Явище індукційного нагріву металів не ново, воно використовується в десятках промислових процесів, таких як гарт шестерень і інших частин машини. До теперішнього часу, проте, індукційний нагрів для приготування їжі практично не застосовувався через високу вартість, великих габаритів і невисокою надійності. Такі перетворювачі як обертові машини, тиратрони, Ігнітрони або електронні лампи можуть встановлюватися і використовуватися в промисловості, але навряд чи підходять для будинку. А потужні транзистори до сих пір залишаються занадто дорогими для цієї мети.

Схема індукційної печі, показана на рис. 5.5, є експериментальною, але придатна для практичних цілей. З функціональної точки зору її можна представити у вигляді трьох блоків. Першим є послідовний тиристорний інвертор, на тиристорі SCR2. При періодичному включенні і виключенні тиристора в послідовному коливальному контурі L1C4 виникають коливання ударного збудження. Коливання не продовжується безперервно, а має вигляд одноразових «спалахів» (як показано на рис. 5.6). Частота перемикання тиристора, близько 18 кГц, ледь перевищує поріг чутного звуку. Резонансна частота коливального контуру L1C4 вибирається поблизу 35 кГц. Різниця між частотою порушення та резонансної частотою LС-контуру необхідна для того, щоб забезпечити надійну комутацію тиристора.

Рис. 5.5. Схема індукційної печі з тиристорним інвертором послідовного типу. International Rectifier Corp.

Котушка індуктивності L \ фактично є перетворювачем. Вона являє собою мідну спіраль, індуктивність якої дорівнює 6 мкГн. Металева каструля поміщається над цією котушкою і нагрівається вихровими струмами. Якщо каструля залізна або сталева, то гістерезис також вносить вклад в нагрівання. Мідні витки котушки залишаються відносно холодними. Ємність конденсатора С4 обрана рівної

3, 45 мкФ, щоб з котушкою L \ отримати резонанс на частоті 35 кГц.

На рис. 5.6 перша, або позитивна, половина кожного окремого циклу викликана протіканням струму через резонансний LС-контур і тиристор SCR2. Однак як тільки струм змінює напрямок, тиристор вимикається. Тривалість негативній частині циклу визначається струмом, що протікає через CA / LX і діод RD2. Таким чином, SCR2 і RD2 разом беруть участь у формуванні одного повного циклу. До появи наступного імпульсу запуску, тиристор має достатній час для відновлення, що гарантує надійну комутацію. Саме тому, як видно на рис. 5.6, між двома циклами є пауза.

Рис. 5.6. Форма струму в коливальному контурі схеми, зображеної на рис. 5.5. International Rectifier Corp.

Резистор R4 і конденсатор С5 утворюють демпфуючу ланцюг, який зменшує швидкість зміни напруги на тиристорі. Це підвищує надійність комутації і попереджає помилковий запуск.

Другий блок індукційної плити являє собою генератор на одноперехідному транзисторі. У його функції входить формування послідовності запускають імпульсів, що надходять на керуючий електрод SCR2. Частота повторення імпульсів дорівнює приблизно 18 кГц. Цю частоту можна отримати, використовуючи времязадающій конденсатор С7 ємністю 0,01 мкФ. Опору резисторів R7 і RS в цьому випадку будуть рівні 10 Ом і 1 Ом відповідно. Емітерний повторювач на транзисторі Q \ забезпечує посилення імпульсів по току. Для цієї мети підходять транзистори загального застосування типу 2N697 або 2N3565. Джерело живлення для генератора імпульсів складається з 25-вольтового трансформатора напруження 71 і однополупериодного випрямляча, що містить діод RD3, конденсатор фільтра С8 ємністю 1000 мкФ і стабілітрон. Стабілітрон має наступні параметри: напруга стабілізації 25 В, розсіює потужність 3 Вт Дротяний резистор R9 має опір 150 Ом і потужність розсіювання 5 Вт

Третій блок індукційної печі – основне джерело харчування – являє собою випрямляч з фазовим керуванням, який дозволяє здійснювати плавне регулювання вихідної напруги практично від нуля до 130 В. Таким чином, малопотужним змінним резистором R2 можна регулювати кількість тепла, що виділяється в каструлі. Однонапівперіодне випрямлення і керування вихідною потужністю виконуються тиристором SCRI, а однополярні вихідні імпульси згладжуються конденсатором фільтра СЗ. Отримане таким чином постійну напругу використовується при ударному збудженні резонансного контуру. Вживаний випрямляч з фазовим керуванням використовує схему запуску з двома времязадающімі /? С-ланцюгами, щоб гарантувати стабільність робочих характеристик, пропоновану до обладнання для теплової обробки продуктів. Наприклад, піч повинна бути вільна від дратівної «гістерезису», яким страждають схеми запуску з одного времязадающей ланцюгом. (Раніше недорогі регулятори сили світла часто володіли цією властивістю – Установка регулятора в одне і теж положення не завжди давала одну і ту ж інтенсивність світла.) Крім того, застосування «подвійний постійної часу» дозволяє отримати більш широкий діапазон регулювання – Майже від нуля до максимальної потужності.

Заради експерименту можна застосувати двухполуперіодний випрямляч разом з регульованим автотрансформатором. Застосування такого пристрою можна виправдати з точки зору поліпшення характеристик, але воно не буде конкурентоспроможним з наведеною схемою за вартістю.

Джерело: І.М.Готтліб Джерела живлення. Інвертори, конвертори, лінійні і імпульсні стабілізатори. Москва: Постмаркет, 2002. – 544 с.