"The-Big-Red" - Race´s großer Induktionserhitzer

[Race]

Guten Abend miteinander !

Ein neues Jahr - ein neues Projekt. Nach langer Zeit möchte ich nun mal wieder ein wenig Basteln - und euch möchte ich daran natürlich auch teil haben lassen ^^. Der Titel sagt eig alles, ein großer Induktionserhitzer für meine Kfz Werkstatt (bzw. Landwirtschaftsgeräte) soll es diesmal werden. Besonders an dem ganzen wird einmal die Leistungsklasse bis ca. 15kW und das Handteil mit Schlauchpacket, von dem ich aber leider noch nicht wirklich viel "Dunst" habe wie man das am besten umsetzen sollte. Das Projekt läuft nun schon ein paar Monate, hier nachträglich also ein paar Bilder

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Als Steuerung kommt die bekannte DRSSTC Schaltung zum Einsatz (1.3B ^^) Für genügend Kühlung soll ein Autokühler mit Lüfter sorgen (stammt aus einem Golf 4). Die Grundkomponenten eines IHs sollten im groben bekannt sein. Dieser hier besitzt einen sog. "Matching-Transformer". Dadurch sieht die Brücke keine 100derte A sondern nur ein 10tel ^^. Die Brücke selber besteht aus einem Halbbrücken-IGBT-Brick mit 1.2kv und 200A, die genaue Typenbez. habe ich grad leider nicht hier, 20nF gate sind aber nicht schlecht und die paar 10 khz packt er alle mal.
Hier ein kleiner Signaltest, der GDT Treiber leistet gute Arbeit:
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Aber das ist ja natürlich nicht unbedingt ausreichend... aus diesem Grund kam heute ein dickes Packet
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und was ist drin ?! genau
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Das "Typenschild" sagt denke ich alles, man beachte die Werte....:
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das Monstrum wiegt 16kg, ist mit Ölgefüllt und verfügt natürlich über eine Kühlschleife

ein bisschen geputzt...
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aber was wäre das ganze ohne den Trafo !? genau der Trafo... äh ?! DER Trafo wollt ich sagen

500g Ferrit - pro U-Kern !
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Naja und natürlich mal alles "anprobiert"
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Ich hoffe ihr könnt vor lauter Sabber auf der Tastatur noch was schreiben ^^ Ich denke der Kondensator war der Glücksgriff meiner ganzen Bastlerlaufbahn ^^ Hier noch einen Herzlichen Dank an Daniel und den "verrückten" Kaizer ^^

lg, race

[EL12]

15 kW sind eine ordentliche Leistung!!
Für was möchtest du denn das Monster einsetzen? Um verrostete Schrauben zu lösen, oder gleich herauszuschmelzen?

[kilovolt]

Hallo Race,

wow, schön, wiedermal ein Projekt von Dir bestaunen zu dürfen, und dann kein kleines 15kW ist schon ne Hausnummer, uiuiui. Bin schon gespannt, wie's weitergeht und werde gerne ab und zu mal reinschauen.

Ein herzlicher Gruss
kilovolt

[Race]

Guten Abend,

Für was möchtest du denn das Monster einsetzen? Um verrostete Schrauben zu lösen, oder gleich herauszuschmelzen?

das ist war der Hauptgedanke, gerade bei den Fahrwerken würde so das lästige Flexen reduziert, aber auch mal gröbere Sachen an Landmaschinen. Ehrlich gesagt ist das ganze mehr als "Overkill" für meine Verhältnisse und ich befürchte schon fast eher Letzteres wobei ich die Leistung ja dank des Interrupters stufenlos regeln kann - die Schrauben möcht ich dann doch ganz gern im Stück abnehmen - also das habe ich zumindest vor Evtl. auch ein wenig Alugießen, baue gern Modellmotoren und grad das Gießen reitzt mich schon lange und bevor ich da Flaschenweise das Gas durchhau ist das natürlich eine elegante Alternative ^^. Die meiste zeit wird das "Geschoß" wohl aber auf seinem Plätzchen rumstehn. Mir ging es in erster Linie ums Basteln und grad beim gedanken das ein Fertiggerät ca 11k kostet macht das richtig Spaß !

Heute kamen die dicken Widerstände für die Einschaltstrombegrenzung, die ich auch schon auf ein Stückchen Alu montiert habe, so dass sie aufgeräumt mit auf die Hutschine passen ^^. Leider sind davon aber noch keine Bilder im "Kasten", ich mach welche wenn alles sauber verdrahtet ist !

Evtl. ein kleiner "Statusbericht": derzeit fehlt noch: Die Brücke wobei das eine Sache von nen paar h sein wird, der Kühlkreislauf- welcher aber erstmal eher zur Hälfte laufen wird, da ich noch immer nicht weiß was mit dem Handteil wird, die Steuerung werd ich ez dann noch etwas "fixieren", die einzelnen Komponenten im Gehäuse festmachn usw. bis auf den Interrupter und die Übertrager für Feedback und Überstrom (OCD) ist aber auch diese soweit komplett !
Dann brauchts natürlich noch Spannklammern für die Ferritkerne, die dicke HF - Litze muss ah noch gedreht werden (werde ich selber herstelln müssn) und überhaupt die ganzen Sachn im Wagen müssn noch festgemacht werden. Der Rest ist dann minimal Verkabeln: Strom zum gleichrichter, Brückenausgang zum Trafo, Saft zur Steuerung und vorne die Front verkabeln.

dann können auch schon die ersten Tests stattfinden ! Ums Probiern komme ich nicht herum, muss testen wie lang ich das kabel machen kann, wie dick etc ...

Habt ihr evtl. eine Idee wie man das Handteil am besten anbindet ?! ich stelle mir das etwas arg vor wenn da eine 4m Spule (die 2m kabel hin UND zurück !!!) dranhängen soll ... die Industriegeräte haben daher wohl koaxiale Kable die auch gleich die Wasserschläuche sind... aber das ist unbezahlbar Wie sieht das überhaupt mit schirmung aus, kann ich um die einzelnen Kable ein Gewebe ziehn, bingt das etwas ?

Fragen über Fragen ... aber das wird schon ^^

lg, race

[kilovolt]

Hallo Race,

ich kenne jemanden, der bei einer grösseren Elektronikfirma arbeitet, welche sich auf den Bau von induktionsheizern spezialisiert hat (deren Namen möchte ich jetzt nicht erwähnen). Dort durfte ich mal alles besichtigen. Die hatten ihre Geräte ausnahmslos so gebaut, dass die Workcoil steckbar (auswechselbar) am Gerät montiert war., zumindest habe ich nur solche Beispiele gesehen, muss ich sagen. Da war kein flexibles Kabel oder so, da musste das Werkstück zum Induktionsheizer gebracht werden. Die hatten HF-Leistungen von ca. 10 bis 500kW, wenn ich mich richtig erinnere. Die Elektronikansteuerungen waren teilweise so schwer, dass man die nicht alleine heben konnte. gewissen Elektroniken haben sie offenbar sogar noch vereinzelt mit starken Röhren gebaut. Meist werden aber schon IGBTs oder allenfalls noch IGCTs verwendet.

Ich glaube, mit felxiblen Leitungen ist das fast nicht zu machen. Vielleicht könntest Du einen etwas kleineren Schwingkreiskondensator nehmen, dann könntest du die Verbindung zwischen brücke und Schwingkreis lang machen und den Kondensator direkt auf das handstück mit der Workcoil montieren.

Beste Grüsse
kilovolt

[Race]

Guten Abend,

puh 500kw ist scho ne andere Hausnummer xD und das mit den Röhren klingt schon ziehmlich hart, das müssn ja wahnsinns Aufbauten gewesen sein !

Hier einmal ein beliebig gewähltes Beispiel http://www.josam.net/josam/produkte/ind ... h1000.html dieses Gerät ist angeblich in "meiner" Leistungsklasse, was ist deiner bez. euerer Meinung nach in dem ja doch relativ schlanken Schlauchpacket verborgen ?! Kühlwasser ist wohl klar aber wie schauts mit den Leitern aus.. ?
Ich seh da keine 5cm starken Cu kabel o.ä. leider findet man allgemein sehr wenig vom "Innenleben" fertiger Geräte

lg, race

[MaxZ]

Hallo Race!


Da hab ich aber ein übles Déjà-Vu...
Ein wenig herumgerechne meinerseits hat ergeben, dass die 10kHz des Kondensators verdammt niedrig angesetzt sind, und die entsprechende Spule stattliche Abmessungen haben müsste (>20cm Durchmesser z.B.), um in die Nähe der 10kHz zu kommen. Die meisten Kondensatoren dieser Art, die für 10kHz ausgelegt sind, haben eine höhere Kapazität.

Genau wie du habe ich vor, mit dem Teil einen möglichst großen Induktionsheizer zu bauen - doch dazu werde ich wohl erst in ferner Zukunft kommen. Bis es soweit ist werde ich mit großem Interesse verfolgen, was du mit dem Biest alles erreichen wirst! Spar nicht an Details, ich will abkupfern können

Zu dem flexiblen Kabel hätte ich eine Idee: Nimm dieses Abschirmgeflecht (wie ich es z.B. bei meiner DRSSTC verwendet habe), und steck es in einen Gartenschlauch, wobei es etwas kürzer als der Schlauch sein sollte. Wenn der minimale Durchmesser des Geflechts dem Innendurchmesser des Schlauches entspricht, sollte es sich selbständig gegen dessen Innenwand drücken. Um es mit dem Kupferrohr zu verbinden, schiebst du es soweit über’s Rohr, bis dieses im Geflecht steckt. Dann nimmst du zwei Schraubklemmen. Die erste dient dazu, das Geflecht auf das Rohr zu pressen. Die zweite setzt du dort, wo das Geflecht schon aufgehört hat, der Schlauch aber noch nicht. So bekommst du die Verbindung dicht.
Vielleicht musst du zwei dieser Geflechte ineinander stecken für einen ausreichenden Querschnitt. Vielleicht taugt es auch überhaupt nix. Aber was anderes fällt mir als wasserkühlbare Hochstromleitung auch nicht ein.


Liebe Grüße,
Max

[Thunderbolt]

spricht irgendwas dagegen, den trafo und kondensator mit in den "Kopf" zu packen? dann würdest du die Hochstrom-wege kurz halten. bei der idee mit dem kupfergeflecht hast du das problem, dass du viel "tote" induktivität hast, die zu leistungsverlust und evtl zu SEHR unangehenmen effekten führen kann (alles, was irgendwie in der nähe der hochstrom-leitung ist, wird auch warm)

[MaxZ]

Wenn der Kondensator - der alleine schon geschätzt über ein Drittel des Gesamtgewichtes ausmacht - und der Monstertrafo im Kopf sitzen, kann er gleich noch die IGBTs hinzupacken; auf die kommts dann auch nicht mehr an.
So wie ich es verstanden habe, gings darum, etwas zu haben, das er mit den Händen an sein Werkstück führen kann, weil sein Werkstück nicht beliebig bewegbar ist (siehe von ihm verlinktes Video). Anders als die Spule an eine flexible Leitung zu klemmen geht wohl nicht.

Aufgrund der extrem niedrigen optimalen Frequenz des Kondensators empfinde ich die zusätzliche Induktivität nicht mal als Nachteil.
Aber stimmt schon, dass eine lange Leitung, durch die >600A fließen, Probleme mit sich bringt. Obwohl meterlange Leitungen bei 10kW kein besonders großes Problem zu sein scheinen... Muss Race wohl austesten.


Liebe Grüße,
Max

[kilovolt]

Es gibt offenbar schon auch kommerzielle Lösungen, die den Kondensator im Kopfteil drinhaben, was mir persönlich sympathischer wäre. Wer sagt denn, dass es ein solch riesiger Kondensator sein muss? Würde nicht auch etwas kleineres genügen? Den Trafo müsste er ausserdem nicht im Kopf integrieren, würde ich mal meinen, oder?

Schaut Euch mal dieses kompakte Gerät an mit 10kW Leistung (es gibt offenbar keinen Direktlink zu den Fotos, müsst Ihr anklicken):
https://www.plustherm.ch/tnx-compact.html
Hier scheint mir ein recht kleiner Kondensator im Kopf integriert zu sein, nehme ich mal an.

Einige hundert Amps bei einigen kHz durch ein Kabel zu schicken, halte ich zwar nicht für unmöglich, aber auch nicht für sehr praktisch. Dass dieses Kabel dann nicht mehr wirklich flexibel sein wird, dürfte klar sein und es fragt sich dann schon, welcher Nachteil ist schlimmer, ein etwas schwerer und grösserer Kopf mit dafür recht flexibler Leitung oder eine völlig unflexible Leitung mit massenhaft Verlusten, dafür leichtem, kleinen Kopf? Etwas anderes möchte ich auch noch zu bedenken geben: Wenn man solch hohe Ströme im kHz-Bereich durch ein längeres Kabel schickt, muss man mit erheblichen magnetischen Feldern rechnen und mit entsprechenden Störungen. Magnetische Felder lassen sich nicht resp. nur mit extremem Aufwand abschirmen.

Gruss kilovolt

[MaxZ]

Morgen,


Wie groß der Kondensator sein muss, steht nur indirekt in Relation mit der Leistung des IHs. Die Größe hängt wohl vor allem von seiner Stromfestigkeit (und damit auch, bei gegebener Frequenz einhergehend, seiner Spannungsfestigkeit) ab. Die nominale Leistung des IH wiederrum ist durch die Leistungsfähigkeit der Ansteuerung begrenzt.
Diese beiden Eckdaten wiederum hängen nicht wirklich zusammen, denn was real im Werkstück ankommt, liegt vor allem an Werkstück. Für schlecht leitende Werkstücke braucht es keinen hohen Strom im Schwingkreis, um eine gegebene Leistung umzusetzen; der Kondensator kann kleiner ausfallen - wie in deinem Beispiel. Für besser leitende Werkstücke wird ein Schwingkreis benötigt, in dem ein höherer Strom pendeln kann - wobei die Leistungsfähigkeit der Ansteuerung gleichbleiben kann.

Und ja, der Trafo muss am Schwingkreis sitzen, denn der Schwingkreis bildet die Sekundärwicklung des Trafos; da kann er nicht allzu weit weg sitzen

Müsste man einen IH von Grund auf entwerfen, stände wohl an erster Stelle die Frage, welches Material geheizt werden soll. Hier aber ist der Kondensator vorgegeben und es ist klar, dass so ein Prachtstück genutzt werden will. Wenn sich zusätzlich eine praktische Verwendungsmöglichkeit anbietet, sehe ich nicht, warum man nicht versuchen soll, beides zu kombinieren. Die Lösung mag nicht optimal sein; eher ein Kompromiss - aber das muss nicht schlecht sein.

Mit deinen Einwänden gegen eine lange Leitung hast du natürlich recht - aber es scheint nunmal nicht so unmöglich zu sein; wie Race oben bereits verlinkte: http://www.josam.net/josam/produkte/ind ... h1000.html
Wenn du dir das Video auf der Seite ansiehst, siehst du, dass durchaus eine ausreichend flexible Leitung möglich ist. Außerdem wird klar, warum bei der gezeigten Anwendung (auf die es, wenn ich es richtig verstanden habe, auch Race abgesehen hat) eine flexible Leitung nötig ist.

Insgesamt bleibe ich der Meinung, dass es durchaus einen Versuch wert ist. Professionelle Geräte zeigen, dass es möglich ist - also warum nicht zumindest mal probieren?


Liebe Grüße,
Max

[kilovolt]

Hallo Max,

ich gehe insofern mit Dir einig, dass man es natürlich immer probieren kann. Eine Problematik, die ich aber noch sehen würde, ist der Skineffekt. Bei 16kHz hat man gemäss einer Tabelle von Wikipedia bereits nur noch 0.5mm Eindringtiefe auf einem Kupferleiter. Der Strom fliesst also schon recht stark an der Oberfläche.

Wie groß der Kondensator sein muss, steht nur indirekt in Relation mit der Leistung des IHs. Die Größe hängt wohl vor allem von seiner Stromfestigkeit (und damit auch, bei gegebener Frequenz einhergehend, seiner Spannungsfestigkeit) ab.

Ja, und natürlich auch davon, wie gross das Werkstück ist. Ein grosses Werkstück fordert wegen der grösseren Eindringtiefe eine eher tiefe Frequenz, ein kleineres entsprechend eine höhere Frequenz.

Mit dem Trafo hattest Du völlig Recht, Max, da hatte ich zuerst das Prinzip nicht korrekt erfasst, sorry.

Beste Grüsse
kilovolt

[Multi-kv]

Wow - ein wirklich spannendes Projekt, Race!

Mit den 15 kW könnte man sicherlich auch prima Schmiedestücke schnell zur Gelbglut bringen für kleinere Schmiedeteile, ohne das man sich eine richtige Schmiede-Esse zulegen müßte.
Für meinen Punktschweißtrafo habe ich mir 120 mm2-Kabel vom Schrott geholt (oder sind es 150mm2?) - da fließen ca. 2 kA - für ein paar sec. reicht es,
dann werden sie schnell heiß. Das aber nur bei 50 Hz, wie das bei 10 kHz oder mehr aussieht, weiß ich nicht...

[MaxZ]

Moin,


@kilovolt: So ein Kupfergeflecht ist auch nicht gerade dick Ich denke, da würde das Material schon noch sehr gut genutzt werden. Zumal die Eindringtiefe nur angibt, in welcher Tiefe die Stromdichte auf 37% (1/e) des Spitzenwertes am Rand abgesunken ist. Tiefer fließt also auch noch ein nicht unerheblicher Teil des Stromes. Bei den 70kHz meiner DRSSTC funktioniert es tadellos - aber zugegeben, das Zeug hat noch nie >70Arms gesehen.

@Multi-kv: Das stand, seitdem ich mal an einem Schmiedeworkshop teilnehmen konnte, auf der Liste der Verwendungszwecke für einen zukünftigen IH
Zum Kabel: Das dürfte nur schwer vergleichbar sein. 2kA wird der Schwingkreis nie sehen und der Skin-Effekt sorgt, wie kilovolt schon aufgezeigt hat, für eine ganz andere Situation. Außerdem wären diese Leitungen wassergekühlt (Könntest du ja auch mal versuchen ).


Liebe Grüße,
Max

[Race]

Guten Abend !

Puh ganz schön viel Feedback, bin ich gar nicht mehr gewöhnt

Ich freue mich wirklich sehr über euere Teilnahme ! Natürlich könnte ich jetzt vorne eine Kunststoffplatte anbringen, in diese 2 Verschraubungen und die 0815 Cu-Rohr Applikation anbringen. Nur fällt eben dadurch die Möglichkeit das ganze flexibel einzusetzen, weg. Wie ihr auch erkannt habt wird man sich schwer tun das Auto o.ä. sammt Aufhängung an die "Work-coil" zu halten - es führt kein Weg daran vorbei.

Die Idee mit dem Cu geflecht hatte ich zu erst auch wobei ich mir mehr als unsicher bin ob das dem Strom gewachsen wäre !
Um so mehr interessiert es mich, wie die käuflichen Geräte dieses Problem handhaben. Deine Idee kv, den Schwingkreis direkt im Handteil aufzubauen und dann "nur" noch quasi durch Versorgungsleitungen anzukoppeln wäre natürlich wesentlich eleganter, setzt aber eben einen kleinen, sehr robusten Kondensator voraus ! In erster Linie geht es hierbei ja um den Strom.
Selbst die käuflichen Folienkondensatoren haben bereits bis 9cm durchmesser und halten auch "nur" gerade einmal 80A rms... das ist in dem Fall ein Fass ohne Boden, geht man von einigen Hundert A im Schwingkreis aus ^^.
Nein ich bin fest davon überzeugt das ich mir durch dieses Schmuckstück viel viel Ärger und evtl. auch Geld gespart habe!

Ich bin auch erfreut zu hören, das du ähnliches vorhast, Max und bin mir sicher dass wir gegenseitig von unseren Erkenntnissen provitieren können !

Es gibt viele Schaltungen, PLL o.ä. letztendlich kommt es darauf an, dass die Frequenz immer an das sich durch die Erwärmung verändernde Werkstück anpasst, um einen optimalen Prozess sicher zu stelln. Die DRSSTC schaltung mit ihrem Feedback erfüllt die wesentlichen Punkte (und natürlich bin ich nicht der 1. der dies so versucht ^^). Zudem ist die übliche Abnahme des Feedback bzw. des Überstroms durch die Übertrager mehr als elegant ! Der Feedback CT kommt mit in den Schwingkreis, so wie es bei der DR auch wäre, der OCD CT aller dings kommt in die Zuleitung des Ausgangsübertragers/Trafos. Im Gegensatz zur DR fließen hier aber nur einige 10A was die ganze Schalterei zusätzlich erleichtert. Die richtig hohen Ströme fließen nur noch im Schwingkreis in dem sie sich aufschauklen. Es gäbe noch die Option den Sk direkt an die Brücke zu hängen allerdings wäre hierzu eine sog. "matching-induktivität" nötig, die in Reihe zum SK geschaltet wird.


Mein Grundproblem ist, dass ich nicht sagen kann wie dick die Kabel sein müssen, gerade durch das "Schreckgespenst" namens "Skinneffekt" ! Wie verhält sich das bei dem Arbeitsfrequenzbereich von 10 bis 50khz ?
Dass es nur ein großes Kabel wird ist natürlich mehr als unrealistisch, ich dachte schon mehr in die Richtung HF, was mich auf die Idee brachte den Strom über mehrere einzelne Kabel zu schicken ! Neben der höheren Flexibilität hätte ich ja so eine Art HF-Litze ? Ich dachte 40-50x1.5er... aber ob das reicht und den gewünschten Effekt bringt kann ich nicht sagen

Ich vermute auf 10khz werde ich nicht kommen, ich strebe um die 40 an, der Cap sollte das ja locker wegstecken wenn auch die Temp sicher höher wird !

Die Steuerung ist nun zu 90% fertig, gestern bebohrt, genietet und geschraubt wie ein Wahnsinniger ^^. Es fehlen nur noch die ganzen Steckbuchsen für die CTs, Interrupter und Triggertaster !

Ich hoffe ihr bleibt weiterhin gespannt !

lg, race