ZVS Induktionsheizer für das schmelzen von Stahl

Für HV-Trafos, Kaskaden, Coilguns, Induktionsheizer und Ähnliches.

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axonf
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ZVS Induktionsheizer für das schmelzen von Stahl

Beitrag von axonf »

Hallo und guten Tag, in vielen Beiträgen im Web wird häufig die Frage gestellt, ob es möglich ist mit dem Royer Converter ( Mazzilli Schaltung ) Stahl zu schmelzen. Ich möchte hier mein Vorschlag mit dem Igbt Modul BSM 300 GA 120 vorstellen. Der Nachbau geschieht auf eigene Gefahr. Die Betriebsspannung beträgt 200 Volt DC, die erreichbare Stromstärke liegt zwischen 12 und 25 Ampere, die Spannung an der Induktionsspule beträgt 38 Volt und die Frequenz des Schwingkreis beträgt 12 bis 50 Kilohertz. Zum Nachweis der Schmelztemperatur von über 1500 Grad Celsius kann man ein kleines Rohr aus Edelstahl erkennen das innen zugeschmolzen ist. Daneben ein anderes Rohr das komplett geschmolzen ist bei einem Druck von 1 x 10 -1 im Vakuum. Falls jemand auch schon ähnliches Gebaut hat, freue ich mich schon über weitere Posts. Ich werde demnächst ein Video zum Thema schmelzen von Aluminiumoxid machen, noch ein schönes Wochenende axonf

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axonf
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Re: ZVS Induktionsheizer für das schmelzen von Stahl

Beitrag von axonf »

Hallo hier noch einiges Fotos des Aufbaus
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Re: ZVS Induktionsheizer für das schmelzen von Stahl

Beitrag von axonf »

Hallo und einen schönen Samstagnachmittag, der Thread ist schon etwas älter, da ich aber zur Zeit nur ein kleines Budget zum Basteln habe, ist es auch mal schön was altes aufleben zu lassen. Mein aktueller Aufbau sieht folgendermaßen aus, Einschaltstrombegrenzung - Trenntrafo 150 V - Variac 20 A - Brückengleichrichter mit 20 mF Elko - Royer ZVS mit IGBT - 2x MKP 5 uf 70 A in Reihe - Ferrtikern, Trafo 2 : 1 - Induktionsspule mit 5 Windungen in Feuerfestbeton. Der Matching Transformer und die Induktionsspule sind wassergekühlt, die beiden IGBT s haben je einen großen Kühlkörper mit Lüftergebläse, da bleibt alles schön auf 30 Grad Celsius. Bei 100 V und 10 A kommt man recht zügig auf den Curie Punkt, nach ca. 2 Minuten ist da auch schon die tausend Grad Marke erreicht. Ich wollte auch schon immer mal die billig IGBT s G20N60B3D von Pollin ausprobieren, bei 600 V kann da auch nichts anbrennen, die IRFP 260 waren mir da auch zu schade und bei 100 Volt bin ich da schon am Spannungs- Limit. Ich bin gerade noch mit der Family unterwegs, ich kann gerne heute Abend noch ein Bildchen davon posten. Viele Grüße von axonf.
Zuletzt geändert von axonf am So 13. Aug 2023, 13:20, insgesamt 2-mal geändert.
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Alexander470815
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Re: ZVS Induktionsheizer für das schmelzen von Stahl

Beitrag von Alexander470815 »

axonf hat geschrieben: Sa 12. Aug 2023, 13:56 Ich wollte auch schon immer mal die billig IGBT s G20N60B3D von Pollin ausprobieren, bei 600 V kann da auch nichts anbrennen, die IRFP 260 waren mir da auch zu schade und bei 100 Volt bin ich da schon am Spannungs- Limit.
Achtung, die Spannung im Schwingkreis und damit die nötige Sperrspannung der Mosfets beträgt Pi mal die Eingangsspannung.
Bei 100V Eingangsspannung müssen die Mosfets also bereits 314V aushalten.
Da wird es also auch schnell mit den 600V IGBTs eng.

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Re: ZVS Induktionsheizer für das schmelzen von Stahl

Beitrag von axonf »

Hallo und einen schönen Sonntagnachmittag, hallo Alexander herzlichen Dank noch für Tipp. Da mein Variac nur max. 150 Volt abkann bin ich da eben safe, ist nur für 110 V Eingangsspannung ausgelegt, gab's mal für ein Schnäppchenpreis von 10 Euro in der E Bucht. Bei 10 A bleiben die IGBT s recht kühl und das Gatesignal sieht auch super aus, fast gerade Flanken mit einem kleinen Bauch. Für mehr Strom könnte ich auch noch einen besseren Matching Transformer mit ner größeren Übersetzung verwenden und die Kapazität der Schwingkreis- Kondensatoren könnte ich ja auch noch erhöhen. Viele Grüße von axonf.

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Re: ZVS Induktionsheizer für das schmelzen von Stahl

Beitrag von axonf »

Hallo und ne schöne Nacht, da es erst am Mittwochfrüh ins Baselland geht, habe ich mal ne Nachtschicht eingelegt. Beim Ausschalten der Versorungsspannung von 125 Volt habe ich den Varistor am Brückengleichrichter geschlossen, der hatte danach 4 Ohm auch ne schöne Heizung. Das nächste Mal drehe ich doch lieber das Variac zurück, auf ungefährliche 60 Volt. Interessant wäre ja auch mal, wie man die Verlustleistung an so ner KBPC Brücke bestimmt, mehr als 25 Ampere kannste von so nem 6,3 Faston- Anschluß auch nicht verlangen. Für Temperaturen über 1500 Grad Celsius muss ich eh ne Niob - Molybdän Induktionsspule im Vakuum, unter Argon verwenden. Viele Grüße von axonf.
Zuletzt geändert von axonf am Mi 23. Aug 2023, 01:00, insgesamt 1-mal geändert.
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Bastl_r
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Re: ZVS Induktionsheizer für das schmelzen von Stahl

Beitrag von Bastl_r »

axonf hat geschrieben: Di 22. Aug 2023, 00:57 Interessant wäre ja auch mal, wie man die Verlustleistung an so ner KPC Brücke bestimmt, mehr als 25 Ampere kannste von so nem Faston- Anschluß auch nicht verlangen.
Rechne mit ungefähr 1,4V x Nennstrom also etwa 50W...
In meinem 250A Schweißinverter habe ich, nachdem es den Fake50A Würfel aus Chinesium gleich beim ersten Leistungstest samt abgebrannter Leiterbahnen, den 80A Drehstromgleichrichter aus einem alten FU auf einen Athlon Prozessorkühler mit 50mm Lüfterchen geschnallt. Dieser steht nun innerhalb des Gehäuses neben dem eigentlichen Kühlkanal.

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Re: ZVS Induktionsheizer für das schmelzen von Stahl

Beitrag von axonf »

Hallo und ne schöne Nacht, immer noch im Ländle, und nochmal ne Nachtschicht. Herzlichen Dank noch an dich Bastl für die Info, ich nehme immer gerne mal die KBPC 5010 Brücke für kleine Sachen, und kontrolliere die Temperatur mit nem Infrarot- Thermometer, mache ich mit den Mosfets, IGBT s auch so. Ich poste anschließend einige Bildchen vom derzeitigen Aufbau, Der Matching Transformer ist schon ne kuriose Konstruktion, ich habe ja auch noch eine Version mit 8 U Kernen zu einem Topf zusammengestellt. Viele Grüße von axonf.
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VDX
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Re: ZVS Induktionsheizer für das schmelzen von Stahl

Beitrag von VDX »

... bis zu welcher Frequenz und/oder Spannung kannst du runtergehen und immer noch genug Leistung zum Stahl-Schmelzen oder Messing-Schmelzen?

Bei meinen Laserdiodentreibern habe ich selber designte Treiber mit derzeit bis 40A bei 20V PWM ... je nachdem, ob ich mehrere MOSFET's oder einen IGBT nehme, liege ich bei bis 100kHz oder nur ein paar kHz PWM ...

Viktor
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Re: ZVS Induktionsheizer für das schmelzen von Stahl

Beitrag von axonf »

Hallo und einen schönen Mittwochnachmittag, hallo VDX ich denke mal in diesem Leistungsbereich ist das schmelzen von Stahl so gut wie unmöglich. Interessant wäre ja auch mal die Performance von nem 2 KW China- Induktionsheizer, mit 48V bei 40A. Meine Royer ZVS Schaltung kann man natürlich nicht mit ner Vollbrücke mit PLL Regelschleife und nem Reihenschwingkreis vergleichen. Für meine Spielereien nehme ich gerne nen Heizzylinder aus einem Hochlegierten Warmfesten Stahl , wie der 1.4841 , Hastelloy oder Inconel geht da natürlich auch, die Frequenz bleibt da auch stabil auf einem Level. Da fallen ja die magnetisierungs Verluste gleich weg, und der Anfangsstrom ist ja dann auch nicht so groß, und man kann schön über den Curie Punkt heizen. Zum Metall schmelzen braucht man eh unter Atmosphäre ein Abdeckmittel, Schmelzpulver damit dir das ganze nicht an- verbrennt. Um die Leistung zu erhöhen braucht man mehr Spannung und ein größeres Übersetzungsverhältnis beim Matching Transformer und gescheite Kondensatoren mit so 200 KVAr oder auch mehr :) .Viele Grüße von axonf.

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Re: ZVS Induktionsheizer für das schmelzen von Stahl

Beitrag von axonf »

Hallo und einen schönen Sonntagabend, vielleicht ist es doch möglich, mir so nem kleinen ZVS Royer Converter Induction Heater Stahl zu schmelzen, oder zumindest die 1500 Grad Celsius zu knacken :). Mit meinem aktuellen Setup hält der Heizzylinder aus 1.4841 nicht sehr lange und verzundert. Deshalb möchte ich die Temperatur einmal genauer messen , mit einem K Type Thermoelement komme ich so mit 75 Volt VSS auf 1150 Grad Celsius. Gemessen wurde die Temperatur in einem kleinen Graphit- Zylinder, in der Mitte des Heizzylinders. Ich habe auch noch Type S Thermoelemente, aber nur grüne Buchsen mit grünem Kabel, das geht wohl nicht. Da war ich mit 100 Volt VSS bei meinen Sinter- Versuchen schon nah an den 1500 Grad Celsius, eigentlich müsste das ganze ins Vakuum. Ne 👍 gute Alternative wäre ja auch das schmelzen von einem Gusseisen- Stab oder ne Elektrode, da haste wenigstens etwas Schlacke von der Umhülllung, und das ganze brennt nicht so leicht an. Ich finde, diese ganze Induction Heater 🎮 Spielereien sind ein schöner Einstieg im anspruchsvollere Basteleien und man lernt dabei eine Menge übers Mosfet - Killen :trollface:. Viele herzliche Grüße von axonf.
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Re: ZVS Induktionsheizer für das schmelzen von Stahl

Beitrag von axonf »

Hallo und einen schönen Samstagnachmittag, so recht viel Ahnung von der ganzen Messtechnik habe ich nicht, deshalb möchte ich auch einmal die Drain- Source Spannung direkt am IGBT messen, und eben den Strom über nen Shunt. Für die Lastseite hätte ich ein 6KW Trenntrafo und fürs Oszi ebenfalls einen kleineren Trenntrafo. Für mein aktuelles Setup habe ich eh einen 400 V Trafo vor dem Variac. Brauche ich da überhaupt einen richtigen Trenntrafo ( Trafo mit entsprechender Isolationsfestigkeit ) ? Würde den Schutzleiter vom Variac nehmen und dieses Berührungssicher ausführen ;) . Den Strom kann man wohl am einfachsten über nen Shunt messen, einen entsprechenden muss ich mir erst bestellen, selberbauen mit einem entsprechenden Shunt- Material, geht das überhaupt? Oder einfach den Widerstand über den Temperatur - Koeffizienten des entsprechenden Materials kompensieren. Einige Kompensations - Stromwandler, auch bis 1000 A habe ich in meinem Fundus, wäre auch auch ne Möglichkeit, nen Hochfrequenten Strom zu messen :awesome: .Viele herzliche Grüße und ein schönes Wochenende axonf.
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Bastl_r
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Re: ZVS Induktionsheizer für das schmelzen von Stahl

Beitrag von Bastl_r »

Hi
Eine ganz schöne Latte an Aufgaben hast Du dir da aufgehalst! :tropfen:
Einen Shunt bauen. Ja, das kann man machen wenn man das Material und die Möglichkeiten zum Kalibrieren hat.
Nur ein Stück Kupfer oder Eisen als Widerstand würde ich auf keinen Fall nehmen. Dazu eignet sich ein Stück Manganin oder ähnliches welches per Vierpunktmethode kontaktiert werden muss. Und dann musst Du noch darauf achten, dass dieses mit Messanschlüssen versehen wird welche reproduziere Ergebnisse ermöglichen. Zudem sollten diese thermospannungsarm (emf)ausgeführt werden bzw auf jedenfall gleichartig angebunden sein um emf-Differenzen zu vermeiden.
Ich hatte mir mal, weil ich neugierig war einen 100A 75mV Shunt aus China bestellt. Ich war überrascht wie wenig der bei Erwärmung gedriftet ist.
Ich brüte hier derzeit über einem alten Mikroohmmeter von Burster(Digomat Typ 7601). Das erzeugt mit einer schaltbaren Stromquelle einen Messstrom welcher in Dekaden von 0,1mA bis 1A umschaltbar ist. Alle Bereiche sind stabil. Fast. Dummer Weise hat sich im 1A Bereich ein Fehler eingeschlichen bei dem der Strom sich mit zunehmender Messdauer, binnen etwa 10min, um ca 400ppm, also etwa 0,04% erhöht. Ja, das ist für manche Korintenkacken, wenn aber am Messgerät die letzten drei Stellen wandern sieht das eben Scheiße aus. Ja, am eingebauten 4,5-stelligen Messgerät sieht man da praktisch noch nichts...
An welche zu messenden Nennströme hattest Du gedacht? Vielleich habe ich was passendes übrig.
Wegen deinen übrigen Messungen:
Immer daran denken: Bei den meisten Oszis sind alle Masseverbindungen gemeinsam geerdet. Das heißt Spannungs- und Strommessung sich gleichzeitig möglich, aber der Bezugspunkt muss derselbe sein. Dagegen hilft auch kein vorgeschalteter Trenntrafo. Abgesehen davon würde ich möglichst nur die Schaltung netzgetrennt betreiben. Sonst hast Du im dümmsten Fall eine Netzspannung am Oszi oder an einem der vermeintlichen "Masseanschlüsse" wo man gar nicht erst darauf gefasst ist.
Zu deinem großen Trafo:
Ein 230V / 230V Trafo ist, wenn die zwei Wicklungen getrennt sind im Grunde genommen ein Trenntrafo. Ein "echter" Trenntrafo hat eben zumeist noch ein schönes Gehäuse drumrum und einen extra Stempel dafür am Blechgehäuse.
Insbesondere wenn der Trafo einen U/I Kern hat, bei dem die Wicklungen auf getrennten Wickelkörpern aufgebracht sind, hätte ich diesbezüglich keine bedenken.

bastl_r

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Re: ZVS Induktionsheizer für das schmelzen von Stahl

Beitrag von axonf »

Hallo und einen schönen guten Abend, herzlichen Dank noch an dich Bastl für die umfangreiche Info zum Thema messen von HF Strömen mit dem Oszi :awesome:. Ich habe da einige Stromsensoren mit offenen Regelkreis gefunden, die haben alle nur 2 Anschlüsse plus Schutzleiter, da sitzt wohl nur ein Hallsensor im Spalt, ob man da noch ne Verstärker - Schaltung braucht, muß ich erst noch recherchieren, kann aber auch gut sein, da ich hier den untersetzten Strom mit dem Strom - Transformer gleich direkt messen kann. Im Anschluss noch ein Bildchen, der Stromsensor mit dem Flachkupfer ist nur für 50 Hz, der andere Dicke mit dem Kupferblech ist aus ner Induktionsanlage, den könnte man gut 👍 für HF verwenden? Ne gute Nacht 🌃 wünscht der axonf.
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Zuletzt geändert von axonf am Mo 20. Nov 2023, 07:31, insgesamt 1-mal geändert.
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Bastl_r
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Re: ZVS Induktionsheizer für das schmelzen von Stahl

Beitrag von Bastl_r »

Hi
Das scheint ein reiner Stromwandler zu sein. Da muss hintendran auch wieder ein (Wechsel)Strommessgerät.
Mit Spannungsmessung wie am Shunt ist ra nix.

Mit welchen Strömen rechnest Du denn?
Sicherlich hast Du auch vor eine wassergekühlte Spule einzusetzen. Welcher Rohrdurchmesser ist da angedacht?
Ich uätte nämlich ein Stückchen Manganinrohr mit 12mm Außendurchmesser und ca 0,5mm Wandstärke hier welches ich mir mal zum Experimentieren zugelegt hatte. Das wäre aufgrund seiner Form als Shunt sehr gut geeignet. Denn bei den Frequenzen eines Induktionsheizers schlägt in einem massiven Shunt der Skineffekt bei massiven Leitern eines Shunt nahezu unkalkulierbar zu.
Da kannst Du jede Kalibrierung eines herkömmlichen Shunts gleich nach der Bestimmung mit DC wieder in die Tonne treten.
Das Stückchen hat, so wie es da liegt ca 1,15mΩ. Wie groß dessen Strombelastbarkeit ist, wenn es mit Wasser durchrlossen wird kann ich nicht sagen, aber mehr als 100A sollten in jedem Fall drin sein.
Die mit Silberlot angebrachten Laschen dürften auch nochmal knapp 0,1mΩ haben. Näher dran kann ich nicht weil da das Kupfer zu sehr oxydiert ist.
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