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20/02/2012 #1

Avatar de asherar

Oscilador para horno de inducción miniatura
Estoy armando un circuito que encontré en este enlace.
Primero estoy viendo cómo hacer funcionar algo parecido.
Finalmente, la idea es dimensionar el circuito para calentar un pequeño caño
de hierro de unos 10-20 mm cúbicos, hasta unos 300-350 ºC.




Los elementos que estoy empleando se pueden ver en la foto 1.



Armando el conjunto se me desoldaron las patitas del capacitor, pero las
resoldé sin problemas. Luego lo he medido y tiene 1.5 uF (ver foto 2),
pero no medí su inductancia parásita.



Los mosfet que usé fueron de dos tipos: IRF630 y IRF1310.
Los IRF630 ya los tenía y fueron para probar si andaba o no (200V-9A) confiando en
poder mantener la baja corriente (con resistencias en serie con la batería).
Los IRF1310 corresponden a los valores deseados (100V-35A).
Uso resistencias para polarizar el gate de 330 Ohm-0.25W, en lugar de
los 240 Ohm-0.6W. Según dice el documento el tiempo de conmutación será
menor. Si se calientan visiblemente las cambiaré por otras con mayor disipación.
Los diodos directamente uso los 1N4007 que dice al final.
Los inductores los hice "a ojo".
Al de desacople lo bobiné sobre un ferrite recto en lugar de un toroide,
y le puse 10 vueltas, d=1.0 mm, en lugar de 8 intentando compensar algo de la
geometría del núcleo.
Al de resonancia lo bobiné con 8 vueltas y punto medio, d=0.8 mm, sobre una
lapicera de diámetro aprox. 7-8 mm. Comparada con la del modelo debería
dar mayor inductancia.
La fuente que uso es una batería de gel de 12V/7Ah.
El conjunto montado queda como se ve en las fotos 3 y 4.
La frecuencia deseada es de unos 180 kHz aprox.





Ya hice algunas pruebas para ver si oscila y para medir la frecuencia de oscilación.
Parecería que oscila, en el osciloscopio se ve un manchón rectangular de unos 60-80 V pk-pk.
Pero como los mosfets iban levantando temperatura no pude medir la frecuencia.
Al cabo de unos segundos de andar, los transistores se calientan y el oscilador se clava.

Básicamente la pregunta es:

¿ cómo limitar la corriente en los mosfets, en lo posible sin alterar el comportamiento
del conjunto ?

El problema es que, al no saber el valor de las inductancias, no puedo hacer
ninguna estimación de tensiones ni corrientes, y por lo tanto no puedo calcular nada.
Me queda otro par de IRF1310 pero no los quiero quemar tan rápido (igual no son tan
caros, pero ... ).

Es tiempo de preguntar a los que saben.
Si alguien tiene alguna sugerencia será bien recibida.

Comentarios:
------------
Una idea sería aumentar el valor de las resistencias en serie con las compuertas, para bajar el valor
pico de corriente. Esto hace más lenta la carga de las compuertas y "redondea" lo abrupto de los
flancos de tensión.
Otra cosa es que el hornito que representa el caño de hierro va a consumir energía del oscilador,
haciendo las veces de resistencia en paralelo con el circuito tanque.
Este consumo depende de la corriente en el oscilador, que según tengo entendido no tiene relación
directa con la corriente en los mosfets, sino con la impedancia del circuito tanque.
El tanque absorbe energía del oscilador por resonancia, la que se logra automáticamente ya que el
oscilador está realimentado justamente por las bobinas del tanque.
Todo esto hace pensar que (en principio) alterar un poco las resistencias del oscilador no debería
afectar el circuito tanque.

Otra idea que estoy considerando, para limitar la corriente en los mosfets, es poner resistencias
entre las patillas de drenaje de los mosfet y las del circuito tanque.

Ya veremos qué conviene.
21/02/2012 #2
Excluido


hola, ese oscilador lo veo demasiado simple.
yo si me metiese con eso trabajaria con un oscilador un poco mas confiable y "controlable" digamso con un 4093 , total, osc. es osc.
y con este si atacaria a esa bobina..........que no se si es o no , si sirve o no .

me parece tan raro que a partir de esas kakitas se llegue a poner un hierro al rojo.
21/02/2012 #3

Avatar de el-rey-julien

yo le haría un oscilador aparte según dice la pagina tiene que oscilar en 133khz.
me extraña que el inductor solo funcione con 15 volt,los hornos/cocinas a inducion que vi trabajaban con 350/400 volt

en el esquema dice 15 volt,pero en la foto la fuente esta a 30 volt?


---------- Actualizado después de 6 minutos ----------

mira alejandro acá ay uno sencillo
http://webpages.charter.net/dawill/t..._IndHeat4.html
21/02/2012 #4

Avatar de asherar

Bueno, primero gracias por interesarse en el tema.
Suena tentador arrancar de cero con otro oscilador, es lo que siempre suelo hacer.
Pero estaríamos casi en las mismas, porque con este también estoy "desde cero".
Además, me va a llevar a otro problema: acoplarlo a una etapa de potencia.
Por eso, en lo posible, y antes de cambiar de circuito, voy a tratar de ver por qué no
me funciona éste que armé.

Vayamos por partes:
El oscilador es simple de construir, requiere pocos componentes, entre ellos bobinas
de pocas vueltas.
La aplicación que le dan en el enlace que mencioné en el primer post muestra que
permite alcanzar una potencia importante.
Yo no necesito tanto como poner al rojo (1000ºC), sino sólo calentar hasta 300ºC una
pequeña pieza de hierro.
Elegí este circuito porque excede los requerimientos de temperatura.
Aparte de eso, un factor importante es que ocupa poco espacio.

A continuación voy a repasar el funcionamiento de este oscilador de tipo Royer.
Espero que así pueda hallar el motivo por qué no me está oscilando, y también la
forma de modificarlo para mis fines.

21/02/2012 #5

Avatar de SSTC

tengo un royer para hacer el horno que lo hice similar a este http://www.pocketmagic.net/?p=1731 que me funciono con los IRFP250... el tuyo le faltan muchos detalles: Lo esta asiendo andar sin carga el hierro a calentar tiene que esta en el inductor o el royer no oscilara correctamente... como podras ver en la foto el inductor no ba directo primero tiene que ir a un nucleo de un flyback y de hay sacar 5V bobinando unas vuelta de tubo de cobre especial. un IRF630 es difícil que te entregue tanta energía para calentar semejante núcleo de hierro y por ultimo el 1N4007 no es un diodo rápido el que va es el RF207 ese es un buen schoki...
22/02/2012 #6

Avatar de asherar

Hola SSTC.
La frecuencia de oscilación la fija el circuito tanque L1-C1, la carga corre un poco la frecuencia
como si hubiera una R en paralelo. Al no tener el núcleo debería oscilar a una frecuencia algo
diferente. Lo que aún no entiendo bien es por qué debería oscilar (aún con R).
El lazo de realimentación que mencionas que falta, creo que no es necesario en "mi" circuito
ya que no es exactamente un oscilador Royer. La realimentación la consigue de otra manera,
que es lo que aún trato de entender.
Agradezco enormemente el interés en el tema y las alternativas propuestas, que igualmente
iré revisando, y llegado el caso veré de armar.
Pero lo que intento acá no es encontrar otro circuito, sino entender por qué éste oscila, se
calienta y deja de oscilar. Y son pocas cosas las que pueden estar fallando.

Veamos primero el ...

Funcionamiento del oscilador:

Etapa 1:


Con G1 en estado alto, T1 se cierra llevando el punto A a tierra.
A su vez el diodo D2 conduce en directo poniendo a G2 en estado bajo,
lo que abre T2 y lleva al oscilador digital a un estado estable.
En esta estado circula corriente desde la fuente a los puntos B y A,
quedando L1(A) en paralelo con la serie L1(B)-C1.
C1 se carga inicialmente positivo en B, pero esto ocurre en forma
impulsada debido a la rapidez del cierre de D2. La autoinducción
que hace oscilar el circuito tanque también hace que (al cabo de
un tiempo proporcional a la raíz cuadrada de C1 y L1) se inverta
la polaridad del punto B.
La tensión zener de D2 impide que G2 pase al estado alto.

Etapa 2:


Cuando la B se hace negativo respecto de G1 en una cantidad igual
a la tensión de disparo en directo de D1, el diodo conduce, haciendo
conmutar los estados de G1 y G2.
La conmutación del oscilador digital ocurre en fase con la oscilación
del circuito tanque, por lo que ambos osciladores quedan enganchados
en fase, y por lo tanto también en frecuencia.
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22/02/2012 #7
Excluido


hola, no comprendo por que decis ale que otro oscilador estas desde cero??

un oscilador con 4093 es perfecto , y como los mosfet deben oscilar alternadamente , pues que para eso esta la inversion , son 4 inversores.
y NO dependes de realimentaciones de bobinas y efectos que no conoces:


fijate que asi tenes control de todo, y esa frecuencia no es alta para el cd4093
y si queres dar un tiempo muierto entre una y otra tambien podes, asi te concentras en el trafo solo y ver si eso "funciona" me refiero en el concepto fisico y no en el circuito oscilador.

calculo que con el 555 tambien anda, pero es medio [Palabra innecesariamente vulgar] ese ci
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22/02/2012 #8

Avatar de SSTC

aaaaaaH!!! dijo medio fernando, para llegar a la potencia de esos mosfet necesitas un buffer (driver) que suba el amperaje porque con un oscilador (555 o 4093) ni lo moves a los mosfet y eso es gastar mucha plata y gastarte en una placa groncha... el Royer por excelencia es bueno si lo calibras bien y eso se obtiene con asimetría.
22/02/2012 #9
Excluido


nunca use mosfet, pero no se supone que esos bichos trabajan por tension ???
que casi no piden corriente en su gate ???

igual 2 tristes transistorcillos no harian mucho enjambre
22/02/2012 #10

Avatar de SSTC

asherar dijo: Ver Mensaje
Hola SSTC.
La frecuencia de oscilación la fija el circuito tanque L1-C1, la carga corre un poco la frecuencia

El lazo de realimentación que mencionas que falta, creo que no es necesario en "mi" circuito
ya que no es exactamente un oscilador Royer. La realimentación la consigue de otra manera,
que es lo que aún trato de entender.Funcionamiento del oscilador:
Es un Royer de acá a la china... tu retroalimentación son los diodos 1N4007 que te dije que los saques. Cuando la cresta de tensión versus la intensidad sube en media bobina la bobina completa genera una contra corriente lo bastante grande para saturar el gater del mosfet y crear una caída ohmica
busca en internet

el tanque LC para descargar ellos a través de los diodos ultrarrápidos. Esto mejora el rendimiento general de la circuito.
22/02/2012 #11

Avatar de asherar

SSTC:
Estoy de acuerdo en cambiar los diodos 1N4007.
Voy a ponerle los que dice al principio del artículo original.
El corte rápido del diodo es el que introduce el pulso de alta frecuencia que dispara
la oscilación inicial del tanque.
Les había puesto los 1N4007 porque leí al final que dice que usaba esos para que
aguante mayor tensión en inverso.
Other modifications needed were to replace the the diodes D1 and D2 with ones rated for higher voltages. We used the common 1N4007 diodes. This was because with the increased current there was a larger voltage rise in the resonant circuit. You can see in the image here that the peak voltage was 90V (yellow scope trace) which is also very close to the 100V rating of the transistors.
Fuente (Sección: Pushing it further)
Dice que lo hace porque tiene mucha corriente y eso le da un pulso de conmutación
suficientemente grande. Tal vez a mí no me dispara porque tengo poca corriente en
los pulsos.

Fernando:
La "papa" de este circuito TIPO Royer es que cuando uno le mete el núcleo a la bobina
para que disipe calor, el oscilador no se desintoniza.
Este oscilador es en esencia DOS osciladores enganchados, como dije antes.
Además oscila con corriente elevada sin amplificar nada.
No me aflojes!!!

Cuando me proponen otro circuito es como si yo les dijera que estoy encaprichado con
Claudia Schiffer, y uds. me proponen una cita con su cuñada solterona, para ir practicando !!!
Se me escapó: estoy encaprichado con este circuito.

Las ecuaciones de esta cosa son:

V0 - L0 d/dt I0 - L/2 d/dt I1 = 0
V0 - L0 d/dt I0 - L/2 d/dt I2 = Vc
I0 = I1 + I2
d/dt Vc = I1/C

Donde:
V0 es la tensión contínua de la batería,
L0 es la inductancia de desacople de alta frec. de la fuente (en la figura es L2),
L es la inductancia de la bobina de calefacción (en la figura es L1),
C es el capacitor del tanque (en la figura es C1).

Las variables a resolver son:
I0: la corriente de carga lenta por L0,
I1 e I2: las corrientes que circulan por cada mitad de la bobina de calefacción (I1 es la que
carga el capacitor, I2 va por la otra rama).
Vc: la tensión en el capacitor de valor C (en la figura es VB - VA).

Todas las corrientes se toman en dirección desde la batería o el punto medio de la bobina
hacia tierra. Las condiciones iniciales son:
I0(0) = I1(0) = I2(0) = 0
Vc(0) = Vd (tensión de juntura del diodo en polarización directa).

Como la L0 se construye mucho mayor que las L/2, el sistema anterior se puede reducir,
y quedan las ecuaciones de régimen oscilatorio, a tiempos largos (t>>0) donde I0 ~ 0,
y entonces I1(t) = - I2(t).

Con esto, y restando las dos primeras ecuaciones, tenemos:
- L d/dt I1 = Vc
C d/dt Vc = I1

Derivando en el tiempo la primera de estas dos, e igualando con la segunda tenemos la
ecuación para I1:

LC d2/dt2 I1 + I1 = 0

que tiene como solución:

I1(t) = A sen(wt) + cte1,

donde w = 1/√(L C) y A es una amplitud que falta averiguar, y donde
Cte1 es una constante de integración que se calcula aplicando las condiciones
iniciales, y en este caso como I1(0) = 0, vale 0.
La solución para Vc se obtiene derivando I1 y da:

Vc(t) = - L w A cos wt,

El resultado principal es que la solución es oscilatoria con frecuencia w que depende de L y C.
Para que esto sea así, L0 debe ser mucho mayor que L.

Resolviendo las ecuaciones con Matlab obtengo las curvas siguientes (con A = -1):
La roja es la tensión Vc y la azul es la corriente I1. Se muestra el primer cuarto de
periodo, ya que cuando Vc se hace negativa el circuito cambia y se invierte la
situación de las compuertas G1 y G2.
La corriente es negativa porque por la rama del capacitor circula en sentido de B hacia A,
al contrario de como se planteó en las cuentas.



Este análisis prueba que el circuito debe oscilar, lo que falta es ver cuáles de los
parámetros reales son críticos para la oscilación, y cuál está fallando en mi caso.
Por ahora toca probar cambiando los diodos.

Hasta la próxima !

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

PD: Según estas cuentas, la potencia eléctrica aplicada al tanque es:

P = I1(t) x Vc(t) = A² √(L/C) sen wt cos wt

o sea:

P = A² √(L/C)/2 sen 2wt

Por tanto, para aumentar la potencia disponible se requiere aumentar L y reducir C.
De esta potencia se aprovechará una parte según las dimensiones del objeto ferroso
que se coloque dentro de la bobina.
A es el valor pico de corriente y no la calculo porque no he considerado las pérdidas
óhmicas del circuito tanque.
Al poner el hierro dentro del horno seguramente A tenderá a bajar, ya que es un núcleo
con pérdidas óhmicas.
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Tipo de Archivo: jpg Primer pulso.JPG (13,7 KB (Kilobytes), 693 visitas)
23/02/2012 #12

Avatar de asherar

SSTC dijo: Ver Mensaje
tengo un royer para hacer el horno que lo hice similar a este http://www.pocketmagic.net/?p=1731 que me funciono con los IRFP250...
el 1N4007 no es un diodo rápido el que va es el RF207 ese es un buen schoki...
Me gustó este circuito. Es casi igual al que estoy armando.



Además se lo montó en una placa de tamaño pequeño.



Sin transformador a la salida aprovecha más la potencia.
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Tipo de Archivo: jpg royer_induction_heater.jpg (30,3 KB (Kilobytes), 762 visitas)
23/02/2012 #13

Avatar de anthony123

Yo monte el segundo circuito propuesto por asherar, si funciona. En esos dias abandoné el proyecto cuando mi sed de más metal al rojo vivo se hizo incalmable.

Finalmente, me gustaria recomendar que si ese va a ser su diagrama de eleccción, no armen la bobina en un solo sentido sino en contrarios. ¿Por qué?

Para que el flujo del campo magnético tenga la misma dirección siempre y asi aumentar la rapidez del trabajo.

Saludos
23/02/2012 #14

Avatar de asherar

QUOTE=anthony123;619749]...
Finalmente, me gustaria recomendar que si ese va a ser su diagrama de eleccción, no armen la bobina en un solo sentido sino en contrarios. ¿Por qué?
Para que el flujo del campo magnético tenga la misma dirección siempre y asi aumentar la rapidez del trabajo.
...[/QUOTE]

La corriente resonante en el tanque, tiene en cada semiciclo un solo sentido a lo largo del
cable de la bobina.
Si se bobina mitad de las vueltas en un sentido y mitad en otro, lo que se tendrá es un campo
partido al medio: NS-SN en un semiperíodo, y SN-NS en el otro, o sea dos electroimanes con
campos enfrentados todo el tiempo.
Lo que calienta el hierro son las corrientes inducidas en el núcleo, y la inducción ocurre si el campo
oscila. Por lo tanto, como no es constante, importa poco el signo del campo magnético.
Si el campo está más distribuido las corrientes ocupará más volumen del hierro
y por lo tanto consumirá más potencia. Así sí que va a calentar más rápido.
Además, si lo probaste y conviene no cuesta nada hacerlo así.

Saludos
23/02/2012 #15
Moderador general

Avatar de DOSMETROS

fernandob dijo: Ver Mensaje
un oscilador con 4093 es perfecto , y como los mosfet deben oscilar alternadamente , pues que para eso esta la inversion , son 4 inversores.
y NO dependes de realimentaciones de bobinas y efectos que no conoces:

Ahí ya no necesitarías a C1

fernandob dijo: Ver Mensaje
nunca use mosfet, pero no se supone que esos bichos trabajan por tension ???
que casi no piden corriente en su gate ???
Fer , el tema de los Mosfet es la capacidad del Gate , o sea que para gatillarlos rápido primero tenés que meterle un "patadón" de corriente , si quedara gatillado durante dos días , eso lo mantenés con microAmperes , y cuando decidas apagarlo rápido , otra vez a masa rapidito.

El tema es que si hacés un switching rápido y querés la onda bien cuadradita , necesitás encender con un "patadón" y apagar con otro "contra patadón". Eso lleva corriente , a veces un Ampere .


anthony123 dijo: Ver Mensaje
Finalmente, me gustaria recomendar que si ese va a ser su diagrama de eleccción, no armen la bobina en un solo sentido sino en contrarios. ¿Por qué?

Para que el flujo del campo magnético tenga la misma dirección siempre y asi aumentar la rapidez del trabajo.
Saludos
Supongo que se refiere a L0 , dicen las malas lenguas que en algunos transformadores de salida de audio , si se necesita elevar la impedancia de un bobinado , pero mantener cierta relación de transformacion , se bobina un sector con espiras invertidas . . . .

************************************************** *******

Siempre estube tentado a hacerle media espira a una fuente de PC con una planchuelita y hacerle 3 o 4 espiras en el otro extremo , pero supongo que ha de saltar la protección por sobrecorriente , tendría que ver como limito . . .

Personalmente me gusta mucho el Royer y ZVS

Saludos !
23/02/2012 #16

Avatar de SSTC

DOSMETROS dijo: Ver Mensaje
Siempre estube tentado a hacerle media espira a una fuente de PC con una planchuelita y hacerle 3 o 4 espiras en el otro extremo , pero supongo que ha de saltar la protección por sobrecorriente , tendría que ver como limito . . .

Personalmente me gusta mucho el Royer y ZVS

Saludos !
De hecho DOSMETROS si funciona y no corta coloca uno en la bobina de 2N entre 5V y el otro en masa y las 4 van entre 12V y masa la verdad calienta y si es bueno... cuestion cantidad de materiales y este va a 220 el otro menos y a 12V hay que ver, pero ambos son bien validos... sabes para que lo usaba mi hermano para calentar el alambre para ensera los cuadros para las colmenas

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

En cuanto al diodo el que escribio la pagina web se esquivoco de codigo es todo, no es 1N4007 es su version rapida µN4007 algo asi... despues lo busco estan en los monitores en la etapa de flyback son rapidos (de recuperacion 250 a 65µS) mas bien se conocen como switch pulse fat recov... Etc

---------- Actualizado después de 4 minutos ----------

mas bien yo me equivoco que falta de orto - grafia y buuu el arte de escribir rapido the fat finger
23/02/2012 #17

Avatar de asherar

SSTC:
La libertad es libre, pero si no puntuás un poco no te entiendo casi nada, sory ...

Conseguí unos diodos (algo)1007 y les medí el tiempo de respuesta y me da unos 5 us. !!!

Probé el sistema sin la bobina del tanque, y lo hago conmutar mandando los drenajes a tierra con el destornillador, y conmuta que es una maravilla.
Con la bobina no pasa nada. Queda en un estado solo y calienta uno de los mosfets.
Creo que es lo mismo que me pasaba al principio.

Ahora le puse C = 5,5 uF para bajar un poco la corriente de cortocircuito.
Esto aumenta el período y baja la potencia pico. Recordar que: P = A² √(L/C)/2 sen 2wt
PERO OJO !!! que si A depende inversamente de L/C, entonces la dependencia resulta
justo al revés.
También voy a probar luego con otra bobina.
24/02/2012 #18

Avatar de asherar

El último comentario viene a cuento por esto
asherar dijo: Ver Mensaje
Por tanto, para aumentar la potencia disponible se requiere aumentar L y reducir C.
25/02/2012 #19

Avatar de asherar

Cálculos:

La constante que me faltaba determinar es A = V0 / (L w) y así, la solución completa del
circuito queda:

Vc(t) = V0 cos wt

I1(t) = V0/Zc sen wt

siendo la impedancia característica Zc=√(L/C) y la frecuencia propia w=1/√(L C).

Por esto, (aparte del efecto de parámetros parásitos no considerados) la potencia
disponible aumenta con C y V0 y disminuye con L.


Experimentos:

Finalmente logré que oscile. El problema estaba en un mosfet quemado: cortocircuito ente
las patillas 1 y 2. Esto pasa porque MIS IRF3010N levantan mucha temperatura.
No entiendo cómo en el articulo de RMCybernetics dice que los mosfets al disipador casi no lo
necesitan porque apenas calientan.

Con la bobina de 10 vueltas y combinando en paralelo tres capacitores grandes (1.0uF, 2.2uF y 2.2uF),
probé el circuito con C=1.0uF, 2.2uF, 3.2uF y 5.4uF.
También probé con otros capacitores (solos) de C=150nF y C=47nF.



Pude medir unos pulsos de 1 us de duración en las compuertas (Gate, patilla 1 del mosfet).
La frecuencia medida entre las patillas del capacitor era de 1 MHz y unos 30 V pico a pico
"bastante" sinusoidal.
Creo que esa frecuencia debe ser casi el límite para el que esto oscila, porque en todos
los casos, al introducir un alambre de hierro en el interior de la bobina L, las pérdidas van
reduciendo la amplitud de la oscilación, y llegan incluso a inhibirla por completo.
Esto ocurría cuando la tensión de compuerta en el mosfet cae por debajo de 4 V,
exactamente como dice la hoja de datos.
Además, los diodos tienen un tiempo de conmutación (10%-90%) de 5 uS, así que
con 1uS de duración de pulso apenas alcanza a oscilar con una amplitud mínima.



Ahora estoy probando con una bobina de 4 vueltas e igual diámetro que debería dar L menor
que antes.

Nota aparte:
Alimento todo con una batería de 12V7A/h, y tanto es lo que consume, y calienta, que se baja
la carga en unos pocos minutos.
Imágenes Adjuntas
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25/02/2012 #20
Excluido


pero le metiste algo ferroso a la bobina como nucleo y calienta algo ????

por que calculo que la idea no es hacr un opscilador sino verificar y hacer funcional el efecto de "horno de induccion"
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