后电流一个相位,这样有效功率变得很低

在感应线圈串联或并联电容是补偿无功功率,一个超前一个邂逅刚好抵消,为的得到最大的输出功率

这时有需要用到谐振。


当电路谐振加热工件就相当于短路一扎的线圈,感应线圈就相当于变压器初级,工件相当于次级,如果感应线圈为10匝工件为1匝

这时如果直接上市电谐振的话,初级电流肯定大得直接炸管,

原因根据变压器功率关系

P初级=P次级 假设工件电阻为1毫欧    砸数比10:1   初级220V=P次级22V      次级电流= 22V /0.001 =22000A    初级电流=2200

2200A电流瞬间炸了全桥

为了减少感应线圈的扎数这时就要用到变压器了

假设线圈只有3匝  工件电阻为1毫欧    那么变压器初级40:次级0.75T    感应 线圈 3T  经过变压器比例40:0.75  工件 3:1     40/0.75*3= 160倍

工件感应电压 =220V/160= 1.375       工件电流=1.375/0.001= 1375A       功率=1.375V *1375A=1890W

初级电流=1890W/220V=8.59A 

这用不会炸桥了

以上的都是初略计算,没有算损耗等等

加热铁件都没什么大问题

但加热铜铝件不得不深入研究,

由于电感,电容,除了感抗和容抗外还有阻抗

当谐振时电容电感刚好抵消,电路呈阻抗,

别小看这点电阻,在几千A电流下这可是致命的

假设你电路阻抗10豪欧,工件1豪欧  P总功率=电路消耗+工件

那么得出 电路消耗90% 加热只获得10%

为了得到更高的效率应尽量减少电路阻抗。

加热不同的工件其电阻率有所不同,而在不同的温度电阻也随之变化。

还有一点我实在看不动,望路过高手指点一二,就是加热深度问题。在不同频率下加热深度不同频率越高加热深度越浅

这个我可以理解为工件的电阻率运算么,假设伙加热铜, 铜的电阻率=1.75*10-8次方 平方毫米   100KHz 加热深度假设0.1MM 

那么伙直径20的铜棒  0.1*线圈高度10MM=1平方 再  X周长(20MM*3.14)*电阻率    

得出工件的电阻率么?

看了这么多公式是时候动手了

为了得到足购低阻抗 次级线圈重新造了一遍


IMG_4457.jpg

 


手上有3MM*15MM的铜排 3并增加横截面积=3X15X3 =135平方  承受1000A应该可以了吧



IMG_4459.jpg

 焊接溶在一起



IMG_4460.jpg

打磨后


IMG_4461.jpg

焊接活接头更变变换各种形状感应线圈


IMG_4465.jpg

 


搞了一下午终于搞好


IMG_4488.jpg

 


 由于我做的是手持式焊枪,连接线的损耗不容忽视,所以未采用原创的次级谐振方式,我采用了初级谐振方式,通过采样初级互感器得到电流相位,


而原创通过采样次级电容电压方式,这样我主机与焊枪的连接线就工作在小电流谐振,谐振电容就负载就比较少不会发生接线端子过流不够和坏掉

阻抗变换器与感应线圈装在焊枪上这样焊枪的体积和重量减少了很多,方便各种环境的焊接。

初级谐振电容我刚开始使用安规0.1uF4串得出谐振频率46K左右

加热铜管这次调节调压器电压缓慢上升,铜管终于冒烟了,可以化锡了,这时调压器电压220V,电流1.45A ,约320W

加热很长时间都未红,功率管没装散热担心炸馆就关了,10秒化锡,30秒都没有红,功率管微烫,看来原创电路效率很高

MOS几乎不发热,第二测试调压器调到230V 依然不红 20秒时谐振电容有一个冒烟了.

原来是谐振电容过流不够,内阻也大,所以工件获不到最高功率,

后来翻出我DR的大电容 3000VAC 0.44*2 串联 

重新调谐16.7K左右,这时调节调压器才拧了一点就呼呼叫了 电流很大,这时铜管冒烟并且红了

量调压器电压63V 电流稳定7.5A  约472W 

电压.mp4 点击下载  

按照这个电压电流关系 那么我上市电必然会炸管,如果按照我上面加热深的的理论成立

必须吧谐振频率升高才能安全上市电

以下是加热16锂铜管效果

CD4046加热铜管.mp4 点击下载  

目前测试5秒开红10秒就可溶铜焊条,15秒就感觉要吧铜管融化了 ,MOS也烫手了

暂时测试到这里,等新的引用谐振电容到了再验证上面的理论

感谢原创提供的经验,使我受益不浅。

第一次写贴花了整整3个小时,

原创地址连接

https://www.kechuang.org/t/30762



时间过得很快,由于工作原因没时间继续玩,在3月份的时候重新制作了一个阻抗匹配变压器,到现在才有空发贴

微信图片_20191025015544.jpg


5a.mp4 点击下载

由于时间太久制作过程的图片已经找不到了。

果然不下点血本效果上不来。



1.mp4 点击下载

短路钳子瞬间烧红

2.mp4 点击下载

全桥采用焊机驱动板的全桥12管,加热紫铜管可以达到焊接温度,由于没有上助焊剂焊条也比较粗融化得比较慢,当焊下第一点后接触面积大了焊接就快很多

4.mp4 点击下载

一个铜银币瞬间烧红,视频的供电电源是直流220V、7A可调电源,加热时电流峰值才4.2A左右,可见输入功率还不到KW,只有900W左右。

3.mp4 点击下载

 这个黄铜件比价厚加热得有点慢,加热速度取决输入功率减去损耗。加热地内阻工件阻抗是一个很大的问题,必须解决

加入线圈和电路阻抗大于工件阻抗时几乎所有功率都消耗在线圈和电路。


5.mp4 点击下载

更换一个加热线圈后,效率一下子变得很低,铜管加热了十多秒功率管就已经非常烫手了,匹配变压器也发热得不要不要得,结果铜管只能加热到300多度。然后悲哀了12条管炸了一半。

22.jpg

33.jpg

之后重新画了一套板子,4069+359+3895驱动刚画好就没空弄了,过一段时间没那么忙时继续实验。



6c.mp4 点击下载

期间有想过用STM32单片机来调谐,没有什么资料可参考,业余的玩起来比较吃力。暂时放一放




 


[修改于 2 年前 - 2019-10-25 02:56:19]

来自:电子与无线电 / 电源技术
 
4
rb-sama
3年0个月前
1楼

强无敌,用特斯拉线圈驱动恒流运行呢?

调功的方式可以是PDM、PS等等

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xiaotian99
3年0个月前
2楼

非常给力啊!不错!

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明记冷气作者
3年0个月前
3楼

头两个视频使用 PDM 驱动加热的

后来做的是4046+4001+LM358 

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dingdingyyo
3年0个月前
4楼

厉害!希望加上原理图顺好便学习下!我好久没来了论坛还是这么热闹!哈哈


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明记冷气作者
3年0个月前
5楼

@dingdingyyo

 原创地址连接

https://www.kechuang.org/t/30762

里面有详细制作资料

 
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力量1
2年3个月前
6楼

手持需要有一部分是长导线连接,那么这个是哪部分做长导线?初级和全桥之间的连接吗?

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skerty
2年2个月前
7楼

讲的很详细啊,不错不错

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382222536
2年1个月前
8楼

很讲究。有技术有能力折腾就是好。这台钳可是有年头了。谢谢分享!

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月光曲
2年1个月前
9楼

加热深度相关的知识叫趋肤效应

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